DE102016204323B4 - Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts und Ammoniakwerts in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts und Ammoniakwerts in einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickstoffoxidwerts in einer Brennkraftmaschine, die einen SCR-Katalysator (20), einen stromabwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten Stickoxidsensor (22), einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Ammoniaksensor (24) und eine stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung (26) aufweist, mit: – Bestimmen, dass sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet, – Unterbrechen der Einspritzung von Harnstoff mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung (26) während der Schubabschaltungsphase, – Ermitteln eines Stickoxidreferenzwerts aus einem vom Stickoxidsensor (22) während der Schubabschaltungsphase erzeugten Stickoxidreferenzsignals, – Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts aus einem vom Stickoxidsensor (22) während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxidsignal unter Berücksichtigung des Stickoxidreferenzwerts, – Ermitteln einer Ammoniakdifferenz zwischen einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal ermittelten Ammoniakwert und einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelten weiteren Ammoniakwert, und – Ausführen der folgenden Schritte während einer darauffolgenden Schubabschaltungsphase, wenn die während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine ermittelte Ammoniakdifferenz größer als ein vorbestimmter Ammoniakdifferenzschwellenwert ist: – Aktivieren der Harnstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen einer vorbestimmten Harnstoffmenge während einer vorbestimmten Zeitspanne, – Ermitteln von wenigstens einem ersten Ammoniakwert aus vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignalen und Bestimmen, dass der Änderungsgradient des zumindest einen ersten Ammoniakwerts kleiner als ein vorbestimmte erster Änderungsschwellenwert ist, – Ermitteln von wenigstens einem zweiten Ammoniakwert aus vom Stickoxidsensor (22) erzeugten Signalen und Bestimmen, dass der Änderungsgradient des zumindest einen zweiten Ammoniakwerts kleiner als ein vorbestimmter zweiter Änderungsschwellenwert ist, und – Adaption einer Steigung der Kennlinie des Ammoniaksensors mittels der zweiten Ammoniakwerte, wenn der Änderungsgradient des zumindest einen ersten und zweiten Ammoniakwerts kleiner als der vorbestimmter erste und zweite Änderungsschwellenwert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts und Ammoniakwerts in einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts und Ammoniakwerts in einer einen SCR-Katalysator aufweisenden Brennkraftmaschine, bei der ein Stickoxidsensor und ein Ammoniaksensor stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet sind.
  • Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, ist bekannt, sogenannte SCR(selektive katalytische Reduktion)-Katalysatoren einzusetzen, die zur Reduktion von Stickoxiden in den Abgasen der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Dabei ist die chemische Reaktion am SCR-Katalysator selektiv, das heißt, dass bevorzugt die Stickoxide (NO, NO2) reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen, wie die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid, weitgehend unterdrückt werden.
  • Für die chemische Reaktion wird ein Harnstoff stromaufwärts des SCR-Katalysators in das Abgas eingespritzt, der sich daraufhin zumindest teilweise in Ammoniak zersetzt, welches mit dem Abgas zu Wasser und Stickstoff innerhalb des SCR-Katalysators reagieren kann. Zur Steuerung der einzuspritzenden Harnstoffmenge werden beispielsweise Stickoxidsensoren und Ammoniaksensoren eingesetzt, um die jeweiligen Anteile im Auslasstrakt der Brennkraftmaschine zu messen und daraufhin die korrekte Menge des einzuspritzenden Harnstoffs zu steuern.
  • Die DE 11 2009 002 347 B3 betrifft eine Ausgangssignalkalibriervorrichtung und ein Ausgangssignalkalibrierverfahren für einen NOx-Sensor.
  • Die US 2010/0241340 A1 betrifft ein Kalibrierungsverfahren für einen Abgassensor.
  • Aus der US 2007/0023020 A1 ist eine Steuerung für eine Brennkraftmaschine mit interner Verbrennung bekannt.
  • Die DE 10 2008 039 687 A1 betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors.
  • Aus der EP 2 843 205 A1 ist ein System zum Bestimmen einer Abnormalität in einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen bekannt.
