DE102017100151A1 - Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators. Zu Diagnosezwecken wird eine überstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator vorgenommen und in Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert, der von der Stickoxid-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators geschlossen. Vor der überstöchiometrischen Dosierung des Reduktionsmittels wird eine Konditionierphase zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes durchgeführt, wobei die Konditionierphase abhängig von einem Vertrauensfaktor (V) geregelt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Heutzutage werden zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) im Abgas von Kraftfahrzeugen unter anderem SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) verwendet. Hierbei werden Stickoxidmoleküle, die sich auf einer SCR-Katalysatoroberfläche befinden, bei Vorhandensein von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel, zu elementarem Stickstoff reduziert. Das Reduktionsmittel wird in Form einer Harnstoff-Wasser-Lösung, aus der Ammoniak abgespalten wird, kommerziell auch als AdBlue® bekannt, bereitgestellt und durch ein Dosiermodul stromaufwärts des SCR-Katalysators in einen Abgasstrang eingespritzt. Die Ermittlung einer gewünschten Dosierrate erfolgt in einem elektronischen Steuergerät, in dem Strategien für Betrieb und Überwachung des SCR-Systems hinterlegt sind.
  • Die heute bekannten SCR-Katalysatoren speichern Ammoniak an deren Katalysatoroberfläche. Die Speicherkapazität ist maßgeblich von einer Temperatur der Katalysatoroberfläche abhängig und nimmt bei steigender Temperatur ab. Je mehr Ammoniak an der Katalysatoroberfläche gebunden ist und zur Reduktion zur Verfügung steht, desto höher ist die Stickoxid-Konvertierungsrate. Solange die Speicherkapazität des SCR-Katalysators nicht ausgeschöpft ist, wird übermäßig eindosiertes Reduktionsmittel gespeichert. Stellt die Dosiereinheit hingegen weniger Reduktionsmittel zur Verfügung, als für die vollständige Reduktion der im Abgas vorhandenen Stickoxide notwendig wäre, so wird, durch die weiterhin an der Katalysatoroberfläche stattfindende Reduktion der Stickoxide, der Ammoniak-Füllstand verringert.
  • Schärfere Gesetze im Bereich der Diagnose emissionsrelevanter Bauteile fordern im Rahmen der On-Board Diagnose (OBD) die Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie der eingesetzten Sensorik auf ihre Funktionsfähigkeit. Für die Einhaltung des Grenzwertes für Stickoxide (NOx) muss beim Einsatz eines SCR-Katalysators dessen Funktionsfähigkeit gewährleistet sein. Die Überwachungsfunktionen müssen demzufolge sicherstellen, dass eine zu große Abnahme der SCR-Funktionalität aufgrund von Alterung oder Schädigung des SCR-Katalysators sicher erkannt wird.
  • Aus der DE 10 2012 201 749 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung des SCR-Katalysators bekannt. Zu Diagnosezwecken wird eine überstöchiometrische Dosierung, d.h. eine Überdosierung, des Reduktionsmittels vorgenommen und in Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert, der von der Stickoxid-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators geschlossen. Hierbei wird vor der überstöchiometrischen Dosierung eine Konditionierphase zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunkts durchgeführt. In der Konditionierphase kann eine unterstöchiometrische Dosierung, d.h. eine Unterdosierung, des Reduktionsmittels vorgenommen werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Beim Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators wird zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung, d.h. eine Überdosierung, von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator vorgenommen. In Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert, der von der Stickoxid-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, wird dann auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators geschlossen. Um einen vorgebbaren Betriebspunkt einzustellen, wird vor der überstöchiometrischen Dosierung des Reduktionsmittels eine Konditionierphase durchgeführt. Insbesondere wird hier ein Ammoniak-Füllstand des SCR-Katalysators, beispielsweise durch eine unterstöchiometrische Dosierung, d.h. eine Unterdosierung, des Reduktionsmittels, reduziert. Der vorgebbare Betriebspunkt kann dann beispielsweise über eine vom Ammoniak-Füllstand abhängige Stickoxid-Konvertierungsrate ermittelt werden. Je genauer der Betriebspunkt ermittelt wird, desto sicherer kann die Überwachung des SCR-Katalysators erfolgen. Für kleiner werdende Ammoniak-Füllstände reduzieren sich dessen Toleranzen, sodass der vorgebbare Betriebspunkt genauer ermittelt werden kann. Ist der Ammoniak-Füllstand allerdings zu gering, werden die Stickoxide aufgrund der ebenfalls sinkenden Stickoxid-Konvertierungsrate nicht komplett durch die SCR reduziert, sodass mit einer höheren Stickoxid-Emission gerechnet werden muss.
