DE102010028846A1 - Method for operating exhaust system of diesel engine, involves evaluating temporally increase of nitrogen oxide flow supplied from selective catalytic reduction catalyzer for closing aging state of catalyzer - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, and a computer program and a control and / or regulating device according to the independent claims.
Im Stand der Technik sind Abgasanlagen in Kraftfahrzeugen bekannt, welche mit verschiedenen Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung ausgerüstet sind, um bestehende Abgasvorschriften zu erfüllen. Die Funktionsfähigkeit solcher Einrichtungen muss während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs mit bordeigenen Mitteln überwacht werden. Im Rahmen einer so genannten ”On-board-Diagnose” (OBD) kann es beispielsweise erforderlich sein, einen SCR-Katalysator (SCR = ”Selective Catalytic Reduction”) zu überwachen und gegebenenfalls als defekt zu erkennen.In the prior art, exhaust systems are known in motor vehicles, which are equipped with various devices for exhaust aftertreatment to meet existing emission regulations. The functionality of such devices must be monitored during on-board operation of the motor vehicle. As part of a so-called "on-board diagnosis" (OBD), it may be necessary, for example, to monitor an SCR catalytic converter (SCR = "Selective Catalytic Reduction") and, if necessary, detect it as defective.
Das Grundprinzip des SCR-Katalysators besteht dann, dass Stickoxidmoleküle (NOx) auf einer Katalysatoroberfläche bei Vorhandensein von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel zu elementarem Stickstoff reduziert werden. Das Reduktionsmittel wird durch eine Dosiereinrichtung stromaufwärts des SCR-Katalysators bereit gestellt. Die Ermittlung der gewünschten Dosierrate erfolgt in einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung, in der Strategien für den Betrieb und die Überwachung des SCR Katalysators hinterlegt sind.The basic principle of the SCR catalyst then is that nitrogen oxide molecules (NOx) are reduced to elemental nitrogen on a catalyst surface in the presence of ammonia (NH3) as a reducing agent. The reducing agent is provided by a metering device upstream of the SCR catalyst. The determination of the desired metering rate takes place in an electronic control and / or regulating device in which strategies for the operation and monitoring of the SCR catalyst are stored.
Die Überwachung eines SCR-Katalysators kann unter Verwendung von mindestens einem NOx-Sensor erfolgen. Derzeit auf dem Markt erhältliche NOx-Sensoren zeigen eine Querempfindlichkeit für Ammoniak (NH3), das heißt, ein Sensorsignal des NOx-Sensors zeigt nicht nur die jeweilige NOx-Konzentration, sondern ein Summensignal aus der NOx- und der NH3-Konzentration an. Im Falle eines NOx-Sensors, der stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, kann beispielsweise ein Anstieg des Sensorsignals sowohl auf eine sinkende NOx-Konvertierungsrate (Anstieg der NOx-Konzentration) als auch auf einen Durchbruch von reinem Ammoniak (Anstieg der NH3-Konzentration) hinweisen. Eine direkte Unterscheidung von NOx und NH3 ist somit nicht möglich.The monitoring of an SCR catalyst can be done using at least one NOx sensor. Currently available on the market NOx sensors show a cross sensitivity to ammonia (NH3), that is, a sensor signal of the NOx sensor displays not only the respective NOx concentration, but a sum signal from the NOx and the NH3 concentration. For example, in the case of a NOx sensor located downstream of the SCR catalyst, an increase in the sensor signal may be due both to a decreasing NOx conversion rate (increase in NOx concentration) and breakthrough of pure ammonia (increase in NH3 concentration ) clues. A direct distinction between NOx and NH3 is therefore not possible.
Das Auftreten von Ammoniak hinter dem SCR-Katalysator (so genannter NH3-Schlupf) sollte vermieden werden, weil Ammoniak in hoher Konzentration eine gesundheitsschädliche Wirkung aufweist.The occurrence of ammonia behind the SCR catalyst (so-called NH3 slip) should be avoided because ammonia in a high concentration has a harmful effect.
