DE102018202043B4

DE102018202043B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018202043B4
Application number: DE102018202043.4A
Authority: DE
Inventors: Katharina Burger; Willibald Reitmeier; Markus Hien; Markus Dietrich; Ralf Moos; Gunter Hagen; Stefanie Walter
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2038-02-10
Also published as: WO2019154637A1; DE102018202043A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements (100) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Abgasbehandlungselement (100) einen Filter (106) mit einer speichernden und/oder katalytischen Beschichtung (107) aufweist, umfassend:- Aussenden von Mikrowellen (104) in ein Gehäuse (102) des Abgasbehandlungselements (100), in dem der Filter (106) angeordnet ist,- Empfangen von Mikrowellen (104) mit einem Parameter in Antwort auf das Aussenden,- Wechseln eines Betriebszustands einer Brennkraftmaschine (130) des Kraftfahrzeugs zwischen fett und mager,- Ermitteln einer zeitlichen Änderung (201) des Parameters der empfangenen Mikrowellen (104) nach dem Wechseln,- Ermitteln eines Unterschieds (203) der ermittelten Änderung (01) zu einer Referenzänderung (202), und- Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied (203), wobei das Ermitteln des Unterschieds (203) umfasst:- Ermitteln einer Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201),- Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) als fehlerhaft aufgrund einer Durchführung mit verminderter Filterfunktion, wenn die Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201) langsamer ist als die Referenzänderung (202).

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Zustands eines Filters mit einer katalytischen Beschichtung. Die Anmeldung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, ein entsprechendes Verfahren auszuführen.
Kraftfahrzeuge mit Otto- oder Dieselbrennkraftmaschinen oder Gasmotor benötigen zur Einhaltung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte diverse Komponenten zur Abgasnachbehandlung. Hierzu zählen unter anderem der Dreiwegekatalysator, der Dieseloxidationskatalysator, der Stickoxidspeicherkatalysator, der SCR-Katalysator (selektive katalytische Reduktion), der Diesel- und Ottopartikelfilter und weitere Systeme. Mehrere Elemente können auch kombiniert werden, beispielsweise ein Partikelfilter mit SCR-Beschichtung (SDPF). Beladungszustände eines Systems zur Abgasbehandlung sind mittels Mikrowellen ermittelbar.
Die US 2015/0358091 A1 betrifft ein Erfassungs- und Steuerungssystem, das Hohlraumresonanz- und Hohlleitermessungen verwendet, um Prozesszustandsvariablen direkt zu überwachen oder Zustandsänderungen eines Systems zu erkennen. Das Erfassungs- und Steuerungssystem ist beispielsweise in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine einsetzbar.
Die DE 10 2015 116 659 A1 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe über eine Speicherkapazität eines Reaktionsmittels in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die DE 10 2017 209 521 B3 betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements für ein Kraftfahrzeug.
Die DE 10 2009 000 410 A1 betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine anordenbaren oder angeordneten Abgasbehandlungseinrichtung, welche mindestens einen mit Abgas durchströmbaren, als Katalysator und als Filtereinrichtung wirksamen Durchströmungsbereich aufweist.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements beim Kraftfahrzeug anzugeben, das ein verlässliches Ermitteln ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Vorrichtung anzugeben, die ein verlässliches Ermitteln ermöglicht. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements für ein Kraftfahrzeug sowie eine korrespondierende Vorrichtung, die ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Abgasbehandlungselement einen Filter mit einer speichernden und/oder katalytischen Beschichtung auf. Beispielsweise ist der Filter ein Rußpartikelfilter für einen Benzinmotor oder einen Dieselmotor. Die Beschichtung ist beispielsweise eine Beschichtung zur Einlagerung von Sauerstoff. Auch andere Filter und Beschichtungskombinationen sind möglich, beispielsweise eine Beschichtung zur Einlagerung von Ammoniak. Auch eine Kohlenwasserstoffadsorberbeschichtung ist möglich. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine NOx-Speicherschicht (Stickoxid-Speicherschicht) möglich. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Aldehyd-Speicherschicht möglich, beispielsweise eine Formaldehyd-Speicherschicht.
Mikrowellen werden in ein Gehäuse des Abgasbehandlungselements ausgesandt. Der Filter ist in dem Gehäuse angeordnet. Mikrowellen mit einem Parameter werden in Antwort auf das Aussenden empfangen. Eine zeitliche Änderung des Parameters der empfangenen Mikrowellen wird ermittelt. Ein Unterschied der ermittelten Änderung zu einer Referenzänderung wird ermittelt. Der Zustand des Abgasbehandlungselements wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied ermittelt.
