DE102018213380A1

DE102018213380A1 - Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators

Info

Publication number: DE102018213380A1
Application number: DE102018213380.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Franz; Tobias Pfister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-13
Also published as: CN110821622A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors. Bei diesem wird zur Reduktion von Stickoxiden eine Reduktionsmittellösung eindosiert. Eine Diagnose des SCR-Katalysators erfolgt, wenn Freigabekriterien erfüllt sind. Die Freigabekriterien sind dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (Δη) zwischen einer modellierten Größeaus einem Modell gemäß einem WPA-Muster und einer entsprechenden modellierten Größeaus einem Modell gemäß einem BPU-Muster ein Freigabekriterium ist, das erfüllt ist, wenn die Differenz oberhalb einer Freigabeschwelle (S) liegt oder dieser entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators mittels zweier Modellgrößen. 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 wird bei der Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungsmaschine das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) eingesetzt, um Stickoxide (NOx) im Abgas zu reduzieren. Die DE 103 46 220 A1 beschreibt das grundlegende Prinzip. Dabei wird eine 32,5%ige Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), kommerziell auch als AdBlue^® bekannt, in das Abgas eindosiert. Typischerweise ist hierfür ein Dosiersystem mit einem Dosiermodul vorgesehen, um die HWL stromaufwärts eines SCR-Katalysators in den Abgasstrom einzudosieren. Aus der HWL spaltet sich Ammoniak ab, welches anschließend an der reaktiven Oberfläche des SCR-Katalysators gebunden wird. Dort verbindet sich das Ammoniak mit den Stickoxiden, woraus Wasser und Stickstoff entstehen. Die HWL wird mittels eines Fördermoduls mit einer Förderpumpe aus einem Reduktionsmitteltank durch eine Druckleitung zum Dosiermodul gefördert.
Als wichtige Komponente bei der Schadstoffreduktion wird der SCR-Katalysator hinsichtlich seiner schadstoffverringernden Wirkung mittels einer On-Board-Diagnose (OBD) überwacht, auch um gesetzlichen Bestimmungen zu entsprechen. Bei der Überwachung wird ein sogenanntes WPA-Muster (worst performance acceptable) und ein sogenanntes BPU-Muster (best performance unacceptable) zur Bewertung der Funktionsfähigkeit verwendet. Erreicht oder überschreitet der SCR-Katalysator im WPA-Muster vorgesehene Beurteilungswerte, so kann er als völlig intakt bewertet werden. Unterschreitet der SCR-Katalysator im BPU-Muster vorgesehene Beurteilungswerte, so ist er als definitiv defekt zu beurteilen. Liegen die Beurteilungswerte zwischen dem WPA-Muster und dem BPU-Muster, so deutet dies eine Schädigung des SCR-Katalysator an, wobei die Schädigungen noch in einem akzeptablen Bereich liegt, in dem nicht zwingend Servicemaßnahmen durchgeführt werden müssen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Um Stickoxide, die bei der Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor entstehen, mittels dem SCR-Katalysator zu reduzieren, wird eine Reduktionsmittellösung durch eine Dosiereinrichtung in den Abgasstrang stromaufwärts des SCR-Katalysators eindosiert. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich beispielsweise um eine Harnstoff-Wasser-Lösung, aus der Ammoniak (NH₃) abgespaltet wird, welches mit den Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser reagiert. Eine im Rahmen der Überwachung durchgeführte Diagnose des SCR-Katalysators erfolgt dabei, wenn Freigabekriterien erfüllt sind. Als Freigabekriterium dient eine Differenz zwischen einer modellierten Größe aus einem Modell gemäß einem WPA-Muster und einer entsprechenden modellierten Größe aus einem Modell gemäß einem BPU-Muster. Das Freigabekriterium gilt als erfüllt, wenn die Differenz der modellierten Größen oberhalb einer Freigabeschwelle liegt oder dieser entspricht.