  • Die US 2012/0234077 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Identifizieren von Gassensorfehlern.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Stickoxidwerte und Ammoniakwerte fahrzeugindividuell und möglichst genau ermittelt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gemäß dem Verfahren der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 sowie dem Auslasstrakt gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, während einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine die Stickoxidsensoren und den Ammoniaksensor zu kalibrieren, d. h. dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein möglich auftretender Alterungseffekt der Sensoren reduziert werden kann. Insbesondere wird die Kalibrierung während eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine durchgeführt, nämlich während der Schubabschaltungsphase, während dem im Auslasstrakt keine bzw. nahezu keine Stickoxide vorliegen. Folglich kann der sogenannte Nulloffset der jeweiligen Stickoxidsensoren, aber auch des Ammoniaksensors, kalibriert und eingestellt werden. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung der Gedanken zugrunde, die Kennlinien eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensors und die Kennlinie eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Harnstoffsensors durch die Kombination beider Signale zu adaptieren.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die einen SCR-Katalysator, einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor, einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Ammoniaksensor und eine stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnete Harnstoffeinspritzanordnung aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Bestimmen, dass sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet, ein Unterbrechen der Einspritzung von Harnstoff mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung während der Schubabschaltungsphase, Ermitteln eines Stickoxidreferenzwerts aus einem vom Stickoxidsensor während der Schubabschaltungsphase erzeugten Stickoxidsignals und ein Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts aus einem vom Stickoxidsensor während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxidsignals unter Berücksichtigung des Stickoxidreferenzwerts.
  • Während der Schubabschaltungsphase, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, ist die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder der Brennkraftmaschine unterbrochen, wodurch im Wesentlichen Luft durch die Brennkraftmaschine strömt. Zudem wird auch die Harnstoffeinspritzung (beispielsweise AdBlue-Dosierung) unterbrochen, so dass infolgedessen die Stickoxidemissionen als auch die Harnstoffemissionen sinken. Infolge dieser Senkung der Stickoxidemissionen und Harnstoffemissionen reduzieren sich ebenfalls die jeweiligen Signale von sowohl dem Stickoxidsensor stromaufwärts des SCR-Katalysators als auch die Signale des Stickoxidsensors stromabwärts des SCR-Katalysators. In ähnlicher Weise reduziert sich das Signal des Ammoniaksensors stromabwärts des SCR-Katalysators.
  • Die vorliegende Offenbarung macht sich ferner zunutze, dass der stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnete Stickoxidsensor querempfindlich zu Ammoniak ist, das heißt, dass das Signal (im Folgenden als „Stickoxidsignal” bezeichnet) des Stickoxidsensors die Summe aus Stickoxid- und Ammoniak-Konzentrationen anzeigt.
  • Erfindungsgemäß ist ein weiteres Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Ammoniakwerts in einer Brennkraftmaschine offenbart, die einen SCR-Katalysator, eine stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung und einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Ammoniaksensor aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Bestimmen, dass sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet, ein Unterbrechen der Einspritzung von Harnstoff mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung während der Schubabschaltungsphase, ein Ermitteln eines Ammoniakreferenzwerts aus einem vom Ammoniaksensor während der Schubabschaltungsphase erzeugten Ammoniaksignals und ein Ermitteln eines korrigierten Ammoniakwerts aus einem vom Ammoniaksensor während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Ammoniaksignal unter Berücksichtigung des Ammoniakreferenzwerts auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die beiden erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert, das heißt, dass gleichzeitig das Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts und das Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Ammoniakwerts ablaufen.
  • Die jeweiligen Verfahren werden vorzugsweise erst dann ausgeführt, wenn der Stickoxidreferenzwert kleiner als ein vorbestimmter Stickoxidschwellenwert ist bzw. wenn der Ammoniakreferenzwert kleiner als ein vorbestimmter Ammoniakschwellenwert ist. Noch bevorzugter ist es, wenn das Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts bzw. das Ermitteln eines korrigierten Ammoniakwerts erst dann erfolgen, wenn ein absoluter Änderungsgradient der Referenzsignale des Stickoxidsensors kleiner als ein vorbestimmter Stickoxidänderungsschwellenwert ist bzw. wenn ein absoluter Änderungsgradient der Referenzsignale des Ammoniaksensors kleiner als ein vorbestimmter Ammoniakänderungsschwellenwert ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt ein absoluter Änderungsgradient die zeitlicher Änderung der innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls kurzzeitig hintereinander erfassten Signale.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren weisen ferner ein Ermitteln einer Ammoniakdifferenz zwischen einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Ammoniaksensor erzeugten Ammoniaksignal ermittelten Ammoniakwert und einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelten weiteren Ammoniakwert auf. Die Ammoniakdifferenz kann ein Indiz für einen Drift des Ammoniaksensors sein. Daraufhin werden die folgenden Schritte während einer darauffolgenden Schubabschaltungsphase ausgeführt, wenn die während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine ermittelte Ammoniakdifferenz größer als ein vorbestimmter Ammoniakdifferenzschwellenwert ist: Aktivieren der Harnstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen einer vorbestimmten Harnstoffmenge während einer vorbestimmten Zeitspanne, Ermitteln von wenigstens einem ersten Ammoniakwert aus vom Ammoniaksensor erzeugten Ammoniaksignalen, Ermitteln von wenigstens einem zweiten Ammoniakwert aus vom Stickoxidsensor erzeugten Signalen, Bestimmen, dass der Änderungsgradient der ersten Ammoniaksignale kleiner als ein erster Änderungsschwellwert ist, Bestimmen, dass der Änderungsgradient der zweiten Ammoniakwerte kleiner als ein zweiter Änderungsschwellenwert ist und Adaption einer Steigung der Kennlinie des Ammoniaksensors mittels der zweiten Ammoniakwerte, wenn die Änderungsgradienten der ersten und zweiten Ammoniakwerte jeweils kleiner als der zugeordnete Änderungsschwellenwert sind.
