DE102022133769B3 - Verfahren zur Überwachung eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgaskatalysators (3) einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5), wobei- die Brennkraftmaschine (1) in einem ersten Lastpunkt mit einer ersten Dosierrate (11.1) der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) betrieben wird, wobei- während eines Betriebs mit der ersten Dosierrate (11.1) ein erster Ist-NH3-Wert (13.1) und ein erster Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.1) bestimmt wird, wobei- anhand des ersten Ist-NH3-Werts (13.1), des ersten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads (15.1), eines ersten Soll-NH3-Werts (17.1) und eines ersten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads (19.1) ein erster Beobachtungswert (21.1) berechnet wird, wobei- die Brennkraftmaschine (1) in dem ersten Lastpunkt mit einer zweiten Dosierrate (11.2) der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) betrieben wird, wobei- während eines Betriebs mit der zweiten Dosierrate (11.2) ein zweiter Ist-NH3-Wert (13.2) und ein zweiter Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.2) bestimmt werden, wobei- anhand des zweiten Ist-NH3-Werts (13.2), des zweiten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads (15.2), eines zweiten Soll-NH3-Werts (17.2) und eines zweiten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads (19.2) ein zweiter Beobachtungswert (21.2) berechnet wird, wobei- der erste Beobachtungswert (21.1) und der zweite Beobachtungswert (21.2) verglichen werden, wobei- anhand des Vergleichs (23) der Abgaskatalysator (3) bewertet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine.
• Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator, einer Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung und einer Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, um ein Verfahren zur Überwachung des Abgaskatalysators der Brennkraftmaschine durchzuführen.
• Es ist bekannt, dass Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und insbesondere einer Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zur Überwachung des Abgaskatalysators und insbesondere zur Erkennung eines NH₃-Schlupfs einen NH₃-Sensor verwenden, insbesondere bei Anwendungen, bei denen beispielsweise aufgrund der Verwendung schwefelhaltiger Kraftstoffe kein NH₃-Katalysator eingesetzt werden kann. Der NH₃-Sensor ist strömungstechnisch nach dem Abgaskatalysator angeordnet und eingerichtet, um eine NH₃-Konzentration in dem Abgas zu messen. Damit ist es möglich, einen NH₃-Schlupf gemäß den gesetzlichen Anforderungen zu erkennen. Nachteilig daran ist, dass ein solcher NH₃-Sensor regelmäßig gewartet werden muss. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein solcher NH₃-Sensor querempfindlich auf Stickoxide ist.
• Aus der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2005 / 0 287 034 A1 geht ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hervor. Weitere Verfahren zum Betreiben eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine gehen aus der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2014 / 0 033 683 A1 , der deutschen Veröffentlichung DE 11 2011 100 874 T5 und der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 212 697 A1 hervor.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
• Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
• Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren zur Überwachung eines Abgaskatalysators einer eine Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung aufweisenden Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung insbesondere stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist. Dabei wird die Brennkraftmaschine in einem ersten Lastpunkt mit einer ersten Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung betrieben. Während eines Betriebs mit der ersten Dosierrate werden ein erster Ist-NH₃-Wert und ein erster Ist-Katalysator-Wirkungsgrad bestimmt. Weiter wird anhand des ersten Ist-NH₃-Werts, des ersten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads, eines ersten Soll-NH₃-Werts und eines ersten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads ein erster Beobachtungswert berechnet. Anschließend wird die Brennkraftmaschine in dem ersten Lastpunkt mit einer zweiten Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung betrieben. Während eines Betriebs mit der zweiten Dosierrate werden ein zweiter Ist-NH₃-Wert und ein zweiter Ist-Katalysator-Wirkungsgrad bestimmt. Weiter wird anhand des zweiten Ist-NH₃-Werts, des zweiten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads, eines zweiten Soll-NH₃-Werts und eines zweiten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads ein zweiter Beobachtungswert berechnet. Anschließend werden der erste Beobachtungswert und der zweite Beobachtungswert verglichen, und anhand des Vergleichs wird der Abgaskatalysator bewertet. Vorteilhafterweise kann damit eine Funktionstüchigkeit des Abgaskatalysators in einfacher Weise ermittelt werden. Vorteilhafterweise ist es damit insbesondere möglich, eine NH₃-Nach-Katalysator-Konzentration, das heißt eine Konzentration an NH₃ im Abgas, die nach dem Durchlaufen des Abgaskatalysators vorliegt, ohne Verwendung eines NH₃-Sensors zu bestimmen. Weiterhin ist es möglich, die Einhaltung der gesetzlichen und internen Anforderungen bezüglich der NH₃-Nach-Katalysator-Konzentration und damit einer NH₃-Emission, insbesondere ohne Verwendung eines NH₃-Sensors, zu überwachen. Weiterhin ist es vorteilhafterweise möglich die Ansteuerung der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung, das heißt insbesondere die NH₃-Dosierung, an den Abgaskatalysator, insbesondere an eine Alterung des Abgaskatalysators, anzupassen.
• Insbesondere wird mittels der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung ein Reaktionsmittel, vorzugsweise ein Reduktionsmittel, in das Abgas eingebracht. Insbesondere wird als Reduktionsmittel Ammoniak oder ein Ammoniak freisetzendes Reagenz, insbesondere eine Hamstoff-Wasser-Lösung, verwendet.
• Insbesondere führt eine Erhöhung der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu einer Erhöhung des Ist-NH₃-Werts. Weiterhin führt eine Reduktion der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu einer Reduktion des Ist-NH₃-Werts.
• Falls an dem Abgaskatalysator kein NH₃-Schlupf vorliegt, führt eine Erhöhung der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu einer Erhöhung des Ist-Katalysator-Wirkungsgrads. Weiterhin gilt, dass eine Reduktion der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu einer Reduktion des Ist-Katalysator-Wirkungsgrads führt, falls an dem Abgaskatalysator kein NH₃-Schlupf vorliegt. Daran kann vorteilhafterweise erkannt werden, dass die NH₃-Nach-Katalysator-Konzentration nahezu konstant ist. In diesem Fall kann der Abgaskatalysator vorteilhafterweise als funktionstüchtig in dem ersten Lastpunkt bei der ersten Dosierrate und der zweiten Dosierrate bewertet werden.
• Falls der Abgaskatalysator an einer NH₃-Schlupfgrenze arbeitet, führt eine Änderung der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu nahezu keiner oder einer nur geringen, insbesondere in vorbestimmten Grenzen, Veränderung des Ist-Katalysator-Wirkungsgrads. Daran kann vorteilhafterweise erkannt werden, dass sich die NH₃-Nach-Katalysator-Konzentration zumindest geringfügig verändert.
• Falls an dem Abgaskatalysator ein NH₃-Schlupf vorliegt, führt eine Erhöhung der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu einer Reduktion des Ist-Katalysator-Wirkungsgrads. Weiterhin gilt, dass eine Reduktion der Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung zu einer Erhöhung des Ist-Katalysator-Wirkungsgrads führt, falls an dem Abgaskatalysator ein NH₃-Schlupf vorliegt. Daran kann vorteilhafterweise erkannt werden, dass sich die NH₃-Nach-Katalysator-Konzentration bei einer Erhöhung bzw. einer Reduktion der Dosierrate erhöht bzw. reduziert. Dadurch kann der Abgaskatalysator vorteilhafterweise als nicht funktionstüchtig in dem ersten Lastpunkt bei der ersten Dosierrate und der zweiten Dosierrate bewertet werden.
• Insbesondere wird das Verfahren in einem stationären ersten Lastpunkt durchgeführt.
• In einer Ausgestaltung werden bei einer Detektion eines NH₃-Schlupfs die erste Dosierrate und die zweite Dosierrate jeweils um einen vorbestimmten Reduktionswert verringert, wodurch eine erste neue Dosierrate und eine zweite neue Dosierrate erhalten wird. Anschließend wird das Verfahren unter Verwendung der ersten neuen Dosierrate und der zweiten neuen Dosierrate in dem ersten Lastpunkt erneut durchgeführt. Diese iterative Vorgehensweise wird solange wiederholt bis eine NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird. Anschließend wird vorzugsweise die erste neue Dosierrate oder die zweite neue Dosierrate als eine maximale Dosierrate des Abgaskatalysators in dem ersten Lastpunkt gespeichert.
• Insbesondere beträgt der vorbestimmte Reduktionswert mindestens 0,5% bis höchstens 1%. Insbesondere beträgt der vorbestimmte Reduktionswert vorzugsweise mindestens 0,6%, vorzugsweise mindestens 0,7 %, vorzugsweise mindestens 0,8%, vorzugsweise mindestens 0,9%. Alternativ oder zusätzlich beträgt der vorbestimmt Reduktionswert vorzugsweise höchstens 0,9%, vorzugsweise höchstens 0,8%, vorzugsweise höchstens 0,7%, vorzugsweise höchstens 0,6%.
• Insbesondere beträgt ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchführungen des Verfahrens mindestens 50 Sekunden bis höchstens 200 Sekunden, vorzugsweise 100 Sekunden. Insbesondere werden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchführungen des Verfahrens die Beobachtungswerte derart verschoben, dass der erste Beobachtungswert Null ist und ein Abstand zwischen dem ersten Beobachtungswert und dem zweiten Beobachtungswert konstant bleibt.
• Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird ein Ist-NH₃-Wert mit dem Formelzeichen α_Ist bezeichnet. Insbesondere werden der erste Ist-NH₃-Wert mit ${\alpha }_{\text{Ist}}^1$

