DE102015222209A1 - Verfahren zur Plausibilisierung eines NOx-Sensors in einem SCR-Katalysatorsystem - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Plausibilisierung eines NOx-Sensors (62; 63) in einem SCR-Katalysatorsystem mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) und wenigstens einer zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) und jeweils einer Dosierstelle (40, 50) für eine Reduktionsmittellösung für die SCR-Katalysatoreinrichtungen (20, 30) stromaufwärts der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung befindet sich der zu plausibilisierende NOx-Sensor (62) entweder zwischen der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) und der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) oder der zu plausibilisierende NOx-Sensor (63) befindet sich stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30). Für die Plausibilisierung wird eine Phase mit einer unterstöchiometrischen Dosierung der Reduktionsmittellösung für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung (30) durchgeführt, wobei sich der zu plausibilisierende NOx-Sensor (62; 63) jeweils stromabwärts der SCR-Katalysatoreinrichtung (20; 30) mit der unterstöchiometrischen Dosierung befindet. Die messbaren Signalwerte des jeweils zu plausibilisierenden NOx-Sensors (62; 63) werden mit errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei einer in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) zu erwartenden NOx-Konvertierung verglichen. Bei einer Abweichung unter Berücksichtigung von vorgebbaren Toleranzen wird auf eine Unplausibilität des jeweiligen NOx-Sensors (62; 63) geschlossen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung eines NOx-Sensors in einem SCR-Katalysatorsystem mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und wenigstens einer zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung und jeweils einer Dosierstelle für eine Reduktionsmittellösung für die SCR-Katalysatoreinrichtungen stromaufwärts der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät, die zur Durchführung des Plausibilisierungsverfahrens vorgesehen sind.
  • Stand der Technik
  • Um die gesetzlich vorgesehenen Abgasgrenzwerte bei dem Betrieb von Kraftfahrzeugen zu erreichen, werden komplexe Abgasnachbehandlungssysteme eingesetzt. Schärfere Gesetze im Bereich der Diagnose emissionsrelevanter Bauteile fordern im Rahmen der sogenannten On-Board-Diagnose (OBD) die Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie der eingesetzten Sensorik im Hinblick auf die Einhaltung der OBD-Grenzwerte.
  • Zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) sind SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) bekannt. Das Grundprinzip des SCR-Katalysators besteht darin, dass Stickoxidmoleküle auf der Katalysatoroberfläche in Gegenwart von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel zu elementarem Stickstoff reduziert werden. Heute bekannte SCR-Katalysatoren speichern NH3 an der Katalysatoroberfläche. Das an der Katalysatoroberfläche gespeicherte NH3 wird als NH3-Füllstand beschrieben. Aus der DE 10 2012 201 749 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose der NH3-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators als Merkmal für die Alterung oder Schädigung des Katalysators bekannt, wobei vor dem Start der
  • Diagnose beziehungsweise einer Überdosierphase (überstöchiometrische Reduktionsmitteldosierung) eine Konditionierung des SCR-Katalysators durchgeführt wird, um einen Arbeitspunkt in Form eines bestimmten NH3-Füllstandes als Ausgangspunkt für die Diagnose einzustellen.