Die zumindest eine modellierte Größe der Modelle kann dabei eine Stickoxid-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators - alternativ oftmals auch als Effizienz bezeichnet - und/oder eine Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Stickoxid-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder eine Ammoniak-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Ammoniak-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators sein. Durch Auswertung der modellierten Größen gemäß des WPA- und des BPU-Musters erfolgt eine einfache Abgrenzung von Phasen, in denen eine Diagnose robust durchführbar ist und in denen eine Regeneration nicht robust durchführbar ist. Die robustere Diagnose wird vor allem dadurch ermöglicht, dass sie aufgrund der Verwendung der beiden Modelle vorteilhafterweise in den Phasen durchgeführt wird, in denen ein deutlich messbarer Unterschied im Katalysatorverhalten erwartet wird.
Gemäß einem Aspekt werden die Modelle gemäß dem WPA-Muster und gemäß dem BPU-Muster als Teil einer Diagnosefunktion berechnet. Das heißt, die Modelle werden ohnehin bereits innerhalb der Diagnosefunktion ermittelt oder fließen indirekt in die Diagnosefunktion ein. Der Vorteil von eigenständigen Modellen innerhalb der Diagnosefunktion ist eine bessere Abbildung von Toleranzen auf die für die Diagnose geeignete Seite. So kann das Modell gemäß dem BPU-Muster tendenziell überschätzt werden, während das Modell gemäß dem WPA-Muster eher unterschätzt wird. Ist die Differenz der beiden Modelle groß genug, wird die Anwendung der Diagnose deutlich vereinfacht.
Vorteilhafterweise wird das Modell gemäß dem WPA-Muster als Teil einer Dosierstrategie berechnet und das Modell gemäß dem BPU-Muster eigenständig und unabhängig von der Dosierstrategie oder abhängig von dem Modell gemäß dem WPA-Muster aus diesem abgeleitet.
Gemäß einem Aspekt werden die Modelle gemäß dem WPA-Muster und gemäß dem BPU-Muster als Teil einer Dosierstrategie berechnet. Die Modelle sind hierfür bereits vorhanden.
Gemäß einem Aspekt wird zur Diagnose eine gemessene Größe ermittelt. Die gemessene Größe ist bevorzugt eine gemessene Stickoxid-Konvertierungsrate, wie weiter unten beschrieben. Der SCR-Katalysator wird als funktionsfähig diagnostiziert, wenn die gemessene Größe oberhalb einer zugehörigen Schwelle liegt oder dieser entspricht. Andernfalls wird der SCR-Katalysator wird als defekt diagnostiziert, wenn die gemessene Größe unterhalb dieser Schwelle liegt.
Vorteilhafterweise liegt die zugehörige Schwelle zwischen der entsprechenden modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem WPA-Muster und der entsprechenden modellierten Größen aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster liegt
Gemäß einem Aspekt wird für eine Diagnose des SCR-Katalysators eine Differenz zwischen einer gemessenen Größe und einer modellierten Größe aus dem BPU-Modell ermittelt. Die Differenz zwischen der gemessenen Größe und der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster wird in einem nächsten Schritt über die Messzeit integriert. Dann wird ein Verhältnis zwischen dieser Differenz und der über die Messzeit integrierten Differenz zwischen der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Größe gemäß dem BPU-Muster gebildet. Liegt das Verhältnis oberhalb einer zugehörigen Schwelle oder entspricht er dieser, wird der SCR-Katalysator als funktionsfähig diagnostiziert. Liegt das Verhältnis unterhalb dieser Schwelle, wird der SCR-Katalysator als defekt diagnostiziert.
Der Begriff „gemessenen“ bedeutet hierbei, dass die Größe unmittelbar gemessen wird oder direkt aus Messgrößen ermittelt wird.
Die gemessene Größe kann dabei eine Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder Stickoxid-Konzentration stromaufwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Stickoxid-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Stickoxid-Massenstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators und/oder eine Ammoniak-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Ammoniak-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Sensorsignal eines Stickoxid-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder ein Sensorsignal eines Stickoxid-Sensors stromaufwärts des SCR-Katalysators sein, wobei die Stickoxid-Sensoren auf Grund ihrer Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak ein kombiniertes Sensorsignal aus Stickoxid und Ammoniak ausgeben.
