DE102019218750B4

DE102019218750B4 - Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanordnung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019218750B4
Application number: DE102019218750.1A
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: DE102019218750A1

Abstract

Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanordnung,- wobei die Abgasreinigungsanordnung (6) Teil eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs (2) mit Dieselmotor (4) ist,- wobei die Abgasreinigungsanordnung (6) eine Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mittels wässriger Harnstofflösung und eine der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zugeordnete Vorrichtung (14) zum Dosieren von wässriger Harnstofflösung hat, mit den Verfahrensschritten:- Erwärmen der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) von einer Temperatur, die kleiner ist als eine Aktivierungstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12), auf eine Temperatur, die größer ist als die Aktivierungstemperatur;- Zuführen von wässriger Harnstofflösung zu der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12),- wobei das Zuführen zum Zeitpunkt des Überschreitens der Aktivierungstemperatur beginnt oder das Zuführen zum Zeitpunkt des Überschreitens einer Temperatur beginnt, die bis zu 70°C größer ist als die Aktivierungstemperatur, und- wobei eine Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung durchgeführt wird;- Messen einer Stickoxidkonzentration und/oder einer Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zur Bestimmung des Wirkungsgrads der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass- eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden,- wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, kleiner ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanordnung sowie ein Kraftfahrzeug.
Die Grenzwerte der zulässigen Stickoxidemission für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotor werden immer strenger. Zur Reduktion der Stickoxidemission ist es bekannt, SCR-System einzusetzen, um Stickoxide mithilfe wässriger Harnstofflösung (Adblue) in Stickstoff und Wasser zu konvertieren. SCR-Systeme sind beispielsweise SCR-Katalysatoren (kurz: SCR) und/oder Dieselpartikelfilter mit SCR-Funktion (kurz: SDPF).
Wie alle Abgasreinigungsvorrichtungen unterliegen auch SCR-Systeme einem betriebsbedingten Verschleiß. Die Funktionsfähigkeit eines SCR-Systems wird daher im Rahmen einer Konvertierungsdiagnose regelmäßig überprüft, um die zuverlässige Abgasreinigung sicherzustellen und die Emissionsgrenzen dauerhaft einzuhalten. Eine solche Konvertierungsdiagnose bestimmt den Wirkungsgrad eines SCR-Systems, also dessen Fähigkeit, Stickoxide und wässrige Harnstofflösung in Wasser und Stickstoff umzusetzen.
Bekannte Konvertierungsdiagnoseverfahren untersuchen den Wirkungsgrad eines SCR-Systems zu bestimmten Betriebspunkten des Kraftfahrzeugs in einem stationären Zustand. Das Messergebnis ist dabei stark abhängig von der zum Messbeginn vorliegenden Ammoniakspeichermenge des SCR-Systems. Derartige Verfahren sind daher ungenau und zeitaufwändig.
Die DE 10 2010 036 152 A1 betrifft Systeme und Verfahren zur intrusiven Prüfung des SCR-Wirkungsgrades für Fahrzeuge mit Niedertemperaturabgas.
Aus der AT 521 118 A1 ist ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer Abgasnachbehandlungsanlage bekannt.
Die DE 10 2016 205 265 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug anzugeben, die eine schnellere und präzisere Diagnose eines SCR-Systems ermöglichen.
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird jeweils gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanordnung, wobei die Abgasreinigungsanordnung Teil eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs mit Dieselmotor ist, wobei die Abgasreinigungsanordnung eine Abgasreinigungsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mittels wässriger Harnstofflösung und eine der Abgasreinigungsvorrichtung zugeordnete Vorrichtung zum Dosieren von wässriger Harnstofflösung hat, mit den Verfahrensschritten: Erwärmen der Abgasreinigungsvorrichtung von einer Temperatur, die kleiner ist als eine Aktivierungstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung, auf eine Temperatur, die größer ist als die Aktivierungstemperatur; Zuführen von wässriger Harnstofflösung zu der Abgasreinigungsvorrichtung, wobei das Zuführen zum Zeitpunkt des Überschreitens der Aktivierungstemperatur beginnt oder das Zuführen zum Zeitpunkt des Überschreitens einer Temperatur beginnt, die bis zu 70°C größer ist als die Aktivierungstemperatur, und wobei eine Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung durchgeführt wird; Messen einer Stickoxidkonzentration und/oder einer Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung zur Bestimmung des Wirkungsgrads der Abgasreinigungsvorrichtung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, kleiner ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.