  • Der Stickoxidsensor ist dabei querempfindlich zu Ammoniak, das heißt, dass das Signal des Stickoxidsensors die Summe aus Stickoxid- und Ammoniak-Konzentrationen anzeigt. Insbesondere ist eine solch Ausgestaltung bei funktionierendem SCR-Katalysator und bei hohem Ammoniak-Schlupf (beispielsweise bei Ammoniak über 40 ppm) bevorzugt, in der das Signal des stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensors im Wesentlichen einen Ammoniakwert anzeigt, da die Stickoxide im SCR-Katalysator umgewandelt sind und die Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators deutlich reduziert ist. Somit kann durch die Ammoniakmessung mittels des Stickoxidsensors, der im Wesentlichen genauer als der Ammoniaksensor messen kann, die Steigung der Kennlinie des Ammoniaksensors adaptiert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stickoxidreferenzwert wie folgt ermittelt:
    Figure DE102016204323B4_0002
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0003
    Stickoxidreferenzwert für die Korrektur,
    Figure DE102016204323B4_0004
    Stickoxidreferenzwert einer vorhergehenden Korrektur,
    K1(Tt1-t2) Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 abhängig von der Betriebszeit der Brennkraftmaschine zwischen zwei Korrekturen, und
    NOX aktuell ermittelter Stickoxidwert (während der Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine aus einem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelt).
  • In ähnlicher Weise kann der Ammoniakreferenzwert bevorzugt wie folgt ermittelt werden:
    Figure DE102016204323B4_0005
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0006
    Ammoniakreferenzwert für die Korrektur,
    Figure DE102016204323B4_0007
    Ammoniakreferenzwert einer vorhergehenden Korrektur, K2(Tt1-t2) Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 abhängig von der Betriebszeit der Brennkraftmaschine zwischen zwei Korrekturen, und
    NH3 aktuell ermittelter Ammoniakwert (während Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine aus einem vom Ammoniaksensor erzeugten Ammoniaksignal ermittelt).
  • Die Gewichtungsfaktoren K1(Tt1-t2) und K2(Tt1-t2) sind vom Motorbetriebszustand und der Motorbetriebszeit zwischen zwei Adaptionen abhängig und liegen bevorzugt in einem Bereich zwischen 0 und 1.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Brennkraftmaschine einen weiteren Stickoxidsensor, der stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist. Dabei umfasst das Verfahren ferner ein Ermitteln eines weiteren Stickoxidreferenzwerts aus einem vom weiteren Stickoxidsensor während der Schubabschaltungsphase erzeugten Stickoxidsignals und ein Ermitteln eines korrigierten weiteren Stickoxidwerts aus einem vom weiteren Stickoxidsensor während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxidsignals unter Berücksichtigung des Stickoxidreferenzwerts.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der korrigierte Stickoxidwert, der aus einem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelt ist, mit dem Ammoniakwert, der aus einem vom Ammoniaksensor erzeugten Ammoniaksignal, wie folgt korrigiert:
    Figure DE102016204323B4_0008
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0009
    korrigierter und ammoniakbereinigter Stickoxidwert, NOX aus einem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelter Stickoxidwert, und
    NH3 aus einem vom Ammoniaksensor erzeugten Ammoniaksignal ermittelter Ammoniakwert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Auslasstrakt für eine Brennkraftmaschine offenbart, der einen SCR-Katalysator, einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor, der dazu ausgebildet ist, ein den Stickoxidwert anzeigendes Stickoxidsignal zu erzeugen, eine stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine vorbestimmte Harnstoffmenge einzuspritzen, einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Ammoniaksensor, der dazu ausgebildet ist, ein den Ammoniakwert stromabwärts des SCR-Katalysators anzeigendes Ammoniaksignal zu erzeugen, und eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Stickoxidsignal und das Ammoniaksignal zu empfangen und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Auslasstrakt ferner einen stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten weiteren Stickoxidsensor auf, der dazu ausgebildet ist, ein den Stickoxidwert anzeigendes weiteres Stickoxidsignal zu erzeugen.
  • Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung wären dem Fachmann unter Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, in denen:
  • 1 einen Teil eines beispielhaft offenbarten Auslasstrakts einer Brennkraftmaschine zeigt,
  • 2 ein Flussdiagramm gemäß einem beispielhaften Verfahren zur Ermittlung eines korrigierten Stickoxidwerts bzw. eines korrigierten Ammoniakwerts zeigt, und
  • 3 ein Flussidagramm zur Anpassung der Steigung einer Kennlinie eines Ammoniaksensors gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • Die 1 zeigt schematisch einen Teil eines Auslasstrakts 10 einer Brennkraftmaschine (nicht näher dargestellt). Der Auslasstrakt 10 weist einen SCR-Katalysator 20 auf, der dazu ausgebildet ist, eine chemische Reaktion durchzuführen, damit die Stickoxide im Abgas reduziert werden können. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 ist ein Partikelfilter, beispielsweise ein Dieselpartikelfilter, angeordnet. Stromabwärts des SCR-Katalysators 20 sind ein Stickoxidsensor 22 und ein Ammoniaksensor 24 angeordnet, die dazu ausgebildet sind, entsprechende Signale zu erzeugen. Insbesondere ist der Stickoxidsensor 22 dazu ausgebildet, ein einen Stickoxidwert anzeigendes Stickoxidsignal zu erzeugen. In ähnlicher Weise ist der Ammoniaksensor 24 dazu ausgebildet, ein einen Ammoniakwert anzeigendes Ammoniaksignal zu erzeugen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Stickoxidsensor 22 und der Ammoniaksensor 24 in einem Sensor integriert.
  • Stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 ist eine Harnstoffeinspritzvorrichtung 26 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, zu vorbestimmten Zeitpunkten eine vorbestimmte Harnstoffmenge einzuspritzen. Die Harnstofflösung ist dazu ausgebildet, vom Abgas derart zersetzt zu werden, dass zumindest teilweise Ammoniak entsteht, welches in dem SCR-Katalysator 20 chemisch reagieren kann und somit die Stickoxide im Abgas reduzieren kann.
  • Gemäß der in der 1 dargestellten beispielhaften Ausgestaltung des Auslasstrakts 10 ist ferner ein weiterer Stickoxidsensor 32 stromaufwärts des Partikelfilters 20 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, ein einen Stickoxidewert anzeigendes weiteres Stickoxidsignal zu erzeugen.
  • Eine Steuereinheit 40, die beispielsweise Bestandteil der Steuerung der Brennkraftmaschine sein kann, ist mit dem Stickoxidsensor 22, dem Ammoniaksensor 24, der Harnstoffeinspritzvorrichtung 26 und dem weiteren Stickoxidsensor 32 verbunden und dazu ausgebildet, Signale von diesen Vorrichtungen zu empfangen bzw. an diese zur Steuerung derselben zu senden.
  • Beispielsweise ist die Steuerung 40 dazu ausgebildet, ein Verfahren gemäß der 2 auszuführen. Das Verfahren gemäß der 2 beginnt am Schritt 200 und bestimmt am Schritt 210, ob sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet. Wird am Schritt 200 bestimmt, dass sich die Brennkraftmaschine in einem Normalbetrieb mit Schub befindet, so gelangt das Verfahren zum Schritt 270, an dem es beendet wird.
  • Wird jedoch am Schritt 210 bestimmt, dass sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet, beispielsweise bei einer Fahrt bergab, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, an dem neben der Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung zusätzlich die Harnstoffzufuhr mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung 26 während der Schubabschaltungsphase unterbrochen wird.
  • Daraufhin werden am Schritt 230 ein Stickoxidreferenzwert aus einem vom Stickoxidsensor 22 während der Schubabschaltungsphase erzeugten Stickoxidreferenzsignal und/oder ein Ammoniakreferenzwert aus einem vom Ammoniaksensor 24 während der Schubabschaltungsphase erzeugten Ammoniakreferenzsignal ermittelt.
