DE102014209960A1 - Method and device for evaluating the functionality of an SCR catalytic converter in an exhaust system of a diesel engine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors, wobei das Abgassystem einen Dieselpartikelfilter (13) und einen stromabwärts hiervon angeordneten SCR-Katalysator (15) zur selektiven katalytischen Reduktion von im dem SCR-Katalysator zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf: Messen wenigstens eines Temperaturwertes (T2) an einer Position stromabwärts des SCR-Katalysators, Durchführen eines ersten Vergleichs des gemessenen Temperaturwertes mit einem ersten Referenzwert, wobei der erste Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator repräsentiert, Durchführen eines zweiten Vergleichs des gemessenen Temperaturwertes mit einem zweiten Referenzwert, wobei der zweite Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaften SCR-Katalysator repräsentiert, und Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators auf Basis der Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichs, wobei der erste Referenzwert und der zweite Referenzwert modellgestützt ermittelt werden, wobei bei dieser modellgestützten Ermittlung der Einfluss einer durch eine an der Oberfläche des SCR-Katalysators (15) stattfindende Kondensation von im Abgas enthaltenem Wasserdampf bewirkten exothermen Reaktion auf die Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators abgeschätzt wird.The present invention relates to a method and a device for evaluating the functionality of an SCR catalytic converter in an exhaust system of a diesel engine, the exhaust system comprising a diesel particle filter (13) and an SCR catalytic converter (15) arranged downstream thereof for the selective catalytic reduction of in the SCR -Catalyst supplied exhaust gas contains nitrogen oxides. A method according to the invention has the following steps: measuring at least one temperature value (T2) at a position downstream of the SCR catalytic converter, carrying out a first comparison of the measured temperature value with a first reference value, the first reference value representing an operating state of the exhaust system with a functional SCR catalytic converter Performing a second comparison of the measured temperature value with a second reference value, the second reference value representing an operating state of the exhaust system with faulty SCR catalytic converter, and evaluating the functionality of the SCR catalytic converter based on the results of the first and the second comparison, the first Reference value and the second reference value are determined in a model-based manner, with this model-based determination the influence of a water dam contained in the exhaust gas due to condensation occurring on the surface of the SCR catalytic converter (15) pf caused exothermic response to the temperature downstream of the SCR catalyst is estimated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors.The invention relates to a method and a device for evaluating the functionality of an SCR catalytic converter in an exhaust system of a diesel engine.

Die Einführung von immer strengeren NOx-Grenzwerten hat zur Entwicklung diverser Abgasnachbehandlungstechnologien geführt, um eine Kontrolle der NOx-Emissionen (= Stickoxid-Emissionen) im Abgas eines Dieselmotors zu erzielen. Eine dieser Lösungen ist der sogenannte NOx-Speicherkatalysator, dessen Funktionsprinzip darauf beruht, Stickoxide (NOx) unter mageren Abgasbedingungen zunächst zu speichern und dann unter Einstellung eines fetten, reduzierenden Abgasgemischs in einer Regenerationsphase umzuwandeln. Eine zweite Technologie ist die selektive katalytische Reduktion in einem sogenannten SCR-Katalysator (SCR = "Selective Catalytic Reduction" = "selektive katalytische Reduktion"), wobei am SCR-Katalysator mittels Ammoniak die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff (N2) reduziert werden. Darüber hinaus ist der SCR-Katalysator dazu in der Lage, das z.B. stromaufwärts des SCR-Katalysators direkt dem Abgasstrom zugeführte Ammoniak bei niedrigen Abgastemperaturen zu speichern. The introduction of increasingly stringent NO x limits has led to the development of a variety of exhaust aftertreatment technologies to control NO x emissions (= nitrogen oxide emissions) in the exhaust of a diesel engine. One of these solutions is the so-called NO x storage catalytic converter whose operating principle is based on first storing nitrogen oxides (NO x ) under lean exhaust gas conditions and then converting them into a regeneration phase while adjusting a rich, reducing exhaust gas mixture. A second technology is the selective catalytic reduction in a so-called SCR catalyst (SCR = "Selective Catalytic Reduction"), wherein the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are reduced to nitrogen (N 2 ) on the SCR catalyst by means of ammonia , Moreover, the SCR catalyst is capable of storing, for example, the ammonia fed directly to the exhaust gas stream upstream of the SCR catalyst at low exhaust gas temperatures.