Derzeit vom Markt bekannte Überwachungsfunktionen ermitteln den Wirkungsgrad einer NOx-Reduktion (NOx-Konvertierungsrate) mit Hilfe je eines NOx-Sensors stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators. Dabei kann der stromaufwärts angeordnete SCR-Katalysator auch durch eine modellbasierte Größe ersetzt sein. Aufgrund der Alterung des SCR-Katalysators nimmt die erreichbare Konvertierungsrate mit steigender Einsatzzeit ab, und entsprechend nehmen die NOx-Emissionen hinter dem SCR-Katalysator zu. Anhand vorgegebener Grenzwerte für eine zulässige NOx-Emission lässt sich ein Schwellwert für den SCR-Wirkungsgrad bestimmen, bei dessen Unterschreitung auf einen Systemfehler der Abgasanlage geschlossen wird.Monitoring functions currently known by the market determine the efficiency of a NOx reduction (NOx conversion rate) with the aid of one NOx sensor each upstream and downstream of the SCR catalytic converter. In this case, the upstream SCR catalytic converter can also be replaced by a model-based variable. Due to the aging of the SCR catalyst, the achievable conversion rate decreases with increasing service life, and accordingly the NOx emissions behind the SCR catalyst increase. Based on preset limit values for a permissible NOx emission, it is possible to determine a threshold value for the SCR efficiency, below which a system fault of the exhaust gas system is concluded.
Das derzeit übliche Vorgehen besteht darin, dass die NOx-Emissionen stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators über einen vorgebbaren Zeitraum integriert werden und aus den so ermittelten NOx-Massen der erreichte SCR-Wirkungsgrad als Vergleichswert gebildet wird. Der Vergleich des SCR-Wirkungsgrades mit einem definierbaren Schwellwert dient der Einstufung des SCR-Katalysators hinsichtlich seiner Funktionstüchtigkeit. Häufig ist dabei vorgesehen, die Integration nur während stationärer Fahrbedingungen durchzuführen, während derer ein schwankendes NOx-Signal vor dem SCR-Katalysator (NOx-Spitzen) nicht zu erwarten ist, und anschließend einen Vergleichswert zu ermitteln.The current procedure is to integrate the NOx emissions upstream and downstream of the SCR catalytic converter over a predefined period of time and to calculate the SCR efficiency achieved from the NOx masses determined as a comparison value. The comparison of the SCR efficiency with a definable threshold serves to classify the SCR catalyst in terms of its functionality. Often it is intended to perform the integration only during stationary driving conditions during which a fluctuating NOx signal before the SCR catalyst (NOx peaks) is not expected, and then to determine a comparison value.
Damit kann die Funktionstüchtigkeit des SCR-Katalysators in Bezug auf eine durchschnittliche NOx-Konvertierung ausreichend beurteilt werden, wobei es jedoch möglich ist, dass bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine auftretende und vom SCR-Katalysator eventuell nicht mehr bewältigte NOx-Spitzen unentdeckt bleiben.Thus, the performance of the SCR catalyst can be sufficiently evaluated with respect to an average NOx conversion, but it is possible that NOx peaks occurring in a dynamic operation of the internal combustion engine and may no longer be managed by the SCR catalyst remain undetected.
Die
Anschließend wird die Reduktionsmitteldosierung gegenüber einer Normaldosierung vermindert (Unterdosierung) oder ganz ausgeschaltet, so dass die im SCR-Katalysator gespeicherte NH3-Masse durch NOx-Reduktion allmählich wieder abgebaut wird (so genannter Entleertest). Durch die Ermittlung des SCR-Wirkungsgrades oder anderer von der NOx-Konvertierungsrate abhängiger Größen während des Entleertests kann die nutzbare NH3-Speicherfähigkeit indirekt ermittelt werden, da bei einer geringeren gespeicherten NH3-Masse eine geringere NOx-Masse an der Katalysatorüberfläche konvertiert werden kann.Subsequently, the reducing agent dosage compared to a normal dosage is reduced (underdosing) or completely off, so that the stored in the SCR catalyst NH3 mass is gradually reduced by NOx reduction again (so-called emptying test). By determining the SCR efficiency or other NOx conversion rate dependent variables during the purge test, the useful NH3 storage capability may be indirectly determined because a lower amount of NH3 stored can convert a lower NOx mass at the catalyst surface.