  

  und der zweite Ist-NH₃-Wert mit ${\alpha }_{\text{Ist}}^2$

  

  bezeichnet. Weiterhin wird ein Soll-NH₃-Wert mit dem Formelzeichen α_Soll bezeichnet. Insbesondere werden der erste Soll-NH₃-Wert mit ${\alpha }_{\text{Soll}}^1$

  

  und der zweite Soll-NH₃-Wert mit ${\alpha }_{\text{Soll}}^2$

  

  bezeichnet.
• Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird ein Ist-Katalysator-Wirkungsgrad mit dem Formelzeichen η_Ist bezeichnet. Insbesondere werden der erste Ist-Katalysator-Wirkungsgrad mit ${\eta }_{\text{Ist}}^1$

  

  und der zweite Ist-Katalysator-Wirkungsgrad mit ${\eta }_{\text{Ist}}^2$

  

  bezeichnet. Weiterhin wird ein Soll-Katalysator-Wirkungsgrad mit dem Formelzeichen η_Soll bezeichnet. Insbesondere werden der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad mit ${\eta }_{\text{Soll}}^1$

  

  und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad mit ${\eta }_{\text{Soll}}^2$

  

  bezeichnet.
• Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird ein Beobachtungswert mit dem Formelzeichen B bezeichnet. Insbesondere werden der erste Beobachtungswert mit B₁ und der zweite Beobachtungswert mit B₂ bezeichnet. Insbesondere ist der Beobachtungswert eine Funktion des Ist-NH₃-Werts, des Soll-NH₃-Werts, des Ist-Katalysator-Wirkungsgrads und des Soll-Katalysator-Wirkungsgrads, insbesondere B (α_Ist, α_Soll, η_Ist, η_Soll).
• In einer Ausgestaltung gilt dabei $B_1=B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^1,{\alpha }_{\text{Soll}}^1,{\eta }_{\text{Ist}}^1,{\eta }_{\text{Soll}}^1\right)$

  

  für den ersten Beobachtungswert und $B_2=B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^2,{\alpha }_{\text{Soll}}^2,{\eta }_{\text{Ist}}^2,{\eta }_{\text{Soll}}^2\right)$

  

  B₂ für den zweiten Beobachtungswert.
• In einer alternativen Ausgestaltung werden die Beobachtungswerte derart verschoben, dass der erste Beobachtungswert Null ist und ein Abstand zwischen dem ersten Beobachtungswert und dem zweiten Beobachtungswert konstant bleibt. Insbesondere gilt damit $B_1=B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^1,{\alpha }_{\text{Soll}}^1,{\eta }_{\text{Ist}}^1,{\eta }_{\text{Soll}}^1\right)-B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^1,{\alpha }_{\text{Soll}}^1,{\eta }_{\text{Ist}}^1,{\eta }_{\text{Soll}}^1\right)$

  

  $$

  

  für den ersten Beobachtungswert und $$

  

  $B_2=B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^2,{\alpha }_{\text{Soll}}^2,{\eta }_{\text{Ist}}^2,{\eta }_{\text{Soll}}^2\right)-B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^1,{\alpha }_{\text{Soll}}^1,{\eta }_{\text{Ist}}^1,{\eta }_{\text{Soll}}^1\right)$

  

  für den zweiten Beobachtungswert.
• Insbesondere werden der Soll-NH₃-Wert, insbesondere der erste Soll-NH₃-Wert und der zweite Soll-NH₃-Wert, und der Soll-Katalysator-Wirkungsgrad, insbesondere der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad, bereitgestellt. Vorzugsweise sind der Soll-NH₃-Wert, insbesondere der erste Soll-NH₃-Wert und der zweite Soll-NH₃-Wert, und der Soll-Katalysator-Wirkungsgrad, insbesondere der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad, in einer Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine - insbesondere lastpunktabhängig und/oder abhängig von der Abgastemperatur - in einem insbesondere prüfstandsbedateten Kennfeld hinterlegt.
• In einer Ausgestaltung sind der erste Soll-NH₃-Wert und der zweite Soll-NH₃-Wert identisch. Alternativ oder zusätzlich sind der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad identisch.
• Erfindungsgemäß wird der Beobachtungswert B anhand der Formel $$B=\left({\alpha }_{\text{Ist}},{\alpha }_{\text{Soll}},{\eta }_{\text{Ist}},{\eta }_{\text{Soll}}\right)=\left({\eta }_{\text{Ist}}-{\eta }_{\text{Soll}}\right)-\left({\alpha }_{\text{Ist}}-{\alpha }_{\text{Soll}}\right)$$