Die Referenzänderung ist beispielsweise exemplarisch für eine Änderung des Parameters bei einem vollfunktionsfähigen Abgasbehandlungselement. Weicht die ermittelte Änderung mehr als ein vorgegebener Toleranzbereich von der Referenzänderung ab, lässt sich auf einen fehlerhaften Zustand des Abgasbehandlungselements schließen. Liegt die ermittelte Änderung innerhalb des Toleranzbereichs, lässt sich auf einen funktionsfähigen Zustand des Abgasbehandlungselements schließen.
Beispielsweise umfasst der Parameter mindestens eines aus einer Resonanzfrequenz, einer Halbwertsbreite, einen Gütefaktor, einen Verlust, eine Amplitude und einer Phase und Laufzeit der Mikrowellen. Beispielsweise ändert sich die Resonanzfrequenz bei vorgegebenen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs bei einem vollfunktionsfähigen Abgasbehandlungselement schneller aufgrund von Einlagerungen in der speichernden und/oder katalytischen Beschichtung als bei einem fehlerhaften Zustand des Abgasbehandlungselements. Der fehlerhafte Zustand des Abgasbehandlungselements hat insbesondere zur Folge, dass sich die speichernde und/oder katalytische Beschichtung langsamer sättigt. Somit ändern sich auch die dielektrischen Eigenschaften des Filters mit der Beschichtung langsamer.
Der Parameter oder die Parameter der Mikrowellen sind abhängig von den dielektrischen Eigenschaften im Inneren des Gehäuses.
Ändern sich die dielektrischen Eigenschaften des Filters mit der Beschichtung, so ändert sich auch der Parameter. Somit lässt sich beispielsweise auf einem Beladungszustand des Filters schließen. Außerdem lässt sich auf einen Beladungszustand der Beschichtung schließen. Da die Beschichtung ihren Beladungszustand deutlich schneller ändert als der Filter, der nur vergleichsweise langsam mit Partikeln gefüllt wird, kann zwischen einer Beladung der Beschichtung und einer Beladung des Filters unterschieden werden.
Das Ermitteln des Unterschieds umfasst ein Ermitteln einer Geschwindigkeit der ermittelten Änderung. Der Zustand des Abgasbehandlungselements wird in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit ermittelt. Läuft die ermittelte Änderung mit einer Geschwindigkeit ab, die kleiner ist als die Änderungsgeschwindigkeit der Referenzänderung, lässt sich beispielsweise ein fehlerhafter Zustand des Abgasbehandlungselements ermitteln.
Der Zustand des Abgasbehandlungselements wird als fehlerhaft aufgrund einer Durchführung mit verminderter Filterfunktion durch den Filter ermittelt, wenn die Geschwindigkeit der ermittelten Änderung langsamer ist als die Referenzänderung. Ein Defekt des Filters ist beispielsweise die Durchführung durch den Filter, durch die das Abgas gelangen kann, ohne gefiltert zu werden beziehungsweise nicht wie vorgesehen gefiltert zu werden. Dies kann auch als Bypass parallel zum Filter angesehen werden. Da bei einer derartigen Durchführung weniger Abgas durch den Filter und die speichernden und/oder katalytische Beschichtung gelangt, erfolgt die Einlagerung in der Beschichtung langsamer als bei einem voll funktionsfähigem Filter ohne eine derartige Durchführung.
Gemäß zumindest einem Aspekt der Erfindung wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zwischen fett und mager gewechselt. Die zeitliche Änderung des Parameters wird nach dem Wechseln ermittelt.
Gemäß zumindest einem Aspekt der Erfindung wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs periodisch zwischen fett und mager gewechselt. Die zeitliche Änderung des Parameters wird während des Wechselns ermittelt.
Das Wechseln des Betriebszustands von einem fetten zu einem mageren Gemisch oder umgekehrt hat eine Änderung der Gaszusammensetzung zur Folge. Bei einem intakten Filter mit vorgesehen durchströmten Filter mit der Beschichtung erfolgt die Einlagerung in die Beschichtung aufgrund des Wechsels im Toleranzbereich der Referenzänderung. Bei fehlerhaftem Filter erfolgt die Einlagerung beziehungsweise Auslagerung in beziehungsweise aus der Beschichtung verzögert, da weniger Abgas den Filter mit der Beschichtung durchströmt.