  • Am Schritt 240 wird überprüft, ob der Stickoxidwert bzw. der Ammoniakwert stromabwärts des SCR-Katalysators 20 kleiner als ein Stickoxidschwellenwert bzw. kleiner als ein vorbestimmter Ammoniakschwellenwert sind. Liegt nur einer der beiden Wert oberhalb des jeweiligen Schwellenwerts, gelangt das Verfahren zum Schritt 270, an dem es beendet wird. An dieser Stelle ist zu erwähnen, dass aufgrund der linearen Sensorkennlinien am Schritt 240 anstelle des Vergleichs der Werte mit einem vorbestimmten Schwellenwert direkt die von den jeweiligen Sensoren erzeugten Signale mit einem entsprechenden vorbestimmten Schwellensignal verglichen werden können.
  • Sind jedoch beide Werte kleiner als ihr zugeordneter vorbestimmter Schwellenwert, so fährt das Verfahren mit dem Schritt 250 fort, an dem abgefragt wird, ob ein absoluter Änderungsgradient der jeweiligen Werte kleiner als ein zugeordneter Schwellenwert sind. Insbesondere wird beim Wert 250 abgefragt, ob ein absoluter Änderungsgradient der Referenzsignale des Stickoxidsensors 22 kleiner als ein vorbestimmter Stickoxidänderungsschwellenwert ist bzw. ob ein absoluter Änderungsgradient der Referenzsignale des Ammoniaksensors 24 kleiner als ein vorbestimmter Ammoniakänderungsschwellenwert ist. Auch hier kann die Abfrage am Schritt 250 direkt mit den von den Sensoren 22, 24 erzeugten Signalen erfolgen.
  • Liegt nur einer der beiden absoluten Änderungsgradienten oberhalb seines entsprechenden vorbestimmten Änderungsschwellenwerts, gelangt das Verfahren zum Schritt 270, an dem das Verfahren beendet wird.
  • Wird jedoch am Schritt 250 ermittelt, dass beide Änderungsgradienten kleiner als ihr jeweiliger Änderungsschwellenwert ist, fährt das Verfahren mit dem Schritt 260 fort, an dem sowohl der Stickoxidreferenzwert gemäß der Formel (1) und der Ammoniakreferenzschwellenwert gemäß der folgenden Formel (2) angepasst werden.
    Figure DE102016204323B4_0010
    Figure DE102016204323B4_0011
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0012
    Stickoxidreferenzwert für die Korrektur,
    Figure DE102016204323B4_0013
    Stickoxidreferenzwert einer vorhergehenden Korrektur,
    K1(Tt1-t2) Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 abhängig von der Betriebszeit der Brennkraftmaschine zwischen zwei Korrekturen,
    NOX aktuell ermittelter Stickoxidwert (während der Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine aus einem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelt),
    Figure DE102016204323B4_0014
    Ammoniakreferenzwert für die Korrektur,
    Figure DE102016204323B4_0015
    Ammoniakreferenzwert einer vorhergehenden Korrektur, K2(Tt1-t2) Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 abhängig von der Betriebszeit der Brennkraftmaschine zwischen zwei Korrekturen, und
    NH3 aktuell ermittelter Ammoniakwert (während Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine aus einem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal ermittelt).
  • Unter Verweis auf die 3 ist ein weiteres beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung als Flussdiagramm dargestellt, welches bei 300 beginnt. Am Schritt 310 wird abgefragt, ob sich die Brennkraftmaschine in einem Normalbetrieb befindet. Dabei ist mit dem Normalbetrieb gemeint, dass die Brennkraftmaschine unter Verbrennung von Kraftstoff arbeitet und dementsprechend Schub leistet.
  • Wird am Schritt 310 bestimmt, dass kein Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Schubabschaltungsphase, vorliegt, gelangt das Verfahren zum Schritt 390 und endet dort.
  • Ferner wird am Schritt 310 bestimmt, ob der Ammoniak-Schlupf des SCR-Katalysators oberhalb einer vorbestimmten Schwellenwerts liegt, beispielsweise oberhalb 40 ppm. Da der Stickoxidsensor querempfindlich zu Ammoniak ist, misst der Stickoxidsensor die Summe von Stickoxiden und Ammoniak. Dementsprechend kann bei ausreichend hohem Ammoniak-Schlupf angenommen werden, dass das Signal des Ammoniaksensors 24 im Wesentlichen gleich dem Signal des Stickoxidsensors 32 ist, vorausgesetzt der SCR-Katalysator arbeitet einwandfrei und kann die Stickoxide deutlich reduzieren.