Es hat sich gezeigt, dass sich der Wirkungsgrad einer Abgasreinigungsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, wie z.B. einem SCR-Katalysator (kurz: SCR) oder einem Dieselpartikelfilter mit SCR-Funktion (kurz: SDPF), besonders gut nach dem Erreichen der Aktivierungstemperatur feststellen lässt, in dem eine Überdosierung von wässriger Harnstofflösung erfolgt. Die Ergebnisse der Messung sind gegenüber vorbekannten Lösungen genauer, wobei die vorgeschlagene Messstrategie zudem einer geringeren Messdauer bedarf.
Wenn vorliegend von einer Aktivierungstemperatur bzw. Konvertierungstemperatur gesprochen wird, so handelt es sich um diejenige Temperatur einer Abgasreinigungsvorrichtung, mit deren Erreichen eine Harnstoffzudosierung durch die Vorrichtung zum Dosieren von wässriger Harnstofflösung üblicherweise aktiviert wird bzw. die Konvertierung durch die Abgasreinigungsvorrichtung möglich wird. Beispielsweise kann die Aktivierungstemperatur bzw. Konvertierungstemperatur einer Abgasreinigungsvorrichtung bei ca. 180°C oder 200°C liegen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Diagnose nach einem Kaltstart eines Fahrzeugs durchgeführt wird, wobei ein Erwärmen der Abgasreinigungsvorrichtung ausgehend von einer Umgebungstemperatur auf eine Temperatur erfolgt, die größer ist als die Aktivierungstemperatur. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Diagnose nach einem Start eines Fahrzeugs durchgeführt wird, wobei ein Erwärmen der Abgasreinigungsvorrichtung ausgehend von einer Temperatur, die mindestens 50°C unterhalb der Aktivierungstemperatur liegt, auf eine Temperatur erfolgt, die größer ist als die Aktivierungstem peratur.
Zum Zeitpunkt des Erreichens der Aktivierungstemperatur kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung beginnen, um den Wirkungsgrad zu bestimmen.
Alternativ kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung zu einem Zeitpunkt beginnen, zu dem die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung bis zu 70°C oberhalb der Aktivierungstemperatur liegt. Alternativ kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung zu einem Zeitpunkt beginnen, zu dem die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung bis zu 50°C oberhalb der Aktivierungstemperatur liegt. Alternativ kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung zu einem Zeitpunkt beginnen zu dem die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung bis zu 30°C oberhalb der Aktivierungstemperatur liegt.
Alternativ kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung zu einem Zeitpunkt beginnen, der weniger als 10 Sekunden nach dem Erreichen der Aktivierungstemperatur liegt. Alternativ kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung zu einem Zeitpunkt beginnen, der weniger als 5 Sekunden nach dem Erreichen der Aktivierungstemperatur liegt. Alternativ kann die Zuführung und Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung zu einem Zeitpunkt beginnen, der weniger als 2 Sekunden nach dem Erreichen der Aktivierungstemperatur liegt.
Nach der Diagnose kann die Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung gestoppt und die für den konventionellen Fahrzeugbetrieb vorgesehene Dosiereng der wässrigen Harnstofflösung eingestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Überdosierung derart, dass für ein Konzentrationsverhältnis alpha = NH₃/NOx gilt, dass alpha größer oder gleich 8 ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass alpha größer oder gleich 5 ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass alpha größer oder gleich 2 ist. Insbesondere ist alpha kleiner als 20. Weiter insbesondere ist alpha kleiner als 15. Weiter insbesondere ist alpha kleiner als 10.