Gemäß zumindest einem Aspekt der Erfindung wird der Betriebszustand zwischen einem Betriebszustand, in dem mehr Stickoxide emittiert werden, und einem Betriebszustand in dem weniger Stickoxide emittiert werden, gewechselt. Die zeitliche Änderung des Parameters wird während dem Wechseln ermittelt. Dies wird insbesondere bei einem Stickoxidadsorber verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Zustand des Abgasbehandlungselements in Abhängigkeit eines Messwerts eines Sensors an dem Abgasbehandlungselement ermittelt. Zusätzlich zur Ermittlung des Zustands mittels den Mikrowellen wird beispielsweise ein Gassensor und/oder ein Temperaturfühler verwendet, um den Zustand des Abgasbehandlungselements zu ermitteln. Dies kann die Genauigkeit der Ermittlung erhöhen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente können dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Abgasbehandlungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Abgasbehandlungselements mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3A und 3B jeweils eine schematische Darstellung eines Filters gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung von Signalverläufen gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
5 eine schematische Darstellung von Signalverläufen gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt ein Abgasbehandlungssystem 120 für eine Brennkraftmaschine 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Abgase 105 (3A und 3B) der Brennkraftmaschine 130 werden mittels eines Abgasbehandlungselements 100 gereinigt, bevor sie in die Umgebung abgegeben werden. Das Abgasbehandlungselement 100 ist mit einer Vorrichtung 110 gekoppelt. Gemäß Ausführungsformen ist ein Sensor 108 vorgesehen. Der Sensor ist beispielsweise ein Gassensor wie ein Lambdasensor oder ein NOX-Sensor. Alternativ oder zusätzlich ist der Sensor 108 ein Temperatursensor. Der Sensor 108 ist gemäß Ausführungsformen mit der Vorrichtung 110 gekoppelt.
2 zeigt das Abgasbehandlungselement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Abgasbehandlungselement 100 ist insbesondere Teil des Abgasbehandlungssystems 120, auch Abgasnachbehandlungssystem genannt. Das Abgasbehandlungselement 100 ist beispielsweise eine Kombination aus einem Katalysator und einem Partikelfilter. Beispielsweise ist das Abgasbehandlungselement 100 ein Partikelfilter kombiniert mit einem Dreiwegekatalysator. Auch andere Abgasbehandlungselemente 100 sind möglich, beispielsweise ein Filter mit einem Kohlenwasserstoffadsorber oder einen Ammoniak SCR-Katalysator.
In einem metallischen Gehäuse 102 des Abgasbehandlungselements 100 ist ein Abgasbehandlungsmodul 101 angeordnet. Das Abgasbehandlungsmodul 101 weist beispielsweise einen Filter 106 (3A und 3B) auf, der als Partikelfilter ausgebildet ist, um Rußpartikel und/oder Aschepartikel aus dem Abgas 105 zu filtern. Beispielsweise dient das Modul 101 alternativ oder zusätzlich zum Speichern einer Komponente wie Sauerstoff bei einem Dreiwegekatalysator, Ammoniak bei einem SCR-Katalysator und/oder Kohlenwasserstoff bei einem Kohlenwasserstoffadsorber. Hierzu ist der Filter 106 insbesondere mit einer speichernden und/oder katalytischen Beschichtung 107 versehen (3A und 3B) .
Der Beladungszustand des Moduls 101 kann mit Hochfrequenzmesstechnik gut ermittelt werden, insbesondere mit Mikrowellen 104. Die Mikrowellen 104 liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 300 MHz und einigen 100 GHz. Insbesondere wird ein Frequenzbereich von etwa 0,3 GHz bis 10 GHz, beispielsweise von 1,5 GHz verwendet. Auch andere Frequenzbereiche sind möglich.