  • Wird am Schritt 310 bestimmt, dass sich die Brennkraftmaschine im Normalbetrieb befindet und dass der Ammoniak-Schlupf größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, erzeugen am Schritt 320 sowohl der Stickoxidsensor 22 als auch der Ammoniaksensor 24 entsprechende Signale.
  • Im darauffolgenden Schritt 330 wird eine Ammoniakdifferenz zwischen dem aus dem Stickoxidsignal ermittelten Ammoniakwert und dem aus dem Ammoniaksignal ermittelten Ammoniakwert gebildet. Am Schritt 330 wird ferner abgefragt, ob diese Ammoniakdifferenz einen vorbestimmten Ammoniakdifferenzschwellenwert überschreitet. Wird am Schritt 330 bestimmt, dass der Ammoniakdifferenzschwellenwert nicht überschritten wird, gelangt das Verfahren zum Schritt 390 und wird beendet.
  • Wird jedoch am Schritt 330 bestimmt, dass die Ammoniakdifferenz den Ammoniakdifferenzschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 340. Insbesondere wird am Schritt 330 bestimmt, ob das vom Ammoniaksensor 24 erzeugte Signal signifikant von dem vom Stickoxidsensor 22 erzeugten Stickoxidsignal, das während dem vorherrschenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine im Wesentlichen Ammoniak anzeigt, abweicht. Diese Abweichung kann beispielsweise mit der Ammoniakdifferenz überprüft werden.
  • Am Schritt 340 wird bestimmt, ob sich die Brennkraftmaschine aus dem Normalbetrieb in einen Schubabschaltungsbetrieb geändert hat. Wird am Schritt 340 bestimmt, dass sich die Brennkraftmaschine weiterhin im Normalbetrieb befindet, gelangt das Verfahren zum Schritt 390 und wird beendet.
  • Wird jedoch am Schritt 340 bestimmt, dass die Brennkraftmaschine aus dem Normalbetrieb in einen Schubabschaltungsbetrieb gewechselt ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 350, an dem die Harnstoffeinspritzvorrichtung 26 derart gesteuert wird, dass diese trotz der Schubabschaltungsphase für einen vorbestimmten Zeitraum (beispielsweise wenige Sekunden) eine vorbestimmte Harnstoffmenge einspritzt, damit an einer Position stromabwärts des SCR-Katalysators 20 eine Ammoniakkonzentration von oberhalb eines Schwellenwerts erreicht wird, beispielsweise von mehr als ungefähr 40 ppm.
  • Dabei wird jedoch vorausgesetzt, dass stromabwärts der beiden Sensoren 22, 24 ein Ammoniak-Sperrkatalysator und/oder ein weiterer SCR-Katalysator zur Oxidation von Ammoniak oder zur Speicherung von SCR existieren, damit die Ammoniakemissionen nicht den gesetzlichen Grenzwert überschreiten.
  • Daraufhin erzeugen am Schritt 360 der Stickoxidsensor 22 und der Ammoniaksensor 24 entsprechende Signale während der Schubabschaltungsphase. Dabei ist zu beachten, dass aufgrund der Schubabschaltungsphase die Signale des Stickoxidsensors 22 im Wesentlichen einen Ammoniakwert anzeigen, da im Wesentlichen keine Stickoxide vorliegen.
  • Am darauffolgenden Schritt 370 wird bestimmt, dass die aus den Signalen des Stickoxidsensors 22 ermittelten ersten Ammoniakwerte und die aus den Ammoniaksignalen des Ammoniaksensors 24 ermittelten zweiten Ammoniakwerte zumindest teilweise stabil sind, d. h. dass die Änderungsgradienten der ersten und zweiten Ammoniakwerte jeweils kleiner als ein vorbestimmter erster bzw. zweiter Änderungsschwellenwert sind. Wird am Schritt 370 bestimmt, dass die ersten bzw. zweiten Ammoniakwerte zumindest teilweise nicht stabil sind, gelangt das Verfahren zum Schritt 390 und wird beendet.
  • Wird jedoch am Schritt 370 bestimmt, dass die ersten und zweiten Ammoniakwerte zumindest teilweise stabil sind, gelangt das Verfahren zum Schritt 380, an dem die Signale des Stickoxidsensors 22, die die Ammoniakwerte anzeigen, zur Adaption der Steigung der Kennlinie des Ammoniaksensors 24 verwendet wird. Dabei wird insbesondere der Tatsache Rechnung getragen, dass der Stickoxidsensor 22 genauer messen kann als der Ammoniaksensor 24.