  • Wesentlich für dieses Verfahren ist, dass die Konditionierphase abhängig von einem Vertrauensfaktor geregelt wird. Dieser gibt an, wie genau der tatsächliche Ammoniak-Füllstand bekannt ist, d.h. wie gut der tatsächliche Ammoniak-Füllstand mit einem aktuell modellierten Ammoniak-Füllstand übereinstimmt. Mit anderen Worten stellt der Vertrauensfaktor ein Maß für das „Vertrauen“ in einen aktuell modellierten Ammoniak-Füllstand dar. Der Vertrauensfaktor nimmt vorzugsweise Werte zwischen Null und Eins an, wobei Eins einer hohen Übereinstimmung zwischen dem tatsächlichen Ammoniak-Füllstand und dem aktuell modellierten Ammoniak-Füllstand entspricht.
  • Wie vorstehend erläutert, reduzieren sich für kleiner werdende Ammoniak-Füllstände deren Toleranzen, sodass diese immer genauer bekannt sind. Dementsprechend kann angenommen werden, dass sich der Vertrauensfaktor für kleiner werdende Ammoniak-Füllstände erhöht. Der Vertrauensfaktor verhindert, dass der Ammoniak-Füllstand, wenn dieser bereits ausreichend bekannt ist, in einer Konditionierphase ungeeignet verändert wird, insbesondere unnötig stark reduziert wird.
  • Gemäß einem Aspekt kann die während der Konditionierphase ausgeführte unterstöchiometrische Dosierung des Reduktionsmittels abhängig vom Vertrauensfaktor verändert werden. Insbesondere kann die Dosiermasse des Reduktionsmittels höher liegen, wenn der Vertrauensfaktor nahe Eins liegt, daher der Ammoniak-Füllstand genau bekannt ist. Dadurch wird verhindert, dass die Unterdosierung unverhältnismäßig stark ausfällt und damit der Ammoniak-Füllstand ungünstig klein wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Konditionierungsphase in einer besonders einfachen Weise durch den Vertrauensfaktor geregelt werden, indem die Konditionierungsphase gesperrt wird, wenn der Vertrauensfaktor oder dessen Gradient oberhalb einer vorgebaren ersten Schwelle liegt und die Konditionierungsphase freigegeben wird, wenn der Vertrauensfaktor unterhalb der vorgebbaren ersten Schwelle liegt. Ist die Konditionierungsphase gesperrt, kann die Überwachung des SCR-Katalysators direkt mit der überstöchiometrischen Dosierung des Reduktionsmittels fortgeführt werden. Mittels der ersten Schwelle wird daher erreicht, dass, wenn der Ammoniak-Füllstand ausreichend bekannt ist, dieser keine weitere Veränderung, insbesondere keine Verringerung, erfährt.
  • Vorzugsweise ist die erste Schwelle in Form einer Hysterese vorgesehen. Demzufolge ist für den Fall, dass der Vertrauensfaktor unter der ersten Schwelle liegt, ein kleinerer Wert und für den Fall, dass der Vertrauensfaktor über der ersten Schwelle liegt, ein größerer Wert für die erste Schwelle vorgesehen.
  • Vorteilhafterweise wird der Vertrauensfaktor durch Multiplikation von Teilvertrauensfaktoren berechnet. Die Teilvertrauensfaktoren spiegeln unterschiedliche Einflussfaktoren auf den Ammoniak-Füllstand wider und lassen sich gemäß ihrer Abhängigkeit in mindestens drei Kategorien einteilen.