Zum Senden und Empfangen der Mikrowellen 104 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste und eine zweite Mikrowellenantenne 103 vorgesehen. Diese sind beispielsweise jeweils Hochfrequenzantennen, die mit einem entsprechender Anreger gekoppelt sind, beispielsweise mit einem Oszillator. Die Kopplung kann elektrisch und/oder induktiv erfolgen. Die Mikrowellen 104 werden beispielsweise nach Transmission und/oder nach Reflektion wieder empfangen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist nur eine einzige Mikrowellenantenne 103 vorgesehen. Diese sendet zunächst die Mikrowellen 104 aus, die im Gehäuse 102 reflektiert werden und nachfolgend wieder von der Mikrowellenantenne 103 empfangen werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind mehr als zwei Mikrowellenantennen 103 vorgesehen, beispielsweise drei oder mehr Mikrowellenantennen 103. Die Anzahl der Mikrowellenantennen ist insbesondere skalierbar.
Die Vorrichtung 110 ist beispielsweise Teil einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung 110 dient unter anderem zum Auswerten der empfangenen Mikrowellen 104.
Insbesondere in Ausführungsbeispielen, in denen die Brennkraftmaschine 130 als Ottomotor mit Direkteinspritzung ausgebildet ist, kann der Kraftstoffverbrauch im Teillastbetrieb gesenkt werden. Dies kann jedoch einer Erhöhung der Konzentration der Feinstaubpartikel im Abgas 105 zur Folge haben. Das Abgasbehandlungselement 100, das beispielsweise als Benzinpartikelfilter ausgebildet ist, dient zum Filtern dieser Partikel aus dem Abgas 105. Der von Ottomotoren erzeugte Feinstaub unterscheidet sich im Vergleich zu Dieselfeinstaub, beispielsweise in der Größenverteilung der Partikel. Der Einsatz von Dieselpartikelfiltern in Fahrzeugen mit Ottomotoren ist somit nicht ausreichend verlässlich.
Insbesondere muss verlässlich feststellbar sein, ob das Abgasbehandlungselement 100 wie vorgesehen voll funktionsfähig funktioniert oder ob ein fehlerhafter Zustand vorliegt. Kleine Defekte des Moduls 101 wie ein fehlender Verschluss 109 ( 3A und 3B) , ein Riss, ein Loch oder ähnliches können aufgrund von Änderungen in den empfangenen Mikrowellen 104 detektiert werden. Somit ist eine hohe Genauigkeit beim Ermitteln des Zustands des Moduls 101 möglich, die insbesondere genauer ist als die Ermittlung mittels Partikelsensoren oder einer Differenzdruckmessung.
Mittels der Mikrowellen 104 ist es somit zum einen möglich, den Beladungszustand des Abgasbehandlungselements 100 zu ermitteln. Zusätzlich ist es mittels der Mikrowellen 104 möglich, die Funktionsfähigkeit des Abgasbehandlungselements 100 zu überprüfen und so beispielsweise eine gesetzlich verpflichtete Diagnose ohne zusätzliche Sensoren zu realisieren.
3A zeigt das Modul 101 in einem voll funktionsfähigen Zustand. Der Filter 106 weist gegensätzlich geschlossene Kanäle auf. Die Kanäle sind insbesondere mit dem Verschluss 109 am Wechsel verschlossen. Somit muss das Abgas 105 stets durch mindestens eine Wand des Filters 106 strömen. Der Filter 106 weist die Beschichtung 107 auf, die somit auch durchströmt wird.
3B zeigt das Modul 101 in einem fehlerhaften Zustand. Der Verschluss 109 des mittleren Kanals fehlt. Somit kann das Abgas 105 durch den mittleren Kanal des Filters 106 gelangen, ohne Wände zu durchströmen. Ein Teil des Abgases 105 gelangt ungefiltert durch das Modul 101. Einige Filterwände des Filters 106 mit der Beschichtung 107 werden nicht mehr oder nur noch kaum durchströmt.
Ändert sich nun beispielsweise die Zusammensetzung des Abgases 105 von einem fetten zu einem mageren Gemisch oder umgekehrt erfolgt die Angleichung der Gaszusammensetzung aufgrund der beschränkten Durchströmung der Beschichtung 107 langsamer als bei dem intakten Modul 101. Somit erfolgt beispielsweise die Sauerstoffeinlagerung beziehungsweise Sauerstoffauslagerung aus der Beschichtung 107 verzögert.
Diese Verzögerung spiegelt sich ebenfalls bei den dielektrischen Eigenschaften der Beschichtung 107 wieder. Somit spiegelt sich diese Verzögerung auch in den Resonanzparametern oder anderen Parametern der Mikrowellen 104 wieder.