  • Zur Erzielung höherer Umsatzraten bei der Stickoxidreduktion im Abgasstrang sind bereits Systeme bekannt, die zwei separate und hintereinander geschaltete SCR-Katalysatoreinrichtungen umfassen. Die Offenlegungsschriften DE 10 2013 203 580 A1 und DE 10 2012 221 905 A1 befassen sich mit Betriebsverfahren für Abgasnachbehandlungssysteme mit zwei SCR-Katalysatoreinrichtungen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Plausibilisierung eines NOx-Sensors bereit, wodurch die Signale des jeweiligen NOx-Sensors insbesondere zu Beginn einer SCR-OBD-Prüfung plausibilisiert werden können. Hierbei kann das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren insbesondere im Zusammenhang mit einer sogenannten aktiven SCR-Diagnose, bei der in die Dosierstrategie eingegriffen wird, durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren geht dabei von einem SCR-Katalysatorsystem mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und wenigstens einer zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung aus. Dabei befindet sich die erste SCR-Katalysatoreinrichtung näher an der Brennkraftmaschine als die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung. Die zwei SCR-Katalysatoreinrichtungen sind in Reihe geschaltet. Jeder SCR-Katalysatoreinrichtung ist jeweils eine Dosierstelle für die erforderliche Reduktionsmittellösung zugeordnet, das heißt, mehr oder weniger unmittelbar stromaufwärts der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung ist eine Dosierstelle für die Reduktionsmittellösung vorgesehen. Der zu plausibilisierende NOx-Sensor ist einer der beiden SCR-Katalysatoreinrichtungen zugeordnet, wobei sich der zu plausibilisierende NOx-Sensor mehr oder weniger unmittelbar stromabwärts der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung befindet. Der zu plausibilisierende NOx-Sensor kann sich also in einem ersten Fall zwischen der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung und in einem zweiten Fall stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung befinden. Für die erfindungsgemäße Plausibilisierung wird eine Phase mit einer vorgebbaren unterstöchiometrischen Dosierung der Reduktionsmittellösung für die erste oder die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung durchgeführt, wobei der jeweils stromabwärts angeordnete NOx-Sensor plausibilisiert werden soll. Die messbaren Signalwerte des jeweils stromabwärts angeordneten NOx-Sensors werden mit errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei einer in der ersten oder in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zu erwartenden NOx-Konvertierung verglichen. Der Ausdruck "NOx-Konvertierung" ist hierbei so zu verstehen, dass hiervon eine die NOx-Konvertierung repräsentierende Größe, beispielsweise die NOx-Konvertierungsrate, umschrieben wird. Bei einer Abweichung unter Berücksichtigung von vorgebbaren Toleranzen wird auf eine Unplausibilität des jeweiligen NOx-Sensors geschlossen.
  • Aktuelle SCR-Systeme verfügen zumindest über einen NOx-Sensor hinter dem SCR-Katalysator. Derzeit verwendete NOx-Sensoren zeigen dabei oftmals eine Querempfindlichkeit gegenüber NH3, sodass das Sensorsignal ein Summensignal aus NOx und NH3 anzeigt. Ein Anstieg des Signals eines NOx-Sensors, der stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordnet ist, kann damit sowohl auf eine sinkende NOx-Konvertierungsrate, also auf einen Anstieg der NOx-Konzentration, als auch auf einen Durchbruch von reinem Ammoniak, also einem Anstieg der NH3-Konzentration, hinweisen. Eine direkte Unterscheidung von NOx und NH3 ist nicht möglich. Insbesondere bei solchen Sensoren ist die erfindungsgemäße Plausibilisierung sehr vorteilhaft, um nicht korrekte Fehlermeldungen zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren ist in besonders vorteilhafter Weise für eine Plausibilisierung desjenigen NOx-Sensors geeignet, der der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordnet ist und der sich zwischen der ersten und der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung befindet, also stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung und gleichzeitig stromaufwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung. Die unterstöchiometrische Dosierung der Reduktionsmittellösung wird an der Dosierstelle für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung eingestellt und die messbaren Signalwerte des NOx-Sensors werden mit errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei einer in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung zu erwartenden NOx-Konvertierung oder entsprechenden Größen, die die zu erwartende NOx-Konvertierung oder die zu erwartende NOx-Konvertierungsrate repräsentieren, verglichen. Der besondere Vorteil hierbei liegt darin, dass während der Unterdosierphase an der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung die Konvertierung der in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung nicht umgesetzten Stickoxide übernehmen kann, sodass ein unerwünschter Emissionseinfluss der unterstöchiometrischen Reduktionsmitteldosierung an der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung verringert oder ganz vermieden werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die