Während eines solchen Entleertests können jedoch durch die Reduzierung des Reduktionsmittelangebots erhöhte NOx-Emissionen entstehen. Außerdem ist für eine so genannte Konditionierung des SCR-Katalysators mittels Anfüllen des NH3-Speichers bis zur maximalen Speicherfähigkeit ein Überschreiten der NH3-Schlupfgrenze erforderlich, wobei unerwünschtes Ammoniak an die Umwelt abgegeben wird. Deshalb wird dieses „aktive” – weil in die Reduktionsmitteldosierung eingreifende – Verfahren nur dann angewendet, wenn mit Hilfe einer „passiven” Überwachung der NOx-Konvertierungsrafe die geforderte Überwachungsgenauigkeit nicht erreicht werden kann.During such an emptying test, however, reduction of the reducing agent supply can lead to increased NOx emissions. In addition, for a so-called conditioning of the SCR catalyst by filling the NH3 memory to the maximum storage capacity, an exceeding of the NH3 slip limit is required, whereby unwanted ammonia is released to the environment. Therefore, this "active" - because in the Reduktionsmitteldosierung intervening - method is only applied if the required monitoring accuracy can not be achieved by means of a "passive" monitoring of the NOx conversion penalty.
Um die Funktionstüchtigkeit von SCR-Katalysatoren eindeutiger ermitteln zu können, werden nach dem Stand der Technik so genannte Plausibilisierungsfunktionen unter bestimmten Überwachungsbedingungen durchgeführt. Im Bereich der Abgasnachbehandlung werden hierfür Überwachungen häufig auf bestimmte Wertebereiche für eine oder mehrere modellierte oder ermittelte Größen begrenzt. Dazu seien folgende Größen beispielhaft benannt: Abgasmassenstrom, Abgasvolumenstrom, Abgastemperatur an einer beliebigen Stelle, Betriebspunkt (Drehzahl, Einspritzmenge), Fahrzeuggeschwindigkeit, Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur, NOx-, PM-, HC-, CO-, 02-Signale, AGR-Rate, Motorbetriebsart, Motorstatus, Motorlaufzeit, und/oder Motorstandzeit.In order to determine the functionality of SCR catalysts more clearly, so-called plausibility functions are carried out under certain monitoring conditions according to the prior art. In the field of exhaust gas aftertreatment, monitoring is frequently limited to specific value ranges for one or more modeled or determined variables. The following quantities are named as examples: exhaust gas mass flow, exhaust gas volume flow, exhaust gas temperature at any point, operating point (rotational speed, injection quantity), vehicle speed, ambient pressure, ambient temperature, NOx, PM, HC, CO,
Bei der Diagnose eines SCR-Katalysators werden zusätzlich weitere Größen verwendet, welche nachfolgend beispielhaft benannt seien: Status der HNOx-Sensoren, Ist- und Sollfüllstand des Reduktionsmittels (NH3) im Katalysator, Regelabweichung eines NH3-Füllstandsreglers, Status einer Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung, Status/Modus einer Dosiermengen-Vorsteuerung, Adaptionsfaktor (Korrekturfaktor für eine Reduktionsmittel-Dosiermenge), Status einer Dosiermengenadaption, Status einer DPF-Regeneration, DPF Regenerationsanforderungszahl, und/oder Status einer Kohlenwasserstoff-Vergiftung (HC).In the diagnosis of an SCR catalyst, additional variables are used, which are named below by way of example: status of the HNOx sensors, actual and desired level of the reducing agent (NH3) in the catalyst, control deviation of an NH3 level controller, status of a reducing agent metering device, status Dose Rate Feedforward Mode, Adaptation Factor (Reduction Agent Dose Adjustment Factor), Dose Rate Adaptation Status, DPF Regeneration Status, DPF Regeneration Request Number, and / or Hydrocarbon Poisoning (HC) Status.