Das vorgenannte Konzentrationsverhältnis alpha wird in der Literatur auch als Molverhältnis oder Feedverhältnis bezeichnet, wobei gilt, dass für alpha = 1 eine stöchiometrische Dosierung von Ammoniak (NH₃) erfolgt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren als Onboard-Diagnose durchgeführt wird. Demnach ist das Kraftfahrzeug dazu eingerichtet, das Verfahren autark durchzuführen, so dass die erforderlichen Sensoren und die erforderliche Auswerteelektronik integraler Bestandteil des Kraftfahrzeugs sind. Es sind daher kein Prüfstandslauf und keine zusätzliche externe Messtechnik erforderlich, um die Funktionsfähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung zu überprüfen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn der kleinste Messwert der Stickoxidkonzentration größer ist als ein vorgegebener Schwellwert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Produkt aus einer integrierten Konzentrationsdifferenz und einem Luftmassenstrom der Abgasreinigungsvorrichtung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wobei die Konzentrationsdifferenz die Differenz einer stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Ammoniakkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Stickstoffkonzentration ist und wobei die Integration vom Beginn des Zuführens wässriger Harnstofflösung bis zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Die Ammoniakkonzentration kann dabei anhand der Dosierung bestimmt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, und eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Messwert der Stickoxidkonzentration, zu einem Zeitpunkt, für den ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert der Ammoniakkonzentration erreicht, größer ist, als ein vorgegebener Schwellwert der Stickoxidkonzentration.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, geringer ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden und eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer ein Produkt aus einer integrierten Konzentrationsdifferenz und einem Luftmassenstrom der
Abgasreinigungsvorrichtung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, , wobei die Konzentrationsdifferenz die Differenz einer
Ammoniakkonzentrationsdifferenz minus einer Stickoxidkonzentrationsdifferenz ist, mit der Ammoniakkonzentrationsdifferenz als der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Ammoniakkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Ammoniakkonzentration und der Stickoxidkonzentrationsdifferenz als der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Stickoxidkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Stickoxidkonzentration und wobei die Integration vom Beginn des Zuführens wässriger Harnstofflösung bis zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert der Ammoniakkonzentration erreicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, mit einem Dieselmotor, mit einem dem Dieselmotor zugeordneten Abgasstrang, wobei der Abgasstrang eine Abgasreinigungsanordnung aufweist, wobei die Abgasreinigungsanordnung eine Abgasreinigungsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mittels wässriger Harnstofflösung und eine der Abgasreinigungsvorrichtung zugeordnete Vorrichtung zum Dosieren von wässriger Harnstofflösung hat, mit einer Vorrichtung zur Diagnose der Abgasreinigungsanordnung, wobei die Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte eingerichtet ist.