unterstöchiometrische Dosierung als ein Dosiermengenverhältnis α beschrieben, wobei das Dosiermengenverhältnis α das Verhältnis der aktuell dosierten NH3-Menge zu derjenigen NH3-Menge, die für einen kompletten NOx-Umsatz erforderlich wäre, beschreibt. Die errechenbaren oder modellierbaren Signalwerte für den NOx-Sensor stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (NOx_hinterSCR1) oder im Fall des der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordneten NOx-Sensors (NOx_hinterSCR2) können aus einem Zusammenhang zwischen dem Dosiermengenverhältnis α und der im aktuellen Betriebspunkt der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zu erwartenden NOx-Konvertierung (η_SCR1 beziehungsweise η_SCR2, η repräsentiert die zu erwartende NOx-Konvertierungsrate) abgeleitet werden. Vorzugsweise sind die errechenbaren oder modellierbaren Signalwerte (NOx_hinterSCR1 beziehungsweise NOx_hinterSCR2) unter Berücksichtigung von messbaren oder modellierbaren NOx-Daten stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (NOx_vorSCR1) beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (NOx_vorSCR2) aus dem folgenden Zusammenhang ableitbar: NOx_hinterSCR1 = NOx_vorSCR1·α ≈ NOx_vorSCR1·η_SCR1 beziehungsweise NOx_hinterSCR2 = NOx_vorSCR2·α ≈ NOx_vorSCR2·η_SCR2
  • Dieser Zusammenhang ist vor allem dann anwendbar, wenn in der SCR-Katalysatoreinrichtung kein gespeichertes NH3 vorhanden ist oder wenn sich ein stationärer Betrieb eingestellt hat. Entspricht das gemessene NOx-Signal des der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordneten NOx-Sensors beziehungsweise des der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordneten NOx-Sensors nicht dem auf diese Weise berechneten Modellwert NOx_hinterSCR1 beziehungsweise NOx_hinterSCR2, ist das Messsignal nicht plausibel, wobei zweckmäßigerweise hierbei geeignete Toleranzen berücksichtigt werden.
  • In besonders bevorzugter Weise wird die erfindungsgemäße Plausibilisierung des NOx-Sensors im Rahmen einer Überwachungsfunktion der NH3-Speicherfähigkeit der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung durchgeführt. Hierbei wird mit besonderem Vorteil eine Konditionierphase bei der Überwachungsfunktion für die Zwecke der erfindungsgemäßen Plausibilisierung genutzt, wobei bei der Konditionierphase durch eine vorübergehende unterstöchiometrische Dosierung des Reduktionsmittels ein definierter Ausgangspunkt für die Diagnose in Form eines bestimmten NH3-Füllstandes der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung eingestellt wird. Diese Phase mit der Unterdosierung wird erfindungsgemäß zur Plausibilisierung des jeweiligen NOx-Sensors in der oben beschriebenen Weise genutzt. Wenn in diesem Rahmen auf eine Unplausibilität des NOx-Sensors zu schließen ist, wird vorteilhafterweise die weitere Überwachungsfunktion für die jeweilige SCR-Katalysatoreinrichtung abgebrochen, da eine weitere Diagnose der SCR-Katalysatoreinrichtung unter diesen Umständen in der Regel nicht mehr sinnvoll ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen einer Überwachungsfunktion der NH3-Speicherfähigkeit der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung durchgeführt, wobei diese Überwachungsfunktion die folgenden Phasen umfasst:
    • – Konditionierphase mit unterstöchiometrischer Dosierung zur Einstellung eines definierten Arbeitspunktes der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung,
    • – Überdosierphase bis zum Erreichen der maximalen NH3-Speicherung der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung,
    • – gegebenenfalls Entleerphase mit verminderter oder abgestellter Dosierung, und
    • – Analyse der NOx-Konvertierungsrate zur Überprüfung der NH3-Speicherfähigkeit der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung,
    wobei die erfindungsgemäße Plausibilisierung des der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordneten NOx-Sensors während der anfänglichen Konditionierphase (Unterdosierung) in der oben beschriebenen Weise erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren kann mit besonderem Vorteil für solche SCR-Katalysatorsysteme eingesetzt werden, bei denen es sich bei der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung um einen Partikelfilter mit SCR-Beschichtung und bei der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung um einen herkömmlichen SCR-Katalysator handelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf solche SCR-Katalysatorsysteme beschränkt. Es kann beispielsweise auch für zwei hintereinander angeordnete herkömmliche SCR-Katalysatoren eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise wird vor der Plausibilisierung überprüft, ob für eine Plausibilisierung geeignete Betriebsbedingungen vorliegen. Hierbei können insbesondere systemische Größen wie der Abgasmassenstrom, die Abgasgeschwindigkeit, die Abgastemperatur, die Abgasrückführungsrate, die Dynamik der NOx-Konzentration oder die Dynamik des Abgasmassenstroms und Ähnliches berücksichtigt werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, auch andere Betriebsbedingungen, die Betriebsbereitschaft und das Toleranzverhalten des jeweiligen NOx-Sensors zu berücksichtigen.