Darüber hinaus werden Überwachungen aus dem gleichen Grund häufig unter (quasi)stationären Bedingungen durchgeführt, die anhand einer oder mehrerer der oben genannten Größen bestimmt werden.In addition, monitoring for the same reason is often performed under (quasi) steady state conditions determined by one or more of the above variables.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein Computerprogramm nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.The problem underlying the invention is solved by a method according to claim 1 and by a control and / or regulating device and a computer program according to the independent claims. Advantageous developments are specified in subclaims. Features which are important for the invention can also be found in the following description and in the drawings, wherein the features, both alone and in different combinations, can be important for the invention, without being explicitly referred to again.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass der Alterungszustand eines SCR-Katalysators in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine auch in Bezug auf die Konvertierung einzelner und gegenüber einem Durchschnittswert erhöhter Anteile von NOx (Stickoxiden) im Abgas bewertet werden kann, dass also instationäre bzw. dynamische Betriebsbedingungen berücksichtigt werden. Darüber hinaus hat das Verfahren, den Vorteil, dass ein auf eine voran gegangene Erhöhung eines Reduktionsmittels (NH3, also Ammoniak) folgender so genannter Entleertest gegebenenfalls entbehrlich sein kann.The inventive method has the advantage that the aging state of an SCR catalyst in an exhaust system of an internal combustion engine can also be evaluated with respect to the conversion of individual and compared to an average value of increased levels of NOx (nitrogen oxides) in the exhaust gas, that is transient or dynamic Operating conditions are taken into account. In addition, the method has the advantage that a so-called emptying test following a previous increase in a reducing agent (NH 3, ie ammonia) may possibly be dispensable.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass SCR-Katalysatoren während ihrer Betriebsdauer mehr oder weniger kontinuierlich altern, wobei häufig ein durchschnittlicher NOx-Anteil im Abgas noch ausreichend konvertiert werden kann, jedoch zeitweise Erhöhungen des dem SCR-Katalysator zugeführten NOx-Stroms nicht mehr bewältigt werden können, es also im dynamischen Betrieb zu NOx-Durchbrüchen kommt. Dies wird für die erfindungsemäße Diagnose ausgenutzt. Daher wird die Menge des dem SCR-Katalysator als Reduktionsmittel zugeführten Ammoniaks verändert, vorzugsweise so erhöht, dass der Ammoniak nicht vollständig für die Konvertierung verbraucht und statt, dessen entsprechend der alterungsabhängigen NH3-Speicherfähigkeit ein bestimmter Anteil des Ammoniaks in der aktiven Oberfläche des SCR-Katalysators zumindest vorübergehend gespeichert wird. Die Menge des im SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniaks wird also erhöht. Zugleich wird erfindungsgemäß mindestens eine aktuell vorhandene Erhöhung des NOx Stroms (so genannte NOx-Spitze) stromaufwärts des SCR-Katalysators ausgenutzt, oder es wird eine solche ganz bewusst herbeigeführt. Daraus folgend wird für die NOx-Spitze ein SCR-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators ermittelt und dessen zeitlicher Verlauf ausgewertet. Der SCR Wirkungsgrad des Katalysators wird jeweils ermittelt aus dem Verhältnis des NOx-Anteils im Abgas vor und nach dem SCR-Katalysator.The invention is based on the consideration that SCR catalysts age more or less continuously during their service life, whereby frequently an average proportion of NOx in the exhaust gas can still be sufficiently converted, but at times no longer increases the NOx flow supplied to the SCR catalyst can be handled, so it comes in dynamic operation to NOx breakthroughs. This is utilized for the diagnosis according to the invention. Therefore, the amount of ammonia fed to the SCR catalyst as a reducing agent is changed, preferably increased so that the ammonia does not completely consumed for the conversion and instead of which, according to the aging-dependent NH3 storage capacity, a certain proportion of the ammonia in the active surface of the SCR catalyst is at least temporarily stored. The amount of ammonia stored in the SCR catalyst is thus increased. At the same time, according to the invention, at least one currently existing increase in the NOx flow (so-called NOx peak) upstream of the SCR catalytic converter is utilized, or such is deliberately brought about. As a result, an SCR efficiency of the SCR catalytic converter is determined for the NOx peak and its time course is evaluated. The SCR efficiency of the catalyst is determined in each case from the ratio of the proportion of NOx in the exhaust gas before and after the SCR catalytic converter.
Nachfolgend werden die Begriffe ”SCR-Wirkungsgrad” und ”Wirkungsgrad”, beziehungsweise – wie weiter unten benutzt – ”normierter SCR-Wirkungsgradverlust” und ”normierter Wirkungsgradverlust”, synonym verwendet.The terms "SCR efficiency" and "efficiency" or, as used below, "standardized SCR efficiency loss" and "normalized efficiency loss" are used synonymously.