Vorzugsweise ist die die gemessene Größe eine gemessene Stickoxid-Konvertierungsrate, die beispielsweise aus der gemessenen Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators und der gemessenen oder modellierten Stickoxid-Konzentration stromaufwärts des Katalysators ermittelt wird. Optional kann die Stickoxid-Konvertierungsrate aus dem gemessenen Stickoxid-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators und den gemessenen oder modellierten Stickoxid-Massenstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators ermittelt werden. Darüber hinaus kann zur Ermittlung der Stickoxid-Konvertierungsrate das Sensorsignal des Stickoxid-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators und das Sensorsignal des Stickoxid-Sensors stromaufwärts des SCR-Katalysators verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Ammoniak-Sensor verwendet werden. Insbesondere wird eine Differenz zwischen einem ermittelten Stickoxid-Massenstrom zusammen mit einem ermittelten Ammoniak-Massenstrom, die aus dem Sensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelt wurden, und einem ermittelten Stickoxid-Massenstrom, das aus dem Sensorsignal stromaufwärts des SCR-Katalysators ermittelt wurde, berechnet. Ferner kann die Stickoxid-Konvertierungsrate aus einer Kombination der beiden vorab beschriebenen Möglichkeiten ermittelt werden.
Gemäß einem Aspekt wird die Integration der Differenzen gestartet, wenn das Freigabekriterium erfüllt ist. Das Freigabekriterium ist dabei erfüllt, wenn die Differenz zwischen der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster oberhalb der Freigabeschwelle liegt oder dieser entspricht.
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, eine Überwachung eines SCR-Katalysators durchzuführen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines SCR-Katalysators in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, der mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wird.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, dass eine Stickoxid-Umsatzrate ausgewertet wird.
3 zeigt Diagramme der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate über der Zeit (a) und der Differenz zwischen diesen Stickoxid-Konvertierungsraten über der Zeit (b).
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, dass die Bildung eines Verhältnisses aus der Differenz zwischen den Stickoxid-Konvertierungsraten ausgewertet wird.
5 zeigt Diagramme von Stickoxid-Konvertierungsraten bei einem SCR-Katalysator nach WPA-Muster (a) und bei einem SCR-Katalysator nach BPU-Muster (b).
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, dass eine Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators ausgewertet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verbrennungsmotor 1, einen Abgasstrang 2 und ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem SCR-Katalysator 3, der mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wird. Ein vom Verbrennungsmotor 1 ausgestoßener Abgasmassenstrom Q_A wird vom Verbrennungsmotor 1 über den Abgasstrang 2 zu dem Abgasnachbehandlungssystem transportiert. Der Verbrennungsmotor 1 wird von einem elektronischen Steuerungsgerät 6 gesteuert. Die für die Reduktion der Stickoxide im SCR-Katalysator 3 benötigte Harnstoff-Wasser-Lösung wird mittels eines an sich bekannten Förder- und Dosiersystems 7 über ein Dosierventil 8 in den Abgasstrang 2 stromaufwärts des SCR-Katalysators 3 eingespritzt. Das Förder- und Dosiersystem 7 und das Dosierventil 8 werden über das elektronische Steuergerät 6 angesteuert. Darüber hinaus ist ein erster Stickoxid-Sensor 4 stromaufwärts des SCR-Katalysators 3 vor dem Dosierventil 8 angeordnet. Der erste Stickoxid-Sensor 4 misst die Stickoxid-Konzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 3 und leitet das Messergebnis an das elektronische Steuergerät 6 weiter. Des Weiteren ist ein zweiter Stickoxid-Sensor 5 stromabwärts des SCR-Katalysators 3 angeordnet, der die Stickoxid-Konzentration im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 3 misst und das Messergebnis ebenfalls an das elektronische Steuergerät 6 weiterleitet. Die Stickoxid-Sensoren 4, 5 weisen eine Querempfindlichkeit zu Ammoniak auf. In weiteren Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich Ammoniak-Sensoren verwendet werden. Mittels des Steuergeräts 6 wird das Förder- und Dosiersystem 7 und das Dosierventil 8 gesteuert und in Abhängigkeit von den ermittelten Stickstoff-Konzentrationen im Abgas die erforderliche Masse der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrang 2 eindosiert.
