WO2006081598A2 - Verfahren zur diagnose eines abgasnachbehandlungssystems - Google Patents

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WO2006081598A2
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Arno Huss
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Definitions

  • the invention relates to a method for the diagnosis of an exhaust aftertreatment system for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust line of an internal combustion engine by means of selective catalytic reduction, wherein a reducing agent is introduced via a metering device in the exhaust gas, with at least one downstream of an exhaust aftertreatment device arranged NO x -sensitive sensor , And a device for carrying out the method.
  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular diesel internal combustion engine, with an exhaust system, in which at least one exhaust gas aftertreatment device preferably formed by a particulate filter is arranged, wherein a regeneration of the exhaust gas aftertreatment device can be initiated by increasing the temperature of the exhaust gas.
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine.
  • SCR systems consist of an arranged in the exhaust system of an internal combustion engine SCR catalyst which catalyzes at sufficiently high temperatures, the reaction of nitrogen oxides (NOx) with a reducing agent to harmless end products such as water and nitrogen.
  • a reductant tank consists of a reductant tank, a reductant dosing unit and a reductant injector which introduces reductant into the exhaust gas upstream of the SCR catalyst.
  • the reducing agent used is usually an aqueous urea solution which liberates ammonia (NH 3) as the actual active substance at high temperatures in the SCR catalyst.
  • the SCR system is controlled by an electronic control unit, the ECU, which is either equal to the control unit of the internal combustion engine or a separate control unit, which is in data communication with the control unit of the internal combustion engine.
  • the control unit controls the reducing agent metering unit in such a way that the amount of reducing agent which is required to reduce the nitrogen oxides generated in the current engine operating point is supplied to the exhaust gas.
  • a temperature sensor is also provided in the exhaust system to ensure that the reducing agent is supplied only at a sufficiently high temperature of the SCR catalyst.
  • the task of diagnosing an SCR system would be very easily solved by a NOx sensor with sufficient sensitivity, which is installed in the exhaust line downstream of the SCR catalyst and sends information about the NOx concentration behind the SCR catalyst to the control unit ECU.
  • a NOx sensor with sufficient sensitivity which is installed in the exhaust line downstream of the SCR catalyst and sends information about the NOx concentration behind the SCR catalyst to the control unit ECU.
  • Such an arrangement is known for example from US 6,363,771 Bl.
  • the sensitivity of commercial NO x sensors is at least not sufficient in all required engine operating points for the diagnostic task.
  • it is possible with the use of conventional NO x sensors that despite a malfunction of the SCR system, which leads to increased NCy concentrations in the exhaust gas after the SCR catalyst, this increased concentration for the sensor is still too low, and so Malfunction can not be diagnosed.
  • a method for operating an internal combustion engine with a particle filter wherein a arranged in the exhaust system of the internal combustion engine particulate filter is regenerated as needed.
  • a ⁇ value of an air-fuel ratio between a value ⁇ 1 and a value> 1 periodically switched back and forth that a temperature of the particulate filter is increased by means of a Abgaserhitzung to a value , in which a regeneration of the particulate filter takes place.
  • JP 2003-161145 A discloses an exhaust aftertreatment device with a NO x catalyst in the exhaust line and a throttle valve arranged downstream thereof.
  • the object of the invention is to describe a method which can still diagnose a fault condition of the exhaust aftertreatment device when using NO x -sensitive sensors with low sensitivity.
  • Another object of the invention is a device and a method to propose for the regeneration of a post-treatment device with a short regeneration period.
  • Terminating the sensor diagnostic mode preferably switching to the normal mode.
  • the emission of NO x emissions is thus briefly increased by a factor of the order of 2 to 10 compared to the normal operation during the diagnosis or sensor diagnostic operating state, so that even with less sensitive NO x -sensitive sensors a lack of reduction of the nitrogen oxides can be easily determined can.
  • the increase in NO x emissions can be achieved by reducing the exhaust gas mass flow of the recirculated exhaust gas, by reducing or at least partially bypassing the cooling by means of an exhaust gas recirculation cooled exhaust gas mass flow, by increasing the boost pressure or by changing the injection timing and / or the injection pressure.
  • the NO x concentration upstream of the exhaust gas aftertreatment device is at least during the diagnostic operating state or mode.
  • sordiagnose sessiles measured and the amount of reducing agent to be introduced into the exhaust gas using the measurement of IMO X concentration upstream of the exhaust aftertreatment device is determined. Additionally or alternatively, it can also be provided that the amount of reducing agent to be introduced into the exhaust gas is determined at least during the diagnostic operating state or sensor diagnostic operating state using a characteristic map and / or a model for determining the NO x emission of the internal combustion engine.
  • the diagnosis can be made during normal operation of the internal combustion engine.
  • the torque of the internal combustion engine is preferably adjusted by increasing the injected fuel quantity to the torque in the normal operating state.
  • NO x sensors in addition to the desired NO x sensitivity, can have a not inconsiderable cross-sensitivity to ammonia and / or other chemical substances.
  • basically all sensors which are sufficiently sensitive to NO 2 can be used, regardless of their cross-sensitivity. These sensors are therefore referred to in the context of the application as NO x -sensitive sensors.
  • an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment device with selective catalytic reduction in the exhaust line, with a metering device for reducing agent upstream of the exhaust aftertreatment device and at least one sensor for measuring the NO x concentration downstream of the exhaust aftertreatment device.
  • a temperature sensor is arranged downstream of the exhaust gas aftertreatment device.
  • a sensor for measuring the NO x concentration is arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment device. It is provided that the metering device is connected to a control unit which controls the Reduktionsffenzu limp depending on the current NO x emissions of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has at least one actuatable by the control unit actuating means for switching the internal combustion engine from a normal operating state in a Diagnosebe- operating state or in a sensor diagnostic operating state.
  • variable throttle device is arranged in the exhaust gas system.
  • the variable throttle device is advantageously designed as a flap.
  • variable throttle device is arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the throttle device can be arranged downstream of the turbine of an exhaust gas turbocharger.
  • the internal combustion engine switches to regeneration operation.
  • the temperature after the exhaust gas turbine must be increased, for example to about 62O 0 C, with a certain oxygen content in the exhaust gas, for example, 6%, should not fall below.
  • the throttle device in the outlet of the exhaust gas back pressure is increased. This leads to an increase in the charge exchange work, with only a small change in the air mass flow.
  • the injected fuel quantity is increased, which leads to a reduction in the ratio of air to fuel and thus to a further increase in temperature.
  • the regeneration period of the exhaust gas aftertreatment device can be substantially shortened.
  • the influence on the pressure curve in the cylinder is lower than with a throttle valve in the intake system, which results in a lower noise change when switching.