  

  berechnet.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ist-NH₃-Wert, insbesondere der erste Ist-NH₃-Wert und der zweite Ist-NH₃-Wert, mittels eines ersten, strömungstechnisch vor dem Abgaskatalysator angeordneten NO_x-Sensors und einer Ansteuerung der strömungstechnisch zwischen dem ersten NO_x-Sensor und dem Abgaskatalysator angeordneten Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung bestimmt wird.
• Insbesondere wird mittels des ersten NO_x-Sensors eine NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, bestimmt. Weiterhin wird mittels des ersten NO_x-Sensors und der NH₃-Dosiervorrichtung eine NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, bestimmt. Insbesondere wird anhand der NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration, einer NO_x-Soll-Konzentration und eines vorbestimmten Umrechnungsfaktors die NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration bestimmt. Insbesondere werden während des Betriebs in dem ersten Lastpunkt mit der ersten Dosierrate eine erste NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine erste NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration bestimmt. Zusätzlich werden während des Betriebs in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate eine zweite NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine zweite NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration bestimmt. Vorzugsweise wird der Ist-NH₃-Wert als Quotient aus der NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration und der NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration berechnet, wobei sich der erste Ist-NH₃-Wert als Quotient aus der ersten NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration und der ersten NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und der zweite Ist-NH₃-Wert als Quotient aus der zweiten NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration und der zweiten NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration ergibt.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ist-Katalysator-Wirkungsgrad, insbesondere der erste Ist-Katalysator-Wirkungsgrad und der zweite Ist-Katalysator-Wirkungsgrad, mittels des ersten NO_x-Sensors und eines zweiten, strömungstechnisch nach dem Abgaskatalysator angeordneten NO_x-Sensors bestimmt wird.
• Insbesondere wird mittels des ersten NO_x-Sensors die NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, bestimmt. Weiterhin wird mittels des zweiten NO_x-Sensors eine NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, bestimmt.
• Insbesondere werden während des Betriebs in dem ersten Lastpunkt mit der ersten Dosierrate die erste NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine erste NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration bestimmt. Zusätzlich werden während des Betriebs in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate die zweite NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine zweite NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration bestimmt. Vorzugsweise ergibt sich der Ist-Katalysator-Wirkungsgrad aus der Gleichung $${\eta }_{\text{Soll}}=1-\frac{{\sigma }_{\text{nach}}}{{\sigma }_{\text{vor}}}=\frac{{\sigma }_{\text{vor}}-{\sigma }_{\text{nach}}}{{\sigma }_{\text{vor}}}$$

  

  wobei mit σ_nach die NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration und mit σ_vor die NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration bezeichnet wird. Weiterhin gelten damit für den ersten Ist-Katalysator-Wirkungsgrad und den zweiten Ist-Katalysator-Wirkungsgrad die nachfolgenden Gleichungen. $${\eta }_{\text{Soll}}^1=1-\frac{{\sigma }_{\text{nach}}^1}{{\sigma }_{\text{vor}}^1}=\frac{{\sigma }_{\text{vor}}^1-{\sigma }_{\text{nach}}^1}{{\sigma }_{\text{vor}}^1}$$

  

  $${\eta }_{\text{Soll}}^2=1-\frac{{\sigma }_{\text{nach}}^2}{{\sigma }_{\text{vor}}^2}=\frac{{\sigma }_{\text{vor}}^2-{\sigma }_{\text{nach}}^2}{{\sigma }_{\text{vor}}^2}$$

  
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung größer oder kleiner als die erste Dosierrate gewählt wird.
• In einer Ausgestaltung wird die zweite Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung um mindestens 5 % bis höchstens 20 % größer gewählt als die erste Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung.
• In einer weiteren Ausgestaltung wird die zweite Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung um mindestens 5 % bis höchstens 20 % kleiner gewählt als die erste Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung.
• In einer Ausgestaltung wird das Verfahren iterativ solange wiederholt, bis eine NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird, und zusätzlich wird die zweite Dosierrate kleiner als die erste Dosierrate gewählt. Sobald die NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird, wird vorzugsweise die erste neue Dosierrate als eine maximale Dosierrate des Abgaskatalysators in dem ersten Lastpunkt gespeichert.
• In einer alternativen Ausgestaltung wird das Verfahren iterativ solange wiederholt, bis eine NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird, und zusätzlich wird die zweite Dosierrate größer als die erste Dosierrate gewählt. Sobald die NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird, wird vorzugsweise die zweite neue Dosierrate als eine maximale Dosierrate des Abgaskatalysators in dem ersten Lastpunkt gespeichert.
• Vorzugsweise wird die erste Dosierrate größer als die zweite Dosierrate gewählt. Vorteilhafterweise ist damit eine sensitivere Erkennung des NH₃-Schlupfs und damit auch eine genauere Bewertung des Abgaskatalysators möglich. Insbesondere verschiebt sich das Reaktionsgleichgewicht in dem Katalysator von Oxidationsreaktionen hin zu selektiven Reduktionsreaktionen, wenn bei der ersten Dosierrate ein NH₃-Schlupf vorliegt. Damit steigt insbesondere ein Umsatz an NO_x, obwohl die dosierte NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration sinkt. Im Gegensatz dazu verändert sich bei einem NH₃-Schlupf der Umsatz an NO_x höchstens gering, wenn man die dosierte NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration anhebt.
• Insbesondere gilt für die erste Dosierrate D₁ und die zweite Dosierrate D₂ die Gleichung D₂ = α · D₁, wobei α einen Wert von 0,80 bis 0,95 oder von 1,05 bis 1,2 aufweist. Damit wird der Wert der zweiten Dosierrate in Bezug auf den Wert der ersten Dosierrate bestimmt.
• Insbesondere wird eine Differenz zwischen der ersten Dosierrate und der zweiten Dosierrate in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur gewählt. Vorzugsweise wird bei einer Abgastemperatur von weniger als 300°C die zweite Dosierrate um höchstens 20% größer gewählt als die erste Dosierrate. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mindestens 300°C bis höchstens 400°C die zweite Dosierrate um mindestens 5% bis höchstens 20% größer gewählt als die erste Dosierrate. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mehr als 400°C die zweite Dosierrate um mindestens 5% größer gewählt als die erste Dosierrate. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei einer Abgastemperatur kleiner als 300°C die zweite Dosierrate um 20% größer gewählt als die erste Dosierrate. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mehr als 400°C die zweite Dosierrate um 5% größer gewählt als die erste Dosierrate Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mindestens 300°C bis höchstens 400°C ein Dosierratenansteig von der ersten Dosierrate zu der zweiten Dosierrate insbesondere linear in Abhängigkeit von der Abgastemperatur zwischen 20% und 5% interpoliert.
• Alternativ wird bei einer Abgastemperatur von weniger als 300°C die zweite Dosierrate um höchstens 20% kleiner gewählt als die erste Dosierrate. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mindestens 300°C bis höchstens 400°C die zweite Dosierrate um mindestens 5% bis höchstens 20% kleiner gewählt als die erste Dosierrate. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mehr als 400°C die zweite Dosierrate um mindestens 5% kleiner gewählt als die erste Dosierrate. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei einer Abgastemperatur kleiner als 300°C die zweite Dosierrate um 20% kleiner gewählt als die erste Dosierrate. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mehr als 400°C die zweite Dosierrate um 5% kleiner gewählt als die erste Dosierrate Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Abgastemperatur von mindestens 300°C bis höchstens 400°C eine Dosierratenreduktion von der ersten Dosierrate zu der zweiten Dosierrate insbesondere linear in Abhängigkeit von der Abgastemperatur zwischen 20% und 5% interpoliert.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Beobachtungswert und der zweite Beobachtungswert verglichen werden, indem eine Differenz aus dem ersten Beobachtungswert und dem zweiten Beobachtungswert berechnet wird. Dabei wird ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine, insbesondere des Abgaskatalysators, erkannt, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels einer Gewichtungsfunktion aus dem ersten Beobachtungswert ein gewichteter erster Beobachtungswert und aus dem zweiten Beobachtungswert ein gewichteter zweiter Beobachtungswert bestimmt wird. Weiterhin werden der gewichtete erste Beobachtungswert und der gewichtete zweite Beobachtungswert verglichen, wobei anhand des Vergleichs der Abgaskatalysator bewertet wird. Vorteilhafterweise ist es mittels der Gewichtungsfunktion möglich, einen Beobachtungswert derart zu transformieren, dass eine Bewertung des Abgaskatalysators anhand der gewichteten Beobachtungswerte einfacher und zuverlässiger möglich ist als insbesondere anhand der nicht gewichteten Beobachtungswerte.
• Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird ein gewichteter Beobachtungswert mit dem Formelzeichen B^g bezeichnet. Insbesondere werden der gewichtete erste Beobachtungswert mit $B_1^g$

