DE102017205319A1 - Verfahren zum Erkennen einer Schädigung eines SCR-Katalysators - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Schädigung (56) eines SCR-Katalysators (10). In diesem erfolgt ein Überdosieren (52) eines Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator (10). Ein Reduktionsmittelfüllstand (NH3mik) des SCR-Katalysators (10) wird mittels eines Mikrowellensensors (11) gemessen. Der gemessenen Reduktionsmittelfüllstand (NH3mik) wir mit einem vorgebbaren Füllstandsschwellenwert (SF) verglichen (54) und ein zeitlicher Gradienten (Gra) des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes wird mit einem vorgebbaren Gradientenschwellenwert (SG) verglichen (53). Aus den Ergebnissen der beiden Vergleiche erfolgt das Erkennen der Schädigung (56).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Schädigung eines SCR-Katalysators. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) im Abgas von Kraftfahrzeugen werden unter anderem SCR-Katalysatoren verwendet (Selective Catalytic Reduction). Stickoxidmoleküle werden auf der Katalysatoroberfläche bei Vorhandensein von Ammoniak als Reduktionsmittel zu elementarem Stickstoff reduziert. Das Reduktionsmittel wird in Form einer ammoniakabspaltenden Harnstoffwasserlösung (HWL) zur Verfügung gestellt, welche kommerziell unter dem Namen AdBlue® erhältlich ist. Diese wird durch ein Dosierventil stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrang eingespritzt.
  • Die OBD-Gesetzgebung fordert in vielen Märkten eine sehr genaue Überwachung des SCR-Katalysators. Die Anforderungen werden häufig als vielfaches des Emissionsgrenzwertes angegeben. In Europa sind feste OBD Grenzen zu überwachen. Altert der SCR-Katalysator, muss vor der Überschreitung des OBD-Grenzwertes ein Hinweis an den Fahrer ergehen, dass dieser eine Werkstatt aufsuchen muss.
  • Derzeit werden gealterte oder beschädigte SCR-Katalysatoren durch Auswertung der Stickoxid-Massenströme stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators überwacht. Die dafür notwendigen Stickoxidkonzentrationen werden mit Hilfe von Stickoxidsensoren gemessen. Diese sind allerdings toleranzbehaftet. Außerdem wird Ammoniakschlupf, der bei den für die Einhaltung der strengen Abgasgrenzwerte notwendigen hohen Konvertierungsraten häufig entsteht, von Stickoxidsensoren als Stickoxid gemessen.
  • In Fällen, in denen das passive Verfahren zu ungenau ist, wird ein zeitaufwändiges Verfahren verwendet, das mit Hilfe von aktiven Eingriffen in die Dosiermenge die Ammoniakspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators bestimmt. Diese korreliert sehr gut mit einer thermischen Schädigung oder chemischen Schädigung Vergiftung des SCR-Katalysators. Aufgrund der Modulation der Dosiermenge kommt es hierbei häufig zu Phasen mit reduziertem Stickoxidumsatz. Dies hat einen negativen Einfluss auf die Stickoxidemissionen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In dem Verfahren zum Erkennen einer Schädigung eines SCR-Katalysators erfolgt ein Überdosieren eines Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator. Unter Überdosieren wird hierbei ein überstöchiometrisches Eindosieren verstanden, also das Eindosieren von mehr Reduktionsmittel als notwendig wäre, um die in den SCR-Katalysator eingeleiteten Stickoxide zu reduzieren. Ein Reduktionsmittelfüllstand des SCR-Katalysators wird mittels eines Mikrowellensensors gemessen. Verfahren zur Ermittlung eines Reduktionsmittelfüllstandes eines SCR-Katalysators mittels Mikrowellen sind beispielsweise aus der DE 103 58 495 B4 und aus der DE 10 2010 034 983 A1 bekannt. Diese Dokumente werden durch Bezugnahme zum Teil dieser Offenbarung gemacht. Der gemessene Reduktionsmittelfüllstand wird mit einem vorgebbaren Füllstandsschwellenwert verglichen. Außerdem wird ein zeitlicher Gradient des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes mit einem vorgebbaren Gradientenschwellenwert verglichen. Das Erkennen der Schädigung erfolgt aus den Ergebnissen der beiden Vergleiche.