  • the throttle device arranged downstream of the turbine also has the advantage that the response of the internal combustion engine in the transit sient réelle is improved. For an acceleration process while the throttle device is opened, which increases the pressure ratio directly to the turbine and thus the transmitted power from the turbine to the compressor.
  • variable throttle device is arranged downstream of a branch of an exhaust gas recirculation line from the exhaust system.
  • the exhaust gas recirculation rate can also be controlled and even more increased during normal operation by the throttle device than with a throttle device in the intake system.
  • the throttle in the intake system can be completely replaced by a throttle in the exhaust system.
  • FIGS. show schematically:
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation.
  • the internal combustion engine 1 is equipped with an exhaust aftertreatment device 2, consisting of an SCR catalyst 3, a reducing agent tank 4, a reducing agent metering unit 5 and a reducing agent injection nozzle 6.
  • the reducing agent metering unit 5 is controlled by an electronic control unit ECU, the The same control unit as the control unit of the internal combustion engine 1 may be or else another control unit which is in data communication with the control unit of the internal combustion engine 1.
  • at least one temperature sensor 7 is arranged in front of or behind the SCR catalytic converter 3 in the exhaust gas line, by means of which the temperature of the SCR catalytic converter 3 can be determined in the control unit ECU.
  • a sensor 9 for measuring the concentration of nitrogen oxides (NO x ) arranged and connected to the control unit ECU.
  • control unit ECU can actuators on the internal combustion engine 1, by which the internal combustion engine 1 can be brought into an operating state with increased NO x emission.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show an exhaust gas recirculation valve 10 (EGR valve) for controlling the recirculated exhaust gas mass flow. By reducing the exhaust gas mass flow compared to a normal engine operating state, the nitrogen oxide emission of the internal combustion engine 1 is increased.
  • EGR valve exhaust gas recirculation valve
  • the recirculated exhaust gas mass flow is cooled via an EGR cooler to further reduce the formation of nitrogen oxides. If it is now possible to reduce or partially bypass the cooling of the recirculated exhaust gas mass flow via the control unit ECU, an operating state with increased NO x emissions can also be produced in this way.
  • the NO x emissions of the internal combustion engine 1 can be increased by a factor of the order of 5 to 10 compared to the normal operating state.
  • the control unit ECU While the internal combustion engine 1 is in a diagnostic mode with increased NO x emission, the control unit ECU simultaneously controls the reducing agent metering unit 5 so that the amount of reducing agent that is required to the increased NO x emission is supplied to the exhaust gas in the SCR catalyst 3 completely reduce. For this purpose, first the amount or the concentration of NO x in the exhaust gas is determined in this diagnostic operating state and determines therefrom the required amount of reducing agent. For this purpose, a formula, table or characteristic curve is advantageously stored in the control unit ECU, which assigns a corresponding amount of reducing agent to a NO x emission of the internal combustion engine 1.
  • a map or model is stored, which based on the operating parameters (engine speed, torque, EGR rate, EGR cooling, boost pressure, injection timing and / or injection pressure ) determines the NO x emission.
  • this sensor 13 instead of this, another NO x -sensitive sensor 13, this time upstream of the SCR catalytic converter 3, used to measure the NO x emissions. Because of the increased NO x emissions, this sensor 13 need only have low sensitivity to measure the NO x concentration with sufficient accuracy.
  • the addition of the amount of reducing agent in the exhaust gas corresponding to the determined NO x emissions to the SCR catalytic converter 3 only results in a very low NO x concentration, which in many cases is below the sensitivity limit of NO x sensitive sensor 9 is located.
  • the NO x concentration so high, that it can also be measured by an NC-sensitive sensor 9 with only low sensitivity.
  • the method according to the invention diagnoses a fault condition that can be further processed by other components of a diagnostic system that are not the subject of this invention.
  • the diagnostic operating state is set with increased NCy emissions only in the presence of certain prerequisites.
  • these conditions include that the temperature of the SCR Catalyst 3 is sufficiently high for the catalytic reaction.
  • diagnostic operating states with increased NO x emission for the purpose of diagnosis only if the NO x emissions in the normal operating state are so low that they are not safe given the sensitivity of the NO x -sensitive sensor 9 can be measured.
  • Such engine operating states with low NO x emissions are usually characterized by a low engine speed and / or a low torque output by the engine 1.
  • Fig. 3 shows in simplified form a flow chart of the method according to the invention.
  • the diagnostic conditions for changing to a diagnostic operating state DBZ with increased NO x emissions are fulfilled.
  • the temperature of the SCR catalytic converter 3 and the speed and / or the torque of the internal combustion engine can be taken into account.
  • a diagnostic operating state DBZ is set with increased NO x emissions.
  • the EGR rate and / or the EGR cooling and / or the boost pressure and / or the injection timing and / or the injection pressure can be modified.
  • it is advantageous to modify the amount of injected fuel such that the torque output by the internal combustion engine 1 does not change as a result of this switching.
  • a subsequent step 30 it is checked whether the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter 3 measured by the NO x -sensitive sensor 9 exceeds a certain threshold value.
  • This threshold value may be constant or depend on operating variables such as rotational speed and / or torque of the internal combustion engine 1 and / or the measured and / or estimated concentration of NO x upstream of the SCR catalytic converter 3. If the NO x concentration measured by the NO x -sensitive sensor 9 is less than or equal to this threshold value, a "non-fault state” NER is reported to further components of a diagnostic system and returned to the normal operating state NBZ of the internal combustion engine 1. If the measured NO x concentration is greater than this threshold value, then an "error state” ER is sent to further components of an Reported diagnostic system and also returned to the normal operating state NBZ the internal combustion engine 1.
  • the method according to the invention is also suitable, with a slight modification, to check that an NO x -sensitive sensor downstream of the exhaust aftertreatment system, in particular the NO x -sensitive sensor 9 used for the diagnosis of the exhaust aftertreatment system, is functional.
  • an NO x -sensitive sensor downstream of the exhaust aftertreatment system in particular the NO x -sensitive sensor 9 used for the diagnosis of the exhaust aftertreatment system, is functional.
  • the amount of reductant supplied is not increased as much as would be necessary to completely reduce the increased NO x emissions, but only partially, or not at all, or even decreased, thereby increasing the NO x level after the SCR catalyst 3 is significantly increased and is above the sensitivity threshold of the NO x -sensitive sensor 9.
  • an intact NO x -sensitive sensor must indicate the increased NO x concentration. If the increased NO x concentration is not displayed, then an error state of the NO x -sensitive sensor 9 can be concluded.
  • the results of the diagnosis of the exhaust aftertreatment system and / or the diagnosis of the NO x -sensitive sensor can be stored for example in a fault memory. Furthermore, it is possible to control an error-function lamp in case of malfunction.
  • the inventive method is suitable for both diesel and gasoline engines.