Aus dem so bestimmten Wirkungsgrad wird ein Wirkungsgradeinbruch ermittelt, indem ein Bezug zu einem Wirkungsgrad erfolgt, wie er – unter sonst vergleichbaren Bedingungen während der Zuführung des Reduktionsmittels – ohne die Anwesenheit der zeitweisen Erhöhungen des NOx-Stroms ermittelt werden kann. Der Wirkungsgradeinbruch wiederum wird nun als ein Maß verwendet, um auf den Alterungszustand des SCR Katalysators zu schließen.From the thus determined efficiency, a break in efficiency is determined by reference to an efficiency, as it - under otherwise comparable conditions during the supply of the reducing agent - can be determined without the presence of the temporary increases in NOx flow. In turn, the efficiency break is now used as a measure to infer the aging state of the SCR catalyst.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass ein Gradient des Wirkungsgrads erfasst und für die Bestimmung des Alterungszustands des SCR-Katalysators ausgewertet wird. Damit kann beispielsweise ein Wirkungsgradeinbruch als Folge einer einzelnen Erhöhung des NOx-Stroms bewertet und dazu wie folgt vorgegangen werden:
- (a) Es wird ein zeitlicher Verlauf einer NOx-Spitze und des zugehörigen SCR-Wirkungsgrads ermittelt.
- (b) Deren Änderungen über der Zeit werden mittels folgender Formel zu einem normierten SCR-Wirkungsgradverlust (SEL = ”Scaled Efficiency Loss”) zusammengefasst: der Zähler die Summe von aufeinander folgenden Teilbeiträgen einer zeitlichen Ableitung (Gradient) des Wirkungsgrads darstellt; und
- (a) A time course of a NOx peak and the associated SCR efficiency is determined.
- (b) Their changes over time are summarized using the following formula to a normalized SCR loss of efficiency (SEL = "Scaled Efficiency Loss"): the counter represents the sum of successive partial contributions of a time derivative (gradient) of the efficiency; and
Diese Formel eignet sich vorteilhaft für eine praktische Realisierung, da durch die zeitliche Ableitung des Wirkungsgrads dessen konstanter Anteil entfällt, so dass nach der anschließenden Summierung nur der durch die jeweilige NOx-Spitze verursachte Beitrag des Wirkungsgrads übrig bleibt.This formula is advantageously suitable for a practical realization, since the time derivative of the efficiency eliminates its constant component, so that after the subsequent summation, only the contribution of the efficiency caused by the respective NOx peak remains.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass ein Quotient
Zusammen mit der oben beschriebenen Summenformel kann der normierte Wirkungsgradverlust auch angegeben werden als: Together with the molecular formula described above, the normalized loss of efficiency can also be stated as:
Damit kann eine Auswertung einzelner NOx-Spitzen erfolgen. Wenn die ermittelten Werte während einer erhöhten Zuführung des Reduktionsmittels (”Überdosierphase”) immer kleiner werden, so ist dieses ein Indikator für die Menge des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels, also des Ammoniaks. Da das maximal mögliche Reduktionsmittelangebot mit der NH3-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators korreliert, kann eine untere Grenze für den normierten Wirkungsgradverlust definiert werden, unterhalb derer der SCR-Katalysator als ordnungsgemäß – also brauchbar – eingestuft werden kann.This can be used to evaluate individual NOx peaks. If the determined values become ever smaller during an increased supply of the reducing agent ("overdosage phase"), this is an indicator of the amount of reducing agent stored in the SCR catalyst, ie of the ammonia. Since that maximum available reductant supply correlates with the NH3 storage capacity of the SCR catalyst, a lower limit for the normalized loss of efficiency can be defined, below which the SCR catalyst can be classified as proper - so useful -.
Ergänzend sieht das Verfahren vor, dass der SCR-Wirkungsgrad aus einer Konvertierungsrate von NOx in N2 ermittelt Abbau-Produkt der Stickoxide in gasförmigen Stickstoff als Maß für die Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators verwendet werden.In addition, the method provides that the SCR efficiency from a conversion rate of NOx in N 2 determined degradation product of nitrogen oxides in gaseous nitrogen used as a measure of the functioning of the SCR catalyst.