  • Am Schritt 390 wird dann die am Schritt 350 aktivierte Harnstoffeinspritzung wieder beendet und das Verfahren zur Adaption der Kennlinie des Ammoniaksensors 24 mittels der Signale des Stickoxidsensors 22 ist abgeschlossen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickstoffoxidwerts in einer Brennkraftmaschine, die einen SCR-Katalysator (20), einen stromabwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten Stickoxidsensor (22), einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Ammoniaksensor (24) und eine stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung (26) aufweist, mit: – Bestimmen, dass sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet, – Unterbrechen der Einspritzung von Harnstoff mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung (26) während der Schubabschaltungsphase, – Ermitteln eines Stickoxidreferenzwerts aus einem vom Stickoxidsensor (22) während der Schubabschaltungsphase erzeugten Stickoxidreferenzsignals, – Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts aus einem vom Stickoxidsensor (22) während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxidsignal unter Berücksichtigung des Stickoxidreferenzwerts, – Ermitteln einer Ammoniakdifferenz zwischen einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal ermittelten Ammoniakwert und einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelten weiteren Ammoniakwert, und – Ausführen der folgenden Schritte während einer darauffolgenden Schubabschaltungsphase, wenn die während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine ermittelte Ammoniakdifferenz größer als ein vorbestimmter Ammoniakdifferenzschwellenwert ist: – Aktivieren der Harnstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen einer vorbestimmten Harnstoffmenge während einer vorbestimmten Zeitspanne, – Ermitteln von wenigstens einem ersten Ammoniakwert aus vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignalen und Bestimmen, dass der Änderungsgradient des zumindest einen ersten Ammoniakwerts kleiner als ein vorbestimmte erster Änderungsschwellenwert ist, – Ermitteln von wenigstens einem zweiten Ammoniakwert aus vom Stickoxidsensor (22) erzeugten Signalen und Bestimmen, dass der Änderungsgradient des zumindest einen zweiten Ammoniakwerts kleiner als ein vorbestimmter zweiter Änderungsschwellenwert ist, und – Adaption einer Steigung der Kennlinie des Ammoniaksensors mittels der zweiten Ammoniakwerte, wenn der Änderungsgradient des zumindest einen ersten und zweiten Ammoniakwerts kleiner als der vorbestimmter erste und zweite Änderungsschwellenwert ist.
  2. Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Ammoniakwerts in einer Brennkraftmaschine, die einen SCR-Katalysator (20), eine stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung (26), einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor (22) und einen stromabwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten Ammoniaksensor (24) aufweist, mit: – Bestimmen, dass sich die Brennkraftmaschine in einer Schubabschaltungsphase befindet, – Unterbrechen der Einspritzung von Harnstoff mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung (26) während der Schubabschaltungsphase, – Ermitteln eines Ammoniakreferenzwerts aus einem vom Ammoniaksensor (24) während der Schubabschaltungsphase erzeugten Ammoniakreferenzsignal, – Ermitteln eines korrigierten Ammoniakwerts aus einem vom Ammoniaksensor (24) während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Ammoniaksignal unter Berücksichtigung des Ammoniakreferenzwerts, – Ermitteln einer Ammoniakdifferenz zwischen einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal ermittelten Ammoniakwert und einem während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine aus dem vom Stickoxidsensor erzeugten Stickoxidsignal ermittelten weiteren Ammoniakwert, und – Ausführen der folgenden Schritte während einer darauffolgenden Schubabschaltungsphase, wenn die während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine ermittelte Ammoniakdifferenz größer als ein vorbestimmter Ammoniakdifferenzschwellenwert ist: – Aktivieren der Harnstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen einer vorbestimmten Harnstoffmenge während einer vorbestimmten Zeitspanne, – Ermitteln von wenigstens einem ersten Ammoniakwert aus vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignalen und Bestimmen, dass der Änderungsgradient des zumindest einen ersten Ammoniakwerts kleiner als ein vorbestimmter erster Änderungsschwellenwert ist, – Ermitteln von wenigstens einem zweiten Ammoniakwert aus vom Stickoxidsensor (22) erzeugten Signalen und Bestimmen, dass der Änderungsgradient des zumindest einen zweiten Ammoniakwerts kleiner als ein