  • FIG. 4 shows an internal combustion engine 101 with a plurality of cylinders 102, 103, 104, with an inlet branch 105 and an outlet branch 106.
  • a charge air filter 107 and a charge air cooler 108 are arranged in the inlet branch.
  • Exhaust system 106 and intake system 105 are interconnected via an exhaust gas recirculation line 109, which branches off upstream of the turbine 110 of an exhaust gas turbocharger 111 from the exhaust line 106.
  • the compressor of the exhaust gas turbocharger 111 is designated.
  • an exhaust gas aftertreatment device 113 Downstream of the turbine 110, an exhaust gas aftertreatment device 113, for example a particle filter, is arranged downstream of the turbine 110. Between the turbine 110 and the exhaust aftertreatment device 113, a throttle device 114 formed by a flap is provided in the exhaust line 106. To perform the regeneration of the exhaust aftertreatment device 113, the internal combustion engine 101 is switched to regeneration mode. For this purpose, the temperature after the turbine 110, for example, must be increased to 62O 0 C, wherein a certain oxygen content in the exhaust gas of about 6% must not be exceeded and where further the engine torque should remain unchanged. To achieve this chen, the throttle device 114 is at least partially closed in the exhaust line 106. This causes the exhaust back pressure to increase, and thus the charge cycle work of the engine 101 is increased.
  • Another advantageous effect relates to the transient behavior of the internal combustion engine 101.
  • the throttle device 114 is opened, which increases the pressure ratio directly at the turbine 110 and thus the power transmitted from the turbine 110 to the compressor 112.
  • the throttle device 114 in the exhaust system 106 and the exhaust gas recirculation rate in normal operation - compared with a throttle device 115 in the intake system 105 - can be increased.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Abgasnachbehandlungssystems zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mittels selektiver katalytischer Reduktion. Zur einfachen Fehlererkennung sind folgende Schritte vorgesehen: Definieren zumindest eines Schwellwertes für die NOx-Konzentration für mindestens einen Motor-Betriebspunkt; Wechseln der Betriebsweise der Brennkraftmaschine in einen Diagnosebetriebszustand, wobei im Diagnosebetriebszustand wesentlich mehr NOx-Emissionen erzeugt werden, wie im Normalbetriebszustand; Ermitteln einer den erhöhten NOx-Emissionen im Diagnosebetriebszustand entsprechenden Menge an Reduktionsmittel; Ansteuern einer Dosiereinrichtung, um die den erhöhten NOx-Emissionen während des Diagnosebetriebszustand entsprechende Menge Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen; Messen der NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungseinrichtung (2); Vergleichen der gemessenen NOx-Konzentration mit dem Schwellwert; Entscheiden über den fehlerbehafteten oder fehlerfreien Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems aufgrund des Vergleiches der gemessenen NOx-Konzentration mit dem Schwellwert; Beenden des Diagnosebetriebszustandes.

Description

Verfahren zur Diagnose eines Abgasnachbehandlungssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Abgasnachbehandlungs- systems zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mittels selektiver katalytischer Reduktion, wobei ein Reduktionsmittel über eine Dosiereinrichtung in das Abgas eingebracht wird, mit zumindest einem stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten NOx-em- pfindlichen Sensor, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel- Brennkraftmaschine, mit einem Abgasstrang, in welchem zumindest eine vorzugsweise durch einen Partikelfilter gebildete Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, wobei durch Temperaturerhöhung des Abgases eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung einleitbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
SCR-Systeme (SCR - Selective Catalytic Reduction) bestehen aus einem im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten SCR-Katalysator, welcher bei ausreichend hohen Temperaturen die Reaktion von Stickoxiden (NOx) mit einem Reduktionsmittel zu unschädlichen Endprodukten wie Wasser und Stickstoff katalysiert. Weiterhin besteht solch ein System aus einem Reduktionsmittel-Tank, einer Reduktionsmittel-Dosiereinheit und einer Reduktionsmittel-Einspritzdüse, welche Reduktionsmittel in das Abgas vor dem SCR-Katalysator einbringt. In praktischen Anwendungen wird als Reduktionsmittel meist eine wässrige Harnstoff-Lösung verwendet, welche bei hohen Temperaturen im SCR-Katalysator Ammoniak (NH3) als eigentliche aktive Substanz freisetzt.
Das SCR-System wird von einem elektronischen Steuergerät, der ECU, gesteuert, welches entweder gleich dem Steuergerät der Brennkraftmaschine ist oder aber ein separates Steuergerät, welches in Datenverbindung mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine steht. Das Steuergerät steuert dabei die Reduktionsmittel-Dosiereinheit so an, dass dem Abgas diejenige Menge an Reduktionsmittel zugeführt wird, welche zur Reduktion der im aktuellen Motorbetriebspunkt erzeugten Stickoxide erforderlich ist. In vielen Fällen ist im Abgasstrang auch noch ein Temperatursensor vorgesehen, um sicherzustellen, dass das Reduktionsmittel erst bei ausreichend hoher Temperatur des SCR-Katalysators zugeführt wird.
Da solche SCR-Systeme somit die Stickoxide im Abgasstrang erheblich reduzieren, ist es im Rahmen der On-Board Diagnose erforderlich, das SCR-System auf korrekte Funktion zu überwachen. Hier muss insbesondere überprüft werden, dass die erforderliche Menge an Reduktionsmittel auch tatsächlich eingebracht wird. Fehler, die diagnostiziert werden müssen, sind etwa eine Verstopfung der Düse oder auch das Befüllen des Reduktionsmittel-Tanks mit Flüssigkeiten, welche nicht die erforderlichen Eigenschaften des Reduktionsmittels aufweisen, wie etwa Wasser ohne gelösten Harnstoff.
Die Aufgabe der Diagnose eines SCR-Systems ließe sich sehr einfach durch einen NOx-Sensor mit hinreichender Empfindlichkeit lösen, welcher im Abgasstrang stromabwärts des SCR-Katalysators eingebaut ist und Informationen über die NOx-Konzentration hinter dem SCR-Katalysator an das Steuergerät ECU sendet. Eine derartige Anordnung ist etwa aus der US 6,363,771 Bl bekannt. Allerdings reicht die Empfindlichkeit von handelsüblichen NOx-Sensoren zumindest nicht in allen erforderlichen Motor-Betriebspunkten für die Diagnose-Aufgabe aus. So ist es bei Verwendung üblicher NOx-Sensoren möglich, dass trotz einer Fehlfunktion des SCR-Systems, welche zu erhöhten NCy-Konzentrationen im Abgas nach dem SCR-Katalysator führt, diese erhöhte Konzentration für den Sensor noch immer zu gering ist und so die Fehlfunktion nicht diagnostiziert werden kann.
