DE102013203578A1

DE102013203578A1 - Method for monitoring an exhaust aftertreatment system

Info

Publication number: DE102013203578A1
Application number: DE102013203578.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Franz; Andreas Holzeder; Tobias Pfister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (11) und wenigstens einer, in Abgasströmrichtung stromabwärts angeordneten zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (12). Stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (11) ist wenigstens eine Dosiereinrichtung (14) für Reaktionsmittel für die SCR-Katalysatoreinrichtungen (11, 12) vorgesehen. Stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (12) ist wenigstens ein NOx-Sensor (15; 16) angeordnet. Erfindungsgemäß wird bei einer Betriebsphase, bei der in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (12) im Wesentlichen keine Umsetzung von NOx stattfindet, aus Messsignalen des NOx-Sensors (15; 16) auf die Funktion der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (11) geschlossen.The invention relates to a method for monitoring an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine with at least one first SCR catalytic converter device (11) and at least one second SCR catalytic converter device (12) arranged downstream in the exhaust gas flow direction. At least one metering device (14) for reactants for the SCR catalyst devices (11, 12) is provided upstream of the first SCR catalyst device (11). At least one NOx sensor (15; 16) is arranged downstream of the second SCR catalytic converter device (12). According to the invention, in an operating phase in which essentially no conversion of NOx takes place in the second SCR catalyst device (12), the function of the first SCR catalyst device (11) is inferred from measurement signals of the NOx sensor (15; 16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und wenigstens einer zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft, sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode.The present invention relates to a method for monitoring an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine having at least a first SCR catalytic converter device and at least one second SCR catalytic converter device. Furthermore, the invention relates to a computer program that performs all the steps of the inventive method when it runs on a computing device or controller, and a computer program product with program code.

Stand der TechnikState of the art

Um die immer strengeren Abgasgesetzgebungen insbesondere für Kraftfahrzeuge zu erfüllen, ist es notwendig, den Gehalt von Stickoxiden (NOx) im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen zu verringern. Hierfür sind SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) bekannt, die im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, wobei die SCR-Katalysatoren die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduzieren. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel bzw. Reaktionsmittel benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Für die Bereitstellung von Ammoniak wird üblicherweise eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang mithilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Aus dieser Lösung spaltet sich NH₃ ab, das im SCR-Katalysator als Reduktionsmittel wirken kann. Um in dem SCR-Katalysator hohe Umsatzraten bei der Reduktion der Stickoxide zu erzielen, muss der SCR-Katalysator so betrieben werden, dass er ständig bis zu einem gewissen Niveau mit dem Reduktionsmittel Ammoniak befüllt ist.In order to meet the increasingly stringent exhaust gas legislation particularly for motor vehicles, it is necessary to reduce the content of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas of internal combustion engines. For this purpose, SCR catalysts (Selective Catalytic Reduction) are known which are arranged in the exhaust gas region of an internal combustion engine, wherein the SCR catalysts reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine in the presence of a reducing agent to nitrogen. For the course of the reaction ammonia (NH ₃ ) is required as a reducing agent or reagent, which is admixed to the exhaust gas. For the provision of ammonia, an aqueous urea solution is usually used, which is injected into the exhaust gas line upstream of the SCR catalyst by means of a metering device. From this solution, NH _{3 separates} , which can act as a reducing agent in the SCR catalyst. To achieve high conversion rates in the reduction of nitrogen oxides in the SCR catalyst, the SCR catalyst must be operated so that it is constantly filled to a certain level with the reducing agent ammonia.

Heute bekannte SCR-Katalysatoren speichern NH₃ an der Katalysatoroberfläche. Die NOx-Konversion im SCR-Katalysator ist umso erfolgreicher, umso größer das Reduktionsmittelangebot im Katalysator ist. Solange die Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators für NH₃ noch nicht ausgeschöpft ist, wird zu viel dosiertes Reduktionsmittel gespeichert. Wenn die Dosiereinheit weniger Reduktionsmittel zur Verfügung stellt als für die Konversion der aktuell im Abgas vorhandenen Stickoxide notwendig ist, wird das gespeicherte Reduktionsmittel für die Konversion der Stickoxide verbraucht und damit der NH₃-Füllstand verringert.Today's SCR catalysts store NH ₃ at the catalyst surface. The NOx conversion in the SCR catalyst is all the more successful, the greater the amount of reducing agent in the catalyst. As long as the storage capacity of the SCR catalyst for NH ₃ has not yet been exhausted, excessively metered reducing agent is stored. If the dosing unit provides less reducing agent than is necessary for the conversion of the nitrogen oxides currently present in the exhaust gas, the stored reducing agent is consumed for the conversion of the nitrogen oxides and thus the NH ₃ level is reduced.

Zur Erzielung höherer Umsatzraten bei der Stickoxidreduktion im Abgasstrang sind bereits Systeme bekannt, die zwei separate SCR-Katalysatoreinrichtungen einsetzen. Die Versorgung der hintereinander geschalteten SCR-Katalysatoreinrichtungen erfolgt üblicherweise derart, dass in Abgasrichtung gesehen stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung eine Dosiereinrichtung für Reaktionsmittel vorgesehen ist. Über diese Dosiereinrichtung wird der erste SCR-Katalysator mit Reduktionsmittel versorgt. Ein Teil des zugeführten Reduktionsmittels wird nicht bei der Katalysereaktion im ersten SCR-Katalysator verbraucht und auch nicht im ersten SCR-Katalysator gespeichert, so dass dieser Teil des zugeführten Reduktionsmittels die erste SCR-Katalysatoreinrichtung als sogenannter NH₃-Schlupf wieder verlässt. Über diesen NH₃-Schlupf wird die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung mit Reduktionsmittel versorgt, so dass auch für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung ausreichend Reduktionsmittel zur Verfügung steht. Die Ermittlung der erforderlichen Dosierrate für eine optimale Abgasnachbehandlung erfolgt üblicherweise in einer elektronischen Steuereinheit, in der optimierte Strategien für den Betrieb des SCR-Systems hinterlegt sind. In order to achieve higher conversion rates for nitrogen oxide reduction in the exhaust gas system, systems are already known which use two separate SCR catalyst devices. The supply of the series-connected SCR catalyst devices is usually carried out in such a way that upstream of the first SCR catalyst device, a metering device for reactants is provided in the exhaust gas direction. About this metering device, the first SCR catalyst is supplied with reducing agent. A portion of the supplied reducing agent is not consumed in the catalytic reaction in the first SCR catalyst and also not stored in the first SCR catalyst, so that this part of the supplied reducing agent leaves the first SCR catalyst device as so-called NH ₃ -slip again. By means of this NH ₃ slip, the second SCR catalyst device is supplied with reducing agent, so that sufficient reducing agent is also available for the second SCR catalytic converter device. The determination of the required metering rate for optimal exhaust aftertreatment is usually carried out in an electronic control unit, in which optimized strategies for the operation of the SCR system are stored.