vorbestimmter zweiter Änderungsschwellenwert ist, und – Adaption einer Steigung der Kennlinie des Ammoniaksensors mittels der zweiten Ammoniakwerte, wenn der Änderungsgradient des zumindest einen ersten und zweiten Ammoniakwerts kleiner als der vorbestimmte erste und zweite Änderungsschwellenwert ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln eines Stickoxidreferenzwertwerts bzw. das Ermitteln eines Ammoniakreferenzwerts erst dann erfolgt, wenn der Stickoxidwert kleiner als ein vorbestimmter Stickoxidschwellenwert ist bzw. wenn der Ammoniakwert kleiner als ein vorbestimmter Ammoniakschwellenwert ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln eines Stickoxidreferenzwerts bzw. das Ermitteln eines Ammoniakreferenzwerts erst dann erfolgt, wenn ein absoluter Änderungsgradient der Referenzsignale des Stickoxidsensors (22) kleiner als ein vorbestimmter Stickoxidänderungsschwellenwert ist bzw. wenn ein absoluter Änderungsgradient der Referenzsignale des Ammoniaksensors (24) kleiner als ein vorbestimmter Ammoniakänderungsschwellenwert ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stickoxidreferenzwert wie folgt ermittelt wird:
    Figure DE102016204323B4_0016
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0017
    Stickoxidreferenzwert für die Korrektur,
    Figure DE102016204323B4_0018
    Stickoxidreferenzwert einer vorhergehenden Korrektur, K1(Tt1-t2) Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 abhängig von der Betriebszeit der Brennkraftmaschine zwischen zwei Korrekturen, und NOX aktuell ermittelter Stickoxidwert (während der Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine aus einem vom Stickoxidsensor (22) erzeugten Stickoxidsignal ermittelt); bzw. wobei der neue Ammoniakreferenzwert wie folgt ermittelt wird:
    Figure DE102016204323B4_0019
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0020
    Ammoniakreferenzwert für die Korrektur,
    Figure DE102016204323B4_0021
    Ammoniakreferenzwert einer vorhergehenden Korrektur, K2(Tt1-t2) Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 abhängig von der Betriebszeit der Brennkraftmaschine zwischen zwei Korrekturen, und NH3 aktuell ermittelter Ammoniakwert (während Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine aus einem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal ermittelt).
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine einen weiteren Stickoxidsensor (32) aufweist, der stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: – Ermitteln eines weiteren Stickoxidreferenzwerts aus einem vom weiteren Stickoxidsensor (32) während der Schubabschaltungsphase erzeugten Stickoxidsignal, und – Ermitteln eines korrigierten weiteren Stickoxidwerts aus einem vom weiteren Stickoxidsensor (32) während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine erzeugten Stickoxidsignal unter Berücksichtigung des Stickoxidreferenzwerts.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der korrigierte Stickoxidwert, der aus einem vom Stickoxidsensor (22) erzeugten Stickoxidsignal ermittelt ist, mit dem Ammoniakwert, der aus einem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal, wie folgt korrigiert wird:
    Figure DE102016204323B4_0022
    mit:
    Figure DE102016204323B4_0023
    korrigierter und ammoniakbereinigter Stickoxidwert, NOX aus einem vom Stickoxidsensor (22) erzeugten Stickoxidsignal ermittelter Stickoxidwert, und NH3 aus einem vom Ammoniaksensor (24) erzeugten Ammoniaksignal ermittelter Ammoniakwert.
  8. Auslasstrakt (10) für eine Brennkraftmaschine, mit: – einem SCR-Katalysator (20), – einem stromabwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten Stickoxidsensor (22), der dazu ausgebildet ist, ein den Stickoxidwert stromabwärts des SCR-Katalysators (20) anzeigendes Stickoxidsignal zu erzeugen, – einer stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten Harnstoffeinspritzvorrichtung (26), die dazu ausgebildet ist, eine vorbestimmte Harnstoffmenge einzuspritzen, – einem stromabwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten Ammoniaksensor (24), der dazu ausgebildet ist, ein den Ammoniakwert stromabwärts des SCR-Katalysators (20) anzeigendes Ammoniaksignal zu erzeugen, und – einer Steuereinheit (40), die dazu ausgebildet ist, das Stickstoffoxidsignal und das Ammoniaksignal zu empfangen und ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
  9. Auslasstrakt (10) nach Anspruch 8, ferner mit einem stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) angeordneten weiteren Stickoxidsensor (22), der dazu ausgebildet ist, ein die Stickoxidmenge stromaufwärts des SCR-Katalysators (20) anzeigendes weiteres Stickoxidsignal zu erzeugen.
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