Aus der DE 102 61 877 Al ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Partikelfilter bekannt, wobei ein im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneter Partikelfilter bedarfsweise regeneriert wird. Hierbei wird im Betrieb der Brennkraftmaschine über eine vorbestimmte Zeitdauer ein λ-Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem Wert <1 und einem Wert >1 derart periodisch hin- und hergeändert, dass eine Temperatur des Partikelfilters mittels einer Abgaserhitzung auf einen Wert erhöht wird, bei dem eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt.
Weiters offenbart die JP 2003-161145 A eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem NOx-Katalysator im Abgasstrang und einem stromabwärts von diesem angeordneten Drosselventil.
Weiters ist es bekannt, zur Anhebung der Temperatur im Partikelfilter den Luftmassenstrom vor dem Einlasssammler zu drosseln. Dadurch wird der Luftdurchsatz und der Luftüberschuss verringert. Mit niedrigerem Luftüberschuss wird die gleiche Brennstoffmenge mit weniger Luft verbrannt, was die Temperatur der Verbrennungsprodukte anhebt. Nachteilig ist, dass durch Drosseln vor dem Einlasssammler eine starke Mengenverminderung einhergeht, was die Regenerationsdauer des Partikelfilters verlängert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu beschreiben, welches bei Verwendung von NOx-empfindlichen Sensoren mit geringer Empfindlichkeit dennoch einen Fehlerzustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung diagnostizieren kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Regeneration einer Nachbehandlungseinrichtung mit kurzer Regenerationsdauer vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Schritte erreicht:
Definieren zumindest eines Schwellwertes für l\!Ox-Konzentrationen für mindestens einen Motor-Betriebspunkt;
Wechseln der Betriebsweise der sich vorzugsweise in einem Normalbe- triebszustand befindenden Brennkraftmaschine in einen Diagnosebetriebszustand, wobei im Diagnosebetriebszustand mindestens zweimal, vorzugsweise mindestens fünfmal, besonders vorzugsweise mindestens zehnmal soviel NOx-Emissionen erzeugt werden, wie im Normal- betriebszustand;
Ermitteln einer den erhöhten NOx-Emissionen im Diagnosebetriebszustand entsprechenden Menge an Reduktionsmittel;
Ansteuern der Dosiereinrichtung, um die den erhöhten NOx-Emissionen während des Diagnosebetriebszustand entsprechende Menge Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen;
Messen der NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungseinrichtung;
Vergleichen der gemessenen NOx-Konzentration mit dem Schwellwert;
Entscheiden über den fehlerbehafteten oder fehlerfreien Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems aufgrund des Vergleiches der gemessenen NOx-Konzentration mit dem Schwellwert;
Beenden des Diagnosebetriebszustandes, wobei vorzugsweise die Brennkraftmaschine in den Normalbetriebszustand oder - zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des NOx-empfindlichen Sensors - in einen Sensordiagnosebetriebszustand umgeschaltet wird.
Die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des NOx-empfindlichen Sensors wird durch folgende Schritte durchgeführt:
Wechseln der Betriebsweise der sich vorzugsweise im Normalbetriebszustand oder einen Diagnosebetriebszustand befindenden Brennkraftmaschine in einem Sensordiagnosebetriebszustand, wobei im Sensordiagnosebetriebszustand mehr, vorzugsweise mindestens zweimal, besonders vorzugsweise mindestens fünfmal, insbesondere vorzugsweise mindestens zehnmal soviel NOx-Emissionen erzeugt werden als im Normalbetriebszustand;
Ermitteln eine den erhöhten NOx-Emissionen im Sensordiagnosebe- triebszustand entsprechenden Menge an Reduktionsmittel;
Ansteuern der Dosiereinrichtung derart, dass eine Menge an Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, welche um eine definierte Fehlmenge geringer ist als zur vollständigen Reduktion der NOx-Emis- sionen erforderlich wäre, so dass stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine NOx-Konzentration erzeugt wird, welche oberhalb der Empfindlichkeitsschwelle des NOx-empfindlichen Sensors liegt;
Ermitteln einer Rest-l\IOx-Konzentration auf Grund der definierten Fehlmenge an Reduktionsmittel;
Messen der NOx-Konzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem NOx-empfindlichen Sensor;
Vergleichen der gemessenen NOx-Konzentrationen mit der ermittelten Rest-NOx-Konzentration;
Entscheiden über die fehlerbehaftete oder fehlerfreie Funktion des l\IOx-empfindlichen Sensors stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems;
Beenden des Sensordiagnosebetriebszustandes, wobei vorzugsweise in den Normalbetriebszustand umgeschalten wird.
Der Ausstoß an NOx-Emissionen wird somit während des Diagnosebetriebszu- standes oder Sensordiagnosebetriebszustandes kurzzeitig um einen Faktor in der Größenordnung 2 bis 10 gegenüber dem Normalbetrieb angehoben, so dass auch mit wenig sensitiven NOx-empfindlichen Sensoren eine mangelnde Reduktion der Stickoxide leicht festgestellt werden kann. Die Anhebung der NOx-Emissionen kann durch Reduktion des Abgas-Massenstromes des rückgeführten Abgases, durch Reduzierung oder zumindest teilweiser Umgehung der Kühlung mittels eines Abgasrückführkühlers gekühlten Abgas-Massenstroms, durch Erhöhung des Ladedruckes oder durch Veränderung des Einspritzzeitpunktes und/oder des Einspritzdruckes erfolgen.
Um insbesondere während des Diagnosebetriebszustandes oder des Sensordiag- nosebetriebszustandes eine optimale Reduktion der Stickoxide zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung die NOx-Konzentration zumindest während des Diagnosebetriebszustandes oder Sen- - 3 ™
sordiagnosebetriebszustandes gemessen, und die Menge des in das Abgas einzubringenden Reduktionsmittels unter Verwendung der Messung der IMOX-Konzen- tration stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Menge des in das Abgas einzubringenden Reduktionsmittels zumindest während des Diagno- sebetriebszustandes oder Sensordiagnosebetriebszustandes unter Verwendung eines Kennfeldes und/oder eines Modells zur Bestimmung der NOx-Emission der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Die Diagnose kann während des normalen Betriebes der Brennkraftmaschine erfolgen. Um Komforteinbußen während der Durchführung des Diagnosevorganges zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordiagnosebetriebszustand das Drehmoment der Brennkraftmaschine vorzugsweise durch Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge an das Drehmoment im Normalbetriebszustand angepasst wird.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn vom Normalbetriebszustand in den Diagnosebetriebszustand oder in den Sensordiagnosebetriebszustandes nur umgeschalten wird, wenn definierte Anfangsbedingungen, vorzugsweise für Drehzahl und/oder Drehmoment der Brennkraftmaschine und/oder Temperatur der Nachbehandlungseinrichtung erfüllt sind. Für katalytische Reaktionen ist beispielsweise eine hinreichend hohe Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung erforderlich. Andererseits ist ein Umschalten in einen Diagnosebetriebszustand nur dann erforderlich, wenn die NOx-Emissionen im Normalbetriebszustand der Brennkraftmaschine so gering sind, dass sie bei gegebener Sensitivität des NOx-empfind- lichen Sensors nicht sicher gemessen werden können. Solche Motorbetriebszu- stände mit geringer NOx-Emission sind meist durch geringere Motordrehzahl und/oder ein geringes vom Motor abgegebenes Drehmoment charakterisiert.
