DE102014209966B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors Download PDF

Info

Publication number
DE102014209966B4
DE102014209966B4 DE102014209966.8A DE102014209966A DE102014209966B4 DE 102014209966 B4 DE102014209966 B4 DE 102014209966B4 DE 102014209966 A DE102014209966 A DE 102014209966A DE 102014209966 B4 DE102014209966 B4 DE 102014209966B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalytic converter
scr catalytic
scr
reference value
ammonia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102014209966.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014209966A1 (de
Inventor
Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to DE102014209966.8A priority Critical patent/DE102014209966B4/de
Publication of DE102014209966A1 publication Critical patent/DE102014209966A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014209966B4 publication Critical patent/DE102014209966B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/021—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting ammonia NH3
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

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

Abstract

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, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:a) Ermitteln, ob während einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators (15) vorliegt; undb) Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) auf Basis dieser Ermittlung; dadurch gekennzeichnet, dass das Bewerten im Schritt b) folgende Schritte aufweist:modellgestütztes Erzeugen jeweils eines ersten Referenzwertes und eines zweiten Referenzwertes für die stromabwärts des SCR-Katalysators (15) vorhandene Ammoniak (NH3)-Menge, wobei der erste Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator (15) repräsentiert und der zweite Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit nicht funktionsfähigem SCR-Katalysator (15) repräsentiert;Durchführen eines ersten Vergleichs der stromabwärts des SCR-Katalysators (15) ermittelten Ammoniak (NH3)-Menge mit dem ersten Referenzwert;Durchführen eines zweiten Vergleichs der stromabwärts des SCR-Katalysators (15) ermittelten Ammoniak (NH3)-Menge mit dem zweiten Referenzwert; undBewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) auf Basis der Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichs;wobei der erste Referenzwert kleiner ist als der zweite Referenzwert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators während einer Regenerationsphase bzw. in einem Betriebszustand mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch.
  • 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 (welche typischerweise wenige Sekunden andauert) in unschädliche Komponenten, vor allem Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf, umzuwandeln. Die Häufigkeit, mit der diese Regenerationsphase durchgeführt wird, wird im Wesentlichen durch die NOx-Emissionen und die Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators bestimmt, wobei diese Speicherkapazität wiederum von der Abgastemperatur abhängig ist.
  • Eine zweite Technologie ist die selektive katalytische Reduktion in einem sogenannten SCR-Katalysator (SCR = „Selective Catalytic Reduction“ = „selektive katalytische Reduktion“), wobei am SCR-Katalysator die im Abgas enthaltenen Stickoxide mittels Ammoniak 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.
  • Im Falle der Verwendung eines SCR-Katalysators in motorferner bzw. bodenseitiger Bauweise im Abgassystem ist die Alterung dieses SCR-Katalysators relativ begrenzt, da dieser dann etwa relativ zu einem NOx-Speicherkatalysator oder einem SDPF-System (umfassend einen SCR-Washcoat auf einem Dieselpartikelfiltersubstrat) vergleichsweise seltener einem Betrieb mit 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.
  • Ein beispielhafter Anwendungsfall hierfür 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. 4 zeigt ein Diagramm, welches den Vorteil einer Überwachung des SCR-Katalysators in diesem Anwendungsfall veranschaulicht und in dem die prozentuale Stickoxid (NOx)-Umwandlung am Stickoxidkatalysator (LNT) in Abhängigkeit von der Stickoxidmenge im zugeführten Abgas für unterschiedliche NOx-Entfernungsraten am Ort des SCR-Katalysators im Bereich von 10-30 mg/km aufgetragen ist. Wie 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 NOx-Speicherkatalysators unter Berücksichtigung des bei Verwendung von zwei Lambda-Sensoren realisierbaren, mit „W“ bezeichneten Überwachungsfensters.
  • 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.
  • Aus US 2012/0180558 A1 ist u.a. ein Verfahren zur Überwachung der Leistungsfähigkeit einer einen SCR-Katalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungsvorrichtung bekannt, wobei im Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist. Dabei wird insbesondere auf einen unzureichenden bzw. uneffektiven Zustand des SCR-Katalysators geschlossen, wenn die Amplitude des Ausgangssignals eines Ammoniaksensors einen vorbestimmten Amplitudenwert unterschreitet.
  • Aus DE 10 2011 077 246 B3 sind u.a. ein Filterungsverfahren und ein Filter für einen NOx-Sensor eines Abgassystems mit einem SCR-Katalysator bekannt, wobei in dem Filterungsverfahren z.B. für eine weitere Datenverarbeitung festgelegt wird, ob das von einem NOx-Sensor gemessene Signal als NOx-Messwert oder als NH3-Messwert genutzt wird.