  • Ein solcher Teilvertrauensfaktor kann zum einen abhängig von einer Temperatur des SCR-Katalysators sein. Bei höherer Temperatur nehmen die Speicherkapazität des SCR-Katalysators und damit auch der Ammoniak-Füllstand ab. In diesem Fall kann der Teilvertrauensfaktor bei höherer Temperatur des SCR-Katalysators auf einen höheren Wert gesetzt werden.
  • Zum zweiten kann ein solcher Teilvertrauensfaktor von der Dosiermasse des Reduktionsmittels abhängen. Insbesondere bei einer langanhaltenden Unterdosierung kann davon ausgegangen werden, dass der Ammoniak-Füllstand sich deutlich verkleinert. In diesem Fall kann der Teilvertrauensfaktor ebenso auf einen höheren Wert gesetzt werden.
  • Zum dritten kann ein solcher Teilvertrauensfaktor von einem Stickoxid-Signal eines stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxid-Sensors abhängen. Dabei kann direkt der Einfluss des Stickoxid-Sensors, z.B. eine fehlerhafte Messung bei zu niedriger Stickoxid-Konzentration oder keine Messung, berücksichtigt werden. Andererseits können ständig wechselnde Betriebsbedingungen und ein damit einhergehendes stark ausschlagendes Stickoxid-Signal den modellierten Ammoniak-Füllstand negativ beeinflussen. In diesen Fällen sinkt der Vertrauensfaktor.
  • Liegt der Ammoniak-Füllstand unterhalb einer zweiten Schwelle, d.h. ist wenig Ammoniak im SCR-Katalysator vorhanden, kann der Vertrauensfaktor nach einer Befüllung des SCR-Katalysators über einen vorgegebenen Zeitraum unverändert festgehalten werden. Dies kann auch dann erfolgen, wenn ein Dieselpartikelfilter im Abgasstrang regeneriert wird. Fehler aufgrund von Toleranzen beim Befüllen können über den vorgebbaren Zeitraum hingenommen werden, weil die voranstehend genannten Ereignisse für eine gute Toleranzlage sorgen. Dadurch kann die Überwachung des SCR-Katalysators zumindest über diesen vorgebaren Zeitraum ausgeführt werden.
  • Vorzugsweise kann der Vertrauensfaktor gefiltert werden. Die Filterung kann einerseits durch ein Tiefpassfilter erfolgen, andererseits kann die Filterung mittels einer Stickoxid-Masse stromaufwärts des SCR-Katalysators gewichtet werden.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
  • Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, die Überwachung des SCR-Katalysators durchzuführen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1a zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Summensignal eines stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordneten Stickoxid-Sensors und einem Ammoniak-Füllstand des SCR-Katalysators bei der Durchführung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachung eines neuwertigen SCR-Katalysators.
    • 1b zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Summensignal des stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxid-Sensors und dem Ammoniak-Füllstand des SCR-Katalysators bei der Durchführung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachung eines gealterten SCR-Katalysators.