Die Vorrichtung kann, neben einer entsprechenden Sensorik zum Erfassen von Stickoxid- und/oder Ammoniakkonzentration stromaufwärts und/oder stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung bzw. der Abgasreinigungsvorrichtung, eine elektronische Auswerteeinheit aufweisen, um Messwerte der Sensoren auszuwerten und eine defekte Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend einem der voranstehend genannten Kriterien zu melden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Abgasreinigungsanordnung des Kraftfahrzeugs zwei oder mehr Abgasreinigungsvorrichtungen aufweist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Abgasreinigungsanordnung einen Dieselpartikelfilter mit SCR-Funktion aufweist und einen SCR-Katalysator aufweist, wobei das erfindungsgemäße Verfahren jeweils sowohl für den Dieselpartikelfilter mit SCR-Funktion als auch für SCR-Katalysator durchgeführt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder Abgasreinigungsvorrichtung ein NH₃- und/oder NOx-Sensor vorgeschaltet und ein NH₃- und/oder NOx-Sensor nachgeschaltet ist, so dass für jede Abgasreinigungsvorrichtung die NH₃- und/oder NOx-Menge bilanziert werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen jeweils schematisch:

1 ein erstes erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
2 ein Diagramm zur Diagnose einer Abgasreinigungsvorrichtung;
3 ein weiteres Diagramm zu einer Abgasreinigungsvorrichtung;
4 ein zweites erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
5 ein Diagramm zur Diagnose einer Abgasreinigungsvorrichtung.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einem Dieselmotor 4. Dem Dieselmotor 4 ist ein Abgasstrang mit einer Abgasreinigungsanordnung 6 zugeordnet. Die Abgasreinigungsanordnung 6 hat eine erste Abgasreinigungsvorrichtung 8, eine zweite Abgasreinigungsvorrichtung 10 und eine dritte Abgasreinigungsvorrichtung 12. Die erste Abgasreinigungsvorrichtung 8 ist ein Dieseloxidationskatalysator 8. Die zweite Abgasreinigungsvorrichtung 10 ist ein Dieselpartikelfilter 10 mit SCR-Funktion. Die dritte Abgasreinigungsvorrichtung 12 ist ein SCR-Katalysator 12.
Die Abgasreinigungsanordnung 6 hat eine Vorrichtung 14 zum Dosieren von wässrigen Harnstofflösung.
Es sind drei NOx-Sensoren 16, 18, 20 vorgesehen, um die Stickoxidkonzentration im Abgas zu bestimmen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanordnung exemplarisch für die Abgasreinigungsvorrichtung 12, also den SCR Katalysator 12, beschrieben.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 12 wird zunächst von einer Temperatur, die kleiner ist als eine Aktivierungstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung 12, auf eine Temperatur erwärmt, die größer ist als die Aktivierungstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung 12. Die Aktivierungstemperatur beträgt vorliegend 200 °C. Im vorliegenden Fall wird die Abgasreinigungsvorrichtung 12 von einer Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von über 200 °C erhitzt.
Zum Zeitpunkt des Überschreitens der Aktivierungstemperatur beginnt das Zuführen von wässriger Harnstofflösung zu der Abgasreinigungsvorrichtung 12 durch die Vorrichtung 14. Der Beginn des Zuführens von wässriger Harnstofflösung ist in dem Diagramm gemäß 2 der Zeitpunkt t = 0 s.
Die Kurve 1 des Diagramms gemäß 2 beschreibt die Ammoniakzufuhr in den Abgasstrom. Es wird eine Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung durchgeführt, wobei die Überdosierung derart erfolgt, dass für ein Konzentrationsverhältnis alpha = NH₃/NOx gilt, dass alpha = 12 ist. Vorliegend wird daher die zwölffache Menge von Ammoniak zugeführt, die im Vergleich zu einer stöchiometrischen Dosierung erforderlich wäre.
Mithilfe des Sensors 20 wird die Stickoxidkonzentration stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 12 gemessen, um den Wirkungsgrad der Abgasreinigungsvorrichtung 12 zu bestimmen.
Das Verfahren wird als Onboard-Diagnose durchgeführt.
Gemäß einer ersten Messstrategie ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über eine vorgegebene Zeitspanne ab dem Beginn des Zuführens der wässrigen Harnstofflösung gemessen werden, beispielsweise eine Zeitspanne von 7 Sekunden. Vorliegend wird die betreffende Abgasreinigungsvorrichtung 12 dann als fehlerhaft diagnostiziert, wenn der kleinste Messwert der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert für die Stickoxidkonzentration erreicht oder überschreitet.