4 zeigt wie sich die Resonanzfrequenz 204 der Mikrowellen 104 ändert, wenn ein Wechsel 204 von einem fetten zu einem mageren Gemisch stattfindet. Bei einem Dreiwegekatalysator steigert sich nach dem Wechsel 205 die Sauerstoffeinlagerung in der Beschichtung 107. Bei einem intakten Modul 101, wie in 3A dargestellt, werden sämtliche Filterwände mit der Beschichtung 107 durchströmt und die Einlagerung erfolgt relativ schnell. Dementsprechend erfolgt auch die Änderung der dielektrischen Eigenschaften des Moduls relativ schnell und die Änderung der Resonanzfrequenz erfolgt relativ schnell. Diese Änderung der Resonanzfrequenz wird insbesondere als Referenzänderung 202 hinterlegt und kennzeichnet einen funktionsfähigen Zustand des Moduls 101.
Bei einem defekten Modul 101, wie beispielsweise in 3B dargestellt, erfolgt die Einlagerung des Sauerstoffs in der Beschichtung 107 langsamer, da nicht mehr alle Wände des Filters 106 voll durchströmt werden. Entsprechend ändern sich die dielektrischen Eigenschaften des Moduls 101 langsamer und die Resonanzfrequenz ändert sich langsamer, wie in 4 durch die Änderung 201 dargestellt. Ein Unterschied 203 zwischen der Änderung 201 und der Referenzänderung 202 ist ermittelbar. Ist dieser Unterschied 203 größer als ein vorgegebener Toleranzbereich, ist auf einen fehlerhaften Zustand des Moduls 101 und damit des Abgasbehandlungselements 100 zu schließen.
Abhängig davon, wie groß der Unterschied 203 ist, lässt sich auf einen Grad der Beschädigung des Moduls 101 schließen. Insbesondere erfolgt die Messung zum Ermitteln der Referenzänderung 202 und die Messung zum Ermitteln der Änderung 201 bei gleichen Motorbetriebspunkten, um Querempfindlichkeiten eliminieren zu können, beispielsweise erfolgen die Messungen bei gleichen Abgasgeschwindigkeiten.
Wenn sich die Zeit im Vergleich zu Referenzänderung 202 verlängert, bis eine konstante Resonanzfrequenz 204 erreicht ist, kann von einem Defekt des Moduls 101 ausgegangen werden. Die Onboard-Diagnose erkennt die fehlerhafte Funktion. Da die Beladung des Filters 106 mit Rußpartikel deutlich langsamer erfolgt als die Beladung der Beschichtung 107 beispielsweise mit Sauerstoff, muss die Rußbeladung nicht als Querempfindlichkeit auf die Veränderung der Resonanzfrequenz 207 berücksichtigt werden. Bis zum Erreichen der konstanten Resonanzfrequenz 204 muss die Brennkraftmaschine 130 so lange fett beziehungsweise mager betrieben werden, bis die Beschichtung 107 komplett entleert beziehungsweise gefüllt ist.
5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem keine vollständige Entleerung beziehungsweise Füllung der Beschichtung 107 notwendig ist. Es lässt sich vermeiden, dass es zu Schadstoffemissionen kommt, auch wenn noch keine Fehlfunktion des Moduls 101 auftritt, da im vollständig entleerten beziehungsweise gefüllten Zustand ungewünschte Abgaskomponenten nicht mehr umgesetzt würden. Auch die Implementierung in der Motorsteuerung ist zuverlässig möglich. Es erfolgt ein Mehrzahl von Wechsel 205 zwischen fettem und magerem Betrieb. Dies ist insbesondere im regulären Fahrbetrieb möglich. Somit wird der Zustand einer vollständig gefüllten beziehungsweise vollständig geleerten Beschichtung 107 vermieden. Es finden periodische Fettmagerwechsel 205 statt. Die eingespeiste Menge in der Beschichtung 107, beispielsweise die Sauerstoffmenge, bleibt im Mittel nahezu konstant. Die Resonanzparameter der Mikrowellen 104 erreichen so zwar keinen Sättigungswert, allerdings erfolgt eine Schwingung innerhalb einem Bereich 206 beziehungsweise 207 zwischen zwei Extremwerten mit der gleichen Periode wie der der Wechsel 205.
