DE102009024782A1 - Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators - Google Patents

Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators Download PDF

Info

Publication number
DE102009024782A1
DE102009024782A1 DE102009024782A DE102009024782A DE102009024782A1 DE 102009024782 A1 DE102009024782 A1 DE 102009024782A1 DE 102009024782 A DE102009024782 A DE 102009024782A DE 102009024782 A DE102009024782 A DE 102009024782A DE 102009024782 A1 DE102009024782 A1 DE 102009024782A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
exhaust gas
liquid water
gas mixture
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009024782A
Other languages
English (en)
Inventor
Dominik Rothschuh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102009024782A priority Critical patent/DE102009024782A1/de
Publication of DE102009024782A1 publication Critical patent/DE102009024782A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/028—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting humidity or water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0422—Methods of control or diagnosing measuring the elapsed time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung (10) zum Bestimmen einer Wirkungsfähigker (12) ist in einem Abgastrakt (14) einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet und sorbiert wenigstens einen in einem Abgasgemisch enthaltenen Inhaltsstoff, nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine unter anderem flüssiges Wasser. Stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts (14) in den Katalysator (12) wird ein Vorliegen von flüssigem Wasser in dem Abgasgemisch erfasst. Dies ermöglicht einen Rückschluss auf die Sorptionsfähigkeit des SCR-Katalysators (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators, welcher in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Hierbei sorbiert der Katalysator wenigstens einen in einem Abgasgemisch enthaltenen Inhaltsstoff. Stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts in den Katalysator wird ein Vorliegen von Wasser in dem Abgasgemisch erfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messanordnung zum Durchführen des Verfahrens.
  • Die EP 1 132 589 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators, welcher zum Adsorbieren von Kohlenwasserstoffen ausgelegt ist. Dieser Kohlenwasserstoff-Adsorber ist stromabwärts von zwei seriell angeordneten Drei-Wege-Katalysatoren in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, wenn die Drei-Wege-Katalysatoren noch nicht auf Betriebstemperatur gebracht sind, sorgt der Kohlenwasserstoff-Adsorber für ein Zurückhalten von Kohlenwasserstoffen, welche sich in dem – dann noch nicht katalytisch gereinigten – Abgasgemisch befinden können. Stromabwärts des Kohlenwasserstoff-Adsorbers ist in dem Abgastrakt ein Feuchtesensor angeordnet, mittels welchem ein Wasserdampfgehalt des Abgasgemisches erfasst wird. Der Kohlenwasserstoff-Adsorber kann auch Feuchte adsorbieren. Hinsichtlich der Adsorption von Kohlenwasserstoffen und Feuchte ist eine Korrelation der Wirkungsfähigkeit des Kohlenwasserstoff-Adsorbers gegeben. Daher ermöglicht das Erfassen des Wasserdampfgehalts stromabwärts des Kohlenwasserstoff-Adsorbers eine Aussage über die Wirkungsfähigkeit des Katalysators. Ein hoher Wasserdampfgehalt stromabwärts des Katalysators lässt nämlich auf eine vergleichsweise geringe Wirkungsfähigkeit des Kohlenwasserstoff-Adsorbers schließen, wenn dieser also weder Feuchte noch Kohlenwasserstoffe gut zurückhält.
