DE102018202645B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einem durch einen Abgastrakt (10) einer Brennkraftmaschine strömenden Abgases, wobei die Brennkraftmaschine einen ersten SCR-Katalysator (20), einen stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten Stickoxidsensor (22), einen stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten zweiten SCR-Katalysator(30) und eine stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (20) angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung (32) aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
- Bestimmen einer Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine an einem ersten Zeitpunkt,
- Betreiben der Brennkraftmaschine derart, dass an einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt das Abgas der Brennkraftmaschine stromabwärts des SCR-Katalysators (20) im Wesentlichen stickoxidfrei ist, wobei das Betreiben der Brennkraftmaschine zum Einstellen eines im Wesentlichen stickoxidfreien Abgases bis zum zweiten Zeitpunkt ein Einspritzen von Harnstoff in den Abgastrakt (10) der Brennkraftmische mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung (32) zum Erhöhen eines Verhältnisses von Harnstoff zu Stickoxid derart aufweist, dass das Verhältnis von Harnstoff zu Stickoxid einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert überschreitet,
- Erzeugen eines Referenzsignals mittels des Stickoxidsensors (22) am zweiten Zeitpunkt, wobei das Referenzsignal als dasjenige Signal des Stickoxidsensors (22) festgelegt wird, das einen minimalen Stickoxidwert anzeigt.
- Erzeugen eines Messsignals mittels des Stickoxidsensors (22) an einem auf den zweiten Zeitpunkt folgenden dritten Zeitpunkt, der in einer normalen Betriebsdauer der Brennkraftmaschine liegt und die normale Betriebsdauer der Brennkraftmaschine vom Kaltstart der Brennkraftmaschine abgrenzt, und
- Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts aus dem erzeugten Referenzsignal und dem erzeugten Messsignal.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einer einen SCR-Katalysator aufweisenden Brennkraftmaschine, bei der ein Stickoxidsensor stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist.
  • Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, ist es 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 eingesetzt, um die jeweiligen Anteile im Auslasstrakt der Brennkraftmaschine zu messen und daraufhin die korrekte Menge des einzuspritzenden Harnstoffs zu steuern.
  • Außerdem ist es bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen, bekannt, stromaufwärts des SCR-Katalysators einen katalysierten Dieselpartikelfilter (SDPF) einzusetzen, der aus einem Dieselpartikelfilter mit einer SCR-Beschichtung besteht.
  • Die DE 198 10 483 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Sensor-Offsets bei HC- und/oder NOx-Sensoren, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator angeordnet sind. Das Sensorsignal wird in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und des Katalysators, in denen keine HC- und/oder NOx-Emissionen auftreten, ausgelesen und als Offset-Signal gespeichert.
  • Aus der DE 20 2015 008 555 U1 ist ein Computerprogramm zur Steuerung eines Injektors zur Einspritzung eines Reduktionsmittels in ein Abgassystem eines Verbrennungsmotors bekannt.
  • Die WO 2016/028217 A1 betrifft ein System und ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Sensors einer Abgasnachbehandlungsanlage.
  • Die DE 10 2010 006 997 A1 beschreibt eine NOx-Sensor-Umgebungstemperaturkompensation.
  • Aus der DE 10 2010 014 118 A1 ist eine Abgasanlage mit einem NOx-Sensor bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die Stickoxidwerte fahrzeugindividuell und möglichst genau ermittelt werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, einen Null-Offset eines Stickoxidsensors zu bestimmen und während des weiteren Messbetriebs des Stickoxidsensors die ermittelten Stickoxidwerte damit zu korrigieren. Insbesondere wird hierzu ein Zustand in der Brennkraftmaschine eingestellt, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass an der Messposition des Stickoxidsensors im Abgas weder Stickoxid noch Ammoniak vorhanden ist. Bei diesem Zustand der Brennkraftmaschine würde folglich ein fehlerfreier Stickoxidsensor einen Stickoxidwert von im Wesentlichen Null anzeigen. Zeigt jedoch der Stickoxidsensor aufgrund von Alterung und/oder Signaldrift in diesem Zustand einen Stickoxidwert ungleich Null an, kann der bei diesem Zustand erfasste Stickoxidwert als Null-Offset erfasst und im darauffolgenden Messbetrieb des Stickoxidsensors zum Korrigieren der ermittelten Stickoxidwerte verwendet werden.
  • Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist folglich ein Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einem durch einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine strömenden Abgases offenbart. Die Brennkraftmaschine weist einen ersten SCR-Katalysator, einen stromabwärts des ersten SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor, einen stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten zweiten SCR-Katalysator und eine stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung auf. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine an einem ersten Zeitpunkt, ein Betreiben der Brennkraftmaschine derart, dass an einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt das Abgas der Brennkraftmaschine stromabwärts des SCR-Katalysators im Wesentlichen stickoxidfrei ist, ein Erzeugen eines Referenzsignals mittels des Stickoxidsensors am zweiten Zeitpunkt, ein Erzeugen eines Messsignals mittels des Stickoxidsensors an einem auf den zweiten Zeitpunkt folgenden dritten Zeitpunkt, der in einer normalen Betriebsdauer der Brennkraftmaschine liegt und die normale Betriebsdauer der Brennkraftmaschine vom Kaltstart der Brennkraftmaschine abrenzt, und ein Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts aus dem erzeugten Referenzsignal und dem erzeugten Messsignal.
  • Damit ist es möglich, der Alterung und/oder dem Signaldrift eines Stickoxidsensors zumindest teilweise entgegenzuwirken und weiterhin repräsentative Stickoxidwerte des Abgases der Brennkraftmaschine mit diesem teilweise gealterten und/oder dem Signaldrift unterliegenden Stickoxidsensor zu ermitteln.
  • Dabei weist das Betreiben der Brennkraftmaschine zum Einstellen eines im Wesentlichen stickoxidfreien Abgases bis zum zweiten Zeitpunkt ein Einspritzen von Harnstoff in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung zum Erhöhen eines Verhältnisses zwischen Harnstoff zu Stickoxid derart auf, dass das Verhältnis von Harnstoff zu Stickoxid einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert überschreitet. Das Referenzsignal wird erfindungsgemäß als dasjenige Signal des Stickoxidsensors festgelegt, das einen minimalen Stickoxidwert anzeigt. Gleichzeitig wird derjenige Zeitpunkt, an dem der Stickoxidsensor den minimalen Stickoxidwert anzeigt, als der zweite Zeitpunkt bestimmt.
  • Durch das Einspritzen von einer erhöhten Harnstoffmenge stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators kann davon ausgegangen werden, dass der seine Betriebstemperatur früher erreichende zweite SCR-Katalysator nahezu vollständig die Stickoxide aus dem Abgas reduziert und dass der erste SCR-Katalysator das durch den zweiten SCR-Katalysator gelangende Ammoniak bis zu seiner maximalen Ammoniak-Speicherkapazität einlagert. Deshalb sinken zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt die vom stromabwärts des ersten SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor angezeigten Stickoxidwerte bis auf das Minimum ab. Ab dem zweiten Zeitpunkt erreicht der erste SCR-Katalysator seine maximale Ammoniak-Speicherkapazität und der Ammoniak kann nun auch durch den ersten SCR-Katalysator durchtreten, wodurch aufgrund der Querempfindlichkeit des Stickoxidsensors die vom Stickoxidsensor angezeigten Werte wieder vom Minimum aus ansteigen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Ermitteln von zumindest einem Stickoxidoffset aus dem zumindest einen erzeugten Referenzsignal des Stickoxidsensors und ein Ermitteln eines Stickoxidwerts aus dem erzeugten Messsignal des Stickoxidwerts. Dabei basiert das Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts auf dem ermittelten Stickoxidoffset und dem ermittelten Stickoxidwert.
  • An dieser Stelle sei festgehalten, dass ein Stickoxidsensor zumeist ein elektrisches Messsignal in einem Signalraum liefert, welches daraufhin von einer Steuereinheit, die beispielsweise in die Steuerung der Brennkraftmaschine integriert sein kann, in einen entsprechenden Stickoxidwert im Werteraum umgewandelt bzw. umgerechnet wird. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren entweder im Signalraum oder im Werteraum stattfinden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner ein Ermitteln eines Korrekturstickoxidwerts aus dem zumindest einen Stickoxidoffset vorgesehen. Dabei wird das Korrekturstickoxidwert bevorzugt aus mehreren Stickoxidoffsets ermittelt, die an mehreren zweiten Zeitpunkten bei mehreren Kaltstartbedingungen der Brennkraftmaschine ermittelt wurden. Beispielsweise kann der Korrekturstickoxidwert das arithmetische Mittel der mehreren Stickoxidoffsets sein. Alternativ kann der Korrekturstickoxidwert ein Korrekturstickoxidoffsetsignal sein, das aus mehreren Referenzsignalen im Signalraum ermittelt wird.