Das Verfahren ist besonders aussagekräftig, wenn während einer Phase der Veränderung der Menge des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels mehrere vorzugsweise aufeinander folgende Wirkungsgradeinbrüche des SCR-Katalysators bei einer entsprechenden Mehrzahl von zeitweisen Erhöhungen des dem SCR-Katalysator zugeführten NOx-Stroms erfasst und ausgewertet werden und ein Verlauf der Verringerung der Wirkungsgradeinbrüche bei der Bewertung des Alterungszustands verwendet wird. Beispielsweise steigt die Menge des zugeführten bzw. in dem SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels rampenförmig bis zu einem individuellen alterungsabhängigen Speichervermögen an. Dabei kann das Verfahren mittels der aufeinander folgenden NOx-Spitzen und der zugehörigen Wirkungsgradeinbrüche diese Grenze vergleichsweise schnell und sicher ermitteln und hieraus die Brauchbarkeit des SCR-Katalysators bewerten.The method is particularly meaningful if, during a phase of changing the amount of reducing agent stored in the SCR catalyst, a plurality of preferably successive efficiency dips of the SCR catalyst are detected and evaluated with a corresponding plurality of temporary increases in the NOx flow supplied to the SCR catalyst and a course of reduction in efficiency drops is used in the assessment of the aging condition. For example, the amount of reductant supplied or stored in the SCR catalyst ramps up to an individual age-dependent storage capacity. In this case, the method can determine this limit comparatively quickly and reliably by means of the successive NOx peaks and the associated efficiency dips, and from this evaluate the usefulness of the SCR catalytic converter.
Ergänzend dazu ist vorgesehen, dass – während einer Phase der Veränderung der Menge des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels – aus dem Verlauf der Verringerung der Wirkungsgradeinbrüche oder einer entsprechenden Größe, oder aus dem Absolutwert des erfassten Wirkungsgradeinbruchs oder einer entsprechenden Größe das Erreichen einer Sättigung des SCR-Katalysators mit dem Reduktionsmittel vorhergesagt wird. Damit kann die Sättigung – also die Speicherfähigkeit – des SCR-Katalysators ohne Erreichen der mit der Alterung des SCR-Katalysators korrelierten Sättigungsgrenze und ohne das hiermit verbundene Durchbrechen von Ammoniak ermittelt werden.In addition, it is provided that - during a phase of the change of the amount of the reducing agent stored in the SCR catalyst - from the course of the reduction of the efficiencies or a corresponding size, or from the absolute value of the detected efficiency break or a corresponding size reaching a saturation of the SCR catalyst is predicted with the reducing agent. Thus, the saturation - ie the storage capacity - of the SCR catalyst can be determined without reaching the saturation limit correlated with the aging of the SCR catalyst and without the ammonia breakthrough associated therewith.
Weiterhin berücksichtigt das Verfahren, dass die Sensibilität einer Überwachung auf einen Durchbruch von Reduktionsmittel durch den SCR-Katalysator erhöht wird, wenn aus der Auswertung des Verlaufs oder des Absolutwerts oder der entsprechenden Größen auf das baldige Erreichen einer Sättigung geschlossen werden kann. Dadurch kann vermieden werden, dass größere Mengen des Reduktionsmittels den Katalysator ungenutzt durchströmen und die Abgasanlage der Brennkraftmaschine verlassen. Dadurch wird die Umweltbelastung reduziert. Der Durchbruch des Reduktionsmittels wird auch als ein NH3-Schlupf bezeichnet.Furthermore, the method takes into account that the sensitivity of monitoring for a breakthrough of reducing agent by the SCR catalytic converter is increased when it can be concluded from the evaluation of the curve or the absolute value or the corresponding variables on the early achievement of a saturation. As a result, it can be avoided that larger amounts of the reducing agent flow through the catalyst unused and leave the exhaust system of the internal combustion engine. This reduces the environmental impact. The breakthrough of the reducing agent is also referred to as NH3 slip.