  

  und der gewichtete zweite Beobachtungswert mit $B_2^g$

  

  bezeichnet. Insbesondere wird die Gewichtungsfunktion mit dem Formelzeichen G(·) bezeichnet. Insbesondere gilt damit $B_1^g=G\left(B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^1,{\alpha }_{\text{Soll}}^1,{\eta }_{\text{Ist}}^1,{\eta }_{\text{Soll}}^1\right)\right)\cdot B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^1,{\alpha }_{\text{Soll}}^1,{\eta }_{\text{Ist}}^1,{\eta }_{\text{Soll}}^1\right)$

  

  $$

  

  für den gewichteten ersten Beobachtungswert und $B_2^g=G\left(B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^2,{\alpha }_{\text{Soll}}^2,{\eta }_{\text{Ist}}^2,{\eta }_{\text{Soll}}^2\right)\right)\cdot B\left({\alpha }_{\text{Ist}}^2,{\alpha }_{\text{Soll}}^2,{\eta }_{\text{Ist}}^2,{\eta }_{\text{Soll}}^2\right)$

  

  für den gewichteten zweiten Beobachtungswert.
• Insbesondere wird als Gewichtungsfunktion ein Polynom verwendet, wobei damit für die Gewichtungsfunktion die Formel G(B) = Σ_i a_i · Bⁱ gilt. Dabei werden Parameter a_i und die i-ten Potenzen des Beobachtungswerts B verwendet. Insbesondere wird eine allgemeine Parabel verwendet, welche die Punkte {(-5; 4), (-4; 3), (-3; 2), (-2; 1,5), (-1; 1), (0; 1)(1; 1), (2; 1,5), (3; 2), (4; 3), (5; 4)} interpoliert. Alternativ wird ein Polynom verwendet, welches die Punkte {(-6; 2), (-2; 2), (-1; 1), (1; 1), (2; 2), (6; 2)} interpoliert. Insbesondere wird anhand der Gewichtungsfunktion einem Beobachtungswert ein positiver Verstärkungsfaktor zugeordnet.
• Insbesondere wird die Gewichtungsfunktion G(B) derart gewählt, dass ein erster Abstand zwischen einem ersten Beobachtungswert B₁ und einem zweiten Beobachtungswert B₂ größer ist als ein zweiter Abstand zwischen dem zugeordneten gewichteten ersten Beobachtungswert $B_1^g$

  

  und dem zugeordneten gewichteten zweiten Beobachtungswert $B_2^g,$

  

  falls der erste Beobachtungswert B₁ und der zweite Beobachtungswert B₂ größer als eine Intervall-Untergrenze und kleiner als eine Intervall-Obergrenze sind. Zusätzlich wird die Gewichtungsfunktion G(B) derart gewählt, dass ein erster Abstand zwischen einem ersten Beobachtungswert B₁ und einem zweiten Beobachtungswert B₂ kleiner ist als ein zweiter Abstand zwischen dem zugeordneten gewichteten ersten Beobachtungswert $B_1^g$

  

  und dem zugeordneten gewichteten zweiten Beobachtungswert $B_2^g,$

  