  • In einer solchen vorteilhaften Ausgestaltung kann bei mehreren Kaltstartbedingungen der Brennkraftmaschine jeweils ein Stickoxidoffset ermittelt werden. Aus diesen mehreren Stickoxidoffsets kann das Korrekturstickoxidoffset ermittelt werden, welches wieder zum zumindest teilweisen Entgegenwirken der Alterung und/oder dem Signaldrift des Stickoxidsensors verwendet werden kann.
  • Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts durch Subtraktion des Korrekturstickoxidwerts vom Stickoxidwert. Wie bereits erwähnt, kann sich hierbei zu Nutze gemacht werden, dass das Referenzsignal bei einem fehlerfreien Stickoxidsensor eigentlich einen Wert von nahezu Null Stickoxid anzeigen würde. Zeigt aber das Referenzsignal eines gealterten und/oder einem Signaldrift unterliegenden Stickoxidsensors einen Stickoxidwert ungleich Null an, kann dieser fehlerbehaftete Wert vom eigentlichen Messsignal des Stickoxidsensors während einer Betriebsdauer der Brennkraftmaschine abgezogen werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird lediglich ein vorbestimmter Anteil des ermittelten Korrekturstickoxidwerts vom Stickoxidwert subtrahiert. Dieser vorbestimmte Anteil liegt vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 50 % bis ungefähr 99 %, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 70 % bis ungefähr 95 %.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Bestimmen einer Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators und/oder des zweiten SCR-Katalysators auf. Das Referenzsignal wird dabei erst dann erzeugt, wenn die Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators und/oder des zweiten SCR-Katalysators bestimmt worden ist.
  • Das Bestimmen der Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators und/oder des zweiten SCR-Katalysators weist dabei vorzugsweise ein Bestimmen auf, dass die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Abgasschwellentemperatur und/oder die Temperatur des ersten SCR-Katalysators und/oder zweiten SCR-Katalysators eine vorbestimmte Katalysatortemperatur überschreitet. Denn erst bei der Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators und/oder zweiten SCR-Katalysators kann davon ausgegangen werden, dass der stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnete Stickoxidsensor mit einem Abgas in Kontakt tritt, welches am zweiten Zeitpunkt im Wesentlichen nahezu stickoxid- und ammoniakfrei ist.
  • Ferner ist es in einer Ausgestaltung erfindungsgemäß, dass das Bestimmen der Kaltstartbedingungen ein Bestimmen, dass die Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert wurde und/oder ein Bestimmen, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Null liegt, und/oder ein Bestimmen, dass die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine unterhalb einer vorbestimmten Abgasschwellenwert liegt, aufweisen.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren ferner ein Ausgeben einer Warnung aufweist, wenn das erzeugte Referenzsignal einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Die Warnung kann dabei anzeigen, dass der Stickoxidsensor fehlerhaft ist, beispielsweise zu stark gealtert ist und/oder einem zu großen Signaldrift unterliegt.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einem durch einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine strömenden Abgases offenbart. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen ersten SCR-Katalysator, einen stromabwärts des ersten SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor, einen stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators angeordneten zweiten SCR-Katalysator, eine stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung und eine Steuervorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Korrigieren des Stickoxidwerts auszuführen.
  • Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der offenbarten Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
    • 1 einen Teil eines Auslasstrakts einer Brennkraftmaschine zeigt, die einen stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensor aufweist,
    • 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum ermittelten eines korrigierten Stickoxidwerts einer Brennkraftmaschine, und
    • 3 ein Diagramm zeigt, das einen zeitlichen Verlauf der mittels des stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensors der 1 ermittelten Stickoxidwerte der Brennkraftmaschine darstellt.
  • Die 1 zeigt schematisch einen Teil eines Abgastrakts 10 einer Brennkraftmaschine (nicht näher dargestellt), der Abgas entlang der mittels der Pfeile 12, 14 angezeigten Richtung leitet. Der Abgastrakt 10 weist einen ersten SCR-Katalysator 20 auf, der dazu ausgebildet ist, eine chemische Reaktion durchzuführen, damit die Stickoxide im Abgas reduziert werden können. Stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 20 ist ein zweiter SCR-Katalysators 30 angeordnet. Es ist erfindungsgemäß, dass der erste SCR-Katalysator 20 und/oder der zweite SCR-Katalysator 30 mit einem integrierten Partikelfilter bereitgestellt sind.
  • Stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 20 ist ein Stickoxidsensor 22 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Anzahl [ppm] an Stickoxiden im Abgas entspricht. Insbesondere ist der Stickoxidsensor 22 dazu ausgebildet, ein einen Stickoxidwert anzeigendes Stickoxidsignal zu erzeugen. Dabei ist anzumerken, dass der Stickoxidsensor 22 für Ammoniak querempfindlich ist. In diesem Kontext bedeutet die Querempfindlichkeit des Stickoxidsensors 22, dass das Signal des Stickoxidsensors 22 die Summe aus Stickoxiden und Ammoniak im Abgas der Brennkraftmaschine anzeigt.
  • Stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 30 ist außerdem ein weiterer Stickoxidsensor 24 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Anzahl [ppm] an Stickoxiden im Abgas an der Messstelle entspricht. Insbesondere ist der weitere Stickoxidsensor 24 dazu ausgebildet, ein einen Stickoxidwert anzeigendes Stickoxidsignal zu erzeugen. Dabei ist anzumerken, dass auch der weitere Stickoxidsensor 24 für Ammoniak querempfindlich ist. In diesem Kontext bedeutet die Querempfindlichkeit des weiteren Stickoxidsensors 24, dass das Signal des weiteren Stickoxidsensors 24 die Summe aus Stickoxiden und Ammoniak im Abgas der Brennkraftmaschine anzeigt.
  • Ferner ist stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 30 eine Harnstoffeinspritzvorrichtung 32 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, zu vorbestimmten Zeitpunkten eine vorbestimmte Harnstoffmenge einzuspritzen. Der eingespritzte Harnstoff ist dazu ausgebildet, vom Abgas derart zersetzt zu werden, dass zumindest teilweise Ammoniak entsteht, welches innerhalb des zweiten SCR-Katalysators 30 und/oder ersten SCR-Katalysators chemisch reagieren und somit die Stickoxide im Abgas reduzieren kann und sich zumindest teilweise im zweiten SCR-Katalysator 30 und/oder ersten SCR-Katalysator 20 einlagern kann.
  • Außerdem ist bei der in der 1 gezeigten Ausgestaltung zwischen dem ersten SCR-Katalysator 20 und dem zweiten SCR-Katalysator 30 ein zusätzlicher Stickoxidsensor 26 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Anzahl [ppm] an Stickoxiden im Abgas an der Messstelle entspricht. Insbesondere ist der zusätzliche Stickoxidsensor 26 dazu ausgebildet, ein einen Stickoxidwert anzeigendes Stickoxidsignal zu erzeugen. Dabei ist anzumerken, dass auch der zusätzliche Stickoxidsensor 26 für Ammoniak querempfindlich ist. In diesem Kontext bedeutet die Querempfindlichkeit des zusätzlichen Stickoxidsensors 26, dass das Signal des zusätzlichen Stickoxidsensors 26 die Summe aus Stickoxiden und Ammoniak im Abgas der Brennkraftmaschine anzeigt.
  • Die Stickoxidsensoren 22, 24, 26 können dabei identisch ausgebildet sein.
  • Eine Steuereinheit 40, die beispielsweise Bestandteil der Steuerung der Brennkraftmaschine sein kann, ist mit dem Stickoxidsensor 22, dem weiteren Stickoxidsensor 24, dem zusätzlichen Stickoxidsensor 26 und der Harnstoffeinspritzvorrichtung 32 verbunden und dazu ausgebildet, Signale von diesen Vorrichtungen zu empfangen bzw. an diese zur Steuerung derselben zu senden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts wird im Folgenden mit Verweis auf die 2 und 3 erläutert. Die 2 zeigt hierbei ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts der Brennkraftmaschine.
  • Das Verfahren der 2 beginnt am Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem bestimmt wird, ob eine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine vorliegt. Beispielsweise liegt eine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine vor, wenn bestimmt worden ist, dass die Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert wurde. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen, dass eine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine vorliegt, ein Bestimmen, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Null liegt, und/oder ein Bestimmen aufweisen, dass die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine unterhalb einer vorbestimmten Abgasschwellentemperatur liegt. Wird am Schritt 210 bestimmt, dass keine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine vorliegt, gelangt das Verfahren zum Schritt 280 und wird beendet.