  • Aus DE 10 2005 015 998 A1 ist u.a. ein Katalysatordiagnoseverfahren bekannt, wobei auf Basis zweier Temperaturmodelle jeweils eine Modell-Temperatur berechnet wird, um mittels wiederholt erfolgendem Messen einer Ist-Temperatur hinter dem Katalysator Aufschluss über die Funktionsfähigkeit bzw. Konvertierungsfähigkeit des Katalysators zu erlangen.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 6 gelöst.
  • 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:
    • - Ermitteln, ob während einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators vorliegt; und
    • - Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators auf Basis dieser Ermittlung.
  • Gemäß der Erfindung weist das Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators folgende Schritte auf:
    • - modellgestütztes Erzeugen jeweils eines ersten Referenzwertes und eines zweiten Referenzwertes für die stromabwärts des SCR-Katalysators vorhandene Ammoniak (NH3)-Menge, wobei der erste Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator repräsentiert und der zweite Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit nicht funktionsfähigem SCR-Katalysator repräsentiert;
    • - Durchführen eines ersten Vergleichs der stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelten Ammoniak (NH3)-Menge mit dem ersten Referenzwert;
    • - Durchführen eines zweiten Vergleichs der stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelten Ammoniak (NH3)-Menge mit dem zweiten Referenzwert; und
    • - Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators auf Basis der Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichs.
  • Die Erfindung beinhaltet insbesondere das Konzept der Verwendung eines Sensors in Form eines NH3-Sensors oder eines NOx-Sensors in einer Position stromabwärts eines in motorferner Bauweise angeordneten SCR-Katalysators. In Betriebsphasen mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch wird das im Bereich des NOx-Speicherkatalysators erzeugte Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators überwacht. Falls der SCR-Katalysator funktionsfähig ist, wird kein Ammoniakschlupf nachgewiesen. Wenn sich jedoch auf dem SCR-Katalysator keine Washcoat-Beschichtung mehr befindet, der SCR-Katalysator also nicht mehr funktionsfähig ist, wird Ammoniakschlupf nachgewiesen. Dieser Umstand wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um Aufschluss über den Betriebszustand des Abgassystems bzw. die Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators zu erhalten, indem ein fehlerhafter Betriebszustand des SCR-Katalysators nachgewiesen wird. Hierbei wird unter Ammoniakschlupf in Einklang mit der üblichen Terminologie jeweils diejenige Menge an Ammoniak (NH3) verstanden, welche den SCR-Katalysator in der Gasphase ohne Reaktion verlässt.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass der erste Referenzwert kleiner als der zweite Referenzwert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ermitteln, ob während einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators vorliegt, unter Verwendung eines NH3-Sensors, welcher stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform erfolgt das Ermitteln, ob während einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators vorliegt, in indirekter Weise unter Verwendung eines NOx-Sensors, welcher stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, wobei die stromabwärts des SCR-Katalysators vorhandene Ammoniak (NH3)-Menge aus dem Ausgangssignal des NOx-Sensors abgeleitet wird.
  • 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.
  • Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Bewertens der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators unter Berücksichtigung einer Ammoniak (NH3)-Desorption von dem SCR-Katalysator für den Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator.
  • 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.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus eines Abgassystems, in welchem die Erfindung realisierbar ist;
    • 2 ein Diagramm mit beispielhaften Temperaturabhängigkeiten der Ammoniak-Erzeugung stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators in einer Reinigungsphase beim Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch sowohl für einen mittels „Degreening“ vorkonditionierten NOx-Speicherkatalysator als auch für einen gealterten NOx-Speicherkatalysator;
    • 3 ein Diagramm, in welchem die kumulative NOx-Entfernung im Bereich des SCR-Katalysators für unterschiedliche Fahrzeugtypen (mit unterschiedlicher Fahrzeuggröße bzw. unterschiedlichem Fahrzeuggewicht) zeitabhängig aufgetragen ist; und
    • 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Vorteile einer Überwachung der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem.
  • 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 in bodenseitiger bzw. motorferner Bauweise angeordnet, wird auch als passives SCR-System, kurz „pSCR“, bezeichnet und dient u.a. 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.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators 15 unter Verwendung eines NOx/NH3-Sensors 16, welcher stromabwärts des SCR-Katalysators 15 angeordnet wird.