    • 2 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Ammoniak-Füllstands von der Temperatur, sowie drei Betriebspunkte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 3 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Ammoniak-Füllstands von der Temperatur, sowie drei weitere Betriebspunkte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 4 zeigt in einem Diagramm im oberen Teil einen zeitlichen Verlauf der Temperatur des SCR-Katalysators, im mittleren Teil einen zeitlichen Verlauf eines modellierten Ammoniak-Füllstands und im unteren Teil einen zeitlichen Verlauf eines Vertrauensfaktor gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Vertrauensfaktors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Vertrauensfaktors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Vertrauensfaktors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Die 1a und 1b stellen den Zusammenhang zwischen einem Summensignal S aus Stickoxid NOx und Ammoniak NH3 eines stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordneten Stickoxid-Sensors und einem Ammoniak-Füllstand FNH3 des SCR-Katalysators dar. 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Überwachung eines neuwertigen SCR-Katalysators, wohingegen 1b ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Überwachung eines gealterten SCR-Katalysators zeigt. Bei der Überwachung wird in beiden Fällen ein Ausgangspunkt 10 festgelegt. Im Anschluss wird während einer Konditionierphase eine Unterdosierung 11 mit einer unterstöchiometrischen Dosierung eines Reduktionsmittels für den SCR-Katalysator ausgeführt, sodass sich der Ammoniak-Füllstand FNH3 auf einen vorgebbaren Betriebspunkt 12 verringert. Der Ammoniak-Füllstand FNH3 bei dem der Betriebspunkt 12 liegt soll für eine exakte Überwachung so genau wie möglich bekannt sein. Wie nachfolgend gezeigt wird, gilt: Umso kleiner der Ammoniak-Füllstand FNH3, desto genauer ist dieser bekannt, wenn NOx+NH3 mit sinkendem Ammoniak-Füllstand steigt. Von diesem Betriebspunkt 12 aus wird eine Überdosierung 13 mit einer überstöchiometrischen Dosierung des Reduktionsmittels ausgeführt, sodass sich der Ammoniak-Füllstand FNH3 wieder erhöht, bis er in 1a bei einem ersten Endpunkt 14 und in 1b bei einem zweiten Endpunkt 15 ankommt. Der erste Endpunkt 14 liegt in 1a im Bereich des minimalen Summensignals S. Daraus wird gefolgert, dass der SCR-Katalysator ausreichend Ammoniak NH3 speichern kann und daher neuwertig ist. In 1b steigt das Summensignal S bereits an, bevor der zweite Endpunkt 15 erreicht ist. Im Vergleich dazu ist das Summensignal aus 1a hier als gestrichelte Linie dargestellt. Ein Unterschied 16 im Summensignal S zwischen dem zweiten Endpunkt 15 und einem Punkt an dem der Ammoniak-Füllstand FNH3 wieder den Anfangspunkt 10 durchläuft, wird als Kennwert für die Überwachung verwendet.
  • Die 2 und 3 zeigen jeweils in einem Diagramm die Abhängigkeit des Ammoniak-Füllstands FNH3, genauer eines maximalen Ammoniak-Füllstands FNH3max und eines Soll-Ammoniak-Füllstands FNH3soll, von einer Temperatur T des SCR-Katalysators. In 2 sind zusätzlich drei Betriebspunkte 1, 2 und 3 dargestellt. Beim ersten Betriebspunkt 1 wird eine mit dem SCR-Katalysator verbundene Verbrennungsmaschine nur leicht beansprucht, sodass die Temperatur T niedrig ist. Der maximale Ammoniak-Füllstand FNH3max des SCR-Katalysators ist antiproportional von der Temperatur T abhängig, sodass sowohl dieser als auch der Soll-Ammoniak-Füllstand FNH3soll in einem hohen Bereich liegen. Am zweiten Betriebspunkt 2 wird die Verbrennungsmaschine stark beansprucht, z.B. während einer Autobahnfahrt, und die Temperatur T steigt stark an. Dementsprechend liegen der maximale Ammoniak-Füllstand FNH3max und der Soll-Ammoniak-Füllstand FNH3soll in einem niedrigen Bereich. Der maximale Ammoniak-Füllstand FNH3max begrenzt den Ammoniak-Füllstand FNH3, sodass sich dieser infolgedessen nur noch in einem kleinen Bereich bewegen kann und daher sehr genau bekannt ist. Am dritten Betriebspunkt 3 wird die Verbrennungsmaschine wieder leicht beansprucht, sodass die Temperatur T wieder abfällt und der maximale Ammoniak-Füllstand FNH3max und der Soll-Ammoniak-Füllstand FNH3soll wieder ansteigen. Der dritte Betriebspunkt 3 liegt hierbei deutlich näher am Soll-Ammoniak-Füllstand FNH3soll als der erste Betriebspunkt 1. Dies wird dadurch erreicht, dass der zweite Betriebspunkt 2 mit hoher Genauigkeit bekannt ist und bei der nachfolgenden Befüllung des SCR-Katalysators der dritte Betriebspunkt 3 genauer angesteuert werden kann als der erste Betriebspunkt 1.