Heute bekannte Dosierstrategien für SCR-Systeme verfügen über eine sogenannte Füllstandsregelung, die einen Arbeitspunkt in Form eines Sollwerts für den NH₃-Füllstand in einem SCR-Katalysator einstellt. Dieser Arbeitspunkt wird so gewählt, dass der NH₃-Füllstand hoch genug ist, um sowohl eine hohe NOx-Konversionsrate als auch einen Puffer für kurzfristig auftretende NOx-Spitzen zu gewährleisten. Der Füllstand sollte aber andererseits auch so weit wie möglich von der maximalen Speicherfähigkeit entfernt sein, um einen NH₃-Schlupf aus dem System zu vermeiden.Today known dosing strategies for SCR systems have a so-called level control, which sets an operating point in the form of a target value for the NH ₃ level in an SCR catalyst. This operating point is chosen so that the NH ₃ level is high enough to ensure both a high NOx conversion rate and a buffer for short term NOx peaks. On the other hand, the level should, however, also be as far removed from the maximum storage capacity as possible in order to prevent NH ₃ slipping out of the system.

Im Rahmen der sogenannten On-Board-Diagnose (OBD) wird eine Diagnose aller emissionsrelevanten Bauteile eines Kraftfahrzeugs gefordert. Dies umfasst die Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie der eingesetzten Sensorik. Im Zuge von Diagnosefunktionen für die Stickoxid-Abgasnachbehandlung wird die Einhaltung der zulässigen OBD-Grenzwerte für die Stickoxidemissionen des Kraftfahrzeugs überwacht. Bei Abgasanlagen mit nur einem SCR-Katalysator wird zu Diagnosezwecken heute üblicherweise die NOx-Konversionsrate des SCR-Katalysators mithilfe eines stromabwärts des Katalysators angeordneten NOx-Sensors bestimmt. Dazu wird in geeigneten Betriebspunkten der NOx-Massenstrom als Sensorwert stromabwärts des SCR-Katalysators und als Sensor- oder Modellwert stromaufwärts des SCR-Katalysators integriert. Nach Erreichen einer NOx-Massenschwelle wird daraus die NOx-Konversionsrate berechnet. Der Katalysator gilt als defekt, wenn die Konversionsrate unterhalb eines systemspezifischen Grenzwerts liegt. Dieser Grenzwert wird üblicherweise aus einem Modellwirkungsgrad der Dosierstrategie abgeleitet, die den im jeweiligen Betriebspunkt erwarteten NOx-Umsatz beschreibt. Moderne SCR-Systeme verfügen daher zumindest über einen NOx-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators. Derzeit übliche NOx-Sensoren zeigen eine Querempfindlichkeit für NH₃, wobei das Sensorsignal ein Summensignal aus NOx und NH₃ zeigt. Ein Anstieg des Sensorsignals kann daher sowohl auf einer sinkenden NOx-Konversionsrate, also einem Anstieg der NOx-Konzentration, als auch auf einem Durchbruch von reinem Ammoniak, also einem Anstieg der NH₃-Konzentration, beruhen. Eine direkte Unterscheidung von NOx und NH₃ ist nicht möglich. As part of the so-called on-board diagnosis (OBD) a diagnosis of all emission-related components of a motor vehicle is required. This includes the monitoring of all exhaust aftertreatment components and the sensors used. In the course of diagnostic functions for the nitric oxide exhaust aftertreatment, compliance with the permissible OBD limit values for the nitrogen oxide emissions of the motor vehicle is monitored. In exhaust systems with only one SCR catalytic converter, the NO x conversion rate of the SCR catalytic converter is usually determined today using a NOx sensor arranged downstream of the catalytic converter for diagnostic purposes. For this purpose, the NOx mass flow is integrated as a sensor value downstream of the SCR catalytic converter and as a sensor or model value upstream of the SCR catalytic converter at suitable operating points. After reaching a NOx mass threshold, the NOx conversion rate is calculated from this. The catalyst is considered defective if the conversion rate is below a system specific limit. This limit value is usually derived from a model efficiency of the metering strategy which describes the NOx conversion expected at the respective operating point. Modern SCR systems therefore have at least one NOx sensor downstream of the SCR catalytic converter. Currently common NOx sensors show a cross sensitivity to NH ₃ , the sensor signal showing a sum signal of NOx and NH ₃ . An increase in the sensor signal can therefore be based both on a decreasing NOx conversion rate, ie an increase in the NOx concentration, and on a breakthrough of pure ammonia, ie an increase in the NH ₃ concentration. A direct distinction between NOx and NH ₃ is not possible.