  • Als nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist der Umstand anzusehen, dass zum Bestimmen der Wirkungsfähigkeit des Katalysators die Feuchtemessung vergleichsweise genau erfolgen muss.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Messanordnung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, welches bzw. welche ein vereinfachtes Bestimmen der Wirkungsfähigkeit des Katalysators ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators, welcher in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, sorbiert der Katalysators wenigstens einen in einem Abgasgemisch enthaltenen Inhaltsstoff. Hierbei wird stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts in den Katalysator ein Vorliegen von flüssigem Wasser in dem Abgasgemisch erfasst. Das Detektieren des Vorliegens von flüssigem Wasser erlaubt den Einsatz eines besonders einfach aufgebauten und somit robusten Sensorelements. Dadurch ist ein vereinfachtes Bestimmen der Wirkungsfähigkeit des Katalysators ermöglicht. Es braucht nämlich nicht das flüssige Wasser quantitativ erfasst zu werden, sondern allein die Aussage, ob flüssiges Wasser stromabwärts der Eintrittsstelle in den Katalysator vorliegt, erlaubt ein Diagnostizieren des Katalysators.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Katalysator nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine unter anderem flüssiges Wasser sorbiert. Sobald die maximale Sorptionsfähigkeit des Katalysators insbesondere für flüssiges Wasser erreicht ist, liegt in dem Abgasgemisch Wasser in flüssiger Form vor. Das Auftreten des flüssigen Wassers in dem Abgasgemisch stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts in den Katalysator lässt also darauf schließen, dass der Katalysator seine maximale Sorptionsfähigkeit erreicht hat, dass also die vorhandenen Sorptionsplätze des Katalysators belegt sind. Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, den Katalysator hinsichtlich seiner Wirkungsfähigkeit, Schadstoffe zu mindern, zu diagnostizieren. Dies kann insbesondere im Rahmen einer während des Betriebs der Brennkraftmaschine vorgenommenen Diagnose (OBD, On-Board-Diagnose) erfolgen. Die Erfassung des Vorliegens von flüssigem Wasser erfolgt zweckmäßig nahe bzw. unmittelbar der Austrittsstelle des Abgases aus dem Katalysator. Sie kann jedoch auch im Abgasweg innerhalb des Katalysators oder an einer weiter stromab von der Austrittsstelle angeordneten Stelle im Abgasstrom vorgenommen werden. Bei dem Katalysator kann es sich es sich beispielsweise um Oxidations-Katalysator, einen Dreiwege-Katalysator, einen Stickoxid-Speicherkatalysator oder einen SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduktion, selektive katalytische Reduktion) handeln. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines geträgerten Katalysators auf Zeolith-Basis, insbesondere eines solchen Katalysators für eine der vorgenannten Funktionen. Dabei kann der Katalysator auch auf einem Partikelfilter aufgebracht sein.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Wirkungsfähigkeit des Katalysators bestimmt, einen Gehalt an Stickoxiden in dem Abgasgemisch durch Umsetzen von Stickoxiden mit einem Reduktionsmittel zu verringern. Damit ist für die Diagnose eines SCR-Katalysators, bei welchem also Stickoxide aus dem Abgasgemisch mit in dem SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittel in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion zu Stickstoff und Wasser umgesetzt werden, ein einfaches Verfahren zum Bestimmen seiner Wirkungsfähigkeit geschaffen. Bei dem Reduktionsmittel, dessen Umsetzung mit Stickoxiden vom Katalysator katalysiert wird, handelt es sich bevorzugt um Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe. Besonders bevorzugt wird das Verfahren zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Ammoniak speichernden SCR-Katalysators. Eingesetzt.
  • Vorteilhaft wird beim Erfassen des Vorliegens von flüssigem Wasser eine Veränderung wenigstens einer elektrischen Messgröße erfasst, wenn das flüssige Wasser ein Sensorelement benetzt. Das Sensorelement nutzt hierbei bevorzugt elektrophysikalischen Eigenschaften wie Dielelektrizitätszahl bzw. die Permittivität von Wasser. Diese sind nämlich vom Aggregatzustand des Wassers abhängig. Eine Abhängigkeit von der Frequenz, von der Temperatur und vom Umgebungsdruck kann zusätzlich zur Erzeugung und/oder Auswertung eines Messeffekts ausgenutzt werden.
  • Das Sensorelement umfasst in einer besonders einfachen Ausführungsform wenigstens zwei Elektroden, welche durch einen Bereich mit elektrisch isolierender Eigenschaft, also ein Dielektrikum, in einem besonders einfachen Fall durch Luft und/oder Keramik, voneinander getrennt sind. Benetzt nun flüssiges Wasser den dielektrischen Bereich zwischen den wenigstens zwei Elektroden, so kann über die Veränderung wenigstens einer elektrischen Messgröße auf das Vorhandensein von flüssigem Wasser geschlossen werden.