  • Der Vergleich der messbaren Signalwerte des jeweiligen NOx-Sensors mit den errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei der in der ersten beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zu erwartenden NOx-Konvertierung oder NOx-Konvertierungsrate kann insbesondere anhand von absoluten und/oder relativen Abweichungen zwischen den messbaren Signalwerten und den errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten erfolgen. Für den Vergleich der NOx-Sensorwerte mit den modellierten oder berechneten Werten kann zum Beispiel in einfacher Weise die Differenz zwischen dem NOx-Sensorsignal und dem Modellwert betrachtet werden, wobei eine tolerierbare Differenz vorgegeben werden kann. Wenn diese tolerierbare Differenz überschritten wird, kann auf ein unplausibles Sensorsignal geschlossen werden. Weiterhin kann der Vergleich beispielsweise auch anhand von zeitlichen Integralen der betrachteten Größen erfolgen, wobei zur Gegenüberstellung und Bewertung des zeitlichen Verlaufs des NOx-Sensorsignals und des Modellwerts die zeitlichen Integrale der entsprechenden Größen berechnet werden können. Weiterhin ist auch eine Integration der relativen Abweichung von Mess- und Modellwerten möglich. Die Bewertung des jeweiligen NOx-Sensors beziehungsweise von dessen Signalwerten kann dann beispielsweise im Vergleich des Integrationsergebnisses mit einem vorgebbaren Schwellenwert erfolgen. Der Vergleich zwischen Messwert und Modellwert oder von deren Integralen kann beispielsweise auch anhand der Bestimmung von Korrelationskoeffizienten erfolgen. Beispielsweise kann bei einem betragsmäßigen Korrelationskoeffizienten, der unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes liegt, das Signal des NOx-Sensors als nicht mehr plausibel bewertet werden.
  • Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Plausibilisierung des NOx-Sensors eingesetzt wird, der der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordnet ist (zweiter NOx-Sensor), wird vorzugsweise für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung ein Betrieb für einen NOx-Vollumsatz durchgeführt, wobei hierunter der normal geregelte Betrieb der Dosiereinrichtung (Dosierstelle) zu verstehen ist. Diese Betriebsart grenzt sich dabei gegenüber dem gesteuerten Betrieb mit α < 1 ab. Die definierte unterstöchiometrische Dosierung der Reduktionsmittellösung an der Dosierstelle für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung erfolgt durch Abstellen der Dosierung für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung. Für die Plausibilisierung des der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung zugeordneten NOx-Sensors wird in diesem Fall zweckmäßigerweise der Zeitpunkt genutzt, wenn die erste SCR-Katalysatoreinrichtung die Emissionslast komplett allein tragen kann und der gewünschte Gesamtwirkungsgrad von der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung allein abgedeckt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass sich durch die Entleerung der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung kein NOx-Emissionseinfluss nach außen ergibt. Hierbei wird das Plausibilisierungsverfahren vorzugsweise dann durchgeführt, wenn davon auszugehen ist, dass in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung kein gespeichertes NH3 vorhanden ist, oder dass der NH3-Füllstand in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung sehr niedrig ist. Hierbei sind die errechenbaren oder modellierbaren Signalwerte für die NOx-Konzentration stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (NOx_hinterSCR2) insbesondere aus dem folgenden Zusammenhang ableitbar: NOx_hinterSCR2 = NOx_hinterSCR1