  • In 3 sind drei weitere Betriebspunkte 4, 5 und 6 dargestellt. Der vierte Betriebspunkt 4 stellt einen Normalbetrieb mit einer stöchiometrischen Dosierung dar. Von dort an wird im fünften Betriebspunkt 5 eine Unterdosierung aufgrund der Anforderungen an die Verbrennungsmaschine ausgeführt. In 3 ist zusätzlich der Ammoniak-Füllstand FNH3mod für einen Wirkungsgrad des SCR-Katalysators von 50% dargestellt, der nahe beim Ammoniak-Füllstand FNH3 am fünften Betriebspunkt 5 liegt. Wegen des niedrigen Ammoniak-Füllstand FNH3 ist dieser im fünften Betriebspunkt 5 ebenfalls genau bekannt. Der sechste Betriebspunkt 6 stellt sich ein, wenn wieder auf Normalbetrieb zurückgeschaltet wird und liegt näher am Soll-Ammoniak-Füllstand FNH3soll als der vierte Betriebspunkt 4.
  • 4 zeigt in einem Diagramm im oberen Teil einen Verlauf der Temperatur T des SCR-Katalysators, im mittleren Teil einen Verlauf des modellierten Ammoniak-Füllstands FNH3mod einschließlich seiner Toleranzen 30 und im unteren Teil einen Verlauf eines Vertrauensfaktors V gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zudem sind die drei Betriebspunkte 1, 2 und 3 aus 2 eingetragen. In einem ersten Bereich 21 um den ersten Betriebspunkt 1 wird die Verbrennungsmaschine nur leicht beansprucht, z.B. während einer Fahrt über eine Landstraße. In diesem ersten Bereich 21 liegt die Temperatur T liegt unter 400°C, dementsprechend ist der maximale Ammoniak-Füllstand FNH3max des SCR-Katalysators hoch, sodass für den modellierte Ammoniak-Füllstand FNH3mod ebenfalls hohe Werte angenommen werden. Wie bereits erläutert, folgt daraus dass die Toleranzen 30 für den modellierten Ammoniak-Schlupf FNH3 entsprechend groß ausfallen, da der Ammoniak-Füllstand FNH3 nicht genau bekannt ist. Diese Tatsache spiegelt sich auch im Vertrauensfaktor V wieder, der nahe bei 0 liegt. Im zweiten Bereich 21 um den zweiten Betriebspunkt 2 wird die Verbrennungsmaschine stark beansprucht, z.B. während einer Autobahnfahrt. In diesem zweiten Bereich 22 steigt die Temperatur T stark an und liegt stets über 400°C. Analog zu 2 sinkt dadurch der modellierte Ammoniak-Füllstand FNH3mod unter eine zweite Schwelle S2. Wie bereits erläutert, wird der Ammoniak-Füllstand FNH3 vom maximalen Ammoniak-Füllstand FNH3max begrenzt, sodass die Toleranzen 30 für den modellierten Ammoniak-Füllstand FNH3mod kleiner werden und der Ammoniak-Füllstand FNH3 genau bekannt ist.
  • Dementsprechend steigt der Vertrauensfaktor auf einen Wert nahe 1 an und überschreitet dabei eine erste Schwelle S1. In dieser einfachen Ausführungsform wird die Konditionierphase und damit einhergehend die Unterdosierung 11 bei der Überwachung des SCR-Katalysators gesperrt. Bezogen auf 1 wird der Anfangspunkt 10 als Betriebspunkt von dem aus die Überdosierung 13 stattfindet gewählt, da dieser ausreichend genau bekannt ist.