  falls der erste Beobachtungswert B₁ und der zweite Beobachtungswert B₂ kleiner als oder gleich einer Intervall-Untergrenze und größer als oder gleich einer Intervall-Obergrenze sind.
• Insbesondere werden der gewichtete erste Beobachtungswert und der gewichtete zweite Beobachtungswert verglichen, indem eine Differenz aus dem gewichteten ersten Beobachtungswert und dem gewichteten zweiten Beobachtungswert berechnet wird. Dabei wird ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine, insbesondere des Abgaskatalysators, erkannt, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Betriebs in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils ein zweiter Beobachtungswert bestimmt wird. Anschließend werden die Mehrzahl an zweiten Beobachtungswerten integriert, wobei ein integrierter zweiter Beobachtungswert erhalten wird.
• Der integrierte zweite Beobachtungswert wird mit dem ersten Beobachtungswert verglichen, wobei anhand des Vergleichs der Abgaskatalysator bewertet wird. Insbesondere weist ein Beobachtungswert, insbesondere der zweite Beobachtungswert, ein Signalrauschen auf, sodass es mittels der Integration vorteilhafterweise möglich ist, den Abgaskatalysator unabhängig von dem Signalrauschen zu bewerten.
• Insbesondere werden der erste Beobachtungswert und der integrierte zweite Beobachtungswert verglichen, indem eine Differenz aus dem ersten Beobachtungswert und dem integrierten zweiten Beobachtungswert berechnet wird. Dabei wird ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine, insbesondere des Abgaskatalysators, erkannt, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Betriebs in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils ein gewichteter zweiter Beobachtungswert bestimmt wird. Anschließend werden die Mehrzahl an gewichteten zweiten Beobachtungswerten integriert, wobei ein integrierter gewichteter zweiter Beobachtungswert erhalten wird. Der integrierte gewichtete zweite Beobachtungswert wird mit dem gewichteten ersten Beobachtungswert verglichen, wobei anhand des Vergleichs der Abgaskatalysator bewertet wird.
• Insbesondere werden der gewichtete erste Beobachtungswert und der integrierte gewichtete zweite Beobachtungswert verglichen, indem eine Differenz aus dem gewichteten ersten Beobachtungswert und dem integrierten gewichteten zweiten Beobachtungswert berechnet wird. Dabei wird ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine, insbesondere des Abgaskatalysators, erkannt, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
• Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird eine Zeitspanne zwischen dem Einstellen der zweiten Dosierrate und dem zeitlich frühesten Bestimmen eines ersten zweiten Beobachtungswerts oder eines gewichteten ersten zweiten Beobachtungswerts als Minimalzeit t_min bezeichnet. Weiterhin wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre eine Zeitspanne zwischen dem Einstellen der zweiten Dosierrate und dem zeitlich letzten Bestimmen eines n-ten zweiten Beobachtungswerts oder eines gewichteten n-ten zweiten Beobachtungswerts als Maximalzeit t_max bezeichnet.
• In einer Ausgestaltung beträgt die Minimalzeit t_min höchstens 1 Sekunde, vorzugsweise höchstens 2 Sekunden, vorzugsweise höchstens 5 Sekunden, vorzugsweise höchstens 10 Sekunden, vorzugsweise höchstens 15 Sekunden. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Maximalzeit t_max höchstens 30 Sekunden, vorzugsweise höchstens 25 Sekunden, vorzugsweise höchstens 20 Sekunden, vorzugsweise höchstens 15 Sekunden. Alternativ oder zusätzlich beträgt ein zeitlicher Abstand zwischen der Minimalzeit t_min und der Maximalzeit t_max höchstens 30 Sekunden, vorzugsweise höchstens 20 Sekunden, vorzugsweise höchstens 10 Sekunden.
• Insbesondere werden die Minimalzeit t_min und die Maximalzeit t_max in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gewählt, wobei vorzugsweise der zeitliche Abstand zwischen der Minimalzeit t_min und der Maximalzeit t_max unabhängig von der Abgastemperatur konstant ist. Insbesondere werden die Minimalzeit t_min und die Maximalzeit t_max kleiner, wenn die Abgastemperatur höher wird.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren für eine Mehrzahl an Lastpunkten durchgeführt wird, wobei eine Bewertung der Brennkraftmaschine und insbesondere des Abgaskatalysators - abhängig von dem jeweiligen Lastpunkt - in einem Lastkennfeld gespeichert wird. Vorteilhafterweise kann damit für die Mehrzahl an Lastpunkten der Abgaskatalysator bewertet werden. Weiterhin kann damit vorteilhafterweise anhand der Bewertung für die Mehrzahl an Lastpunkten eine maximale Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung ermittelt werden.
• Insbesondere wird das Lastkennfeld durch eine Abgasmasse und die Abgastemperatur aufgespannt und weist eine Mehrzahl an Kennfeld-Kacheln auf. Insbesondere ist eine Kennfeld-Kachel ein zusammenhängendes Gebiet über eine Mehrzahl an Lastpunkten, die insbesondere jeweils durch eine Abgasmasse und eine Abgastemperatur bestimmt sind.
• In einer Ausgestaltung wird zusätzlich zu der Bewertung der Brennkraftmaschine und insbesondere des Abgaskatalysators eine maximale Dosierrate der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung in dem Lastkennfeld gespeichert. Damit kann vorteilhafterweise die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung für die Mehrzahl an Lastpunkten optimal eingestellt werden.
• Insbesondere wird die maximale Dosierrate für eine Lastfeld-Kachel gespeichert, in welcher der Lastpunkt liegt. Zusätzlich wird vorzugsweise die maximale Dosierrate in mindestens einer weiteren Lastfeld-Kachel gespeichert, die unmittelbar benachbart zu der den Lastpunkt aufweisenden Lastfeld-Kachel ist.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Lastkennfeld zusätzlich zu der Bewertung eine Bewertungs-Betriebsstunde gespeichert wird, wobei die Bewertungs-Betriebsstunde den Zeitpunkt der Bewertung angibt. Vorteilhafterweise ist es mittels der Bewertungs-Betriebsstunde in einfacher Weise möglich, zu entscheiden, ob und wann eine erneute Durchführung des Verfahrens sinnvoll ist.
• Insbesondere wird die Bewertungs-Betriebsstunde für eine Lastfeld-Kachel gespeichert, in welcher der Lastpunkt liegt. Zusätzlich wird vorzugsweise die Bewertungs-Betriebsstunde in mindestens einer weiteren Lastfeld-Kachel gespeichert, die unmittelbar benachbart zu der den Lastpunkt aufweisenden Lastfeld-Kachel ist.
• In einer Ausgestaltung wird bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in dem ersten Lastpunkt die Bewertungs-Betriebsstunde mit einer momentanen Betriebsstunde der Brennkraftmaschine verglichen, wobei anhand des Vergleichs das Verfahren zur Überwachung des Abgaskatalysators durchgeführt wird. Insbesondere wird das Verfahren zur Überwachung des Abgaskatalysators durchgeführt, wenn eine Differenz der Bewertungs-Betriebsstunde und der momentanen Betriebsstunde größer als 24 Stunden, vorzugsweise größer als 100 Stunden, ist.
• Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator, einer Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung, einem ersten NO_x-Sensor, einem zweiten NO_x-Sensor und einer Steuervorrichtung geschaffen wird. Dabei ist der erste NO_x-Sensor strömungstechnisch vor dem Abgaskatalysator angeordnet. Weiterhin ist die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung strömungstechnisch zwischen dem ersten NO_x-Sensor und dem Abgaskatalysator angeordnet. Der zweite NO_x-Sensor ist strömungstechnisch nach dem Abgaskatalysator angeordnet. Zusätzlich ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zur Überwachung des Abgaskatalysators erläutert wurden.