Nachfolgend gilt: Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele erfolgt auf Grundlage von Stickoxid-Konvertierungsraten des SCR-Katalysators 3. Weitere Ausführungsbeispiele sehen vor eine Stickstoff-Konzentration und/oder einen Stickstoff-Massenstrom und/oder eine Ammoniak-Konzentration und/oder einen Ammoniak-Massestrom und/oder Sensorsignale der Stickoxid-Sensoren 4, 5 und/oder Sensorsignale der Ammoniak-Sensoren zu verwenden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine Stickoxid-Konvertierungsrate für die Diagnose der Funktionsfähigkeit des SCR-Katalysators ausgewertet wird. Zunächst ist ein Modell 10 für eine Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß einem WPA-Muster und ein Modell 20 für eine Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß einem BPU-Muster vorgesehen. Diese Modelle 10, 20 können als Teil einer Diagnosefunktion berechnet werden, wobei das Modell 20 gemäß dem BPU-Muster auch aus dem Modell 10 gemäß dem WPA-Muster abgeleitet werden kann, oder als Teil einer Dosierstrategie berechnet werden kann.
Bei den Stickoxid-Konvertierungsraten $η_{m o d}^{W P A}$
und $η_{m o d}^{B P U}$
handelt es sich um modellierte Stickoxid-Konvertierungsraten aus einem WPA-Muster und einem BPU-Muster. Bei einer modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
nach dem WPA-Muster, handelt es sich um eine Stickoxid-Konvertierungsrate eines SCR-Katalysators, die gerade noch akzeptabel ist. Bei einer modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
nach dem BPU-Muster, handelt es sich um eine Stickoxid-Konvertierungsrate eines SCR-Katalysators, deren höchster Wert gerade nicht mehr akzeptabel ist. In einem nächsten Verfahrensschritt 30 wird eine Differenz Δη aus der Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
und der Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
berechnet. In einem weiteren Verfahrensschritt 40 wird die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten mit einer definierten Freigabeschwelle S verglichen. Liegt die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten unterhalb der Freigabeschwelle S, wird keine Diagnose ausgeführt 50. Liegt die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten hingegen oberhalb der Freigabeschwelle S oder entspricht die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten der Freigabeschwelle S wird eine Diagnose mit den nachfolgenden Verfahrensschritten ausgeführt.
Im Rahmen der Diagnose wird in einem Verfahrensschritt 60 ein Diagnosefenster DF als Zeitraum definiert, bei dem die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten oberhalb der Freigabeschwelle S liegt. Des Weiteren wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt 70 die aktuelle Stickoxid-Konvertierungsrate η_mess über die Stickoxid-Sensoren 4, 5 im Abgasstrang gemessen und diese in einem weiteren Verfahrensschritt 80 mit einer ersten Schwelle η_OBD verglichen. Liegt die gemessene Stickoxid-Konvertierungsrate η_mess über der ersten Schwelle η_OBD oder entspricht sie dieser wird der SCR-Katalysator 3 als funktionierend diagnostiziert 90. Liegt die Konvertierungsrate η_mess unterhalb der Schwelle η_OBD, wird der SCR-Katalysator 3 als defekt diagnostiziert 95.