Im Falle der Verwendung eines SCR-Katalysators in motorferner bzw. bodenseitiger Bauweise im Abgassystem ist vorteilhafterweise die Alterung eines solchen SCR-Katalysators in der motorfernen Position relativ begrenzt, da der SCR-Katalysators dann relativ etwa zum NOx-Speicherkatalysator oder im Vergleich zu einem SDPF-System (umfassend einen SCR-Washcoat auf einem Dieselpartikelfiltersubstrat) seltener hohen Temperaturen aufgrund des heißen Abgasstromes ausgesetzt ist. Allerdings ist zur Einhaltung der Emissionsvorschriften eine Überwachung der Funktionsfähigkeit bzw. der Degradation des SCR-Katalysators erforderlich. In the case of the use of an SCR catalyst in engine-side or bottom-side construction in the exhaust system advantageously the aging of such an SCR catalyst in the remote engine position is relatively limited, since the SCR catalyst then relative to about the NO x storage catalyst or compared to a SDPF system (comprising an SCR washcoat on a diesel particulate filter substrate) is less exposed to high temperatures due to the hot exhaust gas flow. However, in order to comply with emission regulations, it is necessary to monitor the functionality or degradation of the SCR catalytic converter.

Ein beispielhafter Anwendungsfall eines Abgassystems, in welchem die Überwachung eines SCR-Katalysators in motorferner bzw. bodenseitiger Bauweise zur Erfüllung der Emissionsvorschriften erforderlich ist, ist eine Anordnung mit einem NOx-Speicherkatalysator in motornaher Bauweise in Verbindung mit einem passiven SCR-Katalysator (auch als pSCR-Katalysator bezeichnet) in bodenseitiger bzw. motorferner Bauweise. 3 zeigt ein Diagramm, welches den Vorteil bzw. die Notwendigkeit einer Überwachung des SCR-Katalysators in diesem Anwendungsfall veranschaulicht. Hierzu ist in 3 die prozentuale Stickoxid(NOx)-Umwandlung am Stickoxidkatalysator (LNT) in Abhängigkeit von der Stickoxidmenge im zugeführten Abgas aufgetragen, und zwar für unterschiedliche NOx-Entfernungsraten am Ort des SCR-Katalysators im Bereich von 10–30 mg/km. Wie aus 3 ersichtlich ist, ermöglicht die Steigerung der NOx-Entfernungsrate am Ort des SCR-Katalysators auf 30 mg/km in Verbindung mit einer Überwachung des SCR-Katalysators eine robustere Diagnostik des in motornaher Bauweise vorgesehenen NOx-Speicherkatalysators bei Verwendung von zwei Lambda-Sensoren unter Berücksichtigung des hierbei realisierbaren (in 3 ebenfalls angedeuteten und mit "W" bezeichneten) Überwachungsfensters. An exemplary application of an exhaust system in which the monitoring of an SCR catalyst in motor further or bottom-side construction to meet the emission regulations is needed is an arrangement with a NO x storage catalytic converter (close to the engine construction, in conjunction with a passive SCR catalyst as pSCR catalyst) in bottom-side or motor-distant construction. 3 shows a diagram illustrating the advantage or the need for monitoring the SCR catalyst in this application. This is in 3 the percentage of nitrogen oxide (NO x ) conversion is applied to the nitrogen oxide catalyst (LNT) as a function of the amount of nitrogen oxide in the supplied exhaust gas, for different NO x removal rates at the location of the SCR catalyst in the range of 10-30 mg / km. How out 3 As can be seen, increasing the NO x removal rate at the location of the SCR catalyst to 30 mg / km combined with monitoring of the SCR catalyst enables a more robust diagnostics of the close coupled engine NO x storage catalyst using two lambda sensors taking into account the realizable (in 3 also indicated and marked with "W") monitoring window.