Das Verfahren arbeitet besser, wenn die Wirkungsgradeinbrüche abhängig von mindestens einer der nachfolgenden Größen bewertet werden:
- – Wirkungsgradeinbruch nach einer zeitlich vorangehenden NOx-Spitze;
- – Wirkungsgradeinbruch nach einer zeitlich nachfolgenden NOx-Spitze;
- – Referenzwerte des Wirkungsgrades, die einem vergleichbaren Betriebszustand der Abgasanlage ohne zeitweise Erhöhung des Stickoxidanteils entsprechen;
- – mindestens ein vorgegebener Schwellwert und/oder Sollwert;
- – eine zugeführte Menge des Reduktionsmittels;
- – eine Dauer der Zuführung des Reduktionsmittels; und/oder
- – ein aktueller Anteil des Reduktionsmittels.
- - efficiency break after a preceding NOx peak;
- - Efficiency break after a temporally following NOx peak;
- - Reference values of the efficiency corresponding to a comparable operating condition of the exhaust system without a temporary increase in the nitrogen oxide content;
- At least one predetermined threshold value and / or setpoint value;
- An added amount of the reducing agent;
- A duration of supply of the reducing agent; and or
- - a current proportion of the reducing agent.
Damit können vorteilhaft mehrere einzelne Wirkungsgradeinbrüche zusammen ausgewertet werden und somit das Verfahren sicherer und genauer arbeiten.In this way, it is advantageously possible to evaluate a plurality of individual efficiency dips together, thus making the method safer and more accurate.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die wenigstens zeitweise Erhöhung des dem SCR-Katalysator zugeführten NOx-Stroms gezielt herbeigeführt wird, insbesondere indem eine Abgasrückführung der Abgasanlage verändert wird. Damit kann unabhängig von einer Betriebssituation der Brennkraftmaschine das Verfahren gezielt durchgeführt werden, vor allem dann, wenn über eine längere Zeit keine NOx-Spitzen im Abgas auftreten. Durch eine wenigstens zeitweise Veränderung der Abgasrückführung, beispielsweise mittels einer Verstellung eines Abgasrückführventils, können NOx-Spitzen in passender Anzahl, Stärke und Dauer künstlich erzeugt werden.An embodiment of the method provides that the at least temporary increase of the NOx stream supplied to the SCR catalytic converter is brought about in a targeted manner, in particular by changing an exhaust gas recirculation of the exhaust gas system. Thus, regardless of an operating situation of the internal combustion engine, the method can be carried out selectively, especially when no NOx peaks in the exhaust gas occur over a long time. By an at least temporary change in the exhaust gas recirculation, for example by means of an adjustment of an exhaust gas recirculation valve, NOx peaks can be generated artificially in the appropriate number, strength and duration.
Die Genauigkeit des Verfahrens kann erhöht werden, wenn es nur durchgeführt wird, wenn mindestens eine der folgenden Größen sich in einem jeweils vorgegebenen Wertebereich befindet:
- – ein Abgasmassenstrom;
- – ein Abgasvolumenstrom;
- – eine Abgastemperatur;
- – eine Fahrzeuggeschwindigkeit;
- – ein Umgebungsdruck;
- – eine Umgebungstemperatur;
- – ein Anteil von Stickoxid, Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, PM oder Sauerstoff des Abgases;
- – eine Dosierrate des Reduktionsmittels;
- – ein Temperaturgradient der Abgasanlage;
- – eine Abgasrückführrate; und/oder
- – eine Drehzahl, eine Einspritzmenge, eine Betriebsart, ein Betriebszustand, eine Laufzeit und/oder eine Standzeit der Brennkraftmaschine.
- An exhaust gas mass flow;
- An exhaust gas volume flow;
- An exhaust gas temperature;
- A vehicle speed;
- An ambient pressure;
- - an ambient temperature;
- A proportion of nitrogen oxide, hydrocarbon, carbon monoxide, PM or oxygen of the exhaust gas;
- A metering rate of the reducing agent;
- A temperature gradient of the exhaust system;
- An exhaust gas recirculation rate; and or
- - A speed, an injection quantity, an operating mode, an operating condition, a running time and / or a service life of the internal combustion engine.
Durch die Eingrenzung verschiedener auf die Brennkraftmaschine oder die Abgasanlage einwirkender Größen auf vorgegebene Wertebereiche kann deren Einfluss auf die Ermittlung des SCR-Wirkungsgrads vermindert werden. Dadurch wird die Genauigkeit des Verfahrens verbessert.By limiting various variables acting on the internal combustion engine or the exhaust gas system to predetermined value ranges, their influence on the determination of the SCR efficiency can be reduced. This improves the accuracy of the method.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numerals are used for functionally equivalent elements and sizes in all figures, even in different embodiments.