Handelsübliche NOx-Sensoren können zusätzlich zu der erwünschten NOx-Emp- findlichkeit eine nicht unerhebliche Querempfindlichkeit für Ammoniak und/oder andere chemische Substanzen aufweisen. Für das hier vorgestellte Verfahren können grundsätzlich alle auf NOχ hinreichend empfindliche Sensoren verwendet werden, unabhängig von ihrer Querempfindlichkeit. Diese Sensoren werden daher im Rahmen der Anmeldung als NOx-empfindliche Sensoren bezeichnet.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion im Abgasstrang, mit einer Dosiereinrichtung für Reduktionsmittel stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und zumindest einem Sensor zur Messung der NOx-Konzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Um zu prüfen, ob die Temperatur des Abgases und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem definierten Arbeitsbereich liegt, kann vorgesehen sein, dass stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Temperatursensor angeordnet ist.
Um die Menge des zugemessenen Reduktionsmittels genau auf die Menge der NOx-Emissionen anzupassen, kann vorgesehen sein, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Sensor zur Messung der NOx-Konzentration angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Dosiereinrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche die Reduktionsmittelzumessung in Abhängigkeit der aktuellen NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine steuert.
Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine zumindest ein durch die Steuereinheit ansteuerbares Stellmittel zum Umschalten der Brennkraftmaschine von einem Normabetriebszustand in einen Diagnosebe- triebszustand oder in einen Sensordiagnosebetriebszustand aufweist.
Um kurze Regenerationszeiten zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass im Abgasstrang zumindest eine variable Drosseleinrichtung angeordnet ist. Die variable Drosseleinrichtung ist vorteilhafter Weise als Klappe ausgebildet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die variable Drosseleinrichtung stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist. Die Drosseleinrichtung kann dabei stromabwärts der Turbine eines Abgasturboladers angeordnet sein.
Zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung schaltet die Brennkraftmaschine auf Regernationsbetrieb um. Dazu muss die Temperatur nach der Ab- gasturbine erhöht werden, z.B. auf etwa 62O0C, wobei ein gewisser Sauerstoffgehalt im Abgas, von beispielsweise 6%, nicht unterschritten werden sollte. Durch die Drosseleinrichtung im Auslassstrang wird der Abgasgegendruck erhöht. Dies führt zu einer Steigerung der Ladungswechselarbeit, wobei es nur zu einer geringen Änderung des Luftmassenstromes kommt. Damit das Drehmoment gehalten werden kann, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge angehoben, was zur Verringerung des Verhältnisses Luft zu Brennstoff führt und damit zu einer wie- teren Temperaturerhöhung. Durch den im Vergleich zu einer Drosseleinrichtung im Einlassstrang größeren Gesamtmassenstrom kann die Regenerationsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung wesentlich verkürzt werden. Darüber hinaus ist der Einfluss auf den Druckverlauf im Zylinder geringer als bei einer Drosselklappe im Einlasssystem, was beim Umschalten eine geringere Geräuschänderung zur Folge hat.
Die stromabwärts der Turbine angeordnete Drosseleinrichtung hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine im Tran- sientbetrieb verbessert wird. Für einen Beschleunigungsvorgang wird dabei die Drosseleinrichtung geöffnet, was das Druckverhältnis direkt an der Turbine erhöht und damit die von der Turbine an den Verdichter übertragene Leistung.
Durch das Erhöhen der Abgastemperatur ist in diesem System auch eine Beschleunigung des Warmlaufes der Brennkraftmaschine möglich, was vor allem die Wirkungsweise von Einrichungen zur Abgasnachbehandlung, wie z.B. Katalysatoren, verbessert. Damit ist eine Verringerung der Emissionen im Fahrzyklus möglich.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die variable Drosseleinrichtung stromabwärts einer Abzweigung einer Abgasrückführleitung vom Abgasstrang angeordnet ist. Dadurch kann im Normalbetrieb durch die Drosseleinrichtung auch die Abgasrückführrate gesteuert und sogar stärker erhöht werden, als mit einer Drosseleinrichtung im Einlasssystem. Damit kann die Drosselklappe im Einlasssystem vollkommen durch eine Drosselklappe im Auslasssystem ersetzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine erste Ausführungsform ist in Fig. 1 beschrieben. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ausgerüstet, bestehend aus einem SCR-Katalysator 3, einem Reduktionsmittel-Tank 4, einer Reduktionsmittel-Dosiereinheit 5 und einer Reduktionsmittel-Einspritzdüse 6. Die Reduktionsmittel-Dosiereinheit 5 wird von einem Elektronischen Steuergerät ECU angesteuert, das das gleiche Steuergerät wie das Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 sein kann oder aber auch ein anderes Steuergerät, welches mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 in Datenverbindung steht. Weiterhin ist im Abgasstrang zumindest ein Temperatursensor 7 vor oder hinter dem SCR-Katalysator 3 angeordnet, durch den im Steuergerät ECU die Temperatur des SCR-Katalysators 3 bestimmt werden kann. Zudem ist im Abgasstrang 8 nach dem SCR-Katalysa- tor 3 ein Sensor 9 zur Messung der Konzentration an Stickoxiden (NOx) angeordnet und mit dem Steuergerät ECU verbunden.
Weiterhin kann das Steuergerät ECU Aktoren an der Brennkraftmaschine 1 ansteuern, durch welche die Brennkraftmaschine 1 in einen Betriebszustand mit erhöhter NOx-Emission gebracht werden kann. Beispielhaft ist in Fig. 1 und Fig. 2 ein Abgasrückführventil 10 (AGR-Ventil) zur Steuerung des rückgeführten Abgas- Massenstroms eingezeichnet. Durch Reduktion des Abgas-Massenstroms gegenüber einem normalen Motorbetriebszustand wird die Stickoxid-Emission der Brennkraftmaschine 1 erhöht.
In vielen Brennkraftmaschinen 1 wird der rückgeführte Abgasmassenstrom über einen AGR-Kühler gekühlt, um die Bildung der Stickoxide weiter zu reduzieren. Besteht nun die Möglichkeit, über das Steuergerät ECU die Kühlung des rückgeführten Abgasmassenstroms zu reduzieren oder teilweise zu umgehen, kann auch auf diese Weise ein Betriebszustand mit erhöhten NOx-Emissionen hergestellt werden.