Neben der Einhaltung der zulässigen OBD-Grenzwerte fordert die Gesetzgebung auch eine Überwachung der einzelnen Komponenten eines Abgasnachbehandlungssystems. Folglich sollte bei einem Katalysatorsystem mit mehr als einem SCR-Katalysator jeder Katalysator einzeln im Hinblick auf seine Funktionsfähigkeit überwacht werden.In addition to complying with the permissible OBD limits, the legislation also requires monitoring of the individual components of an exhaust aftertreatment system. Thus, in a catalyst system having more than one SCR catalyst, each catalyst should be individually monitored for operability.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems bereitzustellen, das bei einem SCR-System mit mehr als einer SCR-Katalysatoreinrichtung die Überwachung der einzelnen SCR-Katalysatoreinrichtungen erlaubt und insbesondere die Überwachung der in Abgasströmrichtung ersten SCR-Katalysatoreinrichtung. Bei einem SCR-System mit mehreren Katalysatoren, das die OBD-Grenzwerte überschreitet, soll mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens der defekte Katalysator im System eindeutig identifiziert werden können. Beispielsweise soll damit erkannt werden können, ob einer der SCR-Katalysatoren so weit gealtert ist, dass die geforderten Umsatzraten nicht mehr gegeben sind.The invention has for its object to provide a method for monitoring an exhaust aftertreatment system, which allows in an SCR system with more than one SCR catalyst device, the monitoring of the individual SCR catalyst devices and in particular the monitoring of the first SCR catalyst device in the exhaust gas flow direction. In a multi-catalyst SCR system that exceeds the OBD limits, the method of the present invention is intended to uniquely identify the defective catalyst in the system. For example, it should be possible to detect whether one of the SCR catalysts has aged so much that the required conversion rates no longer exist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und wenigstens einer zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung gelöst, wie es sich aus dem Anspruch 1 ergibt. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.This object is achieved by a method for monitoring an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one first SCR catalytic converter device and at least one second SCR catalytic converter device, as can be seen from claim 1. Preferred embodiments of this method and a corresponding computer program and a corresponding computer program product for carrying out the method emerge from the further claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem Abgasnachbehandlungssystem aus, das wenigstens eine erste SCR-Katalysatoreinrichtung und wenigstens eine zweite SCR-Katalysatoreinrichtung aufweist, die in Abgasströmrichtung stromabwärts angeordnet ist. Die erste SCR-Katalysatoreinrichtung ist also der Brennkraftmaschine zugewandt. Stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung ist wenigstens eine Dosiereinrichtung für das erforderliche Reaktionsmittel vorgesehen. Hierbei wird die erste SCR-Katalysatoreinrichtung mit mindestens so viel Reaktionsmittel beaufschlagt, dass hinter der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung ein NH₃-Schlupf entsteht. Dieses NH₃ gelangt in die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung und steht hier für die Katalysereaktion zur Verfügung. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin wenigstens ein NOx-Sensor erforderlich, der stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird bei einer Betriebsphase, bei der in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung im Wesentlichen keine Umsetzung von NOx stattfindet, aus einer Auswertung von Messsignalen des NOx-Sensors auf die Funktion der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung geschlossen. Hierdurch ist es möglich, bei einem Defekt im gesamten SCR-Katalysatorsystem, beispielsweise bei nicht eingehaltenen Grenzwerten, den tatsächlich defekten SCR-Katalysator eindeutig zu identifizieren. Es ist lediglich ein NOx-Sensor stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung erforderlich. Es ist beispielsweise nicht erforderlich, einen zweiten NOx-Sensor zwischen der ersten und der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung einzubauen. Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren kann damit bei derzeit üblichen SCR-Systemen eingesetzt werden, wobei der gegebenenfalls vorhandene Defekt oder die gegebenenfalls vorhandene Einschränkung der Funktion im System eindeutig identifiziert werden kann, ohne dass eine zusätzliche Sensorik, die mit weiteren Kosten verbunden wäre, erforderlich wäre.The method according to the invention is based on an exhaust aftertreatment system which has at least one first SCR catalytic converter device and at least one second SCR catalytic converter device which is arranged downstream in the exhaust gas flow direction. The first SCR catalytic converter device thus faces the internal combustion engine. Upstream of the first SCR catalyst device at least one metering device for the required reagent is provided. In this case, the first SCR catalyst device is acted upon with at least so much reactant, that behind the first SCR catalyst device, a NH ₃ -slip arises. This NH ₃ enters the second SCR catalyst device and is available here for the catalytic reaction. For the method according to the invention, at least one NOx sensor, which is arranged downstream of the second SCR catalytic converter device, is furthermore required. According to the invention, in an operating phase in which essentially no conversion of NOx takes place in the second SCR catalytic converter device, the function of the first SCR catalytic converter device is concluded from an evaluation of measurement signals of the NOx sensor. This makes it possible, in the event of a defect in the entire SCR catalytic converter system, for example in the case of non-compliance with limit values, to unambiguously identify the actually defective SCR catalytic converter. Only one NOx sensor downstream of the second SCR catalyst device is required. For example, it is not necessary to install a second NOx sensor between the first and second SCR catalyst devices. The monitoring method according to the invention can thus be used in currently customary SCR systems, it being possible to unambiguously identify the possibly existing defect or the possibly present restriction of the function in the system without requiring additional sensor technology which would involve additional costs.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhafterweise aus den Messsignalen des NOx-Sensors, der stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung angeordnet ist, eine NOx-Konversionsrate bestimmt, die mit einer erwarteten, insbesondere modellierten, NOx-Konversionsrate für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung verglichen wird. Aus dem Vergleich bzw. aus gegebenenfalls vorhandenen Abweichungen wird auf eine gegebenenfalls vorhandene Beeinträchtigung der Funktion der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung geschlossen.In order to carry out the method according to the invention, it is advantageous to determine from the measurement signals of the NOx sensor, which is arranged downstream of the second SCR catalytic converter device, a NOx conversion rate which is compared with an expected, in particular modeled, NOx conversion rate for the first SCR catalytic converter device , From the comparison or from any deviations that may be present, it is concluded that any impairment of the function of the first SCR catalyst device may be present.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens handelt es sich bei der Betriebsphase, bei der in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung im Wesentlichen keine Umsetzung von NOx stattfindet, um einen Temperaturbereich, in dem die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung eine suboptimale Betriebstemperatur und die erste SCR-Katalysatoreinrichtung eine im Wesentlichen optimale Betriebstemperatur aufweist. Der Temperaturbereich für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung ist also sozusagen der optimale Temperaturbereich, in dem eine akzeptable Umsetzungsrate erreicht wird. Hierauf bezieht sich der Ausdruck „im Wesentlichen“. Dieser Temperaturbereich ist unter Anderem abhängig von der Bauart der Sonde und kann beispielsweise zwischen 270 und 340 °C liegen. Außerhalb dieses Bereichs sinkt die Umsetzungsrate deutlich ab. Bekanntermaßen ist die erzielbare NOx-Konversionsrate in einem SCR-Katalysator unter anderem von der Katalysatortemperatur abhängig. Insbesondere bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, beispielsweise unterhalb von 200° Celsius, ist die NOx-Konversionsrate im Allgemeinen gering. Bei einer Temperatur unterhalb von 200° Celsius kann angenommen werden, dass ein Großteil der in den Katalysator einströmenden Stickoxide den Katalysator ohne weitere Reaktion durchströmt und wieder verlässt. Bei solchen niedrigen Temperaturen findet im Wesentlichen keine Umsetzung der Stickoxide statt. Die vorliegende Erfindung macht sich dieses Verhalten von SCR-Katalysatoren zunutze, um eine Diagnose während einer Betriebsphase durchzuführen, in der die Umsetzung von Stickoxiden in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zu vernachlässigen ist. In der genutzten Betriebsphase ist die Betriebstemperatur der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung so niedrig, dass in diesem Katalysator praktisch keine NOx-Konversion stattfindet. Mit besonderem Vorteil kann für diese Betriebsphase die Aufwärmphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart genutzt werden. Die erste SCR-Katalysatoreinrichtung erwärmt sich aufgrund ihrer motornahen Einbauposition wesentlich schneller und erreicht die optimale Betriebstemperatur früher als die nachgeschaltete zweite SCR-Katalysatoreinrichtung. Diese Phase wird erfindungsgemäß genutzt, um auf der Basis der Signale des NOx-Sensors stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung auf die Funktion der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung rückzuschließen. In dieser Phase entsprechen die am NOx-Sensor gemessenen Emissionen im Wesentlichen den Werten, die stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung erwartet werden. In der erfindungsgemäß genutzten Aufwärmphase erfolgt vorteilhafterweise die Taupunktendefreigabe möglichst schnell, damit die entsprechenden Berechnungen der Umsatzraten frühzeitig erfolgen können. Die Taupunktendefreigabe sollte vorteilhafterweise abgeschlossen sein, bevor die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung ihre Betriebstemperatur erreicht hat. In a particularly preferred embodiment of the monitoring method according to the invention, the operating phase in which substantially no conversion of NO x takes place in the second SCR catalytic converter device is a temperature range in which the second SCR catalytic converter device has a suboptimal operating temperature and the first SCR catalytic converter. Catalyst device has a substantially optimal operating temperature. The temperature range for the first SCR catalyst device is thus, so to speak, the optimum temperature range in which an acceptable conversion rate is achieved. The term "essentially" refers to this. This temperature range is inter alia dependent on the type of probe and can, for example, between 270 and 340 ° C. Outside this range, the conversion rate drops significantly. As is known, the achievable NOx conversion rate in an SCR catalyst depends inter alia on the catalyst temperature. In particular, at relatively low temperatures, for example below 200 ° C, the NOx conversion rate is generally low. At a temperature below 200 ° Celsius, it can be assumed that a large part of the nitrogen oxides flowing into the catalyst flows through and leaves the catalyst without further reaction. At such low temperatures, essentially no conversion of the nitrogen oxides takes place. The present invention takes advantage of this behavior of SCR catalysts to make a diagnosis during an operating phase in which the conversion of nitrogen oxides in the second SCR catalyst device is negligible. In the operating phase used, the operating temperature of the second SCR catalyst device is so low that practically no NOx conversion takes place in this catalyst. With particular advantage, the warm-up phase of the internal combustion engine can be used after a cold start for this phase of operation. The first SCR catalyst device heats up much faster due to its mounting position close to the engine and reaches the optimum operating temperature sooner than the downstream second SCR catalytic converter device. This phase is used according to the invention to infer the function of the first SCR catalyst device on the basis of the signals of the NOx sensor downstream of the second SCR catalytic converter device. At this stage, the emissions measured at the NOx sensor are substantially the same as expected downstream of the first SCR catalyst device. In the warm-up phase used according to the invention, the dew point release advantageously takes place as quickly as possible, so that the corresponding calculations of the conversion rates can take place at an early stage. The dew point release should be advantageously completed before the second SCR catalyst device has reached its operating temperature.

Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren kann beispielsweise bei SCR-Systemen mit zwei hintereinander geschalteten üblichen SCR-Katalysatoren eingesetzt werden. Das gesamte Katalysatorvolumen kann auf zwei hintereinander geschaltete Katalysatorbüchsen verteilt sein. Mit Vorteil kann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren aber beispielsweise auch bei SCR-Systemen eingesetzt werden, deren erste SCR-Katalysatoreinrichtung ein Partikelfilter mit SCR-Beschichtung ist. Die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung kann hierbei beispielsweise ein üblicher SCR-Katalysator sein.The monitoring method according to the invention can be used, for example, in SCR systems with two conventional SCR catalysts connected in series. The entire catalyst volume can be distributed over two catalyst cans connected in series. Advantageously, however, the monitoring method according to the invention can also be used, for example, in SCR systems whose first SCR catalyst device is a particle filter with SCR coating. The second SCR catalyst device may be a conventional SCR catalyst, for example.

Das Abgasnachbehandlungssystem kann neben den SCR-Katalysatoreinrichtungen auch noch weitere Katalysatoren umfassen. Beispielsweise kann stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung ein Diesel-Oxidationskatalysator und/oder stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung ein sogenannter Clean-up-Katalysator, der zur Entfernung von Ammoniak aus dem Abgas vorgesehen ist, angeordnet sein. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens bei einem Abgasnachbehandlungssystem, das einen solchen Clean-up-Katalysator stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung aufweist, hat den besonderen Vorteil, dass ein NOx-Sensor, der stromabwärts des Clean-up-Katalysators angeordnet ist, im Wesentlichen nur NOx misst, und nicht NH₃, das durch den Clean-up-Katalysator entfernt wurde. Bei dem Messsignal des NOx-Sensors tritt also keine Verfälschung durch NH₃ auf, sodass die Auswertung der Messsignale erleichtert wird.The exhaust aftertreatment system may include other catalysts in addition to the SCR catalyst devices. For example, upstream of the first SCR catalyst device, a diesel oxidation catalyst and / or downstream of the second SCR catalyst device, a so-called clean-up catalyst, which is provided for the removal of ammonia from the exhaust gas may be arranged. The use of the monitoring method of the present invention in an exhaust aftertreatment system having such a clean-up catalyst downstream of the second SCR catalyst device has the particular advantage that a NOx sensor located downstream of the clean-up catalyst is substantially only NOx measures, not NH ₃ , that was removed by the clean-up catalyst. In the case of the measurement signal of the NOx sensor, therefore, no adulteration by NH ₃ occurs, so that the evaluation of the measurement signals is facilitated.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Überwachungsverfahren insbesondere bei einem Fehlerverdacht im Abgasnachbehandlungssystem durchgeführt. Das Überwachungsverfahren kann beispielsweise als zweite Instanz innerhalb einer Eskalationsstrategie verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit beispielsweise eingesetzt werden, wenn eine andere Diagnosevariante, die bezüglich der geeigneten Betriebspunkte weniger eingeschränkt als das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren ist, die aber nicht eindeutig zwischen einem Defekt in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung unterscheiden kann, einen Fehler signalisiert. Wenn nach der ersten Diagnosevariante ein Fehlerverdacht vorliegt, kann der Fehlerverdacht in der mehrstufigen Strategie durch das erfindungsgemäße Verfahren gegebenenfalls bestätigt werden und zugleich kann die tatsächlich defekte SCR-Katalysatoreinrichtung identifiziert werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the monitoring method is carried out in particular in the event of a suspected fault in the exhaust gas aftertreatment system. For example, the monitoring method may be used as a second instance within an escalation strategy. The method according to the invention can therefore be used, for example, if another diagnostic variant which is less restricted in terms of the suitable operating points than the monitoring method according to the invention, but which can not clearly distinguish between a defect in the first SCR catalytic converter device and in the second SCR catalytic converter device, signaled an error. If, after the first diagnosis variant, a suspicion of a defect exists, the suspected error in the multi-stage strategy can optionally be confirmed by the method according to the invention and at the same time the actually defective SCR catalyst device can be identified.