  • Wird am Schritt 210 jedoch bestimmt, dass eine Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine vorliegt, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, bei dem die Steuerung 40 die Harnstoffeinspritzvorrichtung 32 derart steuert, dass diese Harnstoff in den Abgastrakt 10 der Brennkraftmaschine einspritzt. Insbesondere wird die Menge an eingespritztem Harnstoff derart dosiert, dass das Verhältnis von Ammoniak, der aus der Zersetzung des Harnstoffs durch das Abgas nach dem Einspritzen resultiert, zu Stickoxid einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert überschreitet. Beispielsweise wird solange Harnstoff eingespritzt, bis das Verhältnis von Ammoniak zu Stickoxid einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert von 2 überschreitet. Das heißt, dass im Abgas mehr als doppelt so viel Ammoniak als Stickoxid vorhanden ist. Die Dosierung des eingespritzten Harnstoffs und Steuerung über den vorbestimmten Verhältnisschwellenwert kann beispielsweise durch Überwachung und Vergleich der Signale des weiteren Stickoxidsensors 24 und des zusätzlichen Stickoxidsensors 26 (siehe 1) erfolgen, die, wie oben erwähnt, jeweils zu Ammoniak querempfindlich sind. Die Überwachung, ob der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert erreicht ist, erfolgt beim Schritt 230. Wird am Schritt 230 bestimmt, dass der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert noch nicht überschritten ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 220 zurück.
  • Wird am Schritt 230 bestimmt, dass der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert überschritten ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 240, an dem das Signal des stromabwärts des SCR-Katalysators 20 angeordnete Stickoxidsensor 22 überwacht wird. Am Schritt 240 wird insbesondere abgefragt, ob das Signal des Stickoxidsensors 22 einen Stickoxidwert anzeigt, der einem Minimum entspricht. Hierzu wird auf die 3 verwiesen, die einen zeitlichen Verlauf der vom stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 20 angeordneten Stickoxidsensor 22 erfassten Stickoxidwerte (in [ppm]) dargestellt.
  • Der 3 kann entnommen werden, dass die vom Stickoxidsensor 22 erfassten Stickoxidwerte, die aufgrund der Querempfindlichkeit auf Ammoniak auch die Ammoniakwerte beinhalten, zunächst abfallen und an einem zweiten Zeitpunkt t2 ein Minimum erreichen. Das Minimum zeigt einen Zustand des Abgases an, bei dem das Abgas nahezu stickoxidfrei ist, da aufgrund der erhöhten Harnstoffeinspritzung nahezu sämtliche Stickoxide vom zweiten SCR-Katalysator 30 und/oder ersten SCR-Katalysator 20 zersetzt werden, wobei gleichzeitig der erste SCR-Katalysator 20 und/oder zweite SCR-Katalysator 30 sämtlichen Ammoniak einlagert. Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 steigen die vom Stickoxidsensor 22 erfassten Stickoxidwerte wieder an. Jedoch umfassen diese Stickoxidwerte im Wesentlichen Ammoniakwerte, da ab diesem zweiten Zeitpunkt t2 ein Ammoniakdurchbruch des ersten SCR-Katalysators 20 auftritt, d. h. dass auch der erste SCR-Katalysator 20 mit Ammoniak gesättigt (bzw. voll beladen) ist und der Ammoniak durch den SCR-Katalysator 20 durchtritt.
  • Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass nach einem Kaltstart der zweite SCR-Katalysator 30 seine Betriebsbereitschaft früher erreicht als der erste SCR-Katalysator 20. Aufgrund der erhöhten Harnstoffeinspritzung kann dann davon ausgegangen werden, dass der zweite SCR-Katalysator 30 (nahezu) sämtliche Stickoxide aus dem Abgas reduziert, wobei der erste SCR-Katalysator (nahezu) sämtlichen im Abgas vorhandenen restlichen Ammoniak einlagert, so dass stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 20 das Abgas im Wesentlichen stickoxid- und ammoniakfrei ist. Somit dient der zweite SCR-Katalysator 30 zum Entziehen der Stickoxide und der erste SCR-Katalysator 20 zum Entziehen des Ammoniaks.