3a zeigt ein Diagramm der Stickoxid-Konvertierungsraten η über der Zeit t. Es sind die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster dargestellt. Weiterhin ist die Schwelle η_OBD, die zwischen den beiden Stickoxid-Konvertierungsraten $η_{m o d}^{W P A}, η_{m o d}^{B P U}$
verläuft, dargestellt. In 3b ist die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten $η_{m o d}^{W P A}, η_{m o d}^{B P U}$
aus 3a in einem Diagramm über die Zeit t dargestellt. In diesem Diagramm ist die Freigabeschwelle S als Konstante dargestellt. In dem Bereich, in dem die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten die Freigabeschwelle S überschreitet, ist ein Diagnosefenster DF definiert. Die Messung 70 der Stickoxid-Konvertierungsraten η_mess und der Vergleich 80 werden im Zeitraum dieses Diagnosefensters DF durchgeführt. Am Ende des Diagnosefensters DF befindet sich der Auswertezeitpunkt t_A für die Diagnose. An diesem Zeitpunkt findet die Auswertung über das definierte Diagnosefenster DF statt und das Ergebnis der durchgeführten Diagnose wird ausgegeben.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist zunächst, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben, ein Modell 110 für eine Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß einem WPA-Muster und ein Modell 120 für eine Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß einem BPU-Muster vorgesehen. In einem nächsten Verfahrensschritt 130 wird eine Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten aus der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster berechnet. In einem weiteren Verfahrensschritt 140 wird die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten mit einer definierten Freigabeschwelle S verglichen. Liegt die Differenz Δη zwischen der Stickoxid-Konvertierungsraten unterhalb der Freigabeschwelle S, wird keine Diagnose ausgeführt 150. Liegt die Differenz Δη der Stickoxid-Konvertierungsraten hingegen oberhalb der Freigabeschwelle S oder entspricht die Differenz Δη der Freigabeschwelle S, wird die Diagnose ausgeführt. In diesem Fall wird in einem weiteren Verfahrensschritt 160 die aktuelle Stickoxid-Konvertierungsrate η_mess mithilfe der Stickoxid-Sensoren 4, 5 ermittelt. In einem nächsten Verfahrensschritt 170 wird ein Verhältnis r aus dem Integral der Differenz zwischen der aktuellen Stickoxid-Konvertierungsrate η_mess und der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und dem Integral der Differenz zwischen der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster gebildet, wie nachfolgend in Formel 1 dargestellt: $r = \frac{\int (η_{M e s s} - η_{m o d}^{B P U}) d t}{\int (η_{m o d}^{W P A} - η_{m o d}^{B P U}) d t}$
In einem nächsten Verfahrensschritt 180 wird der errechnete Wert von r mit einer zweiten Schwelle r_OBD verglichen. Der SCR-Katalysator 3 wird als funktionsfähig 190 diagnostiziert, wenn das Verhältnis r oberhalb der zweiten Schwelle r_OBD liegt oder dieser entspricht. Liegt das Verhältnis r unterhalb der zweiten Schwelle r_OBD, wird der SCR-Katalysator 3 als defekt diagnostiziert 195.
5a zeigt in einem oberen Diagramm der Stickoxid-Konvertierungsrate η über der Zeit t die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster. Es ist eine beispielhafte gemessene Stickoxid-Konvertierungsrate η_mess dargestellt, die hier einen ähnlichen Verlauf wie die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster aufweist. Darüber hinaus ist eine Schwelle η_r dargestellt, die zwischen den beiden modellierten Stickoxid-Konvertierungsraten liegt und eine Visualisierung der zweiten Schwelle r_OBD des Verhältnisses r, die im zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 4) beschrieben werden, im Vergleich zu den Stickoxid-Konvertierungsraten darstellt. Die Lage der Schwelle η_r mittig zwischen den beiden Stickoxid-Konvertierungsraten entspricht dem Wert der zweiten Schwelle r_OBD von 0,5. In einem mittleren Diagramm ist die Differenz der aktuellen Stickoxid-Konvertierungsrate η_Mess und der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
als Kurve und das Integral dieser Differenz über die Messzeit als schraffierte Fläche unter der Kurve abgebildet. Weiterhin ist in einem unteren Diagramm die Differenz zwischen der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster als Kurve und das Integral dieser Differenz über die Messzeit als schraffierte Fläche unter der Kurve abgebildet. Die Kurven und die Integrale aus dem mittleren und dem unteren Diagramm weisen ähnliche Formen und Flächeninhalte auf. Wird gemäß Formel 1 das Verhältnis r der beiden Integrale als Quotient gebildet, ist dieses für den hier dargestellten Fall in etwa 1 und liegt daher oberhalb der zweiten Schwelle von 0,5. Folglich wird der SCR-Katalysator als dem WPA-Modell entsprechend und somit als funktionsfähig diagnostiziert (siehe auch Beschreibung zu 4).