  • Im plausiblen Fall sollte bei einer ausgeschalteten Dosierung für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung, und insbesondere ohne gespeichertes NH3 in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung, der nachgeschaltete NOx-Sensor (zweiter NOx-Sensor) unter Berücksichtigung der Sensortoleranzen stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (NOx_hinterSCR2) genauso viel NOx im Abgas messen wie der NOx-Sensor (erster NOx-Sensor) stromaufwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung beziehungsweise stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (NOx_hinterSCR1). Beispielsweise bei einem NOx-Umsatz über die erste SCR-Katalysatoreinrichtung von 100% sollte von beiden NOx-Sensoren in diesem Fall Null gemessen werden. Wenn das Signal des zweiten NOx-Sensors im Rahmen der erfindungsgemäßen Plausibilisierung einen anderen Wert (unter Berücksichtigung von Sensortoleranzen) als der erste NOx-Sensor anzeigt, so kann das Signal des zweiten NOx-Sensors nicht mehr ohne Weiteres für eine Überwachung der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung genutzt werden. Zweckmäßigerweise wird dann die weitere Diagnose der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung abgebrochen und/oder es können weitere Schritte zur Diagnose dieses NOx-Sensors, zum Beispiel eine Offset-Korrektur oder Ähnliches, oder weitere Schritte zur Kompensation des fehlerhaften Signals eingeleitet werden.
  • Für diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßigerweise an der Dosierstelle für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung die normale Füllstandsregelung eingestellt (geregelter Betrieb) und für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung wird die Dosierung ausgeschaltet. Sowohl die erste als auch die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung sollten einen stationären Umsatz zeigen, wobei die NOx-Konvertierungsrate in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung den maximal möglichen NOx-Umsatz erreicht und die NOx-Konvertierungsrate in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung im plausiblen Fall null sein sollte.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Plausibilisierungsverfahrens wird das Verfahren für einen Schnelltest des SCR-Systems eingesetzt. Hierbei kann die Plausibilisierung des jeweiligen NOx-Sensors als Ausgangspunkt dafür benutzt werden, das gesamte SCR-System zum Beispiel im Rahmen einer Fehlersuche in der Werkstatt oder bei einer geführten Diagnose des gesamten SCR-Systems zu bewerten. Ergibt sich bei der Durchführung des Plausibilisierungsverfahrens, dass der überprüfte NOx-Sensor ein plausibles und somit gültiges Signal liefert, so kann daraus unter Umständen direkt auf die fehlerfreie Funktionalität des gesamten SCR-Systems (Dosierventil, Qualität des Reduktionsmittels, Konvertierungsrate der SCR-Katalysatoren usw.) rückgeschlossen werden. Andererseits kann ein durch das erfindungsgemäße Verfahren als unplausibel bewertetes NOx-Signal ein erstes Indiz dafür sein, dass an irgendeiner Stelle im SCR-System ein Fehler vorliegen könnte.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Plausibilisierungsverfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung der Schritte des Verfahrens eingerichtet ist. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Plausibilisierungsverfahrens als Computerprogramm beziehungsweise als maschinenlesbares Speichermedium oder als elektronisches Steuergerät hat den besonderen Vorteil, dass das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren dann auch beispielsweise bei bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, die über ein entsprechendes SCR-Katalysatorsystem mit zwei SCR-Katalysatoreinrichtungen verfügen.