Die Erfindung umfasst schließlich ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird, sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm bzw. als Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass dieses Programm ohne Weiteres auch bei bestehenden Kraftfahrzeugen mit den vorhandenen Hardwarekomponenten im Abgasstrang eingesetzt werden kann, um so die Vorteile bei der Überwachung des Abgasnachbehandlungssystems nutzen zu können.The invention finally comprises a computer program which executes all the steps of the described method when it is executed on a computing device or a control device, and a computer program product with program code which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention when the program a computing device or a controller is executed. The implementation of the method according to the invention as a computer program or as a computer program product has the advantage that this program can be readily used in existing motor vehicles with the existing hardware components in the exhaust system in order to use the advantages in monitoring the exhaust aftertreatment system.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 beispielhafte Darstellungen der Komponenten von Abgasnachbehandlungssystemen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens geeignet sind; 1 exemplary representations of the components of exhaust aftertreatment systems that are suitable for carrying out the monitoring method according to the invention;

2 schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der NH₃-Speicherfähigkeit und der Temperatur des SCR-Katalysators sowie des Einflusses einer thermischen Alterung des SCR-Katalysators; 2 schematic representation of the relationship between the NH ₃ storage capacity and the temperature of the SCR catalyst and the effect of thermal aging of the SCR catalyst;

3 schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der NOx-Konversionsrate in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators, dem NH₃-Füllstand und der Raumgeschwindigkeit des Abgases im Katalysator; 3 schematic representation of the relationship between the NOx conversion rate as a function of the temperature of the SCR catalyst, the NH ₃ level and the space velocity of the exhaust gas in the catalyst;

4 schematische Darstellung der Regelgröße des NH₃-Füllstandes in einem Katalysatorsystem mit zwei hintereinander geschalteten SCR-Katalysatoren im Regelbetrieb und 4 schematic representation of the controlled variable of the NH ₃ level in a catalyst system with two SCR catalysts connected in series in normal operation and

5 beispielhaftes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens. 5 exemplary flowchart of the monitoring method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

In den 1A und 1B sind die Komponenten von zwei beispielhaften Abgasnachbehandlungssystemen einer Brennkraftmaschine gezeigt. Die Brennkraftmaschine selbst ist jeweils nicht dargestellt. Der Pfeil gibt die Abgasströmrichtung an. Das Abgas durchströmt zunächst einen Dieseloxidationskatalysator 10. Anschließend gelangt das Abgas in die erste SCR-Katalysatoreinrichtung 11, beispielsweise ein Partikelfilter mit SCR-Beschichtung (SCRF = SCR on Filter). Stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 11 ist eine zweite SCR-Katalysatoreinrichtung 12, insbesondere ein üblicher SCR-Katalysator, angeordnet. Daran schließt sich ein Clean-up-Katalysator 13 an, der zur Entfernung von Ammoniak aus dem Abgas vorgesehen ist. Stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtungen 11 ist eine Dosierstelle 14 für das Reaktionsmittel für die SCR-Katalysatoreinrichtungen 11 und 12 vorgesehen. Das Reaktionsmittel wird jeweils so dosiert, dass ein Teil des Reaktionsmittels die erste SCR-Katalysatoreinrichtung 11 ungenutzt passiert und in die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung 12 gelangt, um hier für die Katalysereaktion zur Verfügung zu stehen. Das in 1B dargestellte Abgasnachbehandlungssystem umfasst die gleichen Katalysatorkomponenten 10 bis 13. Der Unterschied zwischen den Abgasnachbehandlungssystemen in 1A und 1B liegt in der Anordnung der NOx-Sensoren. Bei dem Abgasnachbehandlungssystem in der 1A ist ein NOx-Sensor 15 stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung 12, aber vor dem Clean-up-Katalysator 13 vorgesehen. In der Konstellation gemäß 1B ist ein Stickoxidsensor 16 stromabwärts des Clean-up-Katalysators 13 angeordnet. Weiterhin kann stromaufwärts der Dieseloxidationskatalysatoren 10 jeweils ein weiterer Stickoxidsensor 17 vorgesehen sein, der die Stickoxide im Abgas unmittelbar nach dem Austritt aus der Brennkraftmaschine erfassen kann. Alternativ können die Stickoxidwerte direkt nach der Brennkraftmaschine auch durch eine Modellierung dieser Werte ermittelt werden. Wesentliche Komponenten für die Durchführung des erfindungsgemäßen Diagnose- bzw. Überwachungsverfahrens sind die erste und die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung 11 und 12, die Dosierstelle 14 sowie der stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung 12 angeordnete NOx-Sensor 15 oder 16.In the 1A and 1B the components of two exemplary exhaust aftertreatment systems of an internal combustion engine are shown. The internal combustion engine itself is not shown. The arrow indicates the exhaust gas flow direction. The exhaust gas first flows through a diesel oxidation catalyst 10 , Subsequently, the exhaust gas enters the first SCR catalyst device 11 For example, a particulate filter with SCR coating (SCRF = SCR on filter). Downstream of the first SCR catalyst device 11 is a second SCR catalyst device 12 , in particular a conventional SCR catalyst arranged. This is followed by a clean-up catalyst 13 on, which is provided for the removal of ammonia from the exhaust gas. Upstream of the first SCR catalyst devices 11 is a metering point 14 for the reactant for the SCR catalyst devices 11 and 12 intended. The reactant is metered so that a portion of the reactant is the first SCR catalyst device 11 passed unused and into the second SCR catalyst device 12 to be available for the catalytic reaction. This in 1B illustrated exhaust aftertreatment system comprises the same catalyst components 10 to 13 , The difference between the exhaust aftertreatment systems in 1A and 1B lies in the arrangement of the NOx sensors. In the exhaust aftertreatment system in the 1A is a NOx sensor 15 downstream of the second SCR catalyst device 12 but before the clean-up catalyst 13 intended. In the constellation according to 1B is a nitrogen oxide sensor 16 downstream of the clean-up catalyst 13 arranged. Furthermore, upstream of the diesel oxidation catalysts 10 in each case a further nitrogen oxide sensor 17 be provided, which can detect the nitrogen oxides in the exhaust gas immediately after exiting the internal combustion engine. Alternatively, the nitrogen oxide values directly after the internal combustion engine can also be determined by modeling these values. Essential components for carrying out the diagnostic or monitoring method according to the invention are the first and the second SCR catalytic converter device 11 and 12 , the dosing point 14 and the downstream of the second SCR catalyst device 12 arranged NOx sensor 15 or 16 ,