  • Hierbei kann die elektrische Messgröße eine sich ändernde Permittivität und/oder eine sich ändernde Leitfähigkeit und/oder eine sich ändernde Ladung und/oder eine sich ändernde Spannung und/oder eine sich ändernde Kapazität und/oder einen sich ändernden Widerstand und/oder, im Falle der Verwendung von Wechselstrom, eine sich ändernde Impedanz bzw. umfassen. Insbesondere im Falle der Impedanz als Messgröße kann eine Auswertung von deren reellen und/oder komplexen Anteil vorgesehen sein.
  • Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, das Vorliegen von flüssigem Wasser stromabwärts des Katalysators zu erfassen und eine Zeitspanne bis zum Vorliegen von flüssigem Wasser im Hinblick auf eine Alterung des Katalysators auszuwerten. Ein Auftreten von flüssigem Wasser stromabwärts des Katalysators, also ein Wasserdurchbruch, erfolgt nämlich umso rascher nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, je stärker gealtert der Katalysator ist. Mit der Alterung des Katalysators verringert sich nämlich die aktive Oberfläche des Katalysators und so, im Falle des SCR-Katalysators, seine Fähigkeit Stickoxide mit Hilfe des Reduktionsmittels umzusetzen. Durch Vergleichen der Zeitspanne bis zum Vorliegen von flüssigem Wasser stromabwärts des Katalysators mit einer Zeitspanne für einen Referenz-Katalysator ohne Alterung, einer maximal zulässigen Alterung oder einer anderweitig definierten Alterung kann auf die Alterung des Katalysators geschlossen werden. Zum Bestimmen der Sorptionsfähigkeit des Katalysators, insbesondere SCR-Katalysators, kann hierbei insbesondere ein jeweiliger Sorptions-Modellwert bzw. Sorptions-Grenzwert herangezogen werden.
  • Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Bestimmung der Sorptionsfähigkeit besteht darin, die (ab Kaltstartzeitpunkt) bis zum Zeitpunkt des Auftretens von flüssigem Wasser stromabwärts des Katalysators mit dem Abgas in den Katalysator eingebrachte Wassermenge und/oder Wassermasse zu messen, zu berechnen oder zu modellieren. Durch Vergleichen mit einem korrespondierenden Wert eines Referenz-Katalysator ohne Alterung, einer maximal zulässigen Alterung oder einer anderweitig definierten Alterung kann auf die Alterung des Katalysators geschlossen werden.
  • Vorteilhafterweise wird allgemein bei der Auswertung der entsprechenden Ergebnisse die Katalysatortemperatur in der maßgebenden Zeitspanne berücksichtigt. Dadurch kann ein Einfluss einer Temperaturabhängigkeit der Sorptionsfähigkeit des Katalysators berücksichtigt werden. Weiterhin kann im Falle eines Ammoniak speichernden Katalysators dessen aktuelle Ammoniak-Speichermenge berücksichtigt werden Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ermöglicht eine erfindungsgemäße Messanordnung ein vereinfachtes Bestimmen der Wirkungsfähigkeit eines Katalysators. Die Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators, welcher in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, wobei der Katalysator dazu ausgelegt ist, wenigstens einen in einem Abgasgemisch enthaltenen Inhaltsstoff zu sorbieren, umfasst Mittel zum Erfassen eines Vorliegens von flüssigem Wasser in dem Abgasgemisch stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts in den Katalysator.
  • Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Messanordnung.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt stark schematisiert eine Messanordnung zum Diagnostizieren eines in einem Abgastrakt eines Fahrzeugs angeordneten SCR-Katalysators, wobei stromabwärts des SCR-Katalysators ein Sensorelement zum Erfassen eines Vorliegens von flüssigem Wasser im Abgas angeordnet ist.