  • 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.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung eines SCR-Katalysatorsystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und
  • 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Plausibilisierungsverfahrens.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt in schematischer Weise einen beispielhaften Aufbau eines SCR-Katalysatorsystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Plausibilisierungsverfahrens geeignet ist. Dargestellt ist der Abgasstrang einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine, der in Pfeilrichtung von dem Abgas durchströmt wird. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 10. Daran schließt sich ein SCR-beschichteter Partikelfilter (SCRF) 20 als erste SCR-Katalysatoreinrichtung an. Weiter stromabwärts befindet sich ein SCR-Katalysator (SCR) 30 als zweite SCR-Katalysatoreinrichtung, dem ein weiterer, hier nicht dargestellter, Clean-up-Katalysator (CuC) nachgeschaltet sein kann. Zwischen dem DOC 10 und der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 befindet sich eine erste Dosierstelle 40 für die erforderliche flüssige Reduktionsmittellösung (z. B. AdBlue®). Die Dosierstelle 40 befindet sich also stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20. Stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 und gleichzeitig stromaufwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung 30 befindet sich eine zweite Dosierstelle 50 für die flüssige Reduktionsmittellösung. Bei den Dosierstellen 40 und 50 kann es sich um übliche Dosiereinrichtungen, beispielsweise Dosierventile oder Injektoren, handeln. Stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 befindet sich ein erster NOx-Sensor 61 und zwischen der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 und der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung 30 befindet sich ein zweiter NOx-Sensor 62. Stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung 30 befindet sich ein dritter NOx-Sensor 63. Darüber hinaus können noch weitere Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren, vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren dient zur Plausibilisierung des zweiten NOx-Sensors 62, der der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 zugeordnet ist, oder zur Plausibilisierung des der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung 30 zugeordneten NOx-Sensors 63. Der erste NOx-Sensor 61 ist für das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren nicht zwingend erforderlich. Entsprechende NOx-Werte können beispielsweise auch durch einen berechneten Modellwert dargestellt werden.
  • Im Folgenden wird vor allem die Plausibilisierung des NOx-Sensors 62 näher erläutert. Die Plausibilisierung dieses NOx-Sensors 62 ist in besonders vorteilhafter Weise möglich, da für die Plausibilisierung eine Phase mit einer unterstöchiometrischen Dosierung genutzt werden kann, die im Rahmen einer aktiven Diagnose der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 durchgeführt wird. In dieser Konfiguration der Abgasnachbehandlungskomponenten führt eine aktive Diagnose mit unterstöchiometrischer Dosierung nicht zu emissionsrelevanten Einflüssen, da die hierbei gegebenenfalls auftretenden erhöhten NOx-Konzentrationen, die stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 auftreten können, durch die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung 30 mit der davor angeordneten weiteren Reduktionsmittel-Dosierstelle 50 kompensiert werden können. Für die Plausibilisierung des NOx-Sensors 62 kann also eine Unterdosierungsphase bei der aktiven Diagnose der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 genutzt werden, wobei ein Emissionseinfluss in Bezug auf das gesamte System vermieden werden kann.
  • Bei der erwähnten aktiven Diagnose Im Rahmen einer an sich bekannten Überwachungsstrategie für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung 20 wird für die Konditionierphase die Reduktionsmitteldosierung unterstöchiometrisch eingestellt. In der Konditionierphase kann die erste SCR-Katalysatoreinrichtung 20 die anfallenden Stickoxide daher nicht komplett umsetzen. Die maximal mögliche NOx-Konvertierung entspricht dann dem Dosiermengenverhältnis α. Die zu erwartende NOx-Konzentration stromabwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (SCRF) 20 an der Position des zu plausibilisierenden NOx-Sensors 62 beträgt in diesem Fall unter Berücksichtigung möglicher Sensortoleranzen also NOx_hinterSCRF = NOx_vorSCRF·α ≈ NOx_vorSCRF·η_SCRF
  • Dabei ist η_SCRF die im aktuellen Betriebspunkt erwartete NOx-Konvertierungsrate der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (SCRF) 20. Entspricht das gemessene Signal des NOx-Sensors 62 nicht dem auf diese Weise berechneten Modellwert NOx_hinterSCRF, ist das Messsignal nicht plausibel und eine weitere Diagnose der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung 20 ist unter Umständen nicht mehr sinnvoll und kann gegebenenfalls abgebrochen werden.