5b zeigt in einem oberen Diagramm der Stickoxid-Konvertierungsrate η über der Zeit t ebenfalls die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und die modellierte Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster. Es ist eine beispielhafte gemessene Stickoxid-Konvertierungsrate η_Mess dargestellt, die in diesem Fall einen ähnlichen Verlauf wie die modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster aufweist. Darüber hinaus ist hier ebenfalls die der zweiten Schwelle entsprechende Schwelle η_r zwischen den beiden modellierten Stickoxid-Konvertierungsraten dargestellt. Die zweite Schwelle r_OBD liegt auch hier bei 0,5. In einem mittleren Diagramm ist die Differenz zwischen der aktuellen Stickoxid-Konvertierungsrate η_Mess und der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster als Kurve und das Integral dieser Differenz über die Messzeit als schraffierte Fläche unter der Kurve abgebildet. In einem unteren Diagramm ist die Differenz zwischen der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Stickoxid-Konvertierungsrate $η_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster als Kurve und das Integral dieser Differenz über die Messzeit als schraffierte Fläche unter der Kurve dargestellt. Die Kurven und die Integrale aus dem mittleren und dem unteren Diagramm weichen in ihren Formen und ihrem Flächeninhalt stark voneinander ab. Das obere Integral ist im Vergleich zum unteren Integral sehr klein und kann im Wesentlichen als Null angesehen werden. Wird gemäß Formel 1 das Verhältnis r der beiden Integrale als Quotient gebildet, ist dieses für den hier dargestellten Fall in etwa 0 und liegt daher unterhalb der zweiten Schwelle von 0,5. Folglich wird der SCR-Katalysator als dem BPU-Modell entsprechend und somit als defekt diagnostiziert (siehe auch Beschreibung zu 4).
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, dass die Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysator 3 ausgewertet wird. Wie bereits im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist zunächst ein Modell 210 für eine Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{W P A}$
gemäß einem WPA-Muster und ein Modell 220 für eine Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{B P U}$
gemäß einem BPU-Muster vorgesehen. In einem nächsten Verfahrensschritt 230 wird eine Differenz ΔNOx zwischen der Stickoxid-Konzentration aus der modellierten Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster berechnet. In einem weiteren Verfahrensschritt 240 wird die Differenz ΔNOx zwischen der Stickoxid-Konzentration mit einer definierten Freigabeschwelle S verglichen. Liegt die Differenz ΔNOx zwischen der Stickoxid-Konzentration unterhalb der Freigabeschwelle S, wird keine Diagnose ausgeführt 250. Liegt die Differenz ΔNOx der Stickoxid- Konzentration hingegen oberhalb der Freigabeschwelle S oder entspricht die Differenz ΔNOx der Freigabeschwelle S, wird die Diagnose ausgeführt. In diesem Fall wird in einem weiteren Verfahrensschritt 260 die aktuelle Stickoxid-Konzentration NOx_Mess stromabwärts des SCR-Katalysator mithilfe des Stickoxid-Sensors 5 ermittelt. In einem nächsten Verfahrensschritt 270 wird ein Verhältnis R aus dem Integral der Differenz zwischen der modellierten Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster und der aktuellen Stickoxid-Konzentration NOx_Mess über der Messzeit und dem Integral der modellierten Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{B P U}$
gemäß dem BPU-Muster und der modellierten Stickoxid-Konzentration $N O x_{m o d}^{W P A}$
gemäß dem WPA-Muster über der Messzeit gebildet, wie in Formel 2 dargestellt: $R = \frac{\int (N O x_{m o d}^{B P U} - N O x_{M e s s}) d t}{\int (N O x_{m o d}^{B P U} - N O x_{m o d}^{W P A}) d t}$
In einem nächsten Verfahrensschritt 280 wird der errechnete Wert von R mit einer dritten Schwelle R_OBD verglichen. Der SCR-Katalysator wird als funktionsfähig 290 diagnostiziert, wenn das Verhältnis R oberhalb der zweiten Schwelle R_OBD liegt oder dieser entspricht. Liegt das Verhältnis R unterhalb der dritten Schwelle R_OBD, wird der SCR-Katalysator als defekt diagnostiziert 295.