• Die Steuervorrichtung ist bevorzugt mit der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung, dem ersten NO_x-Sensor und dem zweiten NO_x-Sensor wirkverbunden und eingerichtet zu deren jeweiliger Ansteuerung. Vorzugsweise sind der Soll-NH₃-Wert, insbesondere der erste Soll-NH₃-Wert und der zweite Soll-NH₃-Wert, und der Soll-Katalysator-Wirkungsgrad, insbesondere der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad, in der Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine - insbesondere lastpunktabhängig und/oder abhängig von der Abgastemperatur - in einem insbesondere prüfstandsbedateten Kennfeld hinterlegt.
• Insbesondere ist die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung eingerichtet, um ein Reaktionsmittel, insbesondere ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Ammoniak oder ein Ammoniak freisetzendes Reagenz, insbesondere eine Hamstoff-Wasser-Lösung, in das Abgas einzubringen.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine,
• 2 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Überwachung eines Abgaskatalysators, und
• 3 ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Überwachung des Abgaskatalysators.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgaskatalysator 3, eine Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5, einen ersten NO_x-Sensor 7.1, einen zweiten NO_x-Sensor 7.2 und eine Steuervorrichtung 9 auf.
• Der erste NO_x-Sensor 7.1, die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5, der Abgaskatalysator 3 und der zweite NO_x-Sensor 7.2 sind strömungstechnisch derart miteinander und mit einem Brennraum der Brennkraftmaschine 1 verbunden, dass Abgas aus dem Brennraum zuerst durch den ersten NO_x-Sensor 7.1, danach durch die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5, danach durch den Abgaskatalysator 3 und anschließend durch den zweiten NO_x-Sensor 7.2 strömt.
• Die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5 ist eingerichtet, um ein Reaktionsmittel, insbesondere ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Ammoniak oder ein Ammoniak freisetzendes Reagenz, insbesondere eine Hamstoff-Wasser-Lösung, mit einer vorbestimmten Dosierrate 11, insbesondere einer ersten Dosierrate 11.1 oder einer zweiten Dosierrate 11.2, in ein Abgas der Brennkraftmaschine 1 einzubringen. Der erste NO_x-Sensor 7.1 ist insbesondere eingerichtet, um eine NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, zu bestimmen. Weiterhin sind insbesondere der erste NO_x-Sensor 7.1 und die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5 eingerichtet, um eine NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, zu bestimmen. Zusätzlich ist insbesondere der zweite NO_x-Sensor 7.2 eingerichtet, um eine NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration, insbesondere in der Einheit ppm, zu bestimmen.
• Die Steuervorrichtung 9 ist mit der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5, dem ersten NO_x-Sensor 7.1 und dem zweiten NO_x-Sensor 7.2 wirkverbunden und eingerichtet zu deren jeweiliger Ansteuerung. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 9 eingerichtet, um ein Verfahren zur Überwachung des Abgaskatalysators 3 durchzuführen.
• Das Verfahren wird in den 2 und 3 näher erläutert.
• 2 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Überwachung des Abgaskatalysators 3.
• Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
• In einem ersten Schritt S1 wird ein Lastpunkt, insbesondere ein erster Lastpunkt, der Brennkraftmaschine 1 eingestellt. Vorzugsweise ist der Lastpunkt ein stationärer Lastpunkt.
• In einem zweiten Schritt S2 werden eine erste Dosierrate 11.1 der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5 und eine zweite Dosierrate 11.2 der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5 bestimmt.
• Vorzugsweise wird die zweite Dosierrate 11.2 insbesondere um mindestens 5 % bis höchstens 20 % größer als die erste Dosierrate 11.1 gewählt. Alternativ wird die zweite Dosierrate 11.2 insbesondere um mindestens 5 % bis höchstens 20 % kleiner als die erste Dosierrate 11.1 gewählt.
• In einem dritten Schritt S3 wird die Brennkraftmaschine 1 in dem ersten Lastpunkt mit der ersten Dosierrate 11.1 betrieben. Währenddessen werden ein erster Ist-NH₃-Wert 13.1 und ein erster Ist-Katalysator-Wirkungsgrad 15.1 bestimmt.
• In einem vierten Schritt S4 wird anhand des ersten Ist-NH₃-Werts 13.1, des ersten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads 15.1, eines ersten Soll-NH₃-Werts 17.1 und eines ersten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads 19.1 ein erster Beobachtungswert 21.1 berechnet. Insbesondere werden dabei der erste Soll-NH₃-Wert 17.1 und der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad 19.1 bereitgestellt. Vorzugsweise sind der erste Soll-NH₃-Wert 17.1 und der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad 19.1 in der Steuervorrichtung 9 der Brennkraftmaschine 1 - insbesondere lastpunktabhängig und/oder abhängig von der Abgastemperatur - in einem insbesondere prüfstandsbedateten Kennfeld hinterlegt.
• In einem fünften Schritt S5 wird die Brennkraftmaschine 1 in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate 11.2 betrieben. Währenddessen werden ein zweiter Ist-NH₃-Wert 13.2 und ein zweiter Ist-Katalysator-Wirkungsgrad 15.2 bestimmt.
• Vorzugsweise werden in dem dritten Schritt S3 und in dem fünften Schritt S5 der erste Ist-NH₃-Wert 13.1 und der zweite Ist-NH₃-Wert 13.2 mittels des ersten, strömungstechnisch vor dem Abgaskatalysator 3 angeordneten NO_x-Sensors 7.1 und einer Ansteuerung der strömungstechnisch zwischen dem ersten NO_x-Sensor 7.1 und dem Abgaskatalysator 3 angeordneten Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung 5 bestimmt. Insbesondere werden in dem dritten Schritt S3 eine erste NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine erste NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration bestimmt, wobei sich der erste Ist-NH₃-Wert 13.1 als Quotient aus der ersten NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration und der ersten NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration ergibt. Zusätzlich werden in dem fünften Schritt S5 eine zweite NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine zweite NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration bestimmt, wobei sich der zweite Ist-NH₃-Wert 13.2 als Quotient aus der zweiten NH₃-Vor-Katalysator-Konzentration und der zweiten NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration ergibt.
• Vorzugsweise werden in dem dritten Schritt S3 und in dem fünften Schritt S5 der erste Ist-Katalysator-Wirkungsgrad 15.1 und der zweite Ist-Katalysator-Wirkungsgrad 15.2 mittels des ersten NO_x-Sensors 7.1 und des zweiten, strömungstechnisch nach dem Abgaskatalysator 3 angeordneten NO_x-Sensors 7.2 bestimmt. Insbesondere werden in dem dritten Schritt S3 die erste NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine erste NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration bestimmt, wobei der erste Ist-Katalysator-Wirkungsgrad 15.1 mittels der Gleichung $${\eta }_{\text{Soll}}^1=1-\frac{{\sigma }_{\text{nach}}^1}{{\sigma }_{\text{vor}}^1}=\frac{{\sigma }_{\text{vor}}^1-{\sigma }_{\text{nach}}^1}{{\sigma }_{\text{vor}}^1}$$