  • Folglich sollte ein nicht gealterter, fehlerfreier Stickoxidsensor 22, bei dem außerdem noch keine Signaldrift aufgetreten ist, an dem Zeitpunkt t2 einen Stickoxidwert von ungefähr Null anzeigen, da die Brennkraftmaschine, insbesondere die Harnstoffeinspritzvorrichtung 32, derart gesteuert wurde, dass im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 20 nahezu kein Stickoxid und auch nahezu kein Ammoniak vorhanden ist.
  • Wird am Schritt 240 bestimmt, dass der Stickoxidsensor 22 das Minimum anzeigt, erzeugt der Stickoxidsensor 22 an einem darauffolgenden Schritt 250 ein Referenzsignal, das auch als Null-Offset bezeichnet werden kann. Das Referenzsignal wird während der anschließenden Betriebsdauer zur Korrektur der vom Stickoxidsensor 22 erfassten Stickoxidwerte verwendet.
  • In einem darauffolgenden Schritt 260 wird, wie in der 2 gezeigt, aus dem Referenzsignal, das dem Signalraum des Stickoxidsensors 22 zugeordnet werden kann, ein entsprechender Stickoxidoffset erzeugt, der dem Werteraum zugeordnet werden kann. Beim darauffolgenden Messbetrieb während der (normalen) Betriebsdauer der Brennkraftmaschine kann beim Schritt 270 der ermittelte Stickoxidoffset zur Korrektur der vom Stickoxidsensor 22 erfassten Stickoxidwerte verwendet wird, bevor das Verfahren am Schritt 280 endet.
  • Das Erzeugen des Referenzsignals am Schritt 250 erfolgt bevorzugt erst dann, wenn eine Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators 20 und/oder des zweiten SCR-Katalysators 30 ermittelt worden ist. Vorzugsweise weist das Bestimmen der Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators 20 und/oder des zweiten SCR-Katalysators 30 ein Bestimmen auf, dass die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Abgasschwellentemperatur und/oder die Temperatur des ersten SCR-Katalysators 20 und/oder zweiten SCR-Katalysators eine vorbestimmte Katalysatortemperatur überschreitet.
  • Die (normale) Betriebsdauer der Brennkraftmaschine startet ab einem dritten Zeitpunkt, der die (normale) Betriebsdauer der Brennkraftmaschine vom Kaltstart der Brennkraftmaschine abgrenzt. Ab dem dritten Zeitpunkt erzeugt der Stickoxidsensor 22 Messsignale, die mittels des zuvor ermittelten Stickoxidoffsets korrigiert werden können.
  • Das Korrigieren der Stickoxidwerte kann hierbei entweder im Signalraum oder im Werteraum erfolgen. Bei der Korrektur im Signalraum wird das Messsignal des Stickoxidsensors 22 direkt mit dem am zweiten Zeitpunkt t2 erzeugten Referenzsignal korrigiert und es wird erst danach aus dem korrigierten Messsignal der entsprechende korrigierte Stickoxidwert ermittelt. Alternativ kann zunächst aus dem Messsignal des Stickoxidsensors 22 der entsprechende Stickoxidwert ermittelt werden und daraufhin kann dieser Stickoxidwert mit dem Stickoxidoffset korrigiert werden.
  • Ferner ist es erfindungsgemäß, die bei jedem Kaltstart erzeugten Referenzsignale bzw. ermittelten Stickoxidoffsets zu speichern und aus diesen mehreren Referenzsignalen bzw. Stickoxidoffsets einen Korrekturstickoxidwert zu ermitteln. Dabei kann es vorteilhaft sein, bei der Korrektur der Messsignale des Stickoxidsensors 22 bzw. der daraus ermittelten Stickoxidwerte nur einen vorbestimmten Anteil des Referenzsignals bzw. des Stickoxidoffsets zu verwenden, der in einem Bereich von ungefähr 50 % bis ungefähr 99 %, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 70 % bis ungefähr 95 %, liegt.