  • Das erfindungsgemäße Plausibilisierungsverfahren kann durch Anpassung einer üblichen Steuergerätsoftware mit einer SCR-Überwachungsfunktion realisiert werden, indem die Plausibilisierung des NOx-Sensors in eine Konditionierphase mit einer Unterdosierung von Reduktionsmittel, die für die Einstellung eines definierten Ausgangspunktes für die Diagnosefunktion durchgeführt wird, integriert wird. Vorzugsweise wird dann die Berechnung der NOx-Konvertierungsrate (Effizienzberechnung) der SCR-Katalysatoreinrichtung nur dann weitergeführt, wenn bei der Konditionierphase das NOx-Signal stromabwärts der SCR-Katalysatoreinrichtung auch sinnvolle Werte liefert.
  • Ein beispielhafter Ablauf einer SCR-Diagnosefunktion unter Einbeziehung der erfindungsgemäßen Plausibilisierung ist in 2 dargestellt. Nach dem Start 100 des Verfahrens wird im Schritt 200 abgefragt, ob sich die SCR-Katalysatoreinrichtung (z.B. SCRF als erste SCR-Katalysatoreinrichtung), deren nachgeschalteter NOx-Sensor plausibilisiert werden soll, in einem optimalen Betriebsbereich für eine Effizienzüberwachung (SCR-Katalysatordiagnose) befindet. Ist dies nicht der Fall, wird zum Start 100 zurückgesprungen. Ist die Abfrage im Schritt 200 positiv zu beantworten, wird im Schritt 300 die Konditionierphase für die SCR-Katalysatordiagnose (aktive Diagnose) gestartet. Während der Konditionierphase, in der eine unterstöchiometrische Dosierung eingestellt wird, wird im Schritt 400 überprüft, ob die von dem zu plausibilisierenden NOx-Sensor gemessenen Werte einem modellierten Wert entsprechen. Insbesondere wird hierbei überprüft, ob der Zusammenhang NOx_hinterSCRF ≈ NOx_vorSCRF·α vorliegt. Ist dies der Fall, ist von einem plausiblen Sensorsignal auszugehen und die aktive Diagnose kann im Schritt 500 in an sich bekannter Weise fortgesetzt werden. Ergibt die Überprüfung im Schritt 400, dass das gemessene NOx-Signal nicht dem modellierten oder berechneten NOx-Signal entspricht, kann darauf geschlossen werden, dass das NOx-Sensorsignal nicht plausibel ist und die weitere Diagnose der SCR-Katalysatoreinrichtung kann abgebrochen werden (Schritt 600). Alternativ kann wieder zum Start 100 des Verfahrens zurückgesprungen werden, um die Plausibilisierung zu wiederholen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (13)

  1. Verfahren zur Plausibilisierung eines NOx-Sensors (62; 63) in einem SCR-Katalysatorsystem mit wenigstens einer ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) und wenigstens einer zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) und jeweils einer Dosierstelle (40, 50) für eine Reduktionsmittellösung für die SCR-Katalysatoreinrichtungen (20, 30) stromaufwärts der jeweiligen SCR-Katalysatoreinrichtung und jeweils einem NOx-Sensor (62, 63) stromabwärts der SCR-Katalysatoreinrichtungen (20, 30), dadurch gekennzeichnet, dass eine Phase mit einer unterstöchiometrischen Dosierung der Reduktionsmittellösung für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung (20) oder für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung (30) durchgeführt wird, wobei sich der zu plausibilisierende NOx-Sensor (62; 63) jeweils stromabwärts von der SCR-Katalysatoreinrichtung (20; 30) mit der unterstöchiometrischen Dosierung befindet, und die messbaren Signalwerte des jeweils zu plausibilisierenden NOx-Sensors (62; 63) mit errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei einer in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) zu erwartenden NOx-Konvertierung verglichen werden und bei einer Abweichung unter Berücksichtigung von vorgebbaren Toleranzen auf eine Unplausibilität des jeweiligen NOx-Sensors (62; 63) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu plausibilisierende NOx-Sensor (62) stromabwärts der ersten Katalysatoreinrichtung (20) und gleichzeitig stromaufwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) angeordnet ist und dass die definierte