  • In einem dritten Bereich 23 in 4 um den ersten Betriebspunkt 1 wird die Verbrennungsmaschine wiederum leicht beansprucht. Bezüglich der Temperatur T, des modellierten Ammoniak-Füllstandes FNH3mod und dessen Toleranzen 30 gilt die Beschreibung für den ersten Bereich 21. Da der Füllstandsaufbau von einem gut bekannten NH3-Füllstand aus erfolgt, bleiben die zu erwartenden Toleranzen zunächst gering, so dass der Vertrauensfaktor V zunächst höher ist als im ersten Bereich 21. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Vertrauensfaktor V für eine vorgegebene Zeit th festgehalten. Während dieser Zeit th wird davon ausgegangen, dass die Toleranzen 30 klein genug sind, um den Ammoniak-Füllstand FNH3 ausreichend genau zu kennen.
  • Die 5, 6 und 7 zeigen jeweils ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Vertrauensfaktors gemäß einem ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Grundlegend werden hierbei Teilvertrauensfaktoren TV1 bis TV9 miteinander multipliziert 40, um einen rohen Vertrauensfaktor Vroh zu erhalten, und dieser im Anschluss gefiltert.
  • Im Folgenden sind Teilvertrauensfaktoren TV1 bis TV3 aufgelistet, die den Vertrauensfaktor V erhöhen:
  • Ein erster Teilvertrauensfaktor TV1 bezieht sich auf die Temperatur T des SCR-Katalysators. Wie bereits erläutert verringert sich der Ammoniak-Füllstand FNH3 bei höherer Temperatur T, was zu einem höheren ersten Teilvertrauensfaktor TV1 führt. Dabei wird auch der Verlauf der Temperatur T vor der Berechnung des ersten Teilvertrauensfaktors TV1 berücksichtigt.
  • Ein zweiter Teilvertrauensfaktor TV2 bezieht sich auf einen mit dem SCR-Katalysator in Verbindung stehenden Partikelfilter, genauer auf dessen Regeneration. Während der Regeneration des Partikelfilters ist die Temperatur T im SCR-Katalysator sehr hoch, sodass der zweite Teilvertrauensfaktor TV2 ebenfalls hoch ist. Als Eingangsgrößen für die Berechnung des Teilvertrauensfaktor TV2 wird der Status der Regeneration des Partikelfilters DPF und die Temperatur T verwendet.
  • Wird die Dosiermenge mDos begrenzt, daher die Unterdosierung ausgeführt, wird, wie in der Beschreibung zu 3 bereits erläutert, der Ammoniak-Füllstand FNH3 verringert. Neben der Dosiermenge mDos werden zur Berechnung eines dritten Teilvertrauensfaktors TV3 der modellierte Ammoniak-Füllstand FNH3mod und der Soll-Ammoniak-Füllstand FNH3soll ausgewertet.
  • Im Folgenden sind Teilvertrauensfaktoren TV4 bis TV9 aufgelistet, die den Vertrauensfaktor V verringern:
  • Ein vierter Teilvertrauensfaktor TV4 bezieht sich analog zum ersten Teilvertrauensfaktor TV1 auf die Temperatur T. Liegt diese über einen längeren Zeitraum in einem niedrigen Bereich, summieren sich die Toleranzen 30 auf.
  • Ein fünfter Teilvertrauensfaktor TV4 bezieht sich auf einen Gradienten GT der Temperatur T. Ändert sich die Temperatur T deutlich, schwankt auch der Ammoniak-Füllstand FNH3 zu stark, als dass er als bekannt angesehen werden kann.
  • Ein sechster Teilvertrauensfaktor TV6 und ein siebter Teilvertrauensfaktor TV7 beziehen sich auf den Stickoxid-Sensor. Der sechste Teilvertrauensfaktor TV6 spiegelt dabei ein nicht gültiges Signal S des Sensors wieder und der siebte Teilvertrauensfaktor TV7 betrifft höhere Toleranzen durch das Signal S aufgrund von zu geringer Stickoxid-Konzentration cNOx. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Stickoxid-Massestrom anstelle der Stickoxid-Konzentration cNOx verwendet werden.