In dem Diagramm gemäß 2 beschreibt die Kurve 3 eine defekte Abgasreinigungsvorrichtung, während die Kurve 5 eine intakte Abgasreinigungsvorrichtung beschreibt, wobei für die voranstehend beschriebene Messung ein Schwellwert für die Stickoxidkonzentration von 100 ppm (ppm = parts per million) vorgegeben ist. Es ist zu erkennen, dass im Falle der intakten Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 5 der kleinste Messwert für die Stickoxidkonzentration für die vorgegebene Zeitspanne unterhalb der Schwelle von 100 ppm liegt, während der kleinste Messwert für die defekte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 3 auf der Schwelle von 100 ppm liegt. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von der Stickoxidkonzentration stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung festgelegt werden.
Gemäß einer zweiten Messstrategie ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration für die Abgasreinigungsvorrichtung 12 über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden. Gemäß der zweiten Messstrategie wird die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, kleiner ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.
So kann beispielsweise vorgegeben sein, dass nach dem Beginn des Zuführens von wässriger Harnstofflösung nach einem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration ein Anstieg der Stickoxidkonzentration um 10 ppm erst nach 7 Sekunden nach dem Beginn des Zuführens von wässriger Harnstofflösung erreicht werden darf. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von der Stickoxidkonzentration stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung festgelegt werden.
Für die defekte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 3 ist zu erkennen, dass ab dem Durchlaufen des Minimums ein Anstieg um 10 ppm bereits nach ca. 4 Sekunden nach dem Beginn des Zuführens von wässriger Harnstofflösung erreicht wird. Für die intakte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 5 wird ein Anstieg der Stickoxidkonzentration um 10 ppm stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung erst nach der vorgegebenen Zeitspanne von 7 Sekunden nach dem Beginn des Zuführens der wässrigen Harnstofflösung erreicht.
Gemäß einer dritten Messstrategie ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Produkt aus einer integrierten Konzentrationsdifferenz und einem Luftmassenstrom der Abgasreinigungsvorrichtung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wobei die Konzentrationsdifferenz die Differenz einer stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Ammoniakkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Stickstoffkonzentration ist und wobei die Integration vom Beginn des Zuführens wässriger Harnstofflösung bis zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht.
Die integrierte Konzentrationsdifferenz entspricht für die defekte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 3 der kreuzschraffierten Fläche gemäß 3. Die integrierte Konzentrationsdifferenz entspricht für die intakte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 5 der schraffiert dargestellten Fläche gemäß 3. Die Ammoniakkonzentration wird dabei über die eingestellte Dosierung erfasst.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für einen Zeitraum bis zum Erreichen eines Anstiegs der Stickoxidkonzentration auf 10 ppm ab dem Beginn der Zuführung von wässriger Harnstofflösung, die integrierte Menge größer sein muss als 0,5 g/Liter ausgestoßenem Abgasvolumen. Wiederum ist dieses Kriterium für die defekte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 3 nicht erfüllt, während es für die die intakte Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Kurve 5 erfüllt ist. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von der Stickoxidkonzentration stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung festgelegt werden.
Es versteht sich, dass ein Messzeitraum auch auf mehr als 10 Sekunden, beispielsweise auf 20 Sekunden oder dergleichen, festgelegt werden kann.
4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 2 wobei zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede zu dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eingegangen wird und wobei gleichen Merkmalen gleiche Bezugszeichen zugeordnet werden.
Das Kraftfahrzeug 2 gemäß 4 unterscheidet sich dadurch von dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, dass statt des Stickoxidsensors 18 ein Sensor 22 verwendet wird, der sowohl die Stickoxidkonzentration als auch die Ammoniakkonzentration misst. Weiter wird statt des Stickoxidsensors 20 ein Sensor 24 verwendet, der sowohl die Stickoxidkonzentration als auch die Ammoniakkonzentration misst.
Gemäß einer ersten Messstrategie werden für eine Abgasreinigungsvorrichtung, beispielsweise den Dieselpartikelfilter mit SCR-Funktion 10, eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt und eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt. Mithilfe des Sensors 22 werden die Stickoxidkonzentration und die Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemessen, um den Wirkungsgrad der Abgasreinigungsvorrichtung 12 zu bestimmen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung wird dann als fehlerhaft diagnostiziert, wenn ein Messwert der Stickoxidkonzentration, zu einem Zeitpunkt, für den ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert der Ammoniakkonzentration erreicht, größer ist, als ein vorgegebener Schwellwert der Stickoxidkonzentration.