Im Anwendungsfall eines sogenannten SDPF (d.h. einem Dieselpartikelfilter-Substrat mit darauf befindlicher SCR-Washcoat-Beschichtung) führt das Vorhandensein eines SCR-Katalysators in motorferner bzw. bodenseitiger Bauweise stromabwärts des SDPF ebenfalls zu einer robusteren Erfüllung der Emissionsvorschriften sowie zu einer Reduzierung des Ammoniakschlupfes. 4 zeigt hierzu ein weiteres Diagramm, in dem die prozentuale Rate der Stickoxid(NOx)-Umwandlung in Abhängigkeit von der Stickoxidmenge im zugeführten Abgas aufgetragen ist, um den Vorteil bzw. die Notwendigkeit einer Überwachung des SCR-Katalysators in diesem Anwendungsfall zu verdeutlichen. Insbesondere wird gemäß 4 der Schwellenwert reduziert, welcher für die bordeigene Diagnostik (OBD) am SDPF erforderlich ist. Beispielsweise führt bei einer Menge an Stickoxiden (NOx) im zugeführten Abgas von etwa 210 mg/km ein zusätzlicher SCR-Katalysator mit einer NOx-Entfernungsrate von 20 mg/km zu einer Verringerung des OBD-Schwellenwertes an der SDPF-Komponente von 60 % auf 45 %, wodurch die Robustheit bei der Überwachung der SDPF-Komponente gesteigert wird.In the case of application of a so-called SDPF (ie a diesel particulate filter substrate with SCR washcoat coating thereon), the presence of an SCR catalyst in engine-side or bottom-side design downstream of the SDPF also results in more robust compliance with emission regulations and reduction of ammonia slip. 4 shows a further diagram in which the percentage rate of nitrogen oxide (NO x ) conversion is plotted as a function of the amount of nitrogen oxide in the supplied exhaust gas to illustrate the advantage or the need for monitoring the SCR catalyst in this application. In particular, according to 4 reduces the threshold required for on-board diagnostics (OBD) on SDPF. For example, with an amount of nitrogen oxides (NO x ) in the supplied exhaust gas of about 210 mg / km, an additional SCR catalyst with a NO x removal rate of 20 mg / km leads to a decrease in the SDDF component of 60 at the OBD threshold % to 45%, which increases robustness in monitoring the SDPF component.

Herkömmliche Ansätze zur Erfassung bzw. zum Nachweis eines Ausfalls eines SCR-Katalysators basieren z. B. auf der thermischen Trägheit des SCR-Katalysators, wobei sich jedoch die Realisierung eines robusten Nachweisverhaltens in einer bordeigenen Diagnostik in der Praxis häufig als problematisch erweist.Conventional approaches for detecting or detecting a failure of an SCR catalyst based z. B. on the thermal inertia of the SCR catalyst, but the realization of a robust detection behavior in on-board diagnostics in practice often proves to be problematic.

Aus JP 2010-180847 A ist u.a. eine Fehlerdiagnosevorrichtung in einem Abgasemissionssteuerungssystem bekannt, bei welcher der Verschlechterungsgrad des Zustandes eines SCR-Katalysators basierend auf der Feuchtigkeitsmenge, die von dem SCR-Katalysator adsorbiert werden kann, ermittelt wird. Dabei wird insbesondere zunächst das im Abgassystem verbliebene kondensierte Wasser entfernt, wobei der besagte Verschlechterungsgrad basierend auf der Korrelation zwischen der abgeführten Feuchtigkeitsmenge und der Temperatur im Katalysatorbett des SCR-Katalysators diagnostiziert wird. Out JP 2010-180847 A Among others, there is known a failure diagnostic apparatus in an exhaust emission control system in which the deterioration degree of the state of an SCR catalyst is determined based on the amount of moisture that can be adsorbed by the SCR catalyst. Specifically, first, the condensed water remaining in the exhaust system is removed, and said deterioration degree is diagnosed based on the correlation between the amount of moisture removed and the temperature in the catalyst bed of the SCR catalyst.

Aus EP 1 052 385 B1 ist u.a. ein Verfahren zur Diagnose eines kohlenwasserstoffoxidierende Eigenschaften zeigenden Drei-Wege-Katalysators bekannt, wobei der Temperaturverlauf des Abgases stromabwärts dieses Drei-Wege-Katalysators überwacht wird und bei einem unter einem Schwellenwert bleibenden Temperaturanstieg der Drei-Wege-Katalysator als defekt diagnostiziert wird. Out EP 1 052 385 B1 is, inter alia, a method for diagnosing a hydrocarbon oxidizing properties exhibiting three-way catalyst in which the temperature profile of the exhaust gas downstream of this three-way catalytic converter is monitored and in the case of a temperature increase remaining below a threshold value, the three-way catalytic converter is diagnosed as defective.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors bereitzustellen, welche eine robuste Unterscheidung zwischen einem Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator und einem Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for evaluating the performance of an SCR catalyst in an exhaust system of a diesel engine, which provides a robust distinction between an operating condition of the exhaust system with a functional SCR catalyst and an operating condition of the exhaust system with faulty SCR -Catalyst allow.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 9 gelöst.This object is achieved by the method according to the features of the independent patent claim 1 and the device according to the independent claim 9.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors, wobei das Abgassystem einen Dieselpartikelfilter und einen stromabwärts hiervon angeordneten SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von im dem SCR-Katalysator zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist, weist folgende Schritte auf:

  • – Messen wenigstens eines Temperaturwertes an einer Position stromabwärts des SCR-Katalysators;
  • – Durchführen eines ersten Vergleichs des gemessenen Temperaturwertes mit einem ersten Referenzwert, wobei der erste Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator repräsentiert;
  • – Durchführen eines zweiten Vergleichs des gemessenen Temperaturwertes mit einem zweiten Referenzwert, wobei der zweite Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaften SCR-Katalysator repräsentiert; und
  • – Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators auf Basis der Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichs;
  • – wobei der erste Referenzwert und der zweite Referenzwert modellgestützt ermittelt werden, wobei bei dieser modellgestützten Ermittlung der Einfluss einer durch eine an der Oberfläche des SCR-Katalysators stattfindende Kondensation von im Abgas enthaltenem Wasserdampf bewirkten exothermen Reaktion auf die Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators abgeschätzt wird.
An inventive method for evaluating the operability of an SCR catalyst in an exhaust system of a diesel engine, wherein the exhaust system comprises a diesel particulate filter and a downstream thereof arranged SCR catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen contained in the exhaust gas supplied to the SCR catalyst, comprises the following steps :
  • Measuring at least one temperature value at a position downstream of the SCR catalyst;
  • - performing a first comparison of the measured temperature value with a first reference value, wherein the first reference value represents an operating state of the exhaust system with functional SCR catalytic converter;
  • - performing a second comparison of the measured temperature value with a second reference value, the second reference value representing an operating state of the exhaust system with faulty SCR catalytic converter; and
  • Evaluating the functionality of the SCR catalyst based on the results of the first and second comparisons;
  • Wherein the first reference value and the second reference value are determined model-based, wherein in this model-based determination of the influence of a taking place on the surface of the SCR catalyst condensation of water vapor contained in the exhaust gas exothermic reaction is estimated to the temperature downstream of the SCR catalyst ,

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zur Überwachung eines SCR-Katalysators die Tendenz der Washcoat-Beschichtung des SCR-Katalysators auszunutzen, während einer Kaltstartphase Wasserdampf aus dem Abgas zu adsorbieren, wobei auf diese Adsorption eine Desorption des Wassers in einer späteren Phase des Testzyklus folgt. Die Kondensation des Wasserdampfes aus dem Abgas an der kalten Katalysatoroberfläche führt zu einer ausgeprägten exothermen Reaktion, welche mit einer erhöhten Temperatur im Abgassystem (insbesondere stromabwärts des SCR-Katalysators) einhergeht. Dieser Umstand wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um Aufschluss über den Betriebszustand des Abgassystems bzw. die Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators zu erhalten.In particular, the present invention is based on the concept of utilizing a SCR catalyst washcoat coating to adsorb water vapor from the exhaust gas during a cold start phase to monitor an SCR catalyst, with desorption of the water at a later stage in the desorption process Test cycle follows. The condensation of the water vapor from the exhaust gas on the cold catalyst surface leads to a pronounced exothermic reaction, which is associated with an elevated temperature in the exhaust system (in particular downstream of the SCR catalyst). This circumstance is utilized according to the invention in order to obtain information about the operating state of the exhaust gas system or the functionality of the SCR catalytic converter.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei der modellgestützten Ermittlung des ersten Referenzwertes eine auf dem SCR-Katalysator vorhandene Washcoat-Beschichtung berücksichtigt. According to one embodiment, the model-based determination of the first reference value takes into account a washcoat coating present on the SCR catalytic converter.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei der modellgestützten Ermittlung des zweiten Referenzwertes keine Washcoat-Beschichtung auf dem SCR-Katalysator berücksichtigt. According to one embodiment, the model-based determination of the second reference value does not take into account any washcoat coating on the SCR catalyst.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die modellgestützte Ermittlung des ersten und des zweiten Referenzwertes auf Basis einer Abschätzung der Wasserdampfkonzentration im Abgas.According to one embodiment, the model-based determination of the first and the second reference value takes place on the basis of an estimate of the water vapor concentration in the exhaust gas.