  • Ein achter Teilvertrauensfaktor TV8 betrifft einen Gradienten GNOx der Stickoxid-Konzentration cNOx. Ändert sich die Stickoxid-Konzentration cNOx, beispielsweise aufgrund einer dynamischen Fahrweise, deutlich, wird eine fehlerhafte Berechnung des modellierten Ammoniak-Füllstands FNH3mod begünstigt. Auch hier kann in einer weiteren Ausführungsform der Stickoxid-Massestrom anstelle der Stickoxid-Konzentration cNOx verwendet werden.
  • Ein neunter Teilvertrauensfaktor TV9 betrifft einen Verbrauchsfaktor VbF, der als Quotient aus eindosierter Ammoniak-Masse und an der SCR beteiligter Ammoniak-Masse berechnet wird. Ein hoher Verbrauchsfaktor VbF führt zu einem niedrigen neunten Teilvertrauensfaktor TV9.
  • Neben den dargestellten Teilvertrauensfaktor TV1 bis TV9 können weitere Teilvertrauensfaktoren vorgesehen werden.
  • Im Ablaufdiagramm aus 5 werden alle Teilvertrauensfaktoren TV1 bis TV9 zusammen multipliziert 40, um den rohen Vertrauensfaktor Vroh zu berechnen. Im Anschluss wird dieser durch einen Tiefpass gefiltert 41 und so ein gefilterter Vertrauensfaktor Vfil erhalten. Dieser Wert kann mit der Schwelle S1 verglichen werden um die Vorkonditionierung zu sperren oder freizugeben.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 6 erfolgt die Filterung 50 des rohen Vertrauensfaktor Vroh mittels eines über die Stickoxid-Konzentration cNOx stromaufwärts des SCR-Katalysators gewichteten Filters. In einer weiteren Ausführungsform kann der Stickoxid-Massestrom anstelle der Stickoxid-Konzentration cNOx verwendet werden. Die Teilvertrauensfaktoren TV1 bis TV9 entsprechen denen aus 5. Zum einen wird die Stickoxidkonzentration cNOx integriert 51, zum anderen der rohe Vertrauensfaktor Vroh mit der Stickoxidkonzentration cNOx multipliziert und das Ergebnis ebenfalls integriert 52. Die Ergebnisse der beiden Integrationen 51 und 52 werden durcheinander geteilt 53. Somit bekommt man einen über die Stickoxid-Konzentration cNOx stromaufwärts des SCR-Katalysators gewichteten Vertrauensfaktor Vgew. Liegt der integrierte Stickoxidwert in einer Abfrage 54 unterhalb einer dritten Schwelle S3 wird der gewichtete Vertrauensfaktor Vgew als gefilterter Vertrauensfaktor Vfil verwendet. Übersteigt der integrierte Stickoxid-Maximalwert hingegen die dritte Schwelle S3, wird der gewichtete Vertrauensfaktor Vgew an einen diskreten Filter 55, z.B. in Form eines exponentiell gewichteten Mittelwerts, als neues Ergebnis übergeben. Gleichzeitig werden die Integrationen 51 und 52 zurückgesetzt und die Integration beginnt von vorn. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der NOx-Rohwert (Konzentration oder Massenstrom) vor der Integration nach oben begrenzt werden, um Betriebspunkte mit hohem NOx stromaufwärts des SCR-Katalysators nicht übermäßig zu gewichten.
  • Unabhängig von Art der Filterung kann statt einer absoluten Schwelle S1 auch der Gradient des Vertrauensfaktors V bewertet werden, um die Vorkonditionierung zu sperren oder freizugeben.