2 illustriert den Zusammenhang zwischen der NH₃-Speicherfähigkeit (mNH3_max) eines SCR-Katalysators und der Temperatur im Katalysator (T_SCR) sowie den Einfluss einer thermischen Alterung des Katalysators. Der Verlauf 21 repräsentiert das NH₃-Speicherverhalten eines neuwertigen SCR-Katalysators in Abhängigkeit von der Temperatur des Katalysators. Mit zunehmender Alterung, hier dargestellt durch den Pfeil 24, sinkt die NH₃-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators, dargestellt anhand der Verläufe 22 und 23. Die maximale NH₃-Speicherfähigkeit eines SCR-Katalysators ist damit eine Funktion der Temperatur des SCR-Katalysators, wobei die maximale Speicherfähigkeit mit zunehmender thermaler Alterung des Katalysators über den gesamten Temperaturbereich abnimmt. Im Verlauf der Lebensdauer eines Katalysators kommt es damit zwangsläufig zu einer Einschränkung der Funktionsfähigkeit des Katalysators. Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, eine derart eingeschränkte Funktionsfähigkeit eines bestimmten Katalysators in einem SCR-Katalysatorsystem zu erkennen, wenn die thermale Alterung dazu führt, dass die geforderte NOx-Konversionsrate nicht mehr erreicht wird. 2 illustrates the relationship between the NH ₃ storage capacity (mNH3 _max ) of an SCR catalyst and the temperature in the catalyst (T _SCR ) and the effect of thermal aging of the catalyst. The history 21 represents the NH ₃ storage behavior of a new SCR catalyst as a function of the temperature of the catalyst. With increasing aging, shown here by the arrow 24 , the NH ₃ storage capacity of the SCR catalyst decreases, as shown by the curves 22 and 23 , The maximum NH ₃ storage capacity of an SCR catalyst is thus a function of the temperature of the SCR catalyst, the maximum storage capacity decreasing with increasing thermal aging of the catalyst over the entire temperature range. In the course of the life of a catalyst, this inevitably leads to a restriction of the functionality of the catalyst. The inventive method is suitable to detect such a limited functionality of a particular catalyst in an SCR catalyst system, when the thermal aging causes the required NOx conversion rate is no longer achieved.

3 illustriert die Abhängigkeit der NOx-Konversionsrate, dargestellt als der SCR-Wirkungsgrad η_SCR, in Abhängigkeit von der Temperatur des Katalysators. Weiterhin sind die Einflüsse des NH₃-Füllstands und der Raumgeschwindigkeit (SV) des Abgases im Katalysator dargestellt. Der Zusammenhang zwischen dem SCR-Wirkungsgrad und der Temperatur, dem NH₃-Füllstand und der Raumgeschwindigkeit ist anhand der Verläufe 31, 32 und 33 dargestellt, wobei der Pfeil 34 einen abnehmenden NH₃-Füllstand und der Pfeil 35 eine zunehmende Raumgeschwindigkeit des Abgases andeuten. Der SCR-Wirkungsgrad sinkt also bei abnehmendem NH₃-Füllstand und bei zunehmender Raumgeschwindigkeit des Abgases jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur im SCR-Katalysator. Insbesondere bei einer Temperatur im SCR-Katalysator unterhalb von 200° Celsius ist der Umsatz von NOx sehr gering. 3 illustrates the dependence of the NOx conversion rate, represented as the SCR efficiency η _SCR , as a function of the temperature of the catalyst. Furthermore, the influences of the NH ₃ level and the space velocity (SV) of the exhaust gas in the catalyst are shown. The relationship between the SCR efficiency and the temperature, the NH ₃ level and the space velocity is based on the gradients 31 . 32 and 33 shown, with the arrow 34 a decreasing NH ₃ level and the arrow 35 indicate an increasing space velocity of the exhaust gas. The SCR efficiency thus decreases with decreasing NH ₃ level and with increasing space velocity of the exhaust gas in each case depending on the temperature in the SCR catalyst. Especially at a temperature in the SCR catalyst below 200 ° C, the conversion of NOx is very low.

4 illustriert die Regelung der Dosierstrategie im Hinblick auf die Regelgröße des NH₃-Füllstandes bei einem Katalysatorsystem mit zwei hintereinander geschalteten SCR-Katalysatoren, wobei nur eine Dosierstelle für Reduktionsmittel stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung vorgesehen ist. Dem ersten Katalysator (SCR1) wird über die Dosierstelle Ammoniak (dmNH3) zugeführt. Daraufhin stellt sich ein bestimmter NH₃-Füllstand (mNH3_SCR1) im ersten Katalysator ein. Mit dem Abgas gelangt eine bestimmte Menge von NOx (dmNOx) in den ersten Katalysator (SCR1). Diese Menge verringert sich durch die im ersten Katalysator stattfindende Katalysereaktion, so dass der NOx-Massenstrom dmNOx_1→2 den ersten Katalysator verlässt. dmNOx_1→2 ist von dem Wirkungsgrad im ersten Katalysator gemäß der Formel

abhängig. Der Massenstrom dmNOx_1→2 gelangt in die zweite Katalysatoreinrichtung (SCR2) und wird hier gemäß dem Wirkungsgrad im zweiten Katalysator gemäß der Formel

umgesetzt und verlässt als Massenstrom dmNOx₂ den zweiten Katalysator. 4 illustrates the control of the dosing with respect to the control variable of the NH ₃ level in a catalyst system with two SCR catalysts connected in series, wherein only a metering point for reducing agent upstream of the first SCR catalyst device is provided. The first catalyst (SCR1) is fed via the metering point ammonia (dmNH3). As a result, a certain NH ₃ level (mNH ₃ SCR ₁ ) is established in the first catalyst. With the exhaust gas enters a certain amount of NOx (dmNOx) in the first catalyst (SCR1). This amount decreases due to the catalytic reaction taking place in the first catalyst, so that the NOx mass flow dmNOx _{1 → 2} leaves the first catalyst. dmNOx _{1 → 2} is the efficiency in the first catalyst according to the formula

dependent. The mass flow dmNOx _{1 → 2} enters the second catalyst device (SCR2) and is here according to the efficiency in the second catalyst according to the formula

converted and leaves as the mass flow dmNOx ₂ the second catalyst.

Das SCR-Katalysatorsystem wird mit einer solchen Dosierstrategie betrieben, dass sich beim ersten Katalysator SCR1 ein Reduktionsmittelschlupf, also dmNH3_1→2 einstellt, so dass dieses Reduktionsmittel in den zweiten Katalysator SCR2 gelangt, um hier einen vorgebbaren NH₃-Füllstand mNH3_SCR2 einzustellen, der für einen optimalen Betrieb des zweiten Katalysators SCR2 erforderlich ist. Dabei stellen sich die NH₃-Füllstände mNH3_SCR1 und mNH3_SCR2 in der ersten Katalysatoreinrichtung und in der zweiten Katalysatoreinrichtung gemäß den folgenden Formeln ein, wobei_cnv für „converted“, also „umgesetzt“, steht: mNH3_SCR1 = ∫(dmNH3 – dmNH3_SCR1,cnv)dt mNH3_SCR2 = ∫(dmNH3_1→2 – dmNH3_SCR2,cnv)dt dmNH3_1→2 stellt sich damit gemäß dmNH3_1→2 = dmNH3 – dmNH3_SCR1,cnv ein. Die NOx-Emissionen, die den zweiten Katalysator verlassen (dmNOx₂) ergeben sich aus der folgenden Formel:

The SCR catalyst system is operated with such a dosing strategy that a reducing agent slip, ie dmNH3 _{1 → 2,} occurs in the first catalytic converter SCR1, so that this reducing agent passes into the second catalytic converter SCR2 in order to set a predefinable NH ₃ filling level _mNH3 SCR2 _here , which is required for optimal operation of the second catalyst SCR2. In this case, the NH ₃ levels mNH3 _SCR1 and mNH3 _SCR2 in the first catalyst _device and in the second catalyst _device according to the following formulas, wherein _cnv for "converted", ie "converted", is:

mNH3 _SCR1 = ∫ (dmNH3 - dmNH3 _{SCR1, cnv} ) dt

mNH3 _SCR2 = ∫ (dmNH3 _{1 → 2} - dmNH3 _{SCR2, cnv} ) dt

dmNH3 _{1 → 2} adjusts accordingly

dmNH3 _{1 → 2} = dmNH3-dmNH3 _{SCR1, cnv}

one. The NOx emissions leaving the second catalyst (dmNOx ₂ ) are given by the following formula:

Wie weiter oben bereits erläutert, hängt der Wirkungsgrad des jeweiligen SCR-Katalysators η_SCR von der Temperatur T_SCR, dem Füllstand mNH3 und der Raumgeschwindigkeit SV ab: η_SCR = f (T_SCR, mNH3, SV). As already explained above, the efficiency of the respective SCR catalytic converter η _SCR depends on the temperature T _SCR , the filling level mNH3 and the space velocity SV: η _SCR = f (T _SCR , mNH3, SV).

Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren nutzt solche Betriebsphasen, bei denen der Wirkungsgrad der zweiten Katalysatoreinrichtung η_SCR2 insbesondere aufgrund einer niedrigen Temperatur, also einer suboptimalen Betriebstemperatur des Katalysators, so gering ist, dass er zu vernachlässigen ist. In diesen Betriebsphasen hängt der Massenstrom der Stickoxide, die das SCR-Katalysatorsystem verlassen, also dmNOx₂, im Wesentlichen nur von der Stickoxid-Umsetzung im ersten Katalysator ab. Aus der Messung der Stickoxide stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators lassen sich damit Rückschlüsse auf die Funktion des ersten Katalysators bei derartigen Betriebsphasen ziehen. Besonders geeignet für eine solche Betriebsphase ist z.B. die Aufwärmphase des Abgasnachbehandlungssystems nach einem Kaltstart, wobei der erste Katalysator SCR1 aufgrund seiner motornahen Einbauposition schneller seine optimale Betriebstemperatur erreicht als der zweite Katalysator SCR2. In dieser Phase entsprechen die am NOx-Sensor gemessenen Emissionen in etwa den Werten, die hinter (stromabwärts) dem/des ersten Katalysator(s) SCR1 zu erwarten sind. Dieser Erwartungswert für die NOx-Emissionen hinter den jeweiligen SCR-Katalysatoren lassen sich beispielsweise aus den folgenden Formeln herleiten: NOx_hinterSCR1 = NOx_vorSCR1·(1 – eta_SCR1) NOx_hinterSCR2 = NOx_hinterSCR1·(1 – eta_SCR2) ≈ NOx_hinterSCR1 eta_SCR1 entspricht der im aktuellen Betriebspunkt erwarteten NOx-Konversionsrate von SCR1. Die NOx-Konversionsrate von SCR2 wird wegen der geringen Abgastemperatur mit eta_SCR2 ≈ 0 angenommen. Bei NOx_hinterSCR1 handelt es sich um einen Modellwert, der aus einer üblichen Regelstrategie für ein derartiges SCR-Katalysatorsystem hervorgeht. NOx_hinterSCR2 ist mithilfe des stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors messbar. Bei einem neuwertigen oder nur gering gealterten ersten Katalysator SCR1 würde damit gelten: NOx_hinterSCR2 ≈ NOx_hinterSCR1 The monitoring _{method according} to the invention uses those operating _phases in which the efficiency of the second catalytic converter η _{SCR2 is} so low, in particular because of a low temperature, ie a suboptimal operating temperature of the catalytic converter, that it is negligible. In these operating phases, the mass flow of nitrogen oxides leaving the SCR catalyst system, ie dmNOx ₂ , essentially depends only on the nitrogen oxide conversion in the first catalyst. From the measurement of the nitrogen oxides downstream of the second SCR catalyst can thus draw conclusions about the function of the first catalyst in such operating phases. For example, the warm-up phase of the exhaust aftertreatment system after a cold start is particularly suitable for such an operating phase, wherein the first catalytic converter SCR1 reaches its optimum operating temperature more quickly than the second catalytic converter SCR2 due to its near-engine installation position. At this stage, the emissions measured at the NOx sensor approximate the values expected downstream (downstream) of the first catalyst (s) SCR1. This expected value for the NOx emissions behind the respective SCR catalysts can be derived, for example, from the following formulas: NOx_hinterSCR1 = NOx_vorSCR1 * (1-eta_SCR1) NOx_hinterSCR2 = NOx_hinterSCR1 * (1-eta_SCR2) ≈ NOx_hinterSCR1 eta_SCR1 corresponds to the expected NOx conversion rate of SCR1 at the current operating point. The NOx conversion rate of SCR2 is assumed to be η 0 because of the low exhaust temperature with eta_SCR2. NOx_hinterSCR1 is a model value that results from a common control strategy for such an SCR catalyst system. NOx_hinterSCR2 is measurable using the NOx sensor located downstream of the second SCR catalyst. For a new or only slightly aged first catalyst SCR1, the following would apply: NOx_hinterSCR2 ≈ NOx_hinterSCR1

Der Messwert entspricht damit in etwa dem erwarteten Modellwert NOx_hinterSCR1. Somit kann davon ausgegangen werden, dass der erste SCR-Katalysator in Ordnung ist. Bei einem in der Funktion beeinträchtigten ersten Katalysator SCR1, der beispielsweise stark gealtert ist oder komplett ausfällt, würde gelten: NOx_hinterSCR2 >> NOx_hinterSCR1 The measured value thus corresponds approximately to the expected model value NOx_hinterSCR1. Thus, it can be assumed that the first SCR catalyst is in order. In the case of a functionally impaired first catalytic converter SCR1, for example, which has aged a lot or is completely failing, the following would apply: NOx_hinterSCR2 >> NOx_hinterSCR1

Die tatsächlichen NOx-Emissionen bei einem gealterten und/oder beeinträchtigten ersten Katalysator SCR1 mit einem gegenüber dem Modellwert stark verringerten SCR-Wirkungsgrad sind also erheblich größer als von der Dosierstrategie angenommen wird. Damit lässt sich durch eine Messung der NOx-Emissionen stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators bei einer entsprechend geeigneten Betriebsphase feststellen, ob der erste SCR-Katalysator voll funktionsfähig oder in seiner Funktion mehr oder weniger stark beeinträchtigt ist. Bei einem Defekt im SCR-Abgasnachbehandlungssystem lässt sich damit der defekte SCR-Katalysator genau identifizieren.The actual NOx emissions in the case of an aged and / or impaired first catalytic converter SCR1 with a greatly reduced SCR efficiency compared to the model value are thus considerably greater than assumed by the metering strategy. This can be determined by measuring the NOx emissions downstream of the second SCR catalyst at a suitable operating phase, whether the first SCR catalyst is fully functional or more or less impaired in its function. In case of a defect in the SCR exhaust aftertreatment system, the defective SCR catalytic converter can be precisely identified.