In der Abgasanlage
Die Temperatursensoren
Es versteht sich, dass die
Für den ersten Wirkungsgrad
Weiterhin sind für den ersten Wirkungsgrad
Man erkennt erstens, dass der erste Wirkungsgrad
Die NOx-Spitzen
Die
Der im unteren Bereich der Zeichnung dargestellte normierte Wirkungsgradverlust
Der normierte Wirkungsgradverlust
dmNOx/dt = NOx-Massenstrom
der Zähler die Summe von aufeinander folgenden Teilbeiträgen einer zeitlichen Ableitung des SCR-Wirkungsgrads
der Nenner die Summe von aufeinander folgenden Teilbeiträgen einer zweiten zeitlichen Ableitung der NOx-Masse, das heißt einer ersten zeitlichen Ableitung des NOx-Massenstroms
dm NOx / dt =
the counter is the sum of successive partial contributions of a time derivative of the
the denominator is the sum of successive partial contributions of a second time derivative of the NOx mass, that is, a first time derivative of the
Ein Grenzwert
Wird dagegen der Grenzwert
Beispiele B1 und B2 zeigen diskrete bzw. aufeinander folgende NOx-Spitzen
Alle Beispiele B1 bis B4 können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bewertet werden. Dabei wird eine zeitliche Ableitung (”Gradient”) des NOx-Massenstroms
Grundsätzlich wird in den Beispielen B1 bis B4 der
- (a) Es wird abgewartet, bis der Gradient des NOx-
Massenstroms 75 den ersten Schwellwert überschritten hat und ein vergleichsweise schneller Anstieg des NOx-Massenstroms 75 und somit ein auswertbares Ereignis vorliegt. Dadurch wird das Verfahren gestartet. - (b) Es wird die Stärke des Wirkungsgradeinbruchs
73 des Wirkungsgrads72 über der Zeit ermittelt und bewertet. Dies kann entweder durch einen Bezug auf Referenzwerte76 erfolgen oder mittels Summierung von Teilbeiträgen des Gradienten des Wirkungsgrads72 , vergleiche dazu die obige Formel fürden normierten Wirkungsgradverlust 78 , SEL. - (c) Es wird die Stärke der NOx-
Spitze 74 über der Zeit ermittelt. - (d) Die Erfassung bzw. Ermittlung der im Schritt (b) und (c) behandelten Größen wird beendet, wenn der Gradient des NOx-
Massenstroms 75 einen zweiten Schwellwert unterschritten hat und somit ein vergleichsweise schneller Abfall des NOx-Massenstroms 75 erfolgt und damit eine Rückkehr zu einem eher durchschnittlichen NOx-Massenstrom 75 vorliegt. - (e) Es wird der Quotient aus der im Schritt (b) ermittelten Größe und der im Schritt (c) ermittelten Größe gebildet. Die Größe des Quotienten wird dazu verwendet, um den Katalysator in Bezug auf seine Brauchbarkeit zu bewerten.
- (a) Wait until the gradient of
NOx mass flow 75 has exceeded the first threshold and a comparatively rapid increase inNOx mass flow 75 and thus an evaluable event is present. This starts the procedure. - (b) It becomes the strength of the
efficiency break 73 theefficiency 72 determined and evaluated over time. This can be done either by reference toreference values 76 or by summation of partial contributions of the gradient of theefficiency 72 compare the above formula for the normalizedefficiency loss 78 , SEL. - (c) It becomes the strength of the
NOx peak 74 determined over time. - (d) The detection of the quantities treated in steps (b) and (c) is terminated when the gradient of the
NOx mass flow 75 has fallen below a second threshold and thus a relatively fast drop in theNOx mass flow 75 and thus a return to a rather averageNOx mass flow 75 is present. - (e) The quotient of the variable determined in step (b) and the variable determined in step (c) is formed. The size of the quotient is used to evaluate the catalyst for its usefulness.
Ein oberes Zeitdiagramm zeigt den Wirkungsgrad
Man erkennt, dass mit fortschreitender Zeit t der Wirkungsgrad
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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