  • Außerdem ist es erfindungsgemäß, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn das Referenzsignal bzw. der daraus ermittelte Stickoxidoffset einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall kann die Warnung anzeigen, dass der Stickoxidsensor 22 zu stark gealtert ist bzw. dass der Stickoxidsensor 22 einem großen Signaldrift unterliegt. In einem solchen Fall kann es notwendig sein, den Stickoxidsensor 22 auszutauschen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einem durch einen Abgastrakt (10) einer Brennkraftmaschine strömenden Abgases, wobei die Brennkraftmaschine einen ersten SCR-Katalysator (20), einen stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten Stickoxidsensor (22), einen stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten zweiten SCR-Katalysator(30) und eine stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (20) angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung (32) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: - Bestimmen einer Kaltstartbedingung der Brennkraftmaschine an einem ersten Zeitpunkt, - Betreiben der Brennkraftmaschine derart, dass an einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt das Abgas der Brennkraftmaschine stromabwärts des SCR-Katalysators (20) im Wesentlichen stickoxidfrei ist, wobei das Betreiben der Brennkraftmaschine zum Einstellen eines im Wesentlichen stickoxidfreien Abgases bis zum zweiten Zeitpunkt ein Einspritzen von Harnstoff in den Abgastrakt (10) der Brennkraftmische mittels der Harnstoffeinspritzvorrichtung (32) zum Erhöhen eines Verhältnisses von Harnstoff zu Stickoxid derart aufweist, dass das Verhältnis von Harnstoff zu Stickoxid einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert überschreitet, - Erzeugen eines Referenzsignals mittels des Stickoxidsensors (22) am zweiten Zeitpunkt, wobei das Referenzsignal als dasjenige Signal des Stickoxidsensors (22) festgelegt wird, das einen minimalen Stickoxidwert anzeigt. - Erzeugen eines Messsignals mittels des Stickoxidsensors (22) an einem auf den zweiten Zeitpunkt folgenden dritten Zeitpunkt, der in einer normalen Betriebsdauer der Brennkraftmaschine liegt und die normale Betriebsdauer der Brennkraftmaschine vom Kaltstart der Brennkraftmaschine abgrenzt, und - Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts aus dem erzeugten Referenzsignal und dem erzeugten Messsignal.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit: - Ermitteln von zumindest einem Stickoxidoffset aus dem zumindest einen erzeugten Referenzsignal des Stickoxidsensors (22), und - Ermitteln eines Stickoxidwerts aus dem erzeugten Messsignal des Stickoxidsensors (22), wobei das Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts auf dem ermittelten Stickoxidoffset und dem ermittelten Stickoxidwert basiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit einem Ermitteln eines Korrekturstickoxidwerts aus dem zumindest einen Stickoxidoffset, wobei der Korrekturstickoxidwert aus mehreren Stickoxidoffsets ermittelt wird, die an mehreren zweiten Zeitpunkten ermittelt wurden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts durch Subtraktion des Korrekturstickoxidwerts vom Stickoxidwert erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein vorbestimmter Anteil des ermittelten Korrekturstickoxidwerts vom Stickoxidwert subtrahiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der vorbestimmte Anteil in einem Bereich von ungefähr 50 % bis ungefähr 99 %, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 70 % bis ungefähr 95 %, liegt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: - Bestimmen einer Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators (20) und/oder des zweiten SCR-Katalysators (30), wobei das Referenzsignal erzeugt wird, wenn die Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators (20) und/oder des zweiten SCR-Katalysators (30) bestimmt worden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bestimmen der Betriebsbereitschaft des ersten SCR-Katalysators (20) und/oder des zweiten SCR-Katalysators (30) ein Bestimmen aufweist, dass die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Abgasschwellentemperatur und/oder die Temperatur des ersten SCR-Katalysators (20) und/oder zweiten SCR-Katalysators (30) eine vorbestimmte Katalysatortemperatur überschreitet.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Kaltstartbedingung aufweist: - Bestimmen, dass die Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert wurde, und/oder - Bestimmen, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Null liegt, und/oder - Bestimmen, dass die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine unterhalb einer vorbestimmten Abgasschwellentemperatur liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: - Ausgeben einer Warnung, wenn das erzeugte Referenzsignal einen vorbestimmten Schwellenwert überschreit, wobei die Warnung anzeigt, dass der Stickoxidsensor (22) zu stark gealtert ist und/oder einem zu großen Signaldrift unterliegt.
  11. Vorrichtung zum Ermitteln eines korrigierten Stickoxidwerts in einem durch einen Abgastrakt (20) einer Brennkraftmaschine strömenden Abgases, wobei die Vorrichtung aufweist: - einen ersten SCR-Katalysator (20), - einen stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten Stickoxidsensor (22), - einen stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (20) angeordneten zweiten SCR-Katalysators (30), - eine stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (20) angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung (32), und - eine Steuerungsvorrichtung (40), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Ermitteln des korrigierten Stickoxidwerts auszuführen.
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