  • 2 zeigt ein Diagramm, in welchem die Ammoniak (NH3)-Erzeugung stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 12 während einer Reinigungsphase bei Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch sowohl für einen mittels „Degreening“ vorkonditionierten (noch nicht gealterten) NOx-Speicherkatalysator 12 als auch für einen gealterten NOx-Speicherkatalysator 12 in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen ist.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, wird während des Betriebs bei niedriger Temperaturen, insbesondere etwa im Temperaturbereich von 200°C bis 250°C, bei Einstellung eines fettem Luft-Kraftstoffgemischs Ammoniak (NH3) weder von dem mittels „Degreening“ vorkonditionierten (und noch nicht gealterten) NOx-Speicherkatalysator 12, welcher eine NOx-Umwandlungsrate von mehr als 60% aufweist, noch von dem gealterten NOx-Speicherkatalysator 12, bei dem die NOx-Umwandlungsrate weniger als 35 % beträgt, erzeugt.
  • Hingegen erfolgt im Temperaturfenster von etwa 300°C - 350°C durch den gealterten NOx-Speicherkatalysator 12 während des Reinigungsvorganges bzw. während der Einstellung eines fettem Luft-Kraftstoffgemischs die Erzeugung relativ hoher Mengen an Ammoniak (NH3) (z. T. von mehr als 0,05 g), wohingegen der mittels „Degreening“ vorkonditionierte (und noch nicht gealterte) NOx-Speicherkatalysator 12 weiterhin kein Ammoniak (NH3) produziert. Bei noch höheren Temperaturen (von mehr als 400°C) wird Ammoniak (NH3) unabhängig vom Alterungszustand des NOx-Speicherkatalysators erzeugt.
  • In Betriebsphasen mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch wird das im Bereich des NOx-Speicherkatalysators erzeugte Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators 15 überwacht. Falls der SCR-Katalysator 15 funktionsfähig ist, wird kein Ammoniakschlupf nachgewiesen. Hierbei wird unter Ammoniakschlupf in Einklang mit der üblichen Terminologie die Menge an Ammoniak (NH3) verstanden, welche den SCR-Katalysator 15 in der Gasphase ohne Reaktion verlässt.
  • Wenn sich auf dem SCR-Katalysator 15 keine Washcoat-Beschichtung mehr befindet, der SCR-Katalysator 15 also nicht funktionsfähig ist, wird Ammoniakschlupf nachgewiesen. Dieser Umstand wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um Aufschluss über den Betriebszustand des Abgassystems bzw. die Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators zu erhalten, indem ein fehlerhafter Betriebszustand des SCR-Katalysators nachgewiesen wird.
  • Der Nachweis des Vorhandenseins von Ammoniak (NH3) stromabwärts des in motorferner Bauweise angeordneten SCR-Katalysators 15 kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mittels direkter Messung unter Verwendung eines geeigneten NH3-Sensors erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Nachweis des Vorhandenseins von Ammoniak (NH3) stromabwärts des in motorferner Bauweise angeordneten SCR-Katalysators 15 auch auf indirektem Wege mittels eines stromabwärts des SCR-Katalysators 15 befindlichen NOx-Sensors erfolgen, welcher indirekte Nachweisempfindlichkeit bzw. „Querempfindlichkeit“ für Ammoniak (NH3) aufweist.
  • Die in 2 gezeigten Daten wurden unter Verwendung eines stromabwärts des SCR-Katalysators 15 befindlichen NOx-Sensors und unter Anwendung eines Algorithmus ermittelt, bei dem das Ammoniak (NH3)-Signal aus den Ausgangssignalen des NOx-Sensors basierend auf einem Modell herausgefiltert wird, durch welches die Reaktionskinetik im Bereich des NOx-Speicherkatalysators 12 bei fettem Luft-Kraftstoffgemisch beschrieben wird. Hierbei werden während des Betriebs mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch die Masse umgewandelter Stickoxide (NOx), die Masse desorbierter Stickoxide (NOx) und die Masse des erzeugten Ammoniaks (NH3) abgeschätzt. Das erhaltene Signal kann dann als Referenzsignal verwendet werden, um zu entscheiden, ob das gemessene Ausgangssignal des NOx-Sensors vorwiegend Stickoxide (NOx) oder vorwiegend Ammoniak (NH3) wiedergibt.
  • 3 zeigt ein Diagramm, welches die zeitliche NOx-Entfernung im Bereich des SCR-Katalysators 15 für unterschiedliche Fahrzeugtypen „A“-„C“ (wobei Fahrzeuggröße und -gewicht von „A“ nach „B“ nach „C“ zunehmen) wiedergibt. Aufgetragen ist jeweils die kumulative NOx-Menge, nachdem die Eintrittstemperatur am SCR-Katalysator 15 einen Wert von 180°C erreicht hat. Dabei entsprechen die durchgezogenen Kurven jeweils den Werten stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 12, und die gestrichelt dargestellten Kurven entsprechen jeweils den Werten stromabwärts des SCR-Katalysators 15. Bei größerem Fahrzeuggewicht (z. B. Fahrzeugtyp „C“) wird ein größerer Beitrag des SCR-Katalysators 15 gemessen, wodurch die Robustheit des Nachweises erhöht wird, da der Unterschied zwischen dem Fall mit Ammoniakschlupf verglichen mit dem Fall ohne Ammoniakschlupf stärker ausgeprägt ist.
  • Des Weiteren kann ein geeignetes SCR-Modell in den Algorithmus integriert werden, um ein Ammoniak (NH3)-Referenzsignal zu erzeugen, welches auf einen betriebsfähigen oder auf einen fehlerhaften SCR-Katalysator 15 hinweist. In einer Ausführungsform kann die mittlere quadratische Abweichung des gemessenen Ammoniak (NH3)-Schlupfes dazu verwendet werden, eine robuste Entscheidung auf Basis einer bordseitigen Diagnostik (OBD) zu treffen (insbesondere, wenn die Desorption des Ammoniaks (NH3) von dem SCR-Katalysator 15 bei hohen Abgastemperaturen berücksichtigt wird).
  • Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept während einer Regenerationsphase bzw. in einem Betriebszustand mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch eine robuste Unterscheidung zwischen einem Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator 15 und einem Betriebszustand des Abgassystems mit fehlerhaftem SCR-Katalysator 15.