Die Realisierung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens kann in einer Steuergerätesoftware durch eine einfache Anpassung erfolgen. Dazu wird die Berechnung einer NOx-Konversionsrate (Effizienzberechnung) im Hinblick auf das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren insbesondere nur in den Betriebspunkten durchgeführt bzw. erfindungsgemäß ausgewertet, in denen für den ersten SCR-Katalysator ein guter und für den zweiten SCR-Katalysator ein sehr schlechter NOx-Umsatz vorhergesagt wird. Als NOx-Massenstrom stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators wird der Modellwert NOx_hinterSCR1 als Eingangswert für die Effizienzberechnung verwendet. In diesem Fall wird bei einem voll funktionsfähigen ersten SCR-Katalysator ein Wirkungsgrad nahe Null für den zweiten SCR-Katalysator berechnet werden. Bei einem defekten oder eingeschränkten ersten SCR-Katalysator würde der berechnete Wirkungsgrad für den zweiten SCR-Katalysator deutlich negative Werte annehmen. The realization of the monitoring method according to the invention can be carried out in a control unit software by a simple adaptation. For this purpose, the calculation of a NOx conversion rate (efficiency calculation) with respect to the monitoring method according to the invention is carried out or evaluated according to the invention, in particular for the first SCR catalyst a good and for the second SCR catalyst a very poor NOx Sales are predicted. As the NOx mass flow upstream of the second SCR catalyst, the model value NOx_hinterSCR1 is used as the input value for the efficiency calculation. In this case, with a fully functional first SCR catalyst, a near zero efficiency for the second SCR catalyst will be calculated. For a defective or restricted first SCR catalyst, the calculated efficiency for the second SCR catalyst would be significantly negative.

Der Ablauf einer erfindungsgemäßen Diagnosefunktion ist in 5 dargestellt. Nach dem Start des Verfahrens im Schritt 41 wird geprüft, ob die Temperatur im zweiten SCR-Katalysator unterhalb der optimalen Betriebstemperatur für den zweiten SCR-Katalysator liegt (Schritt 42). Ist dies nicht der Fall, wird zum Schritt 41 gesprungen. Ist die Abfrage in Schritt 42 positiv, wird im Schritt 43 geprüft, ob die Temperatur für den Betrieb des ersten Katalysators in etwa im optimalen Bereich liegt. Ist dies nicht der Fall, wird zum Schritt 41 zurückgesprungen. Ist die Abfrage in Schritt 43 positiv, wird im Schritt 44 eine Wirkungsgradberechnung gestartet. Im Schritt 45 wird überprüft, ob der berechnete Wirkungsgrad für den zweiten SCR-Katalysator nahe Null ist. Ist dies der Fall, erfolgt die Schlussfolgerung 46, dass der erste SCR-Katalysator in Ordnung ist. Ist der Wirkungsgrad für den zweiten Katalysator deutlich unter Null (Schritt 47), ist im Schritt 48 zu folgern, dass der erste SCR-Katalysator defekt ist oder zumindest in seiner Funktion eingeschränkt ist. Sofern im Schritt 47 keine klare Aussage über den Wirkungsgrad des zweiten Katalysators bzw. über die Funktion des ersten Katalysators getroffen werden kann, wird wieder zum Start 41 zurückgesprungen. The course of a diagnostic function according to the invention is in 5 shown. After starting the procedure in step 41 it is checked whether the temperature in the second SCR catalyst is below the optimum operating temperature for the second SCR catalyst (step 42 ). If this is not the case, it becomes the step 41 jumped. Is the query in step 42 positive, in step 43 checked whether the temperature for the operation of the first catalyst is approximately in the optimum range. If this is not the case, it becomes the step 41 jumps back. Is the query in step 43 positive, in step 44 an efficiency calculation started. In step 45 it is checked whether the calculated efficiency for the second SCR catalyst is close to zero. If this is the case, the conclusion is made 46 in that the first SCR catalyst is in order. If the efficiency for the second catalyst is well below zero (step 47 ), is in step 48 to conclude that the first SCR catalyst is defective or at least limited in its function. Unless in step 47 no clear statement about the efficiency of the second catalyst or on the function of the first catalyst can be made, is back to the start 41 jumps back.

Claims

Method for monitoring an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine having at least one first SCR catalytic converter device ( 11 ) and at least one downstream in the exhaust gas flow direction arranged second SCR catalyst device ( 12 ) upstream of the first SCR catalyst device ( 11 ) at least one metering device ( 14 ) for reactants for the SCR catalyst devices ( 11 . 12 ) and downstream of the second SCR catalyst device ( 12 ) at least one NOx sensor ( 15 ; 16 ), characterized in that in an operating phase in which in the second SCR catalytic converter device ( 12 ) substantially no conversion of NOx takes place, from measurement signals of the NOx sensor ( 15 ; 16 ) on the function of the first SCR catalyst device ( 11 ) is closed.

A method according to claim 1, characterized in that from the measurement signals of the NOx sensor ( 15 ; 16 ) a NOx conversion rate is determined with an expected, in particular modeled, NOx conversion rate for the first SCR catalyst device ( 11 ) and from the comparison to an optionally existing impairment of the function of the first SCR catalytic converter device ( 11 ) is closed.

Method according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the operating phase is a temperature range in which the second SCR catalytic converter device ( 12 ) a suboptimal operating temperature and the first SCR catalyst device ( 11 ) has a substantially optimum operating temperature.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating phase is a warm-up phase after a cold start of the internal combustion engine.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first SCR catalytic converter device ( 11 ) an SCR coating particulate filter and the second SCR catalyst device ( 12 ) is an SCR catalyst.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second SCR catalytic converter device ( 12 ) a catalyst ( 13 ) is connected downstream of the removal of ammonia and that the NOx sensor ( 16 ) preferably downstream of the catalyst ( 13 ) is arranged to remove ammonia.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out at a suspected fault in the exhaust aftertreatment system.

A computer program that performs all the steps of a method according to any one of claims 1 to 7 when executed on a computing device or a controller.

Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for performing a method according to one of claims 1 to 7, when the program is executed on a computing device or a control device.