Gemäß dem Diagramm entsprechend 5 beschreibt die Kurve 5 die Stickoxidkonzentration für eine intakte Abgasreinigungsvorrichtung und die Kurve 9 die Ammoniakkonzentration für eine intakte Abgasreinigungsvorrichtung. Weiter beschreibt die Kurve 3 die Stickoxidkonzentration für eine defekte Abgasreinigungsvorrichtung und die Kurve 7 die Ammoniakkonzentration für eine defekte Abgasreinigungsvorrichtung.
Entsprechend der voranstehend beschriebenen Messstrategie kann vorgesehen sein, dass für einen Zeitpunkt, zu dem die stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelte Ammoniakkonzentration um 10 ppm angestiegen ist, die stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelte Stickoxidkonzentration 100 ppm nicht überschreiten darf. Dieses Kriterium ist für die intakte Abgasreinigungsvorrichtung erfüllt, da zu einem Zeitpunkt von ca. 6 Sekunden nach dem Beginn des Zuführen von wässriger Harnstofflösung mit dem Erreichen einer Ammoniakkonzentration von 10 ppm eine Stickstoffmenge von ca. 5 ppm vorliegt. Im Gegensatz dazu liegt die stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelte Stickoxidkonzentration für die defekte Abgasreinigungsvorrichtung zum Zeitpunkt des Erreichens einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelte Ammoniakkonzentration von 10 ppm, vorliegend ca. 4 Sekunden nach dem Beginn des Zuführen der wässrigen Harnstofflösung, bereits bei 100 ppm. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von der Stickoxidkonzentration stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung festgelegt werden.
Gemäß einer zweiten Messstrategie werden eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, geringer ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.
Wiederum ist entsprechend dem Beispiel der 5 zu erkennen, dass eine stromabwärts der betreffenden Abgasreinigungsvorrichtung gemessene Ammoniakkonzentration für die intakte Abgasreinigungsvorrichtung 9 einen Schwellwert von beispielsweise 10 ppm wesentlich später erreicht, als es für die defekte Abgasreinigungsvorrichtung der Fall ist, deren stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung gemessene Ammoniakkonzentration durch die Kurve 7 repräsentiert wird. So kann als Schwelle beispielsweise definiert werden, dass für eine intakte Abgasreinigungsvorrichtung ein Anstieg der Ammoniakkonzentration um 10 ppm nicht früher als 6 Sekunden nach dem Beginn der Zufuhr von wässriger Harnstofflösung erfolgen darf. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von der Stickoxidkonzentration stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung festgelegt werden.
Gemäß einer dritten Messstrategie ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden und eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Produkt aus einer integrierten Konzentrationsdifferenz und einem Luftmassenstrom der Abgasreinigungsvorrichtung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, wobei die Konzentrationsdifferenz die Differenz einer Ammoniakkonzentrationsdifferenz minus einer Stickoxidkonzentrationsdifferenz ist, mit der Ammoniakkonzentrationsdifferenz als der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Ammoniakkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Ammoniakkonzentration und der Stickoxidkonzentrationsdifferenz als der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Stickoxidkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelten Stickoxidkonzentration und wobei die Integration vom Beginn des Zuführens wässriger Harnstofflösung bis zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert der Ammoniakkonzentration erreicht.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für einen Zeitraum ab dem Beginn der Zuführung von wässriger Harnstofflösung bis zum Erreichen eines Anstiegs der Ammoniakkonzentration um 10 ppm, die integrierte Menge größer sein muss als 0,5 g/Liter ausgestoßenem Abgasvolumen. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von der Stickoxidkonzentration stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung festgelegt werden.