Weiterhin verfügen viele Brennkraftmaschinen 1 auch über Kompressoren oder Turbolader 12 zur Erhöhung des Ladedrucks, die in vielen Fällen auch über das Steuergerät ECU beeinflusst werden können. In solchen Fällen kann auch eine Erhöhung des Ladedrucks zum gewünschten Zustand mit erhöhter NOx-Emission führen.
Da die Stickoxid-Emissionen der Brennkraftmaschine 1 erheblich von der richtigen Wahl des Zeitpunkts, zu dem der Kraftstoff eingespritzt wird und auch vom Druck, mit dem der Kraftstoff eingespritzt wird, abhängen, kann auch eine Beeinflussung dieser beiden Größen durch das Steuergerät ECU zum gewünschten Betriebszustand mit erhöhten NOx-Emissionen führen. Besonders groß sind die Einflussmöglichkeiten hier bei Kraftstoff-Einspritzsystemen, welche in einem Arbeitszyklus mehr als eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum ermöglichen.
Durch die oben beschriebenen Maßnahmen lassen sich die NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine 1 um einen Faktor in der Größenordnung 5 bis 10 gegenüber dem Normalbetriebszustand erhöhen.
Da die oben beschriebenen Maßnahmen zur Herstellung eines Diagnosebetriebs- zustandes mit erhöhter NOx-Emission in der Regel zu einem veränderten Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 führen, ist es besonders vorteilhaft, wenn bei der Herstellung des Betriebszustandes mit erhöhten NOx-Emissionen die eingespritzte Kraftstoff-Menge so angepasst wird, dass das von der Brennkraftma- schine 1 abgegebene Drehmoment beim Wechsel des Betriebszustandes gleich bleibt.
Während die Brennkraftmaschine 1 sich in einem Diagnosebetriebszustand mit erhöhter NOx-Emission befindet, steuert das Steuergerät ECU gleichzeitig die Reduktionsmittel-Dosiereinheit 5 so an, dass dem Abgas diejenige Menge an Reduktionsmittel zugeführt wird, die erforderlich ist, um die erhöhte NOx-Emission im SCR-Katalysator 3 vollständig zu reduzieren. Hierzu wird zunächst die Menge oder die Konzentration an NOx im Abgas bei diesem Diagnosebetriebszustand ermittelt und daraus die erforderliche Menge an Reduktionsmittel bestimmt. Hierzu ist vorteilhafterweise im Steuergerät ECU eine Formel, Tabelle oder Kennlinie abgelegt, welche einer NOx-Emission der Brennkraftmaschine 1 eine entsprechende Menge an Reduktionsmittel zuordnet.
In einer in Fig. 1 dargestellten einfachen Ausführung ist vorgesehen, dass im Steuergerät ECU ein Kennfeld oder Modell abgelegt ist, welches auf Basis der Betriebsparameter (Motordrehzahl, Drehmoment, AGR-Rate, AGR-Kühlung, Ladedruck, Einspritz-Zeitpunkt und/oder Einspritzdruck) die NOx-Emission bestimmt.
In einer anderen Ausführungsform, welche in Fig. 2 gezeigt ist, wird statt dessen ein weiterer NOx-empfindlichen Sensor 13, diesmal stromaufwärts des SCR-Ka- talysators 3, eingesetzt um die NOx-Emissionen zu messen. Wegen der erhöhten NOx-Emissionen braucht dieser Sensor 13 eine nur geringe Empfindlichkeit aufzuweisen, um die NOx-Konzentration mit ausreichender Genauigkeit zu messen.
Bei fehlerfreier Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ergibt sich durch die Zugabe der den ermittelten NOx-Emissionen entsprechenden Menge des Reduktionsmittels im Abgas nach dem SCR-Katalysator 3 nur mehr eine sehr geringe NOx-Konzentration, die in vielen Fällen unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze des NOx-empfindlichen Sensors 9 liegt. Bei fehlerhafter Funktion jedoch, zum Beispiel durch zumindest teilweise Verstopfung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 6 oder bei Einspritzung eines anderen Mediums als des bestimmungsgemäß vorgesehenen Reduktionsmittels, ist im Betriebszustand mit erhöhten NOx-Emissionen auch nach dem SCR-Katalysator 3 die NOx-Konzentration so hoch, dass sie auch von einem NCyempfindlichen Sensor 9 mit nur geringer Empfindlichkeit gemessen werden kann. In diesem Fall diagnostiziert das erfindungsgemäße Verfahren einen Fehlerzustand, der von weiteren Komponenten eines Diagnosesystems, die nicht Gegenstand dieser Erfindung sind, weiterverarbeitet werden kann.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Diagnosebetriebszustand mit erhöhten NCyEmissionen nur bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen eingestellt wird. Zu diesen Voraussetzungen gehört insbesondere, dass die Temperatur des SCR- Katalysators 3 hinreichend hoch für die katalytische Reaktion ist. Zudem ist es vorteilhaft, zum Zweck der Diagnose nur dann Diagnosebetriebszustände mit erhöhter NOx-Emission einzustellen, wenn die NOx-Emissionen im Normalbetriebs- zustand so gering sind, dass sie bei gegebener Empfindlichkeit des NOx-empfind- lichen Sensors 9 nicht sicher gemessen werden können. Solche Motorbetriebs- zustände mit geringer NOx-Emission sind meist durch eine geringe Motordrehzahl und/oder ein geringes von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenes Drehmoment charakterisiert.
Fig. 3 zeigt in vereinfachter Form einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausgehend vom normalen Motorbetriebszustand NBZ wird in regelmäßigen Abständen im Schritt 20 überprüft, ob die Diagnosebedingungen zum Wechsel in einen Diagnosebetriebszustand DBZ mit erhöhten NOx-Emissionen erfüllt sind. Bei dieser Überprüfung im Schritt 20 kann z.B. die Temperatur des SCR-Ka- talysators 3 und die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.
Sind diese Diagnosebedingungen des Schrittes 20 nicht erfüllt (N), verbleibt die Brennkraftmaschine 1 im Normalbetriebszustand NBZ, andernfalls (Y) wird ein Diagnosebetriebszustand DBZ mit erhöhten NOx-Emissionen eingestellt. Hierzu kann die AGR-Rate und/oder die AGR-Kühlung und/oder der Ladedruck und/oder der Einspritz-Zeitpunkt und/oder der Einspritzdruck modifiziert werden. Hierbei ist es vorteilhaft, die Menge an eingespritztem Kraftstoff so zu modifizieren, dass sich das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Drehmoment durch diese Umschaltung nicht ändert. Weiterhin wird anhand eines Modells oder eines Kennfeldes oder eines zweiten NOx-Sensors 13 bestimmt, wie hoch die NOx-Emis- sionen in diesem Betriebspunkt sind und die Reduktionsmittel-Dosiereinheit 5 so angesteuert, dass die zur vollständigen Reduktion der NOx~Emissionen erforderliche Menge an Reduktionsmittel dem Abgas zugeführt wird.