Gemäß einer Ausführungsform werden bei der modellgestützten Ermittlung des ersten und des zweiten Referenzwertes jeweils die Rate der Wasserkondensation an dem SCR-Katalysator sowie die Wärmefreisetzung abgeschätzt.According to one embodiment, the model-based determination of the first and the second reference value respectively estimates the rate of water condensation on the SCR catalytic converter and the heat release.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Bewertens der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators jeweils das Ermitteln der mittleren quadratischen Abweichung für den ersten und den zweiten Vergleich innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters.According to one embodiment, the step of evaluating the operability of the SCR catalyst each comprises determining the mean square deviation for the first and the second comparison within a predetermined time window.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Messen des wenigstens einen Temperaturwertes unmittelbar nach einem Kaltstart des Dieselmotors.According to one embodiment, the measuring of the at least one temperature value takes place immediately after a cold start of the diesel engine.

Gemäß einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner folgende Schritte auf: Messen wenigstens eines Temperaturwertes an einer Position stromaufwärts des SCR-Katalysators, wobei das Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators ferner unter Berücksichtigung dieses zweiten Temperaturwertes erfolgt.According to one embodiment, the method according to the invention further comprises the following steps: measuring at least one temperature value at a position upstream of the SCR catalytic converter, the evaluation of the functionality of the SCR catalytic converter also taking place taking into account this second temperature value.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen auszuführen.The invention further relates to an apparatus for evaluating the operability of an SCR catalyst in an exhaust system of a diesel engine, the apparatus being configured to carry out a method having the features described above.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert. The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus eines Abgassystems, in welchem die Erfindung realisierbar ist; 1 a schematic representation of the possible structure of an exhaust system in which the invention is feasible;

2 ein Diagramm eines beispielhaften Temperaturverhaltens in einem erfindungsgemäßen Abgassystem für unterschiedliche Fahrzeuge zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Konzepts; und 2 a diagram of an exemplary temperature behavior in an exhaust system according to the invention for different vehicles for explaining the concept underlying the invention; and

34 Diagramme zur Verdeutlichung der Vorteile einer Überwachung der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem. 3 - 4 Diagrams illustrating the advantages of monitoring the functionality of an SCR catalytic converter in an exhaust system.

1 zeigt in lediglich schematischer Darstellung einen möglichen Aufbau eines Abgassystems eines Dieselmotors 11 mit einem NOx-Speicherkatalysator (LNT) 12 und einem SCR-Katalysator 15. Gemäß 1 ist ferner in Kombination mit dem NOx-Speicherkatalysator (LNT) 12 ein Dieselpartikelfilter (DPF) 13 vorgesehen, welche gemeinsam in einer Einheit 14 angeordnet sind. Der SCR-Katalysator 15 ist stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators (LNT) 12 und des Dieselpartikelfilters (DPF) 13 angeordnet, wird auch als passives SCR-System, kurz "pSCR", bezeichnet und dient unter anderem dazu, das vom NOx-Speicherkatalysator (LNT) 12 in fetten Betriebsphasen abgegebene Ammoniak (NH3) zu speichern. Das am SCR-Katalysator 15 gespeicherte Ammoniak kann zur Umwandlung zusätzlicher Stickoxide (NOx) verwendet werden, welche den NOx-Speicherkatalysator (LNT) 12 bei Betrieb mit magerem Abgasgemisch (d.h. unter "mageren Betriebsbedingungen") durchbrechen können. 1 shows only a schematic representation of a possible construction of an exhaust system of a diesel engine 11 with a NO x storage catalytic converter (LNT) 12 and an SCR catalyst 15 , According to 1 is also in combination with the NO x storage catalytic converter (LNT) 12 a diesel particulate filter (DPF) 13 provided, which together in one unit 14 are arranged. The SCR catalyst 15 is downstream of the NO x storage catalytic converter (LNT) 12 and Diesel Particulate Filter (DPF) 13 is also referred to as a passive SCR system, "pSCR" for short, and is used, among other things, for the purpose of the NO x storage catalytic converter (LNT) 12 to store ammonia (NH 3 ) released in rich operating phases. That at the SCR catalyst 15 stored ammonia can be used to convert additional nitrogen oxides (NO x ) containing the NO x storage catalyst (LNT) 12 when operating with lean exhaust gas mixture (ie under "lean operating conditions") can break.

Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht eine robuste Unterscheidung zwischen einem Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 und einem Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15 (insbesondere ohne auf dem SCR-Katalysator 15 befindlicher Washcoat-Beschichtung). Dabei kann als Ausgangszustand ein Kaltstart des Verbrennungsmotors zugrunde gelegt werden, wobei eine Messung der Temperatur stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators 15 erfolgt. Gemäß 1 ist die Temperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators 15 mit T1 bezeichnet, und die Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators 15 ist T2 bezeichnet.The inventive concept enables a robust distinction between an operating state of the exhaust system with functional SCR catalyst 15 and an operating state of the exhaust system with faulty SCR catalyst 15 (Especially without on the SCR catalyst 15 located washcoat coating). In this case, a cold start of the internal combustion engine can be used as the initial state, wherein a measurement of the temperature upstream and downstream of the SCR catalyst 15 he follows. According to 1 is the temperature upstream of the SCR catalyst 15 denoted by T 1 , and the temperature downstream of the SCR catalyst 15 T 2 is designated.

Gemäß der Erfindung wird zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators 15 insbesondere die Tendenz der Washcoat-Beschichtung des SCR-Katalysators 15 ausgenutzt, in einer Kaltstartphase Wasserdampf aus dem Abgas zu adsorbieren, wobei dann in einer späteren Betriebsphase (bzw. einer späteren Phase des Testzyklus) auf diese Adsorption eine Desorption des zuvor kondensierten Wassers folgt (so dass die Wassermoleküle in dieser späteren Phase die Katalysatoroberfläche des SCR-Katalysators 15 wieder verlassen). In accordance with the invention, to monitor the operability of the SCR catalyst 15 in particular the tendency of the washcoat coating of the SCR catalyst 15 utilized in a cold start phase to adsorb water vapor from the exhaust gas, which then follows in a later phase of operation (or a later stage of the test cycle) on this adsorption desorption of the previously condensed water (so that the water molecules in this later phase, the catalyst surface of the SCR catalyst 15 leave again).

Die vorstehend beschriebene Adsorption bzw. Kondensation des Wasserdampfes aus dem Abgas an der kalten Katalysatoroberfläche bewirkt eine exotherme Reaktion, die wiederum mit einer erhöhten Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators 15 einhergeht. Dieser Umstand wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um Aufschluss über den Betriebszustand des Abgassystems bzw. die Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators zu erhalten.The above-described adsorption or condensation of the water vapor from the exhaust gas on the cold catalyst surface causes an exothermic reaction, which in turn at an elevated temperature downstream of the SCR catalyst 15 accompanied. This circumstance is utilized according to the invention in order to obtain information about the operating state of the exhaust gas system or the functionality of the SCR catalytic converter.

Das vorstehend beschriebene Temperaturverhalten ist in 2 für eine Mehrzahl verschiedener Fahrzeuge ("A" bis "C") von unterschiedlicher Größe und Gewicht dargestellt, wobei die Kurven A1, B1, bzw. C1 jeweils den Temperaturwert stromaufwärts des SCR-Katalysators 15 bezeichnen, und wobei die Kurven A2, B2, bzw. C2 jeweils den Temperaturwert stromabwärts des SCR-Katalysators 15 bezeichnen. In dem mit dem Pfeil P1 markierten Bereich erfolgt eine Wärmefreisetzung aufgrund der Kondensation des Wasserdampfes an der Katalysatoroberfläche des SCR-Katalysators 15 und der damit einhergehenden exothermen Reaktion. In dem mit dem Pfeil P2 markierten Bereich erfolgt eine Verschiebung der Temperaturanstiegsflanke im Diagramm von 2 nach rechts, was auf die Desorption bzw. Verdampfung des zuvor kondensierten Wassers von der Katalysatoroberfläche des SCR-Katalysators 15 und den damit verbundenen Energiebedarf zurückzuführen ist.The temperature behavior described above is in 2 for a plurality of different vehicles ("A" to "C") of different size and weight, wherein the curves A1, B1, and C1 respectively represent the temperature value upstream of the SCR catalyst 15 and curves A2, B2, and C2, respectively, are the temperature value downstream of the SCR catalyst 15 describe. In the area marked with the arrow P1, heat is released due to the condensation of the water vapor on the catalyst surface of the SCR catalyst 15 and the associated exothermic reaction. In the area marked with the arrow P2, a shift of the temperature rise edge takes place in the diagram of FIG 2 to the right, indicating the desorption or evaporation of the previously condensed water from the catalyst surface of the SCR catalyst 15 and related energy needs.