  • Dies wird in einer Ausführungsform des Verfahrens dadurch realisiert, dass zu einem Zeitpunkt, zu dem der Gradient den Gradientenschwellenwert unterschreitet, das Vergleichen des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes mit dem Füllstandsschwellenwert erfolgt. Eine Schädigung wird erkannt, wenn der gemessene Reduktionsmittelfüllstand den Füllstandsschwellenwert unterschreitet. Sobald der Gradient den Gradientenschwellenwert unterschreitet, wird davon ausgegangen, dass die maximale Reduktionsmittelspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators nahezu erreicht ist. Der zu diesem Zeitpunkt gemessene Reduktionsmittelfüllstand entspricht also annähernd der maximalen Reduktionsmittelspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators und kann zur Verwendung in anderen Verfahren als maximale Reduktionsmittelspeicherfähigkeit gespeichert werden. Wenn dieser gemessene Reduktionsmittelfüllstand den Füllstandsschwellenwert unterschreitet, zeigt dies an, dass der SCR-Katalysator nicht mehr die erwartete Reduktionsmittelspeicherfähigkeit aufweist. Deshalb kann auf eine Schädigung des SCR-Katalysators, welche beispielsweise auf einer Alterung beruhen kann, geschlossen werden.
  • Es ist bevorzugt, dass in dieser Ausführungsform eine Schädigung nur dann erkannt wird, wenn ein Modellwert für den Reduktionsmittelfüllstand des SCR-Katalysators über einem vorgebbaren Modellschwellenwert liegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass nicht fälschlicherweise eine Schädigung erkannt wird, wenn der SCR-Katalysator nur einen vorhersehbar geringen Reduktionsmittelfüllstand erreicht. Dies kann beispielsweise aufgrund einer zu geringen Eindosierung von Reduktionsmittel geschehen.
  • Der Modellwert für den Reduktionsmittelfüllstand kann insbesondere auf Basis eines Stickoxidsignals stromaufwärts des SCR-Katalysators berechnet werden. Dieses Signal kann entweder aus einem Stickoxidrohemissionsmodell eines Verbrennungsmotors stammen, dessen Abgase in den SCR-Katalysator geleitet werden, oder aus einem Stickoxidsensor, der stromaufwärts des SCR-Katalysators in einem Abgasstrang angeordnet ist. Wenn stromabwärts des SCR-Katalysators ein weiterer Stickoxidsensor im Abgasstrang angeordnet ist, so kann dessen Signal ebenfalls in dem Modell berücksichtigt werden. Ein derart berechneter Modellwert des Reduktionsmittelfüllstandes wird in üblichen Betriebsstrategien von SCR-Katalysatoren sowieso berechnet und kann in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden.
  • Das Überdosieren wird in dieser Ausführungsform des Verfahrens vorzugsweise beendet, wenn der Gradient den Gradientenschwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Reduktionsmittel deutlich über die maximale Reduktionsmittelspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators hinaus in diesen eindosiert wird und es somit zu einem Reduktionsmittelschlupf am Ausgang des SCR-Katalysators kommt.
  • In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Schädigung erkannt, wenn der Gradient den Gradientenschwellenwert unterschreitet, bevor der gemessene Reduktionsmittelfüllstand den Füllstandsschwellenwert erreicht. Erreicht der gemessene Reduktionsmittelfüllstand den Füllstandsschwellenwert, so verhält sich der SCR-Katalysator erwartungsgemäß und es kann festgestellt werden, dass keine Schädigung des SCR-Katalysators vorliegt. Wenn der Gradient jedoch vor Erreichen des Füllstandsschwellenwertes durch den gemessenen Reduktionsmittelfüllstand den Gradientenschwellenwert unterschreitet, so zeigt dies an, dass die Speicherung von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator absinkt und ein Erreichen des Füllstandsschwellenwertes durch den gemessenen Reduktionsmittelfüllstand nicht mehr zu erwarten ist. Dies kann auf eine Schädigung des SCR-Katalysators zurückgeführt werden.