Claims (6)

  1. 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, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Ermitteln, ob während einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch Ammoniak (NH3) stromabwärts des SCR-Katalysators (15) vorliegt; und b) Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) auf Basis dieser Ermittlung; dadurch gekennzeichnet, dass das Bewerten im Schritt b) folgende Schritte aufweist: modellgestütztes Erzeugen jeweils eines ersten Referenzwertes und eines zweiten Referenzwertes für die stromabwärts des SCR-Katalysators (15) vorhandene Ammoniak (NH3)-Menge, wobei der erste Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator (15) repräsentiert und der zweite Referenzwert einen Betriebszustand des Abgassystems mit nicht funktionsfähigem SCR-Katalysator (15) repräsentiert; Durchführen eines ersten Vergleichs der stromabwärts des SCR-Katalysators (15) ermittelten Ammoniak (NH3)-Menge mit dem ersten Referenzwert; Durchführen eines zweiten Vergleichs der stromabwärts des SCR-Katalysators (15) ermittelten Ammoniak (NH3)-Menge mit dem zweiten Referenzwert; und Bewerten der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) auf Basis der Ergebnisse des ersten und des zweiten Vergleichs; wobei der erste Referenzwert kleiner ist als der zweite Referenzwert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln im Schritt a) unter Verwendung eines NH3-Sensors (16) erfolgt, welcher stromabwärts des SCR-Katalysators (15) angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln im Schritt a) in indirekter Weise unter Verwendung eines NOx-Sensors erfolgt, welcher stromabwärts des SCR-Katalysators (15) angeordnet ist, wobei die stromabwärts des SCR-Katalysators (15) vorhandene Ammoniak (NH3)-Menge aus dem Ausgangssignal des NOx-Sensors abgeleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bewertens der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators (15) unter Berücksichtigung einer Ammoniak (NH3)-Desorption von dem SCR-Katalysator (15) für den Betriebszustand des Abgassystems mit funktionsfähigem SCR-Katalysator (15) erfolgt.
  6. 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.
DE102014209966.8A 2013-06-13 2014-05-26 Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors Active DE102014209966B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014209966.8A DE102014209966B4 (de) 2013-06-13 2014-05-26 Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013211062.6 2013-06-13
DE102013211062 2013-06-13
DE102014209966.8A DE102014209966B4 (de) 2013-06-13 2014-05-26 Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014209966A1 DE102014209966A1 (de) 2014-12-18
DE102014209966B4 true DE102014209966B4 (de) 2021-04-22