Claims

Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanordnung, - wobei die Abgasreinigungsanordnung (6) Teil eines Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs (2) mit Dieselmotor (4) ist, - wobei die Abgasreinigungsanordnung (6) eine Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mittels wässriger Harnstofflösung und eine der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zugeordnete Vorrichtung (14) zum Dosieren von wässriger Harnstofflösung hat, mit den Verfahrensschritten: - Erwärmen der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) von einer Temperatur, die kleiner ist als eine Aktivierungstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12), auf eine Temperatur, die größer ist als die Aktivierungstemperatur; - Zuführen von wässriger Harnstofflösung zu der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12), - wobei das Zuführen zum Zeitpunkt des Überschreitens der Aktivierungstemperatur beginnt oder das Zuführen zum Zeitpunkt des Überschreitens einer Temperatur beginnt, die bis zu 70°C größer ist als die Aktivierungstemperatur, und - wobei eine Überdosierung der wässrigen Harnstofflösung durchgeführt wird; - Messen einer Stickoxidkonzentration und/oder einer Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zur Bestimmung des Wirkungsgrads der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, - wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, kleiner ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Überdosierung derart erfolgt, dass für ein Konzentrationsverhältnis alpha = NH₃/NOx gilt, dass alpha größer oder gleich 8 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - das Verfahren als Onboard-Diagnose durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, - wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn der kleinste Messwert der Stickoxidkonzentration größer ist als ein vorgegebener Schwellwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, - wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Produkt aus einer integrierten Konzentrationsdifferenz und einem Luftmassenstrom der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, - wobei die Konzentrationsdifferenz die Differenz einer stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) ermittelten Ammoniakkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) ermittelten Stickstoffkonzentration ist und - wobei die Integration vom Beginn des Zuführens wässriger Harnstofflösung bis zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem eine Differenz eines Messwerts der Stickoxidkonzentration zu einem Minimum der Messwerte der Stickoxidkonzentration nach dem Durchlaufen des Minimums der Messwerte der Stickoxidkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, und - eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, - wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Messwert der Stickoxidkonzentration, zu einem Zeitpunkt, für den ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert der Ammoniakkonzentration erreicht, größer ist, als ein vorgegebener Schwellwert der Stickoxidkonzentration.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, - wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn eine Zeitspanne, innerhalb derer ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, geringer ist, als eine vorgegebene Zeitspanne.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Messwerten der Stickoxidkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden und - eine Mehrzahl von Messwerten der Ammoniakkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt werden, - wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) dann als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein Produkt aus einer integrierten Konzentrationsdifferenz und einem Luftmassenstrom der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, - wobei die Konzentrationsdifferenz die Differenz einer Ammoniakkonzentrationsdifferenz minus einer Stickoxidkonzentrationsdifferenz ist, mit der Ammoniakkonzentrationsdifferenz als der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) ermittelten Ammoniakkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) ermittelten Ammoniakkonzentration und der Stickoxidkonzentrationsdifferenz als der stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) ermittelten Stickoxidkonzentration minus einer stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) ermittelten Stickoxidkonzentration und - wobei die Integration vom Beginn des Zuführens wässriger Harnstofflösung bis zu dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem ein Messwert der Ammoniakkonzentration einen vorgegebenen Schwellwert der Ammoniakkonzentration erreicht.
Kraftfahrzeug, - mit einem Dieselmotor (4), - mit einem dem Dieselmotor (4) zugeordneten Abgasstrang, - wobei der Abgasstrang eine Abgasreinigungsanordnung (6) aufweist, - wobei die Abgasreinigungsanordnung (6) eine Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mittels wässriger Harnstofflösung und eine der Abgasreinigungsvorrichtung (10, 12) zugeordnete Vorrichtung zum Dosieren von wässriger Harnstofflösung hat, - mit einer Vorrichtung zur Diagnose der Abgasreinigungsanordnung, wobei die Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.