  

  berechnet wird, wobei mit ${\sigma }_{\text{nach}}^1$

  

  die erste NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration und mit ${\sigma }_{\text{vor}}^1$

  

  die erste NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration bezeichnet wird. Zusätzlich werden in dem fünften Schritt S5 die zweite NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration und eine zweite NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration bestimmt, wobei der zweite Ist-Katalysator-Wirkungsgrad 15.2 mittels der Gleichung $${\eta }_{\text{Soll}}^2=1-\frac{{\sigma }_{\text{nach}}^2}{{\sigma }_{\text{vor}}^2}=\frac{{\sigma }_{\text{vor}}^2-{\sigma }_{\text{nach}}^2}{{\sigma }_{\text{vor}}^2}$$

  

  berechnet wird, wobei mit ${\sigma }_{\text{nach}}^2$

  

  die zweite NO_x-Nach-Katalysator-Konzentration und mit ${\sigma }_{\text{vor}}^2$

  

  die zweite NO_x-Vor-Katalysator-Konzentration bezeichnet wird.
• In einem sechsten Schritt S6 wird anhand des zweiten Ist-NH₃-Werts 13.2, des zweiten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads 15.2, eines zweiten Soll-NH₃-Werts 17.2 und eines zweiten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads 19.2 ein zweiter Beobachtungswert 21.2 berechnet. Insbesondere werden dabei der zweite Soll-NH₃-Wert 17.2 und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad 19.2 bereitgestellt. Vorzugsweise sind der zweite Soll-NH₃-Wert 17.2 und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad 19.2 in der Steuervorrichtung 9 der Brennkraftmaschine 1 - insbesondere lastpunktabhängig und/oder abhängig von der Abgastemperatur - in dem insbesondere prüfstandsbedateten Kennfeld hinterlegt.
• Insbesondere sind der erste Soll-NH₃-Wert 17.1 und der zweite Soll-NH₃-Wert 17.2 identisch. Alternativ oder zusätzlich sind der erste Soll-Katalysator-Wirkungsgrad 19.1 und der zweite Soll-Katalysator-Wirkungsgrad 19.2 identisch.
• Insbesondere werden die Schritte S3 und S4 in einem ersten Bestimmungsschritt BS1 zur Bestimmung des ersten Beobachtungswerts 21.1 zusammengefasst. Zusätzlich werden die Schritte S5 und S6 in einem zweiten Bestimmungsschritt BS2 zur Bestimmung des zweiten Beobachtungswerts 21.2 zusammengefasst.
• In einem siebten Schritt S7 werden der erste Beobachtungswert 21.1 und der zweite Beobachtungswert 21.2 verglichen, wodurch ein Vergleich 23 erhalten wird. Vorzugsweise werden der erste Beobachtungswert 21.1 und der zweite Beobachtungswert 21.2 verglichen, indem eine Differenz aus dem ersten Beobachtungswert 21.1 und dem zweiten Beobachtungswert 21.2 berechnet wird.
• In einem achten Schritt S8 wird der Abgaskatalysator 3 anhand des Vergleichs 23 bewertet. Dabei wird vorzugsweise die Differenz mit einem vorbestimmten Schwellenwert 25 verglichen, wobei ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine 1, insbesondere des Abgaskatalysators 3, erkannt wird, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert 25.
• Vorzugsweise wird der zweite Bestimmungsschritt BS2 mehrfach durchgeführt, wobei zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils ein zweiter Beobachtungswert 21.2 bestimmt wird. Anschließend werden in einem optionalen neunten Schritt S9 die Mehrzahl an zweiten Beobachtungswerten 21.2 integriert, wobei ein integrierter zweiter Beobachtungswert 27 erhalten wird. In dem siebten Schritt S7 wird dann der integrierte zweite Beobachtungswert 27 mit dem ersten Beobachtungswert 21.1 verglichen, wobei anhand des Vergleichs 23 der Abgaskatalysator 3 bewertet wird. Insbesondere werden der erste Beobachtungswert 21.1 und der integrierte zweite Beobachtungswert 27 verglichen, indem eine Differenz aus dem ersten Beobachtungswert 21.1 und dem integrierten zweiten Beobachtungswert 27 berechnet wird. Dabei wird ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschinel, insbesondere des Abgaskatalysators 3, erkannt, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert 25.
• Wird in dem achten Schritt S8 ein NH₃-Schlupf detektiert, wird optional das Verfahren erneut mit dem zweiten Schritt S2 gestartet. Dabei werden die erste Dosierrate 11.1 und die zweite Dosierrate 11.2 jeweils um einen vorbestimmten Reduktionswert verringert. Anschließend werden die Schritte S3 bis S8, insbesondere die Schritte S3 bis S9, erneut durchgeführt. Vorzugsweise wird dieses iterative Vorgehen solange wiederholt bis in dem achten Schritt S8 eine NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird.
• Insbesondere beträgt ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchführungen der Schritte S2 bis S8, insbesondere der Schritte S2 bis S9, mindestens 50 Sekunden bis höchstens 200 Sekunden, vorzugsweise 100 Sekunden.
• In einem optionalen zehnten Schritt S10 wird die Bewertung der Brennkraftmaschine 1 und insbesondere des Abgaskatalysators 3 in einem Lastkennfeld gespeichert.
• Vorzugsweise werden die Schritte S1 bis S10 für eine Mehrzahl an Lastpunkten durchgeführt, wobei die Bewertung der Brennkraftmaschine 1 und insbesondere des Abgaskatalysators 3 in dem Lastkennfeld gespeichert wird. Vorzugsweise wird in dem Lastkennfeld zusätzlich zu der Bewertung eine Bewertungs-Betriebsstunde gespeichert, wobei die Bewertungs-Betriebsstunde den Zeitpunkt der Bewertung angibt.
• 3 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Überwachung des Abgaskatalysators 3.
• Analog zu 2 wird in dem ersten Schritt S1 ein Lastpunkt, insbesondere ein erster Lastpunkt, der Brennkraftmaschine 1 eingestellt. Weiterhin werden, ebenfalls analog zu 2, in dem zweiten Schritt S2 die erste Dosierrate 11.1 und die zweite Dosierrate 11.2 bestimmt.
• Danach werden der erste Bestimmungsschritt BS1 und der zweite Bestimmungsschritt BS2 gemäß 2 durchgeführt, wodurch der erste Beobachtungswert 21.1 und der zweite Beobachtungswert 21.2 erhalten werden.
• In einem elften Schritt S 11 wird der erste Beobachtungswert 21.1 mittels einer Gewichtungsfunktion 29 gewichtet, wodurch ein gewichteter erster Beobachtungswert 31.1 bestimmt wird.
• In einem zwölften Schritt S12 wird der zweite Beobachtungswert 21.2 mittels der Gewichtungsfunktion 29 gewichtet, wodurch ein gewichteter zweiter Beobachtungswert 31.2 bestimmt wird.
• In dem siebten Schritt S7 werden dann der gewichtete erste Beobachtungswert 31.1 und der gewichtete zweite Beobachtungswert 31.2 verglichen, wodurch der Vergleich 23 erhalten wird. Vorzugsweise werden der gewichtete erste Beobachtungswert 31.1 und der gewichtete zweite Beobachtungswert 31.2 verglichen, indem eine Differenz aus dem gewichteten ersten Beobachtungswert 31.1 und dem gewichteten zweiten Beobachtungswert 31.2 berechnet wird.
• Der achte Schritt S8 und der optionale zehnte Schritt S10 sind analog zu 2.
• Vorzugsweise wird der zweite Bestimmungsschritt BS2, analog zu 2, mehrfach durchgeführt, wobei zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils ein zweiter Beobachtungswert 21.2 bestimmt wird. Weiterhin wird jeder der zweiten Beobachtungswerte 21.2 in dem zwölften Schritt S12 gewichtet, wobei eine Mehrzahl an gewichteten zweiten Beobachtungswerten 31.2 erhalten wird. Anschließend werden in einem optionalen dreizehnten Schritt S13 die Mehrzahl an gewichteten zweiten Beobachtungswerten 31.2 integriert, wobei ein integrierter gewichteter zweiter Beobachtungswert 33 erhalten wird. In dem siebten Schritt S7 wird dann der integrierte gewichtete zweite Beobachtungswert 33 mit dem gewichteten ersten Beobachtungswert 31.1 verglichen, wobei anhand des Vergleichs 23 der Abgaskatalysator 3 bewertet wird. Insbesondere werden der gewichtete erste Beobachtungswert 31.1 und der integrierte gewichtete zweite Beobachtungswert 33 verglichen, indem eine Differenz aus dem gewichteten ersten Beobachtungswert 31.1 und dem integrierten gewichteten zweiten Beobachtungswert 33 berechnet wird. Dabei wird ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine 1, insbesondere des Abgaskatalysators 3, erkannt, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert 25.
• Wird in dem achten Schritt S8 ein NH₃-Schlupf detektiert, wird optional das Verfahren erneut mit dem zweiten Schritt S2 gestartet. Dabei werden die erste Dosierrate 11.1 und die zweite Dosierrate 11.2 jeweils um einen vorbestimmten Reduktionswert verringert. Anschließend werden die Schritte S3 bis S12, insbesondere die Schritte S3 bis S13, erneut durchgeführt. Vorzugsweise wird dieses iterative Vorgehen solange wiederholt bis in dem achten Schritt S8 eine NH₃-Schlupfgrenze erreicht ist oder kein NH₃-Schlupf mehr detektiert wird.
• Insbesondere beträgt ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchführungen der Schritte S2 bis S12, insbesondere der Schritte S2 bis S13, mindestens 50 Sekunden bis höchstens 200 Sekunden, vorzugsweise 100 Sekunden.
• Vorzugsweise werden die Schritte S1 bis S12, insbesondere die Schritte S1 bis S13, für eine Mehrzahl an Lastpunkten durchgeführt, wobei die Bewertung der Brennkraftmaschine 1 und insbesondere des Abgaskatalysators 3 in dem Lastkennfeld gespeichert wird. Vorzugsweise wird in dem Lastkennfeld zusätzlich zu der Bewertung die Bewertungs-Betriebsstunde gespeichert.