Gemäß der Erfindung kann die Unterscheidung zwischen dem Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 und einem Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15 unter Heranziehung von zwei Referenzmodellen erfolgen, von denen das eine Referenzmodell für den für den Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 und das andere Referenzmodell für den Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15 gültig ist. Dabei kann insbesondere die in der Position stromabwärts des SCR-Katalysators 15 gemessene Temperatur T2 jeweils mit dem Referenzmodell für den Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 und mit dem Referenzmodell für den Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15 (bzw. den sich aus diesen Referenzmodellen ergebenden Temperaturwerten) verglichen werden, woraufhin jeweils die mittlere quadratische Abweichung (RMS) berechnet werden kann. Als Kriterium zur Entscheidung darüber, ob ein Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 oder ein Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15 vorliegt, kann z.B. das Minimum dieser mittleren quadratischen Abweichung innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters für die Überwachung herangezogen werden.According to the invention, the distinction between the operating state of the exhaust system with functional SCR catalyst 15 and an operating state of the exhaust system with faulty SCR catalyst 15 using two reference models, one of which is a reference model for the operating state of the exhaust system with a functional SCR catalytic converter 15 and the other reference model for the operating state of the exhaust system with faulty SCR catalyst 15 is valid. In particular, in the position downstream of the SCR catalyst 15 measured temperature T 2 each with the reference model for the operating state of the exhaust system with functional SCR catalyst 15 and with the reference model for the operating state of the exhaust system with faulty SCR catalyst 15 (or the resulting from these reference models temperature values) are compared, whereupon each of the mean square deviation (RMS) can be calculated. As a criterion for deciding whether an operating condition of the exhaust system with functional SCR catalyst 15 or an operating condition of the exhaust system with faulty SCR catalyst 15 For example, the minimum of this mean square deviation within a predetermined time window can be used for the monitoring.

Insbesondere kann hierbei eine Abschätzung der Wasserdampfkonzentration im Abgas basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und anderen Parametern des Verbrennungsprozesses erfolgen. Dabei können der Sättigungspartialdruck am SCR-Katalysator 15 sowie die Katalysatortemperatur berechnet werden, um die Rate der Wasserkondensation sowie die Wärmefreisetzung zu ermitteln. Basierend hierauf kann eine Abschätzung der Temperatur des SCR-Katalysators 15 mit und ohne Washcoat-Beschichtung (also für den Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 und für den Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15) erfolgen.In particular, an estimation of the water vapor concentration in the exhaust gas based on the air-fuel ratio and other parameters of the combustion process can take place here. In this case, the saturation partial pressure at the SCR catalyst 15 and calculate the catalyst temperature to determine the rate of water condensation and heat release. Based on this, an estimate of the temperature of the SCR catalyst 15 with and without washcoat coating (ie for the operating state of the exhaust system with functional SCR catalytic converter 15 and for the operating state of the exhaust system with faulty SCR catalyst 15 ) respectively.

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Claims (9)