Family

ID=52009953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014209966.8A Active DE102014209966B4 (de) 2013-06-13 2014-05-26 Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014209966B4 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10240506B2 (en) 2016-12-08 2019-03-26 GM Global Technology Operations LLC Estimating nitrogen oxide values for vehicles
DE102023204230B3 (de) 2023-05-08 2024-05-29 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für eine Antriebseinrichtung sowie entsprechendes Steuergerät

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005015998A1 (de) * 2005-04-07 2006-10-12 Robert Bosch Gmbh Katalysatordiagnoseverfahren
DE102011077246B3 (de) * 2011-06-09 2012-06-06 Ford Global Technologies, Llc Filterungsverfahren und Filter für einen NOx Sensor eines Abgassystems
US20120180558A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 GM Global Technology Operations LLC Method for monitoring exhaust gas aftertreatment devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005015998A1 (de) * 2005-04-07 2006-10-12 Robert Bosch Gmbh Katalysatordiagnoseverfahren
US20120180558A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-19 GM Global Technology Operations LLC Method for monitoring exhaust gas aftertreatment devices
DE102011077246B3 (de) * 2011-06-09 2012-06-06 Ford Global Technologies, Llc Filterungsverfahren und Filter für einen NOx Sensor eines Abgassystems

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014209966A1 (de) 2014-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3717757B1 (de) Verfahren zum betreiben einer abgasnachbehandlungsanlage einer brennkraftmaschine und abgasnachbehandlungsanlage
EP2828510B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung von gas-sensoren
DE102014203621B4 (de) Verfahren zur Ascheerkennung in einem Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung und Brennkraftmaschine
DE102011002502B4 (de) Verfahren zur Diagnose eines Abgassensors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP2832965B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Wirkungsgrades einer Abgasreinigungsvorrichtung
DE102014209960B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit eines SCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors
DE102005014662A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102013223993A1 (de) Diagnosebetriebsstrategie für die Ermittlung eines Alterungsniveaus eines Dieseloxidationskatalysators unter Verwendung einer NO2-Interferenz von NOx-Sensoren
DE102011108019A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Qualität einer zur Stickoxidverminderung eingesetzten, Ammoniak enthaltenden Reduktionsmittellösung
DE102018213379A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators
DE102011003084A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage
DE102011004557A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine
DE102007063940B4 (de) Verfahren zur Diagnose eines eine Abgasbehandlungsvorrichtung enthaltenden Abgasbereichs einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102016203227A1 (de) Verfahren zur Diagnose eines Abgasnachbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine
DE112013003836B4 (de) Verfahren und System zum Feststellen einer Sensorfunktion für einen PM-Sensor
DE102014209966B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten der Funktionsfähigkeit einesSCR-Katalysators in einem Abgassystem eines Dieselmotors
DE102014209972B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten des Alterungszustandeseines NOx-Speicherkatalysators
DE102012211705A1 (de) Verfahren zur Überprüfung eines Stickoxidsensors
DE102013203578A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems
AT521760B1 (de) Frequenzbasiertes NH3-Schlupferkennungverfahren
DE102016210143A1 (de) Verfahren zur Ermittlung eines Alterungszustands eines NOx-Speicherkatalysators einer Abgasnachbehandlungsanlage eines für einen Magerbetrieb ausgelegten Verbrennungsmotors sowie Steuerungseinrichtung
EP3430248B1 (de) Verfahren zum anpassen der kennlinie eines stickoxidsensors in einer brennkraftmaschine
DE102015207670A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators
DE102008064606A1 (de) Funktionsanpassung einer Abgasreinigungsvorrichtung
DE102016211712B4 (de) Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit eines Partikelsensors

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: BONSMANN - BONSMANN - FRANK PATENTANWAELTE, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final