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10346220 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators (3) in einem Abgasstrang (2) eines Verbrennungsmotors (1), bei dem eine Reduktionsmittellösung zur Reduktion von Stickoxiden eindosiert wird, wobei eine Diagnose des SCR-Katalysators (3) erfolgt, wenn Freigabekriterien erfüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (Δη) zwischen einer modellierten Größe aus einem Modell gemäß einem WPA-Muster und einer entsprechenden modellierten Größen aus einem Modell gemäß einem BPU-Muster ein Freigabekriterium ist, das erfüllt ist, wenn die Differenz (Δη) oberhalb einer Freigabeschwelle (S) liegt oder dieser entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modelle gemäß dem WPA-Muster und gemäß dem BPU-Muster als Teil einer Diagnosefunktion berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell gemäß dem WPA-Muster als Teil einer Dosierstrategie berechnet wird und das Modell gemäß dem BPU-Muster eigenständig und unabhängig von der Dosierstrategie oder abhängig von dem Modell gemäß dem WPA-Muster aus diesem abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modelle gemäß dem WPA-Muster und gemäß dem BPU-Muster als Teil einer Dosierstrategie berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose eine gemessene Größe ermittelt wird und der SCR-Katalysator (3) als funktionsfähig diagnostiziert wird, wenn die gemessene Größe oberhalb einer zugehörigen Schwelle (η_OBD) liegt oder dieser entspricht, und der SCR-Katalysator (3) als defekt diagnostiziert wird, wenn die gemessene Größe unterhalb dieser Schwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörige Schwelle (η_OBD) zwischen der entsprechenden modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem WPA-Muster und der entsprechenden modellierten Größen aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose eine Differenz zwischen einer gemessenen Größe und einer modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster berechnet wird und diese Differenz über die Messzeit integriert wird und ein Verhältnis zwischen dieser Differenz und der über die Messzeit integrierten Differenz zwischen einer modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster gebildet, wobei der SCR-Katalysator (3) als funktionsfähig diagnostiziert wird, wenn das Verhältnis oberhalb einer zugehörigen Schwelle liegt oder dieser entspricht, und der SCR-Katalysator (3) als defekt diagnostiziert wird, wenn das Verhältnis unterhalb dieser Schwelle liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Freigabekriterium, dass die Differenz zwischen der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem WPA-Muster und der modellierten Größe aus dem Modell gemäß dem BPU-Muster oberhalb der Freigabeschwelle (S) liegt, erfüllt ist, die Integration der Differenzen gestartet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine modellierte Größe der Modelle eine oder mehrere der folgenden Größen sind: - Eine Stickoxid-Konvertierungsrate $(η_{m o d}^{B P U}, η_{m o d}^{W P A})$
des SCR-Katalysators (3); - eine Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators (3); - ein Stickoxid-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators (3) - eine Ammoniak-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators (3); und/oder - ein Ammoniak-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Größe eine oder mehrere der folgenden Größen ist oder direkt aus diesen Größen ermittelt wird: - eine Stickoxid-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators (3); - ein Stickoxid-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators (3); - eine Stickoxid-Konzentration stromaufwärts des SCR-Katalysators (3); - ein Stickoxid-Massenstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators (3); - eine Ammoniak-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators (3); - ein Ammoniak-Massenstrom stromabwärts des SCR-Katalysators (3); - ein Sensorsignal eines Stickoxid-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators (3); und/oder - ein Sensorsignal eines Stickoxid-Sensors stromaufwärts des SCR-Katalysators (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Größe eine gemessene Stickoxid-Konvertierungsrate (η_mess) des SCR-Katalysators (3) ist, die aus einer gemessenen Stickoxid-Konzentration und/oder einem gemessenen Stickoxid-Massenstrom und/oder einem Sensorsignal eines Stickoxid-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators (3) und einer Stickoxid-Konzentration und/oder einem Stickoxid-Massenstrom und/oder einem Sensorsignal eines Stickoxid-Sensors stromaufwärts des SCR-Katalysators (3) ermittelt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (6), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eine Überwachung eines SCR-Katalysators (3) durchzuführen.