Verfahren zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors, wobei das Abgassystem einen Dieselpartikelfilter (13) und einen stromabwärts hiervon angeordneten SCR-Katalysator (15) zur selektiven katalytischen Reduktion von im dem SCR-Katalysator (15) zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Messen wenigstens eines Temperaturwertes (T2) an einer Position stromabwärts des SCR-Katalysators (15); Durchführen eines ersten Vergleichs des gemessenen Temperaturwertes (T2) mit einem ersten Referenzwert für die Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators (15), wobei der erste Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator (15) repräsentiert; Durchführen eines zweiten Vergleichs des gemessenen Temperaturwertes (T2) mit einem zweiten Referenzwert für die Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators (15), wobei der zweite Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator (15) repräsentiert; und Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) auf Basis der Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichs; wobei der erste Referenzwert und der zweite Referenzwert modellgestützt ermittelt werden, wobei bei dieser modellgestützten Ermittlung der Einfluss einer durch eine an der Oberfläche des SCR-Katalysators (15) stattfindende Kondensation von im Abgas enthaltenem Wasserdampf bewirkten exothermen Reaktion auf die Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators (15) abgeschätzt wird. Method for evaluating the functionality of an SCR catalytic converter in an exhaust system of a diesel engine, the exhaust system comprising a diesel particulate filter ( 13 ) and a downstream thereof arranged SCR catalyst ( 15 ) for selective catalytic reduction in the SCR catalyst ( 15 ), characterized in that the method comprises the steps of measuring at least one temperature value (T2) at a position downstream of the SCR catalyst ( 15 ); Performing a first comparison of the measured temperature value (T2) with a first reference value for the temperature downstream of the SCR catalyst ( 15 ), wherein the first reference value an operating state of the exhaust system with functional SCR catalyst ( 15 represents; Performing a second comparison of the measured temperature value (T2) with a second reference value for the temperature downstream of the SCR catalyst ( 15 ), wherein the second reference value is an operating state of the exhaust system with faulty SCR catalytic converter ( 15 represents; and evaluating the functionality of the SCR catalyst ( 15 ) based on the results of the first and second comparisons; wherein the first reference value and the second reference value are determined model-based, wherein in this model-based determination of the influence of a on the surface of the SCR catalyst ( 15 ) condensation of water vapor contained in the exhaust caused exothermic reaction to the temperature downstream of the SCR catalyst ( 15 ) is estimated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der modellgestützten Ermittlung des ersten Referenzwertes eine auf dem SCR-Katalysator (15) vorhandene Washcoat-Beschichtung berücksichtigt wird. A method according to claim 1, characterized in that in the model-based determination of the first reference value on the SCR catalyst ( 15 ) existing washcoat coating is taken into account. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der modellgestützten Ermittlung des zweiten Referenzwertes keine Washcoat-Beschichtung auf dem SCR-Katalysator (15) berücksichtigt wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that in the model-based determination of the second reference value no washcoat coating on the SCR catalyst ( 15 ) is taken into account. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modellgestützte Ermittlung des ersten und des zweiten Referenzwertes auf Basis einer Abschätzung der Wasserdampfkonzentration im Abgas erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the model-based determination of the first and the second reference value is based on an estimate of the water vapor concentration in the exhaust gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der modellgestützten Ermittlung des ersten und des zweiten Referenzwertes jeweils die Rate der Wasserkondensation an dem SCR-Katalysator (15) sowie die Wärmefreisetzung abgeschätzt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the model-based determination of the first and the second reference value respectively the rate of water condensation on the SCR catalyst ( 15 ) and the heat release can be estimated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bewertens der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) jeweils das Ermitteln der mittleren quadratischen Abweichung für den ersten und den zweiten Vergleich innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters umfasst.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step of evaluating the functionality of the SCR catalyst ( 15 ) each comprises determining the mean square deviation for the first and the second comparison within a predetermined time window. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen des wenigstens einen Temperaturwertes unmittelbar nach einem Kaltstart des Dieselmotors (11) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring of the at least one temperature value immediately after a cold start of the diesel engine ( 11 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist: Messen wenigstens eines Temperaturwertes (T1) an einer Position stromaufwärts des SCR-Katalysators (15); wobei das Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) ferner unter Berücksichtigung dieses zweiten Temperaturwertes (T1) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the method further comprises the steps of measuring at least one temperature value (T1) at a position upstream of the SCR catalyst ( 15 ); wherein evaluating the functionality of the SCR catalyst ( 15 ) taking into account this second temperature value (T1). Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors, wobei das Abgassystem einen Dieselpartikelfilter (13) und einen stromabwärts hiervon angeordneten SCR-Katalysator (15) zur selektiven katalytischen Reduktion von im dem SCR-Katalysator (15) zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Device for evaluating the functionality of an SCR catalytic converter in an exhaust system of a diesel engine, wherein the exhaust system has a diesel particulate filter ( 13 ) and a downstream thereof arranged SCR catalyst ( 15 ) for selective catalytic reduction in the SCR catalyst ( 15 ), characterized in that the apparatus is configured to carry out a method according to any one of the preceding claims.
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