In einem anschließenden Schritt 30 wird überprüft, ob die vom NOx-empfind- lichen Sensor 9 gemessene Konzentration an Stickoxiden im Abgas nach dem SCR-Katalysator 3 einen gewissen Schwellwert übersteigt. Dieser Schwellwert kann konstant sein oder von Betriebsgrößen wie Drehzahl und/oder Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 und/oder der gemessenen und/oder geschätzten Konzentration an NOx vor dem SCR-Katalysator 3 abhängen. Ist die vom NOx-emp- findlichen Sensor 9 gemessene NOx-Konzentration geringer oder gleich diesem Schwellwert, wird ein "Nicht-Fehlerzustand" NER an weitere Komponenten eines Diagnosesystems gemeldet und in den Normalbetriebszustand NBZ der Brennkraftmaschine 1 zurückgekehrt. Ist die gemessene NOx-Konzentration größer als dieser Schwellwert, so wird ein "Fehlerzustand" ER an weitere Komponenten ei- nes Diagnosesystems gemeldet und ebenfalls in den Normalbetriebszustand NBZ der Brennkraftmaschine 1 zurückgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich mit einer leichten Abwandlung auch dazu, einen NOx-empfindlichen Sensor stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere den zur Diagnose des Abgasnachbehandlungssystems verwendeten NOx-empfindlichen Sensors 9 auf Funktionstüchtigkeit zu überprüfen. Dazu wird, wie beschrieben, bei Vorliegen definierter Bedingungen in einen Sensordiagnosebetriebszustand mit erhöhten NOx-Emissionen gewechselt. Die Menge an zugeführtem Reduktionsmittel wird jedoch nicht so weit erhöht, wie es zur vollständigen Reduktion der erhöhten NOx-Emissionen notwendig wäre, sonder nur teilweise, oder gar nicht, oder sogar vermindert, wodurch die NOx-Konzentration nach dem SCR-Katalysator 3 deutlich erhöht ist und über der Empfindlichkeitsschwelle des NOx-empfindlichen Sensors 9 liegt. In diesem Fall muss ein intakter NOx-empfindlicher Sensor die erhöhte NOx-Konzentration anzeigen. Wird die erhöhte NOx-Konzentration nicht angezeigt, so kann auf einen Fehlerzustand des NOx-empfindlichen Sensors 9 geschlossen werden.
Die Ergebnisse der Diagnose des Abgasnachbehandlungssystems und/oder der Diagnose des NOx-empfindlichen Sensors können zum Beispiel in einem Fehlerspeicher abgelegt werden. Weiters ist es möglich, bei Fehlfunktion eine Fehler- funktions-Lampe anzusteuern.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für Diesel- als auch für Ottomotoren.
Die Fig. 4 zeigt eine Brennkraftmaschine 101 mit mehreren Zylindern 102, 103, 104, mit einem Einlassstrang 105 und einem Auslassstrang 106. Im Einlassstrang ist ein Ladeluftfilter 107 und ein Ladeluftkühler 108 angeordnet. Auslasssystem 106 und Einlasssystem 105 sind über eine Abgasrückführleitung 109 miteinander verbunden, welche stromaufwärts der Turbine 110 eines Abgasturboladers 111 vom Auslassstrang 106 abzweigt. Mit Bezugszeichen 112 ist der Verdichter des Abgasturboladers 111 bezeichnet.
Stromabwärts der Turbine 110 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 113, beispielsweise ein Partikelfilter, angeordnet. Zwischen der Turbine 110 und der Abgasnachbehandlungseinrichtung 113 ist im Abgasstrang 106 eine durch eine Klappe gebildete Drosseleinrichtung 114 vorgesehen. Zur Durchführung der Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 113 wird die Brennkraftmaschine 101 auf Regenerationsbetrieb umgeschaltet. Dazu muss die Temperatur nach der Turbine 110 zum Beispiel auf 62O0C erhöht werden, wobei ein gewisser Sauerstoffgehalt im Abgas von etwa 6% nicht unterschritten werden darf und wobei weiters das Motordrehmoment unverändert bleiben soll. Um dies zu errei- chen, wird die Drosseleinrichtung 114 im Abgasstrang 106 zumindest teilweise geschlossen. Dies bewirkt, dass der Abgasgegendruck steigt und damit die Ladungswechselarbeit der Brennkraftmaschine 101 erhöht wird. Im Vergleich zu einer durch Bezugszeichen 115 angedeuteten Drosseleinrichtung im Einlassstrang 105 kommt es nur zu einer geringen Änderung des Luftmassenstroms. Um das Drehmoment konstant zu halten, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht, was zur Verringerung des Verhältnisses Luft zu Brennstoff führt und damit zu einer Temperaturerhöhung. Durch den im Vergleich zu einer Drosseleinrichtung im Einlassstrang größeren Gesamtmassenstrom kann die Regenerationsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung 113 wesentlich verkürzt werden. Darüber hinaus ist der Einfluss auf den Druckverlauf in den Zylindern 102, 103, 104 geringer als mit einer Drosseleinrichtung 115 im Einlasssystem 105, was beim Umschalten zwischen normalem Motorbetrieb und Regenerationsbetrieb eine geringere Geräuschänderung zur Folge hat.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt betrifft das Transientverhalten der Brennkraftmaschine 101. Für einen Beschleunigungsvorgang wird die Drosseleinrichtung 114 geöffnet, was das Druckverhältnis direkt an der Turbine 110 erhöht und damit die von der Turbine 110 an den Verdichter 112 übertragene Leistung. Mit der Drosseleinrichtung 114 im Auslasssystem 106 kann auch die Abgasrückführrate im Normalbetrieb - verglichen mit einer Drosseleinrichtung 115 im Einlasssystem 105 - erhöht werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Diagnose eines Abgasnachbehandlungssystems zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mittels selektiver katalytischer Reduktion, wobei ein Reduktionsmittel über eine Dosiereinrichtung in das Abgas eingebracht wird, mit zumindest einem stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten NOx-empfindli- chen Sensor, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Definieren zumindest eines Schwellwertes für die NOx-Konzentrationen für mindestens einen Motor-Betriebspunkt;
Wechseln der Betriebsweise der sich vorzugsweise in einem Normalbe- triebszustand befindenden Brennkraftmaschine in einen Diagnosebe- triebszustand, wobei im Diagnosebetriebszustand mindestens zweimal, vorzugsweise mindestens fünfmal, besonders vorzugsweise mindestens zehnmal soviel NOx-Emissionen erzeugt werden, wie im Normal- betriebszustand;
Ermitteln einer den erhöhten NOx-Emissionen im Diagnosebetriebszustand entsprechenden Menge an Reduktionsmittel;
Ansteuern einer Dosiereinrichtung, um die den erhöhten NOx-Emissio- nen während des Diagnosebetriebszustand entsprechende Menge Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen;
Messen der NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungseinrichtung;
Vergleichen der gemessenen NOx-Konzentration mit dem Schwellwert;
Entscheiden über den fehlerbehafteten oder fehlerfreien Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems aufgrund des Vergleiches der gemessenen NOx-Konzentration mit dem Schwellwert;