  • Die Figur zeigt schematisch eine Messanordnung 10 zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eine SCR-Katalysators 12, welcher in einem Abgastrakt 14 einer (nicht gezeigten) Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs angeordnet ist. Der SCR-Katalysator 12 dient vorliegend dem Umsetzen von Stickoxiden, welche im Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthalten sind, mittels Ammoniak in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion (SCR = Selective Catalytic Reduktion, selektive katalytische Reduktion). Hierfür kann der SCR-Katalysator 12 Ammoniak speichern, welcher insbesondere durch Aufbereiten einer wässrigen Harnstofflösung generiert sein kann. In der selektiven katalytischen Reduktionsreaktion werden Stickoxide aus dem Abgasgemisch mit dem in dem SCR-Katalysator 12 durch Adsorption und/oder Absorption gespeicherten Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.
  • Nach dem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine liegt in dem Abgastrakt 14 stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 Wasser in flüssiger Form vor. Der SCR-Katalysator 12 kann auch dieses flüssige Wasser sorbieren. Ist jedoch die maximale Sorptionsfähigkeit SCR-Katalysators 12 erschöpft, so treten in dem Abgastrakt stromabwärts des SCR-Katalysators 12 flüssige Wassermoleküle auf. Diese werden vorliegend mittels eines Sensorelements 16 erfasst, welches stromabwärts des SCR-Katalysators 12 in dem Abgastrakt 14 angeordnet ist. Das Sensorelement 16 ist mit einer Auswerteeinrichtung 18 gekoppelt, mittels welcher die Fähigkeit des SCR-Katalysators 12 bestimmt wird, den Gehalt an Stickoxiden in dem die Verbrennungskraftmaschine verlassenden Abgasgemisch zu verringern.
  • Die Auswerteeinrichtung 18 verfügt hierbei über eine (nicht gezeigte) Zeitmesseinrichtung, mittels welcher eine Zeitspanne vom Kaltstart bis zum Vorliegen von flüssigem Wasser stromabwärts des SCR-Katalysators 12 erfassbar ist.
  • Da ein gealterter SCR-Katalysator 12 eine verringerte Anzahl von Sorptionsplätzen aufweist, findet bei diesem gealterten SCR-Katalysator 12 ein Wasserdurchbruch, also ein Erfassen von flüssigem Wasser stromabwärts des SCR-Katalysators 12 mittels des Sensorelements 16, früher statt als dies bei einem ungealterten SCR-Katalysator 12 der Fall wäre. Durch Bestimmen der Zeitspanne vom Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine bis zum Vorliegen von flüssigem Wasser stromabwärts des SCR-Katalysators 12 kann somit auf die Wirkungsfähigkeit des SCR-Katalysators geschlossen werden.
  • Eine Möglichkeit der Erkennung von flüssigem Wasser mittels des Sensorelements 16 besteht beispielsweise in einer Kapazitätsmessung. Hierbei ist das Sensorelement 16 als Kondensator aufgebaut, bei welchem zwei Elektroden durch ein Dielektrikum, etwa Luft und/oder Keramik, voneinander getrennt sind. Bei einem solchen elektrischen Kondensator lässt sich die enthaltene Ladung Q durch folgende Gleichung darstellen: Q = εr·ε0·S·U, mit
    • εr
    = relative Permittivität,
    ε0
    = Permittivität des Vakuums,
    S
    = Formfaktor des Kondensators und
    U
    = Spannung, also die an dem Kondensator anliegenden Potentialdifferenz.
  • Die relative Permittivität εr von Wasser ändert sich sprunghaft, wenn sich der Aggregatzustand des Wassers von flüssig nach gasförmig bzw. umgekehrt ändert. Bei 100°C besitzt flüssiges Wasser eine statische Permittivität von ca. 55 F m–1, wohingegen gasförmiges Wasser eine statische Permittivität von 1 F m–1 besitzt. Luft besitzt eine relative Permittivität von wenig mehr als 1 F m–1. Luft bzw. Abgas besitzt somit eine relative statische Permittivität welche sich von flüssigem Wasser um mindestens eine Größenordnung unterscheidet.