unterstöchiometrische Dosierung der Reduktionsmittellösung an der Dosierstelle (40) für die erste SCR-Katalysatoreinrichtung (20) erfolgt und dass die messbaren Signalwerte des NOx-Sensors (62) mit errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei einer in der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) zu erwartenden NOx-Konvertierung verglichen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte unterstöchiometrische Dosierung ein Dosiermengenverhältnis α ist und dass die errechenbaren oder modellierbaren Signalwerte (NOx_hinterSCR1 beziehungsweise NOx_hinter SCR2) aus einem Zusammenhang zwischen dem Dosiermengenverhältnis α und der im aktuellen Betriebspunkt der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) zu erwartenden NOx-Konvertierungsrate (η_SCR1 bzw. η_SCR2) ableitbar sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die errechenbaren oder modellierbaren Signalwerte (NOx_hinterSCR1 beziehungsweise NOx_hinterSCR2) unter Berücksichtigung von messbaren oder modellierbaren NOx-Daten (NOx_vorSCR1) stromaufwärts der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise von messbaren oder modellierbaren NOx-Daten (NOx_vorSCR2) stromaufwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) aus dem folgenden Zusammenhang ableitbar sind: NOx_hinterSCR1 = NOx_vorSCR1·α ≈ NOx_vorSCR1·η_SCR1 beziehungsweise NOx_hinterSCR2 = NOx_vorSCR2·α ≈ NOx_vorSCR2·η_SCR2
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung des NOx-Sensors (62; 63) im Rahmen einer Überwachungsfunktion der NH3-Speicherfähigkeit der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsfunktion der NH3-Speicherfähigkeit abgebrochen wird, wenn eine Unplausibilität des NOx-Sensors (62; 63) feststellbar ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsfunktion der NH3-Speicherfähigkeit die folgenden Phasen umfasst: – Konditionierphase mit unterstöchiometrischer Dosierung zur Einstellung eines definierten Arbeitspunktes der ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30), – Überdosierphase bis zum Erreichen der maximalen NH3-Speicherung des ersten SCR-Katalysatoreinrichtung (20) beziehungsweise der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30), – gegebenenfalls Entleerphase mit verminderter oder abgestellter Dosierung, und – Analyse der NOx-Konvertierungsrate zur Überprüfung der NH3-Speicherfähigkeit, wobei die Plausibilisierung des NOx-Sensors (62; 63) während der Konditionierphase erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste SCR-Katalysatoreinrichtung (20) ein Partikelfilter mit SCR-Beschichtung ist und dass die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung (30) ein herkömmlicher SCR-Katalysator ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Plausibilisierung überprüft wird, ob geeignete Betriebsbedingungen für eine Plausibilisierung vorliegen.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu plausibilisierende NOx-Sensor (63) stromabwärts der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) angeordnet ist und dass die messbaren Signalwerte des NOx-Sensors (63) mit errechenbaren oder modellierbaren Signalwerten bei einer in der zweiten SCR-Katalysatoreinrichtung (30) zu erwartenden NOx-Konvertierung verglichen werden, wobei vorzugsweise die erste SCR-Katalysatoreinrichtung (20) in einem normal geregelten Betrieb betrieben wird und dass die definierte unterstöchiometrische Dosierung der Reduktionsmittellösung an der Dosierstelle (50) für die zweite SCR-Katalysatoreinrichtung (30) durch Abstellen der Dosierung erfolgt, wobei die errechenbaren oder modellierbaren Signalwerte (NOx_hinterSCR2) aus dem folgenden Zusammenhang ableitbar sind: NOx_hinterSCR2 = NOx_hinter SCR1
  11. Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
  12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
  13. Elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
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