Beenden des Diagnosebetriebszustandes, wobei vorzugsweise die Brennkraftmaschine in den Normalbetriebszustand oder - zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des NOx-empfindlichen Sensors - in einen Sensordiagnosebetriebszustand umgeschaltet wird.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des NOx-empfindlichen Sensors, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Wechseln der Betriebsweise der sich vorzugsweise im Normalbetriebs- zustand oder einem Diagnosebetriebszustand befindenden Brennkraftmaschine in einem Sensordiagnosebetriebszustand, wobei im Sensor- diagnosebetriebszustand mehr, vorzugsweise mindestens zweimal, besonders vorzugsweise mindestens fünfmal, insbesondere vorzugsweise mindestens zehnmal soviel NOx-Emissionen erzeugt werden als im Nor- malbetriebszustand;
Ermitteln eine den erhöhten NOx-Emissionen im Sensordiagnosebetriebszustand entsprechenden Menge an Reduktionsmittel;
Ansteuern der Dosiereinrichtung derart, dass eine Menge an Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, welche um eine definierte Fehlmenge geringer ist als zur vollständigen Reduktion der NOx-EmJs- sionen erforderlich wäre, so dass stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine NOx-Konzentration erzeugt wird, welche oberhalb der Empfindlichkeitsschwelle des NOx-empfindlichen Sensors liegt;
Ermitteln einer Rest-l\IOx-Konzentration auf Grund der definierten Fehlmenge an Reduktionsmittel;
Messen der NOx-Konzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem NOx-empfindlichen Sensor;
Vergleichen der gemessenen NOx-Konzentration mit der ermittelten Rest-NOx-Konzentration;
Entscheiden über die fehlerbehaftete oder fehlerfreie Funktion des NOx-empfindlichen Sensors stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems;
Beenden des Sensordiagnosebetriebszustandes, wobei vorzugsweise in den Normalbetriebszustand umgeschalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordiagnosebetriebszustand mit gegenüber dem Normalbetriebszustand veränderter, vorzugsweise reduzierter Abgasrückführrate betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordiagnosebetriebszustand gegenüber dem Normalbetriebszustand mit gegenüber dem Normalbetriebszustand veränderter, vorzugsweise verminderter Kühlung des rückgeführten Abgasmassenstroms betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordi- agnosebetriebszustand mit gegenüber dem Normalbetriebszustand veränderter, vorzugsweise erhöhtem Ladedruck betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordi- agnosebetriebszustand mit gegenüber dem Normalbetriebszustand verändertem Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordi- agnosebetriebszustand mit gegenüber dem Normalbetriebszustand verändertem Einspritzdruck des Kraftstoffes betrieben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung die NOx-Kon- zentration zumindest während des Diagnosebetriebszustandes oder im Sen- sordiagnosebetriebszustand gemessen wird und dass die Menge des in das Abgas einzubringenden Reduktionsmittels unter Verwendung der Messung der NOx-Konzentration stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des in das Abgas einzubringenden Reduktionsmittels zumindest während des Diagnosebetriebszustandes oder des Sensorbetriebszu- standes unter Verwendung eines Kennfeldes und/oder eines Modells zur Bestimmung der NOx-Emission der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetriebszustand oder im Sensordiagnosebetriebszustand das Drehmoment der Brennkraftmaschine durch Verändern, vorzugsweise durch Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge an das Drehmoment im Normalbetriebszustand angepasst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Diagnosebetriebszustand oder in den Sensordiagnosebetriebszustand nur umgeschalten wird, wenn definierte Anfangsbedingungen, vorzugsweise für Drehzahl und/oder Drehmoment der Brennkraftmaschine und/oder der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung erfüllt werden.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Brennkraftmaschine (1) im Abgasstrang (8) eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) mit selektiver katalytischer Reduktion aufweist, mit einer Dosiereinrichtung (5) für Reduktionsmittel stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) und zumindest einem Sensor (9) zur Messung der NOx-Konzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) ein Temperatursensor (7) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) ein Sensor (6) zur Messung der NOx-Konzentration angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (5) mit einer Steuereinheit (ECU) verbunden ist, welche die Reduktionsmittelzumessung in Abhängigkeit der aktuellen NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine (1) steuert.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zumindest ein durch die Steuereinheit (ECU) ansteuerbares Stellmittel zum Umschalten der Brennkraftmaschine (1) von einem Normabetriebszustand in einen Diagnosebetriebszustand aufweist.
17. Brennkraftmaschine (101), insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Abgasstrang (106), in welchem zumindest eine vorzugsweise durch einen Partikelfilter gebildete Abgasnachbehandlungseinrichtung (113) angeordnet ist, wobei durch Temperaturerhöhung des Abgases eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung (113) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (106) zumindest eine variable Drosseleinrichtung (114) angeordnet ist.
18. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Drosseleinrichtung (114) durch eine Klappe gebildet ist.
19. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Drosseleinrichtung (114) stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (113) angeordnet ist.
20. Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Drosseleinrichtung (114) stromabwärts einer Turbine (110) eines Abgasturboladers (111) angeordnet ist.
21. Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Drosseleinrichtung (114) stromabwärts einer Abzweigung einer Abgasrückführleitung (109) vom Abgasstrang (106) angeordnet ist.
22. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasströmung in Betriebsphasen, in denen die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und/oder zumindest einer Abgasnachbehandlungseinrichtung unterhalb einer definierten Betriebstemperatur liegt, oder in Betriebsphasen, in denen eine Regeneration einer Abgasnach- behandlungseinrichtung durchgeführt wird, gedrosselt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22 zur Regeneration einer im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Partikelfilters, wobei durch Temperaturerhöhung des Abgases eine Regenerationsphase des Partikelfilters eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturerhöhung des Abgases eine vorzugsweise stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Drosseleinrichtung zumindest teilweise geschlossen wird, und dass die Brennkraftmaschine so geregelt wird, dass während der Regenerationsphase kein Leistungsabfall eintritt.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass während des zumindest teilweise Schließens der Drosseleinrichtung die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird, um einen Leistungsabfall zu vermeiden.
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