  • Mit einem Auftreten von flüssigem Wasser in dem Raum zwischen den Elektroden des Kondensators ändert sich somit sprunghaft die Permittivität εr bzw. die elektrische Leitfähigkeit des Kondensators. Simultan ändert sich die komplexe Impedanz in Bezug auf Real- und/oder Imaginärteil und gegebenenfalls die Spannung U zwischen den Elektroden und/oder die Ladung Q. Durch Erfassung und Auswertung mindestens einer der genannten Größen kann auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit von flüssigem Wasser ermittelt werden. Die Spannung U kann als Gleichspannung oder als Wechselspannung fester oder variabler Frequenz ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Änderung des Stromflusses zwischen den zwei Elektroden des Sensorelements 16 gemessen und bei der Auswertung auf das Vorhandensein von flüssigem Wasser herangezogen werden. Bei dem Kondensator-Dielektrikum kann es sich beispielsweise um Luft und/oder Keramik handeln.
  • Ergänzend oder alternativ kann das Sensorelement 16 dazu ausgelegt sein, das Vorliegen von flüssigem Wasser dadurch zu erfassen, dass eine zum Beheizen des Sensorelements 16 notwendige Heizenergie, insbesondere in Form von elektrischer Heizenergie, ermittelt wird. Bei Benetzung des Sensorelements 16 mit flüssigem Wasser ist nämlich die Heizenergie, welche aufgebracht werden muss um das Sensorelement 16 auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen, größer als wenn kein flüssiges Wasser auf dem Sensorelement 16 vorliegt. Bei Vorliegen von flüssigem Wasser muss nämlich Heizenergie dazu verwendet werden, das flüssige Wasser zu verdampfen. Solange also flüssiges Wasser auf dem Sensorelement 16 vorhanden ist, ist die zum Aufheizen des Sensorelements 16 erforderliche Energiemenge um die Verdampfungsenthalpie erhöht, welche zum Verdampfen des vorliegenden flüssigen Wassers aufgebracht werden muss.
  • Das Sensorelement 16 kann ergänzend oder alternativ insbesondere dazu ausgelegt sein, Partikel, insbesondere Rußpartikel, in dem den Abgastrakt 14 durchströmenden Abgasgemisch zu detektieren. Dadurch kann ein ohnehin zum Detektieren von Rußpartikeln vorgesehenes Sensorelement 16 zusätzlich zum Einsatz kommen, um das Vorliegen von flüssigem Wasser zu detektieren. Ein solcher stromauf oder stromab eines Partikelfilters im Abgastrakt angeordneter Rußpartikelsensor, kann so auch die On-Board-Diagnose des stromaufwärtigen SCR-Katalysators 12 mit übernehmen. Im Fall der Anordnung stromaufwärts des SCR-Katalysator kann der Rußpartikelsensor den Zeitpunkt detektieren, zu welchem flüssiges Wasser nach Partikelfilter auftritt und so ein implementiertes Rechenmodell zur Ermittlung einer Wasser-Beaufschlagung des SCR-Katalysators 12 unterstützen.
  • Das Sensorelement 16 ermöglicht ein Feststellen, ab welchem Zeitpunkt nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine sich kein flüssiges Wasser mehr in dem Abgasgemisch stromabwärts des SCR-Katalysators 12 befindet. Daher kann das Sensorelement 16 zusätzlich dazu herangezogen werden, festzustellen wann ein Inbetriebnehmen wenigstens eines weiteren Abgassensors möglich ist ohne durch einen so genannten Wasserschlag gefährdet zu sein.