  • Es ist in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass das Überdosieren beendet wird, wenn der Reduktionsmittelfüllstand den Füllstandsschwellenwert erreicht. Hierdurch wird verhindert, dass über die maximale Reduktionsmittelspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators hinaus Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator eindosiert wird, was zu einem Reduktionsmittelschlupf führen würde.
  • Der Füllstandsschwellenwert repräsentiert die Erwartung an die Reduktionsmittelspeicherfähigkeit eines intakten SCR-Katalysators. Er wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur des SCR-Katalysators vorgegeben, da die maximale Reduktionsmittelspeicherfähigkeit des SCR-Katalysators mit steigender Temperatur sinkt.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens auf einem 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, um mittels des Verfahrens eine Schädigung eines SCR-Katalysators zu erkennen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch einen SCR-Katalysator, welcher mittels Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Schädigung untersucht werden kann.
    • 2 zeigt in zwei Diagrammen den zeitlichen Verlauf mehrerer Werte in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • In 1 ist ein SCR-Katalysator 10 dargestellt, welcher in einem Abgasstrang 20 angeordnet ist. Der SCR-Katalysator 10 weist einen Mikrowellensensor 11 zur Messung seines Reduktionsmittelfüllstandes und einen Temperatursensor 12 zur Messung seiner Temperatur auf. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 10 ist im Abgasstrang 20 ein erster Stickoxidsensor 21 angeordnet und stromabwärts des SCR-Katalysators 10 ist ein zweiter Stickoxidsensor 22 angeordnet. Zwischen dem ersten Stickoxidsensor 21 und dem SCR-Katalysator 10 ist ein Dosierventil 30 angeordnet, welches eingerichtet ist, um eine Harnstoffwasserlösung in den Abgasstrang 20 einzuspritzen. Es wird von einem elektronischen Steuergerät 40 gesteuert, welches auch die Messsignale der Sensoren 11, 12, 21, 22 empfängt.
  • Der Mikrowellensensor 11 liefert kontinuierlich ein Signal für einen gemessenen Reduktionsmittelfüllstand NH3mik des SCR-Katalysators 10. Aus den Messergebnissen der Stickoxidsensoren 21, 22 und der Ansteuerung des Dosierventils 30 erstellt das elektronische Steuergerät 40 kontinuierlich einen Modellwert NH3mod für den Reduktionsmittelfüllstand des SCR-Katalysators 10.
  • In 2 ist dargestellt, wie der gemessene Reduktionsmittelfüllstand NH3mik des SCR-Katalysators 10 mit der Zeit t ansteigt, wenn ein Überdosieren Ü der Harnstoffwasserlösung mittels des Dosierventils 30 erfolgt. Dieser steigt bis zu einem Maximalwert NH3max an, bei dessen Erreichen das Überdosieren Ü beendet wird. Im Folgenden wird beschrieben, wie in zwei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens der gemessene Reduktionsmittelfüllstand NH3mik ausgewertet wird, um eine Schädigung des SCR-Katalysators 10 zu erkennen:
  • Der Ablauf des ersten Ausführungsbeispiels ist in 3 dargestellt. Nach dem Start 50 des Verfahrens wird geprüft 51, ob eventuelle Freigabebedingungen für ein Überdosieren der Harnstoffwasserlösung erfüllt sind. Sobald dies der Fall ist, beginnt das Überdosieren 52. Der gemessene Reduktionsmittelfüllstand NH3mik des SCR-Katalysators 10 weist dabei zunächst einen hohen Gradienten Gra auf. Sobald ein Vergleich 53 ergibt, dass der Gradient Gra unter einen Gradientenschwellenwert SG gefallen ist, wird der zu diesem Zeitpunkt gemessene Reduktionsmittelfüllstand NH3mik mit einem Füllstandsschwellenwert SF verglichen 54. Liegt der gemessene Reduktionsmittelfüllstand NH3mik unter diesem Füllstandsschwellenwert SF so wird als Nächstes der Modellwert NH3mod mit einem Modellschwellenwert SM verglichen 55. Liegt der Modellwert NH3mod über diesem Modellschwellenwert SM so wird eine Schädigung des SCR-Katalysators 10 erkannt 56. Anderenfalls wird das Verfahren neu gestartet. Wenn jedoch bereits der Vergleich 54 zwischen dem gemessenen Reduktionsmittelfüllstand NH3mik und dem Füllstandsschwellenwert SF ergeben hat, dass der Füllstandsschwellenwert SF nicht unterschritten wird, so wird erkannt, dass der SCR-Katalysator 10 intakt ist 57.