Bei einem voll funktionsfähigen Modul 101 erfolgt die Schwingung der Extremwerte in dem Bereich 206, der größer ist als der Bereich 207, zwischen dem die Extremwerte bei einem fehlerhaften Modul 101 schwingen. Wenn beispielsweise nicht mehr alle Kanäle des Filters 106 verschlossen sind, erfolgt aufgrund der verringerten Durchströmung der Filterwände eine langsamere Einlagerung in die Beschichtung 107. Über die Amplitude der Schwingung also über den Bereich 207 lässt sich somit die Onboard-Diagnose des Abgasbehandlungselements 100 durchführen.
Zur Feststellung der Funktion wird die Referenzänderung 202 des intakten Moduls 101 im gleichen Motorbetriebspunkt herangezogen. Unterschreitet nun die Amplitude der aktuellen Änderung 201 die Amplitude der Referenzänderung 202 um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert, wird das Modul 101 als Defekt erkannt.
Schadstoffdurchbrüche sind bei diesem Ausführungsbeispiel aufgrund der vergleichsweise schnellen Fettmagerwechsel 205 nicht mehr zu erwarten.
Die Beschichtung 107 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Beschichtung eines Dreiwegekatalysators zur Aufnahme von Sauerstoff. Alternativ oder zusätzlich ist die Beschichtung 107 eine andere Speicherkomponente zum Einspeichern eines vorgegebenen Stoffs. Beispielsweise ist das Modul 101 ein so genannter SDPF, also ein Dieselpartikelfilter 106 mit einer SCR-Beschichtung 107 zur Aufnahme von Ammoniak, der zur Reduzierung von Stickoxiden verwendet wird. Ein Defekt des Moduls 101 kann auch hier aufgrund der verringerten Einlagerungsgeschwindigkeit des Ammoniaks in der Beschichtung 107 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Beschichtung 107 ausgebildet ist, um Kohlenwasserstoffe aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Beschichtung 107 ausgebildet ist, um Stickstoffoxide und/oder Stickstoffdioxide (NOx) aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Beschichtung 107 ausgebildet ist, um Formaldehyd aufzunehmen.
Alternativ oder zusätzlich zur Ermittlung der Resonanzfrequenz 204 werden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen andere Parameter der Mikrowellen 104 ermittelt, um den Zustand des Abgasbehandlungselements zu ermitteln. Beispielsweise wird alternativ oder zusätzlich der Qualitätsfaktor und/oder die Verluste ermittelt. Weitere Eigenschaften wie die Halbwertsbreite und/oder die Phase und Laufzeit der Mikrowellen 104 können zur Ermittlung des Zustands des Abgasbehandlungselements 100 verwendet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 108 ein Gassensor, beispielsweise eine Lambdasonde. Eine sprungartige Änderung der Gaskonzentration vor dem Abgasbehandlungselement 100 hat bei einem defekten Modul 101 aufgrund des Durchlasses auch eine kleine Sprungantwort stromabwärts des Abgasbehandlungselements 100 zur Folge, der mit dem Sensor 108 unabhängig vom Zustand des gesamten Abgasbehandlungselements 100 gemessen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist der Sensor 108 ein Temperaturfühler. Da bei einem fehlerhaften Modul 101 ein Teil des Abgases ungefiltert durch das Modul 101 hindurch strömt und nicht an der chemischen Reaktion teilnimmt, ist mit einer verringerten Erwärmung des Abgases 105 durch exotherme Reaktionen im Vergleich zu einem intakten Modul 101 zu rechnen. Dieser Effekt ist mit dem Temperaturfühler 108 messbar.
Der Sensor 108 ist somit geeignet, die Genauigkeit der Messung mittels der Mikrowellen 104 zu erhöhen beziehungsweise die Messung mittels der Mikrowellen 104 zu plausibilisieren.
Die dielektrischen Eigenschaften der auf dem Filter 106 befindlichen Beschichtung 107 werden genutzt, um Defekte des Moduls 101 zu detektieren. Durch den Defekt des Filters 101 kommt es beispielsweise zu einem Bypass, sodass ein Teil des Abgases 105 durch das Modul 101 hindurchströmt, ohne mit der Beschichtung 107 in den Poren des Filters 106 zu interagieren. Somit ändern sich die dielektrischen Eigenschaften der Beschichtung 107 aufgrund der verlangsamten Einspeicherung anders, als bei einem voll funktionsfähigen Modul 101.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist der Sensor 108 stromaufwärts des Abgasbehandlungselements 100 angeordnet. Es können auch mehrere Sensoren 108 vorgesehen sein, beispielsweise ein Sensor stromaufwärts des Abgasbehandlungselements 100 und ein Sensor stromabwärts des Abgasbehandlungselements 100.