  • In 7 ist eine alternative Berechnung des Vertrauensfaktors V dargestellt. Die Teilvertrauensfaktoren TV1 bis TV3, welche den Vertrauensfaktor erhöhen, und die Teilvertrauensfaktoren TV4 bis TV9, welche den Vertrauensfaktor V verringern, werden hierbei separiert betrachtet. Die Teilvertrauensfaktoren TV1 bis TV3, welche den Vertrauensfaktor erhöhen, werden mit einem Inkrement-Wert 60, der eine Schrittweite bei der Erhöhung des Vertrauensfaktors V darstellt, multipliziert 61. Die Teilvertrauensfaktoren TV4 bis TV9, welche den Vertrauensfaktor V verringern, werden getrennt mit einem Dekrement-Wert 62, der eine Schrittweite bei der Verringerung des Vertrauensfaktors V darstellt, und mit dem Faktor „-1“ multipliziert 63. Die Schrittweiten 60 und 62 können identisch oder unterschiedlich sein. Weiterhin können die Schrittweiten abhängig von einer weiteren Größe, z.B. der aktuellen NOx-Konzentration, festgelegt werden. Die Ergebnisse der beiden Multiplikationen 61 und 63 werden dann addiert 64, um den rohen Vertrauensfaktor Vroh zu erhalten. Zusätzlich wird der rohe Vertrauensfaktor Vroh wie in einem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben gefiltert 65, woraus der gefilterte Vertrauensfaktor Vfil erhalten wird.
  • Der gefilterte Vertrauensfaktor Vfil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dann verwendet, um die Konditionierphase bei der Überwachung des SCR-Katalysators zu regeln. Da die Addition 64 im Gegensatz zur multiplikativen Variante gemäß den 5 und 6 nicht auf Werte zwischen 0 und 1 begrenzt ist, ist hier eine Bewertung des Gradienten statt einer absoluten Schwelle besonders sinnvoll.
  • Wenn der aktuelle rohe Vertrauensfaktor Vroh in der Weise zurückgeführt wird, dass die Faktoren TV1 bis TV9 von diesem Wert abhängig gemacht werden, kann der rohe Vertrauensfaktor Vroh auf ein Intervall begrenzt werden. In diesem Fall wäre auch eine absolute Schwelle S1 sinnvoll.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012201749 A1 [0005]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators, wobei zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung (13) von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator vorgenommen wird und in Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert (16), der von der Stickoxid-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators geschlossen wird, wobei vor der überstöchiometrischen Dosierung (13) des Reduktionsmittels eine Konditionierphase zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes (12) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierphase abhängig von einem Vertrauensfaktor (V) geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine während der Konditionierphase ausgeführte unterstöchiometrische Dosierung (11) abhängig vom Vertrauensfaktor (V) verändert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Vertrauensfaktor (V) oberhalb einer vorgebaren ersten Schwelle (S1) liegt, die Konditionierphase gesperrt wird und die Überwachung des SCR-Katalysators direkt mit der überstöchiometrischen Dosierung (13) des Reduktionsmittels fortgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Gradient des Vertrauensfaktors (V) oberhalb einer vorgebaren ersten Schwelle (S1) liegt, die Konditionierphase gesperrt wird und die Überwachung des SCR-Katalysators direkt mit der überstöchiometrischen Dosierung (13) des Reduktionsmittels fortgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwelle (S1) in Form einer Hysterese vorgesehen ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertrauensfaktor (V) durch Multiplikation (40, 61, 62) von Teilvertrauensfaktoren (TV1 - TV9) berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher Teilvertrauensfaktor (TV1, TV2, TV4, TV5) von einer Temperatur (T) des SCR-Katalysators abhängt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilvertrauensfaktor (TV1, TV2, TV4, TV5) bei höherer Temperatur (T) des SCR-Katalysators auf einen höheren Wert gesetzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher Teilvertrauensfaktor (TV3) von einer Dosiermasse (mDos) des Reduktionsmittels abhängt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher Teilvertrauensfaktor (TV6, TV7, TV8) von einem Stickoxid-Signal (NOxSen, cNOx) eines stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxid-Sensors abhängt.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Ammoniak-Füllstand (FNH3) unterhalb einer zweiten Schwelle (S2) liegt, der Vertrauensfaktor (V) nach einer Befüllung des SCR-Katalysators über einen vorgegebenen Zeitraum (th) unverändert festgehalten wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertrauensfaktor (V) gefiltert (41, 50, 65) wird.
  13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
  14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
  15. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eine Überwachung des SCR-Katalysators durchzuführen.
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