  • Der Verlauf eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens ist in 4 dargestellt. Nach dem Start 60 des Verfahrens wird zunächst in derselben Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel auf das Vorliegen eventueller Freigabebedingungen geprüft 61 und anschließend das Überdosieren 62 gestartet. Während des Überdosierens erfolgt kontinuierlich ein Vergleich 63 des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes NH3mik mit einem Füllstandsschwellenwert SF. Solange dieser Füllstandsschwellenwert SF nicht überschritten wird, erfolgt weiterhin der Vergleich 64 eines zeitlichen Gradienten Gra des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes mit einem Gradientenschwellenwert SG. Bei Unterschreiten dieses Gradientenschwellenwertes SG wird erkannt, dass eine Schädigung des SCR-Katalysators 10 vorliegt 65. Wenn jedoch vor Eintritt dieses Ereignisses der gemessene Reduktionsmittelfüllstand NH3mik den Füllstandsschwellenwert SF überschreitet, so wird erkannt dass der SCR-Katalysator 10 intakt ist 66.
  • In beiden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Füllstandsschwellenwert SF in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators 10 vorgegeben, die mittels des Temperatursensors 12 gemessen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10358495 B4 [0006]
    • DE 102010034983 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erkennen einer Schädigung (56, 65) eines SCR-Katalysators (10), umfassend die folgenden Schritte: - Überdosieren (52, 62) eines Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator (10), - Messen eines Reduktionsmittelfüllstandes (NH3mik) des SCR-Katalysators (10) mittels eines Mikrowellensensors (11), - Vergleichen (54, 63) des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes (NH3mik) mit einem vorgebbaren Füllstandsschwellenwert (SF), - Vergleichen (53, 64) eines zeitlichen Gradienten (Gra) des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes mit einem vorgebbaren Gradientenschwellenwert (SG), - Erkennen der Schädigung (56, 65) aus den Ergebnissen der beiden Vergleiche.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt, zu dem der Gradient (Gra) den Gradientenschwellenwert (SG) unterschreitet, das Vergleichen (54) des gemessenen Reduktionsmittelfüllstandes (NH3mik) mit dem Füllstandsschwellenwert (SF) erfolgt und eine Schädigung (56) erkannt wird, wenn der gemessene Reduktionsmittelfüllstand (NH3mik) den Füllstandsschwellenwert (SF) unterschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schädigung (56) nur dann erkannt wird, wenn ein Modellwert (NH3mod) für den Reduktionsmittelfüllstand des SCR-Katalysators (10) über einem vorgebbaren Modellschwellenwert (SM) liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdosieren (52) beendet wird, wenn der Gradient (Gra) den Gradientenschwellenwert (SG) unterschreitet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schädigung (65) erkannt wird, wenn der Gradient (Gra) den Gradientenschwellenwert (SG) unterschreitet, bevor der gemessene Reduktionsmittelfüllstand (NH3mik) den Füllstandsschwellenwert (SF) erreicht.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdosieren (62) beendet wird, wenn der Reduktionsmittelfüllstand (NH3mik) den Füllstandsschwellenwert (SF) erreicht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsschwellenwert (SF) in Abhängigkeit von einer Temperatur des SCR-Katalysators (10) vorgegeben wird.
  8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Elektronisches Steuergerät (40), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eine Schädigung (56, 65) eines SCR-Katalysators (10) zu erkennen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10358495B4 (de) 2003-12-13 2011-10-06 Ralf Moos Verfahren zur Erkennung des Zustands eines Katalysators mittels Mikrowellen
DE102010034983A1 (de) 2010-08-20 2012-02-23 Gerhard Fischerauer Verfahren zur Erkennung des Ammoniakspeicherzustands eines SCR-Katalysators

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