Das Verfahren ermöglicht es, auch kleine Defekte des Moduls 101 mittels den Mikrowellen 104 zu erkennen. Die Mikrowellen 104 können zusätzlich dazu verwendet werden den Beladungszustand des Filters 106 und/oder den Beladungszustand der Beschichtung 107 zu ermitteln.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements (100) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Abgasbehandlungselement (100) einen Filter (106) mit einer speichernden und/oder katalytischen Beschichtung (107) aufweist, umfassend: - Aussenden von Mikrowellen (104) in ein Gehäuse (102) des Abgasbehandlungselements (100), in dem der Filter (106) angeordnet ist, - Empfangen von Mikrowellen (104) mit einem Parameter in Antwort auf das Aussenden, - Wechseln eines Betriebszustands einer Brennkraftmaschine (130) des Kraftfahrzeugs zwischen fett und mager, - Ermitteln einer zeitlichen Änderung (201) des Parameters der empfangenen Mikrowellen (104) nach dem Wechseln, - Ermitteln eines Unterschieds (203) der ermittelten Änderung (01) zu einer Referenzänderung (202), und - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied (203), wobei das Ermitteln des Unterschieds (203) umfasst: - Ermitteln einer Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201), - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) als fehlerhaft aufgrund einer Durchführung mit verminderter Filterfunktion, wenn die Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201) langsamer ist als die Referenzänderung (202).
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements (100) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Abgasbehandlungselement (100) einen Filter (106) mit einer speichernden und/oder katalytischen Beschichtung (107) aufweist, umfassend: - Aussenden von Mikrowellen (104) in ein Gehäuse (102) des Abgasbehandlungselements (100), in dem der Filter (106) angeordnet ist, - Empfangen von Mikrowellen (104) mit einem Parameter in Antwort auf das Aussenden, - Periodisches Wechseln eines Betriebszustands einer Brennkraftmaschine (130) des Kraftfahrzeugs zwischen fett und mager, - Ermitteln einer zeitlichen Änderung (201) des Parameters der empfangenen Mikrowellen (104) während des Wechselns, - Ermitteln eines Unterschieds (203) der ermittelten Änderung (01) zu einer Referenzänderung (202), und - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied (203), wobei das Ermitteln des Unterschieds (203) umfasst: - Ermitteln einer Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201), - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) als fehlerhaft aufgrund einer Durchführung mit verminderter Filterfunktion, wenn die Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201) langsamer ist als die Referenzänderung (202).
Verfahren zum Ermitteln eines Zustands eines Abgasbehandlungselements (100) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Abgasbehandlungselement (100) einen Filter (106) mit einer speichernden und/oder katalytischen Beschichtung (107) aufweist, umfassend: - Aussenden von Mikrowellen (104) in ein Gehäuse (102) des Abgasbehandlungselements (100), in dem der Filter (106) angeordnet ist, - Empfangen von Mikrowellen (104) mit einem Parameter in Antwort auf das Aussenden, - periodisches Wechseln eines Betriebszustands einer Brennkraftmaschine (130) des Kraftfahrzeugs zwischen einem Betriebszustand, in dem mehr Stickoxide emittiert werden, und einem Betriebszustand in dem weniger Stickoxide emittiert werden, - Ermitteln einer zeitlichen Änderung (201) des Parameters der empfangenen Mikrowellen (104) während des Wechselns, - Ermitteln eines Unterschieds (203) der ermittelten Änderung (01) zu einer Referenzänderung (202), und - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) in Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied (203), wobei das Ermitteln des Unterschieds (203) umfasst: - Ermitteln einer Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201), - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) als fehlerhaft aufgrund einer Durchführung mit verminderter Filterfunktion, wenn die Geschwindigkeit der ermittelten Änderung (201) langsamer ist als die Referenzänderung (202).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Parameter mindestens eines umfasst aus: - Resonanzfrequenz (204), - Halbwertsbreite, - Gütefaktor, - Verlust, - Amplitude, - Phase, und - Laufzeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) als intakt, wenn die ermittelte Änderung (201) mit der Referenzänderung (202) korrespondiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend: - Ermitteln des Zustands des Abgasbehandlungselements (100) in Abhängigkeit eines Messwerts mindestens eines Sensors (108) an dem Abgasbehandlungselement (100).
Vorrichtung, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.