  • Bei dem weiteren Abgassensor kann es sich um eine Lambdasonde und/oder einen NOx-Sensor und/oder einen Kohlenwasserstoff-Sensor oder dergleichen handeln. Ein solcher Abgassensor kann durch ein Auftreffen flüssigen Wassers insbesondere auf das sensitive Element des Abgassensors geschädigt werden, wenn dieser bereits seine Arbeitstemperatur erreicht hat. Um eine Schädigung der beschriebenen Art zu verhindern, kann es vorgesehen sein, das Aufheizen des Abgassensors auf seine Arbeitstemperatur erst dann freizugeben, wenn mittels des Sensorelements 16 festgestellt wird, dass kein flüssiges Wasser mehr in dem Abgasgemisch vorliegt. Ist dies der Fall, kann der Abgassensor auf die Arbeitstemperatur, welche 650° bis 800°C betragen kann, aufgeheizt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1132589 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators (12), welcher in einem Abgastrakt (14) einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, bei welchem der Katalysator (12) wenigstens einen in einem Abgasgemisch enthaltenen Inhaltsstoff sorbiert, und bei welchem stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts (14) in den Katalysator (12) ein Vorliegen von Wasser in dem Abgasgemisch erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen von flüssigem Wasser erfasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungsfähigkeit des Katalysators (12) bestimmt wird, einen Gehalt an Stickoxiden in dem Abgasgemisch durch Umsetzen von Stickoxiden mit einem Reduktionsmittel zu verringern.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen des Vorliegens von flüssigem Wasser eine Veränderung wenigstens einer elektrischen Messgröße erfasst wird, wenn das flüssige Wasser ein Sensorelement (16) benetzt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen von flüssigem Wasser stromabwärts des Katalysators (12), insbesondere im Anschluss an einen Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitspanne bis zum Vorliegen von flüssigem Wasser in Hinblick auf eine Alterung des Katalysators (12) ausgewertet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen von flüssigem Wasser mittels eines Sensorelements (16) erfasst wird, welches zum Detektieren von Partikeln in dem Abgasgemisch eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inbetriebnehmen wenigstens eines Abgassensors unterbunden wird, wenn das Vorliegen von flüssigem Wasser erfasst wird.
  8. Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators (12), welcher in einem Abgastrakt (14) einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, wobei der Katalysator (12) dazu ausgelegt ist, wenigstens einen in einem Abgasgemisch enthaltenen Inhaltsstoff zu sorbieren, und mit Mitteln (16) zum Erfassen eines Vorliegens von Wasser in dem Abgasgemisch stromabwärts einer Eintrittsstelle des Abgastrakts (14) in den Katalysator (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (16) zum Erfassen dazu ausgelegt sind, das Vorliegen von flüssigem Wasser zu erfassen.
  9. Messanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgelegt ist.
DE102009024782A 2009-06-10 2009-06-10 Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators Withdrawn DE102009024782A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009024782A DE102009024782A1 (de) 2009-06-10 2009-06-10 Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009024782A DE102009024782A1 (de) 2009-06-10 2009-06-10 Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009024782A1 true DE102009024782A1 (de) 2010-02-04

Family

ID=41461818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009024782A Withdrawn DE102009024782A1 (de) 2009-06-10 2009-06-10 Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009024782A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011151104A1 (de) * 2010-06-01 2011-12-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und partikelsensor zum erfassen von partikeln in einem abgasstrom
US20120255280A1 (en) * 2011-04-07 2012-10-11 Robert Bosch Gmbh Method for monitoring a catalytic converter
DE102014209305A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Umicore Ag & Co. Kg Methode zur Detektion des Alterungsgrades von Abgaskatalysatoren
US9221017B2 (en) 2011-07-04 2015-12-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine
EP3260854A4 (de) * 2015-02-20 2018-08-08 Isuzu Motors Limited Sensor
WO2019073280A1 (en) 2017-10-10 2019-04-18 Cummins Inc. SYSTEM AND METHOD FOR MITIGATING SENSOR FAILURES DUE TO WATER CONDENSATION

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1132589A1 (de) 2000-03-10 2001-09-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Detektor für den Zustand eines Abgasreinigungskatalysators

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1132589A1 (de) 2000-03-10 2001-09-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Detektor für den Zustand eines Abgasreinigungskatalysators