Claims (10)

1. Verfahren zur Überwachung eines Abgaskatalysators (3) einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5), wobei - die Brennkraftmaschine (1) in einem ersten Lastpunkt mit einer ersten Dosierrate (11.1) der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) betrieben wird, wobei - während eines Betriebs mit der ersten Dosierrate (11.1) ein erster Ist-NH₃-Wert (13.1) und ein erster Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.1) bestimmt wird, wobei - anhand des ersten Ist-NH₃-Werts (13.1), des ersten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads (15.1), eines ersten Soll-NH₃-Werts (17.1) und eines ersten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads (19.1) ein erster Beobachtungswert (21.1) berechnet wird, wobei - die Brennkraftmaschine (1) in dem ersten Lastpunkt mit einer zweiten Dosierrate (11.2) der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) betrieben wird, wobei - während eines Betriebs mit der zweiten Dosierrate (11.2) ein zweiter Ist-NH₃-Wert (13.2) und ein zweiter Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.2) bestimmt werden, wobei - anhand des zweiten Ist-NH₃-Werts (13.2), des zweiten Ist-Katalysator-Wirkungsgrads (15.2), eines zweiten Soll-NH₃-Werts (17.2) und eines zweiten Soll-Katalysator-Wirkungsgrads (19.2) ein zweiter Beobachtungswert (21.2) berechnet wird, wobei - der erste Beobachtungswert (21.1) und der zweite Beobachtungswert (21.2) verglichen werden, wobei - anhand des Vergleichs (23) der Abgaskatalysator (3) bewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Beobachtungswert (21.1, 21.2) jeweils anhand der Formel $$B=\left({\alpha }_{\text{Ist}},{\alpha }_{\text{Soll}},{\eta }_{\text{Ist}},{\eta }_{\text{Soll}}\right)=\left({\eta }_{\text{Ist}}-{\eta }_{\text{Soll}}\right)-\left({\alpha }_{\text{Ist}}-{\alpha }_{\text{Soll}}\right)$$

   

   berechnet werden, wobei mit B der jeweilige Beobachtungswert (21.1, 21.2), mit α_Ist der zugeordnete Ist-NH₃-Wert (13.1, 13.2), mit α_Soll der zugeordnete Soll-NH₃-Wert (17.1, 17.2), mit η_Ist der zugeordnete Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.1, 15.2) und mit η_Soll der zugeordnete Soll-Katalysator-Wirkungsgrad (19.1, 19.2) bezeichnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - ein Ist-NH₃-Wert (13), insbesondere der erste Ist-NH₃-Wert (13.1) und der zweite Ist-NH₃-Wert (13.2), mittels eines ersten, strömungstechnisch vor dem Abgaskatalysator (3) angeordneten NO_x-Sensors (7.1) und einer Ansteuerung der strömungstechnisch zwischen dem ersten NO_x-Sensor (7.1) und dem Abgaskatalysator (3) angeordneten Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) bestimmt wird, und/oder - ein Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15), insbesondere der erste Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.1) und der zweite Ist-Katalysator-Wirkungsgrad (15.2), mittels des ersten NO_x-Sensors (17.1) und eines zweiten, strömungstechnisch nach dem Abgaskatalysator (3) angeordneten NO_x-Sensors (17.2) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Dosierrate (11.2) der Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) - insbesondere um mindestens 5 % bis höchstens 20 % - größer oder kleiner als die erste Dosierrate (11.1) gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der erste Beobachtungswert (21.1) und der zweite Beobachtungswert (21.2) verglichen werden, indem eine Differenz aus dem ersten Beobachtungswert (21.1) und dem zweiten Beobachtungswert (21.2) berechnet wird, wobei - ein NH₃-Schlupf der Brennkraftmaschine (1) erkannt wird, wenn der absolute Wert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert (25).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mittels einer Gewichtungsfunktion (29) aus dem ersten Beobachtungswert (21.1) ein gewichteter erster Beobachtungswert (31.1) und aus dem zweiten Beobachtungswert (21.2) ein gewichteter zweiter Beobachtungswert (31.2) bestimmt wird, wobei - der gewichtete erste Beobachtungswert (31.1) und der gewichtete zweite Beobachtungswert (31.2) verglichen werden, wobei - anhand des Vergleichs (23) der Abgaskatalysator (3) bewertet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate (11.2) zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils ein zweiter Beobachtungswert (21.2) bestimmt wird, wobei - die Mehrzahl an zweiten Beobachtungswerten (21.2) integriert werden, wobei ein integrierter zweiter Beobachtungswert (27) erhalten wird, wobei - der integrierte zweite Beobachtungswert (27) mit dem ersten Beobachtungswert (21.1) verglichen wird, wobei - anhand des Vergleichs (23) der Abgaskatalysator (3) bewertet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei - in dem ersten Lastpunkt mit der zweiten Dosierrate (11.2) zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten jeweils ein gewichteter zweiter Beobachtungswert (31.2) bestimmt wird, wobei - die Mehrzahl an gewichteten zweiten Beobachtungswerten (31.2) integriert werden, wobei ein integrierter gewichteter zweiter Beobachtungswert (33) erhalten wird, wobei - der integrierte gewichtete zweite Beobachtungswert (33) mit dem gewichteten ersten Beobachtungswert (31.1) verglichen wird, wobei - anhand des Vergleichs (23) der Abgaskatalysator (3) bewertet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Verfahren für eine Mehrzahl an Lastpunkten durchgeführt wird, wobei - eine Bewertung der Brennkraftmaschine (1) in einem Lastkennfeld gespeichert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem Lastkennfeld zusätzlich zu der Bewertung eine Bewertungs-Betriebsstunde gespeichert wird, wobei die Bewertungs-Betriebsstunde den Zeitpunkt der Bewertung angibt.
10. Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgaskatalysator (3), einer Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5), einem ersten NO_x-Sensor (7.1), einem zweiten NO_x-Sensor (7.2) und einer Steuervorrichtung (9), wobei - der erste NO_x-Sensor (7.1) strömungstechnisch vor dem Abgaskatalysator (3) angeordnet ist, wobei - die Reaktionsmittel-Dosiervorrichtung (5) strömungstechnisch zwischen dem ersten NO_x-Sensor (7.1) und dem Abgaskatalysator (3) angeordnet ist, wobei - der zweite NO_x-Sensor (7.2) strömungstechnisch nach dem Abgaskatalysator (3) angeordnet ist, und wobei - die Steuervorrichtung (9) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

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