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9267865B2 (en) 2010-06-01 2016-02-23 Robert Bosch Gmbh Method and particle sensor for detecting particles in an exhaust gas stream
US20130247648A1 (en) * 2010-06-01 2013-09-26 Martin Eckardt Method and Particle Sensor for Detecting Particles in an Exhaust Gas Stream
CN102918381A (zh) * 2010-06-01 2013-02-06 罗伯特·博世有限公司 用于检测废气流中的颗粒的方法和颗粒传感器
JP2013527463A (ja) * 2010-06-01 2013-06-27 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 排ガス流中の粒子を検出するための方法および粒子センサ
WO2011151104A1 (de) * 2010-06-01 2011-12-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und partikelsensor zum erfassen von partikeln in einem abgasstrom
CN102918381B (zh) * 2010-06-01 2017-03-22 罗伯特·博世有限公司 用于检测废气流中的颗粒的方法和颗粒传感器
US8806854B2 (en) * 2011-04-07 2014-08-19 Robert Bosch Gmbh Method for monitoring a catalytic converter
US20120255280A1 (en) * 2011-04-07 2012-10-11 Robert Bosch Gmbh Method for monitoring a catalytic converter
EP2730759B1 (de) * 2011-07-04 2016-08-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abgasreinigungsvorrichtung für einen verbrennungsmotor
US9221017B2 (en) 2011-07-04 2015-12-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine
DE102014209305B4 (de) * 2014-05-16 2016-04-07 Umicore Ag & Co. Kg Methode zur Detektion des Alterungsgrades von Abgaskatalysatoren
DE102014209305A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Umicore Ag & Co. Kg Methode zur Detektion des Alterungsgrades von Abgaskatalysatoren
EP3260854A4 (de) * 2015-02-20 2018-08-08 Isuzu Motors Limited Sensor
WO2019073280A1 (en) 2017-10-10 2019-04-18 Cummins Inc. SYSTEM AND METHOD FOR MITIGATING SENSOR FAILURES DUE TO WATER CONDENSATION
EP3682097A4 (de) * 2017-10-10 2021-03-24 Cummins Inc. System und verfahren zur verminderung von sensorausfällen aufgrund von wasserkondensation
US11352923B2 (en) 2017-10-10 2022-06-07 Cummins Inc. System and method to mitigate sensor failures due to water condensation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009024782A1 (de) Verfahren und Messanordnung zum Bestimmen einer Wirkungsfähigkeit eines Katalysators
DE102010029740B4 (de) Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators
DE102009046433A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage
DE102013221598A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Partikelfilters
EP1084331B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum überwachen der funktionsfähigkeit eines katalysators einer brennkraftmaschine
DE102014209960B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors
EP3143264A1 (de) Methode zur detektion des alterungsgrades von abgaskatalysatoren
DE102011004557A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine
DE102011014718B4 (de) Verfahren zum Betrieb von Dieselmotoren zur Vermeidung von Weißrauchbildung während der DPF-Regeneration
DE102019006426A1 (de) Katalysator-Verschlechterungs-Diagnosesystem und Katalysator-Verschlechterungs-Diagnoseverfahren
DE102012217832A1 (de) Verfahren zur Überwachung einer Schadstoff-Konvertierungsfähigkeit einer Abgasnachbehandlungskomponente
DE102016200158A1 (de) Verfahren zur Überwachung einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors sowie Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage
DE102006046837B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom
EP3608519A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
DE102015200751B4 (de) Verfahren zur Überwachung einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors sowie Steuerungseinrichtung für eine Abgasnachbehandlungsanlage
DE102007031767A1 (de) Beheizbarer Abgassensor mit verbesserter Erkennung von Wasser an einer Oberfläche des Abgassensors
DE102010023523A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Detektion einer Menge einer Gaskomponente
DE102009007763B4 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Wirkungsfähigkeit eines SCR-Katalysators
DE102017205322A1 (de) Verfahren zum Erkennen einer Schädigung eines SCR-Katalysators
DE102013200623A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Partikelfilters
WO2008028709A1 (de) Vorrichtung zur abgasnachbehandlung und deren verwendung
DE102021203282A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Oxidationskatalysatorvorrichtung einer Brennkraftmaschine und Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
DE102008047722A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage
DE102016209533A1 (de) Erfassen des Alterungszustands eines SCR-Katalysators
DE102009028953A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines Maßes für das Auftreten von Reagenzmitteltropfen im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
OAV Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination