WO2014053229A1 - Verfahren zur verarbeitung von messwerten eines stickoxid-sensors - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for processing measured values of a nitrogen oxide sensor according to the preamble of claim 1.
  • a method for determining a nitrogen dioxide concentration in an exhaust gas line of an internal combustion engine in which the output signals of two nitrogen oxide sensors are compared with one another.
  • the first nitrogen oxide sensor is arranged upstream of and the second nitrogen oxide sensor behind an exhaust gas treatment element with the ability to convert nitrogen monoxide (NO) into nitrogen dioxide (NO 2 ).
  • NO nitrogen monoxide
  • NO 2 nitrogen dioxide
  • the object of the invention is to provide a method which allows a precise determination of a nitrogen oxide content in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • measured values of a first and a second nitrogen oxide sensor are processed.
  • the first nitrogen oxide sensor is arranged upstream of a nitrogen oxide reduction catalytic converter in the exhaust gas line of a motor vehicle, and the second nitrogen oxide sensor is arranged downstream of the nitrogen oxide reduction catalytic converter.
  • measured values of the first and second nitrogen oxide sensors are detected and compared with each other at least approximately simultaneously, wherein a sensitivity of the first nitrogen oxide sensor and / or of the second nitrogen oxide sensor is changed depending on the result of the comparison. In this way it is possible to cause unwanted sensitivity tolerances of the nitric oxide sensors, typically by copies scatters, to compensate.
  • the nitrogen oxide sensors are preferably those of the same type.
  • the sensitivity change of the first and / or the second nitrogen oxide sensor can be done, for example, by changing the gain.
  • the change can be made directly on the output signal of the sensor, but it can also by
  • Sensors are connected and which processes the signals of the sensor or sensors.
  • the sensitivity of the first nitrogen oxide sensor and / or of the second nitrogen oxide sensor is changed such that the first nitrogen oxide sensor and the second nitrogen oxide sensor have at least approximately equal sensitivities to NO and / or NO 2 .
  • the sensors deliver
  • Output signal which correlates with the sum of NO and N0 2 ie with the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.
  • the output signal is thus an NOx concentration or salary signal.
  • the comparison of the measured values of the first and the second nitrogen oxide sensor is preferably carried out under conditions in which the same concentrations or contents of NOx in the exhaust gas can be expected at the location of the sensors. For example, in the sensitivity change depending on the signal comparison, the signal of the sensor indicating a lower NOx concentration may then be raised to the signal of the sensor with the higher indication. Conversely, it can be provided to lower the signal of the NOx sensor with the higher measured value accordingly. However, it can also be provided to set the signals of both sensors to an average value. In the cases mentioned, after the signal comparison and the sensitivity change have been carried out, the nitrogen oxide sensors have at least approximately the same signals or the signals have been corrected to a value approximately the same.
  • the comparison is made at a time at which at the installation of the first nitrogen oxide sensor and at the installation of the second nitrogen oxide sensor at least approximately the same Concentrations of hydrocarbons (HC) and / or NOx are present in the exhaust gas.
  • the comparison is made at a time at which at the installation of the first nitrogen oxide sensor and at the installation of the second nitrogen oxide sensor, the concentrations of hydrocarbons and / or ammonia (NH 3 ) in Exhaust gas do not exceed specified limits. This allows a particularly effective elimination of
  • the limit values are below 20 ppm, more preferably below 10 ppm or even below 5 ppm.
  • the comparison is made at a time at which the exhaust gas temperature at the installation of the first nitrogen oxide sensor and at the installation of the second nitrogen oxide sensor exceeds a predetermined temperature limit.
  • the temperature is preferably chosen so that the thermodynamic NO - N02 balance is predominantly on the side of NO. This is the case at temperatures above about 350 ° C.
  • the comparison is therefore preferably carried out at a temperature limit of 400 ° C, in particular 450 ° C and more preferably at a temperature limit of 500 ° C for the exhaust gas temperature. If a particulate filter is installed in the corresponding exhaust system, then these conditions are usually met when a thermal regeneration of the particulate filter by Rußabbrand with oxygen takes place. The comparison is therefore made in a further advantageous
  • Embodiment of the invention immediately following such a thermal particle filter regeneration.
  • the single figure shows a schematic block diagram of an exhaust gas purification system connected to a motor vehicle internal combustion engine.
  • an emission control system 1 of a motor vehicle internal combustion engine in particular a diesel engine is shown.
  • Exhaust gas of the internal combustion engine enters the emission control system 1 according to the direction indicated by the arrow 10.
  • the SCR catalytic converter 4 can also be designed as a double-flow catalyst arrangement of two catalyst units connected in parallel.
  • the exhaust gas purification device 1 further has a fuel feed device 5 upstream of the oxidation catalyst 2. Via the fuel feed device 5, a hydrocarbon and / or hydrogen-containing fuel can be introduced into the exhaust gas line 9.
  • the fuel-adding device 5 is provided to supply a provided on board the vehicle, in particular to its drive provided fuel to the exhaust gas.
  • the exhaust gas can be supplied with a reducing agent containing NH 3 in free or bound form for selective catalytic reduction of NOx.
  • a reducing agent is an aqueous urea solution (HWL).
  • HWL preferably has a urea target concentration of about 32% and is taken from a storage container, not shown.
  • a first sensor 7 sensitive to NOx is provided upstream of the SCR catalyst 4. As shown, this is arranged between the fuel feed device 5 and the oxidation catalyst 2 in the exhaust pipe 9. An arrangement at another location upstream of the SCR catalyst 4, for example between the particulate filter 3 and the reducing agent-adding device 6 may also be provided.
  • Another, second NOx sensor 8 is disposed downstream of the SCR catalyst 4 in the exhaust pipe 9.
  • the NOx sensors are preferably of the same type.
  • the NOx conversion of the SCR catalyst 4 is determined and a HWL addition amount for nitrogen oxide reduction in the SCR catalyst is set accordingly.
  • an unillustrated control device is preferably provided, which receives the signals of the NOx sensors 7, 8 and can process.
  • This controller may also preferably control the operation of the adding devices 5, 6 and perform further control and evaluation functions relating to the operation of the internal combustion engine and the exhaust gas purification system 1.
  • the emission control system 1 can have further catalytic or filter-effective components not shown separately here for the exhaust gas purification.
  • a nitrogen oxide storage catalyst upstream of the Oxidatlonskatalysators and / or between the oxidation catalyst 2 and the particulate filter 3 and / or between the particulate filter 3 and the SCR catalyst 4 may be provided.
  • an ammonia barrier catalyst for the oxidation of NH 3 - slip behind the SCR catalyst 4 is provided.
  • exhaust, pressure and temperature sensors are preferably provided, via the signals of the operation of the emission control system 1 and the internal combustion engine can be adjusted as needed.
  • Temperature sensors are preferably provided in front of and behind the oxidation catalytic converter 2 and / or the particle filter 3 and / or the SCR catalytic converter 4, respectively.
  • the oxidation catalyst 2 is preferably designed as a so-called diesel oxidation catalyst with a coating with little or no oxygen storage capability. It may also be provided a coating with a three-way catalyst function.
  • a carrier for the coating is preferably formed as a ceramic carrier or as a metal foil carrier body.
  • an immediately preceding heating element preferably designed as a coated metal foil carrier body (so-called E-Kat), may be provided.
  • the particle filter 3 may be formed in sintered metal or as a wall-flowed filter unit in honeycomb construction.
  • a catalytic coating for example with an oxidation-catalytically active material and / or with an SCR catalyst material, is preferably provided for the particle filter 3.
  • the SCR catalyst material can catalyze a selective, continuous reduction of NO x by means of stored and / or supplied ammonia (NH 3 ) as a selective NO x reducing agent.
  • a catalyst material is a zeolite containing iron or copper.
  • the SCR catalyst material can be provided on the raw gas side and / or on the clean gas side of the filter-effective surfaces of the particulate filter 3.
  • an optional coating with the corresponding SCR catalyst material is preferably provided on the duct walls exposed to the raw gas.
  • the SCR catalyst coating only partially on the inlet side or on the exit side to provide channel walls of the particulate filter 3.
  • a coating with the SCR catalyst material may be provided.
  • the rear part seen in the axial direction can be uncoated or provided with an oxidation-catalytically active coating.
  • the SCR catalytic converter 4 arranged downstream of the particulate filter 3 is capable of selective reduction of NO x with NH 3 analogously to any SCR coating of the particulate filter 3 which may be present and is preferably of similar design with respect to such a coating. It is also possible to provide two different SCR coatings with different temperature ranges arranged one after the other in the exhaust gas flow direction for maximum effectiveness on one and the same carrier body or on two carrier bodies arranged one behind the other with a short distance. Preferred are zoned coatings comprising an iron and a copper-containing zeolite.
  • the SCR catalytic converter 4 is preferably arranged remote from the engine in the underbody area of the vehicle.
  • an arrangement in the exhaust gas line 9 is particularly preferred such that the temperature of the SCR catalytic converter 4 does not rise above 650 ° C. during a thermal particle filter regeneration.
  • geometric distance from the particulate filter 3 in conjunction with a corresponding dimensioning of the exhaust pipe 9 with respect to heat emission can be achieved that between a heated to about 800 ° C particulate filter 3 and the SCR catalyst 4, a temperature gradient of more than 200 ° C or more consists.
  • the fuel-adding device 5 is activated and fuel, in particular diesel fuel added to the exhaust gas.
  • fuel in particular diesel fuel added to the exhaust gas.
  • the exhaust gas supplied to the particulate filter 3 and the particulate filter 3 is heated to a temperature required for a soot burnup of about 650 ° C to 850 ° C.
  • a fuel supply, possibly with interruptions, is required for the entire duration of the thermal particle filter regeneration, in order to keep the temperature of the particle filter 3 at the temperature required for soot combustion.
  • the signals of the two NOx sensors 7, 8 are relative to different
  • the sensor adjustment is carried out according to the invention directly or with a short time interval after a thermal regeneration of the particulate filter 3.
  • the temperature of the particulate filter 3 is raised to a value sufficient for Rußabbrand with oxygen.
  • the particulate filter is heated to 550 ° C or more.
  • internal engine measures such as an early post fuel injection, are initially taken. These measures are preferably maintained until the oxidation catalyst 2 can reliably convert hydrocarbons oxidatively. Thereafter, the fuel-adding device 5 is activated and fuel is supplied to the exhaust gas. This is done by oxidizing the added fuel on
  • Oxidation catalyst 2 for further heating of the particulate filter 3 to a temperature required for Rußabbrand.
  • the conditions for the thermal particulate filter regeneration preferably remain maintained until the soot accumulated in the particulate filter 3 is removed as far as possible or to a predeterminable degree. During this time, a status bit of the controller is set, indicating active particulate filter regeneration.
  • the particle filter regeneration can take up to 15 minutes or even a longer period of time.
  • the conditions preferred for a comparison of the measured values and for a possibly required measured value or signal correction or a sensitivity adjustment of the NOx sensors 7, 8 are present.
  • the conditions are such that it can be assumed that the first NOx sensor 7 and the second NOx sensor 8 deliver the same measured values.
  • the conditions include: The NOx concentrations in the exhaust gas are at the installation location of the NOx sensors 7, 8
  • the NOx sensors 7, 8 are subjected to exhaust gas which is largely free of reducing constituents which, owing to cross-sensitivities, may influence the measured values of the NOx sensors 7, 8 or react reductively with NOx ,
  • the HC concentration in the exhaust gas is below a predefinable limit of 10 ppm or lower.
  • a HWL dosage is completed by this time at the latest. Preferably, it has already been finished before, for example, with completion of the internal engine heating measures for heating the particulate filter 3. Due to the previous particulate filter regeneration, the SCR catalyst 4 has an elevated temperature of at least 400 ° C, which was also typically present for at least several minutes. This ensures that possibly in the SCR catalyst 4 adsorbed NH 3
  • a limit temperature of at least 400 ° C, preferably at least 450 ° C and more preferably at least 500 ° C at the location of the first NOx sensor 7 and / or at the location of the second NOx sensor 8 is exceeded.
  • the N0 2 content of the NOx contained in the exhaust gas for reasons of thermodynamics is comparatively low and an optionally present different sensitivity of the NOx sensors 7, 8 with respect to NO and N0 2 fails to the respective measurement signal or only to a small extent.
  • the NOx sensors 7, 8 deliver signals of the same size, or the same measured values are present. Under these conditions, preferably immediately or with a predeterminable short time interval after completion of a thermal particle filter regeneration, measured values of the NOx sensors 7, 8 are therefore detected at least approximately simultaneously and then compared with one another. In this case, it is preferable to include a measured value collective of a plurality of measured values recorded in quick succession.
  • the measured values are more than a predeterminable amount of, for example, 15% apart, then it can be assumed that at least one of the two NOx sensors 7, 8 is faulty. In this case, the output of an error signal may be provided. If the measured values are less pronounced, a measured value calibration is performed. In this case, the measured value of one of the NOx sensors 7, 8 can be corrected such that it corresponds to the measured value of the other NOx sensor left unchanged. It can also be provided to predetermine the measured value of the NOx sensor, which is closer to a NOx raw emission value determined computationally for the existing engine operating point, and to correct the measured value of the other NOx sensor to this value. Both measured values can also be changed, preferably corrected to the common mean value. In any case, the sensitivities of the NOx sensors 7, 8 with respect to NOx are therefore the same after performing the adjustment or the correction. The correction can be made on the sensor itself or in the connected control unit, which processes and processes the signals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Messwerten eines ersten Stickoxid-Sensors (7), angeordnet stromauf eines Stickoxidreduktionskatalysators (4) im Abgasstrang (9) eines Kraftfahrzeugs, und von Messwerten eines zweiten Stickoxid-Sensors (8), angeordnet stromab des Stickoxidreduktionskatalysators (4) im Abgasstrang (9) des Kraftfahrzeugs, bei welchem wenigstens annähernd zeitgleich Messwerte des ersten und des zweiten Stickoxid-Sensors (7; 8) erfasst und mit einander verglichen werden. Erfindungsgemäß wird eine Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors (7) und/oder des zweiten Stickoxid-Sensors (8) in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs verändert.

Description

Verfahren zur Verarbeitung von Messwerten eines Stickoxid-Sensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Messwerten eines Stickoxid- Sensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 005 640 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Stickstoffdioxidkonzentration in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem die Ausgangssignale zweier Stickoxidsensoren miteinander verglichen werden. Dabei ist der erste Stickoxidsensor vor und der zweite Stickoxidsensor hinter einem Abgasbehandlungselement mit der Fähigkeit Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (N02) umsetzen zu können, angeordnet. Auf diese Weise kann eine bei üblichen Stickoxid- Sensoren vorhandene unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit gegenüber NO und N02 ausgeglichen werden.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, welches ein genaue Ermittlung eines Stickoxidgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Messwerte eines ersten und eines zweiten Stickoxid-Sensors verarbeitet. Der erste Stickoxid-Sensor ist stromauf eines Stickoxidreduktionskatalysators im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet und der zweite Stickoxid-Sensor ist stromab des Stickoxidreduktionskatalysators angeordnet. Bei dem Verfahren werden wenigstens annähernd zeitgleich Messwerte des ersten und des zweiten Stickoxid-Sensors erfasst und miteinander verglichen, wobei eine Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors und/oder des zweiten Stickoxid-Sensors in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs verändert wird. Auf diese Weise ist es ermöglicht, unerwünschte Empfindlichkeitstoleranzen der Stickoxid-Sensoren, typischerweise verursacht durch Exemplarstreuungen, auszugleichen. Bei den Stickoxid-Sensoren handelt es sich bevorzugt um solche gleicher Bauart.
Die Empfindlichkeitsveränderung des ersten und/oder des zweiten Stickoxid-Sensors kann beispielsweise durch Veränderung der Verstärkung erfolgen. Die Änderung kann dabei direkt am Ausgangssignal des Sensors erfolgen, sie kann aber auch durch
Signalkorrektur an einem Steuergerät erfolgen, an welchem der Sensor bzw. die
Sensoren angeschlossen sind und welches die Signale des Sensors bzw. der Sensoren verarbeitet.
In Ausgestaltung der Erfindung werden die Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors und/oder des zweiten Stickoxid-Sensors derart verändert, dass der erste Stickoxid- Sensor und der zweite Stickoxid-Sensor wenigstens annähernd gleiche Empfindlichkeiten gegenüber NO und/oder N02 aufweisen. Typischerweise liefern die Sensoren ein
Ausgangssignal, welches mit der Summe von NO und N02 d.h. mit der Konzentration von Stickoxiden (NOx) im Abgas korreliert. Bei dem Ausgangssignal handelt es sich somit um ein NOx-Konzentrations- bzw. Gehaltssignal. Der Vergleich der Messwerte des ersten und des zweiten Stickoxid-Sensors erfolgt bevorzugt unter Bedingungen, bei den am Ort der Sensoren gleiche Konzentrationen bzw. Gehalte von NOx im Abgas erwartet werden können. Bei der Empfindlichkeitsveränderung in Abhängigkeit des Signalvergleichs kann beispielsweise dann das Signal des Sensors, welcher eine niedrigere NOx-Konzentration anzeigt, auf das Signal des Sensors mit der höheren Anzeige angehoben werden. Umgekehrt kann vorgesehen sein, das Signal des NOx-Sensors mit dem höheren Messwert entsprechend abzusenken. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Signale beider Sensoren auf einen mittleren Wert einzustellen. In den genannten Fällen weisen die Stickoxid-Sensoren nach Durchführung des Signalvergleichs und der Empfindlichkeitsveränderung wenigstens annähernd gleich Signale auf oder die Signale sind auf einen wenigsten annähernd gleichen Wert korrigiert.
Zur Vermeidung des Einflusses einer gegebenenfalls vorhandenen Querempfindlichkeit der Stickoxid-Sensoren ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Vergleich zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, bei dem am Einbauort des ersten Stickoxid-Sensors und am Einbauort des zweiten Stickoxid-Sensors wenigstens annähernd gleiche Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen (HC) und/oder NOx im Abgas vorhanden sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Vergleich zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, bei dem am Einbauort des ersten Stickoxid-Sensors und am Einbauort des zweiten Stickoxid-Sensors die Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen und/oder Ammoniak (NH3) im Abgas vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten. Dies ermöglicht eine besonders wirksame Ausschaltung von
Querempfindlichkeitseffekten der Sensoren in Bezug auf HC und NH3. Insbesondere ist es vorgesehen, die Grenzwerte niedrig anzusetzen. Vorzugsweise liegen die Grenzwerte unterhalb von 20 ppm, besonders bevorzugt unterhalb von 10 ppm oder sogar unterhalb von 5 ppm.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Vergleich zu einem Zeitpunkt vorgenommen, bei dem die Abgastemperatur am Einbauort des ersten Stickoxid-Sensors und am Einbauort des zweiten Stickoxid-Sensors einen vorgebbaren Temperatur-Grenzwert überschreitet. Die Temperatur wird bevorzugt so gewählt, dass das thermodynamische NO - N02-Gleichgewicht überwiegend auf der Seite von NO liegt. Dies ist bei Temperaturen oberhalb von etwa 350 °C der Fall. Der Vergleich wird daher bevorzugt bei einem Temperatur-Grenzwert von 400 °C, insbesondere von 450 °C und besonders bevorzugt bei einem Temperatur-Grenzwert von 500 °C für die Abgastemperatur vorgenommen. Ist ein Partikelfilter in der entsprechenden Abgasanlage verbaut, so sind diese Bedingungen meist erfüllt, wenn eine thermische Regeneration des Partikelfilters durch Rußabbrand mit Sauerstoff erfolgt. Der Vergleich erfolgt daher in einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung unmittelbar im Anschluss an eine solche thermische Partikelfilter-Regeneration.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die einzige Figur ein schematisches Blockbild einer an eine Kraftfahrzeug- Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage.
In der Figur ist lediglich grob schematisch eine Abgasreinigungsanlage 1 einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors dargestellt. Abgas der nicht dargestellten Brennkraftmaschine tritt entsprechend der mit dem Pfeil 10 gekennzeichneten Richtung in die Abgasreinigungsanlage 1 ein. Diese weist in Abgasströmungs- richtung gesehen hintereinander einen Oxidationskatalysator 2, einen Partikelfilter 3 und einen SCR-Katalysator 4 in einer Abgasleitung 9 auf. Der SCR-Katalysator 4 kann auch als zweiflutige Katalysatoranordnung von zwei parallel geschalteten Katalysatoreinheiten ausgebildet sein.
Die Abgasreinigungseinrichtung 1 weist ferner eine Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 stromauf des Oxidationskatalysators 2 auf. Über die Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 kann ein kohlenwasserstoff- und/oder wasserstoffhaltiger Brennstoff in den Abgasstrang 9 eingebracht werden. Vorzugsweise ist die Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 dazu vorgesehen, einen an Bord des Fahrzeugs vorhandenen, insbesondere zu dessen Antrieb vorgesehenen Kraftstoff dem Abgas zuzuführen.
Über eine Reduktionsmittel-Zugabeeinrichtung 6 kann dem Abgas ein NH3 in freier oder gebundener Form aufweisendes Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen NOx- Reduktion zugeführt werden. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend davon ausgegangen, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um eine wässrige Harnstofflösung (HWL) handelt. Die HWL weist bevorzugt eine Harnstoff-Sollkonzentration von etwa 32 % auf und wird einem nicht dargestellten Vorratsbehälter entnommen.
Weiterhin ist ein erster in Bezug auf NOx empfindlicher Sensor 7 stromauf des SCR- Katalysators 4 vorgesehen. Wie dargestellt, ist dieser zwischen der Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 und dem Oxidationskatalysator 2 in der Abgasleitung 9 angeordnet. Eine Anordnung an einer anderen Stelle stromauf des SCR-Katalysators 4, beispielsweise zwischen dem Partikelfilter 3 und der Reduktionsmittel-Zugabeeinrichtung 6 kann ebenfalls vorgesehen sein. Ein weiterer, zweiter NOx-Sensor 8 ist stromab des SCR-Katalysators 4 in der Abgasleitung 9 angeordnet. Die NOx-Sensoren sind dabei bevorzugt von gleicher Bauart. Vorzugsweise wird durch Auswertung der von den NOx-Sensoren 7, 8 abgegebenen Signale der NOx-Umsatz des SCR-Katalysators 4 ermittelt und eine HWL- Zugabemenge zur Stickoxidreduktion am SCR-Katalysator entsprechend eingestellt. Hierfür ist vorzugsweise ein nicht dargestelltes Steuergerät vorgesehen, welches die Signale der NOx-Sensoren 7, 8 empfängt und verarbeiten kann. Diese Steuergerät kann bevorzugt außerdem den Betrieb der Zugabeeinrichtungen 5, 6 steuern und weitere Steuerungs- und Auswertefunktionen betreffend den Betrieb der Brennkraftmaschine und der Abgasreinigungsanlage 1 ausführen. Es versteht sich, dass die Abgasreinigungsanlage 1 weitere hier nicht gesondert dargestellte der Abgasreinigung dienende katalytische oder filterwirksame Komponenten aufweisen kann. Insbesondere kann ein Stickoxid-Speicherkatalysator stromauf des Oxidatlonskatalysators und/oder zwischen dem Oxidationskatalysator 2 und dem Partikelfilter 3 und/oder zwischen dem Partikelfilter 3 und dem SCR-Katalysator 4 vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist ein Ammoniak-Sperrkatalysator zur Oxidation von NH3- Schlupf hinter dem SCR-Katalysator 4 vorgesehen. Weiterhin sind vorzugsweise zusätzliche, nicht dargestellte Abgas-, Druck- und Temperatursensoren vorgesehen, über deren Signale der Betrieb der Abgasreinigungsanlage 1 und der Brennkraftmaschine bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Temperatursensoren sind bevorzugt jeweils vor und hinter dem Oxidationskatalysator 2 und/oder dem Partikelfilter 3 und/oder dem SCR- Katalysator 4 vorgesehen.
Der Oxidationskatalysator 2 ist bevorzugt als so genannter Diesel-Oxidationskatalysator mit einer Beschichtung mit geringer oder fehlender Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgebildet. Es kann auch eine Beschichtung mit einer Drei-Wege-Katalysator-Funktion vorgesehen sein. Ein Träger für die Beschichtung ist vorzugsweise als Keramikträger oder als Metallfolien-Trägerkörper ausgebildet. Es kann zudem ein unmittelbar vorgeschaltetes Heizelement, bevorzugt als beschichteter Metallfolien-Trägerkörper (so genannter E-Kat) ausgebildet, vorgesehen sein.
Der Partikelfilter 3 kann in Sintermetallausführung oder als wanddurchströmte Filtereinheit in Wabenkörperbauweise ausgebildet sein. Vorzugsweise ist für den Partikelfilter 3 eine katalytische Beschichtung, beispielsweise mit einem oxidationskatalytisch wirksamen Material und/oder mit einem SCR-Katalysatormaterial vorgesehen. Das SCR-Katalysator- material kann unter oxidierenden Bedingungen eine selektive, kontinuierliche Reduktion von NOx mittels eingespeichertem und/oder zugeführtem Ammoniak (NH3) als selektivem NOx-Reduktionsmittel katalysieren. Bevorzugt als Katalysatormaterial ist ein Eisen oder Kupfer enthaltender Zeolith. Das SCR-Katalysatormaterial kann dabei auf der Rohgasseite und/oder auf der Reingasseite der filterwirksamen Flächen des Partikelfilters 3 vorgesehen sein. Bei der bevorzugten Ausführung des Partikelfilters 3 als üblicher wanddurchströmter Filter in Wabenkörperbauweise ist eine gegebenenfalls vorhandene Beschichtung mit dem entsprechenden SCR-Katalysatormaterial bevorzugt auf den rohgasexponierten Kanalwänden vorgesehen. Insbesondere in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die SCR-Katalysatorbeschichtung lediglich abschnittsweise eintrittsseitig oder austrittsseitig auf Kanalwänden des Partikelfilters 3 vorzusehen. Beispielsweise kann über einen ersten Teil der axialen Ausdehnung des Partikelfilters 3 von etwa 50 % der Länge eine Beschichtung mit dem SCR-Katalysatormaterial vorgesehen sein. Der in axialer Richtung gesehen hintere Teil kann unbeschichtet oder mit einer oxidations- katalytisch wirksamen Beschichtung versehen sein.
Der stromab des Partikelfilters 3 angeordnete SCR-Katalysator 4 ist analog zu einer gegebenenfalls vorhandenen SCR-Beschichtung des Partikelfilters 3 zur selektiven Reduktion von NOx mit NH3 befähigt und bezüglich einer solchen Beschichtung bevorzugt gleichartig ausgebildet. Es können auch zwei in Abgasströmungsrichtung hintereinander angeordnete, unterschiedliche SCR-Beschichtungen mit unterschiedlichem Temperaturbereich für maximale Wirksamkeit auf ein und demselben Trägerkörper oder auf zwei mit kurzem Abstand hintereinander angeordneten Trägerkörpern vorgesehen sein. Bevorzugt sind gezonte Beschichtungen umfassend einen Eisen und einen Kupfer enthaltenden Zeolith. Vorzugsweise ist der SCR-Katalysator 4 motorfern im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet. Besonders bevorzugt ist jedenfalls eine Anordnung im Abgasstrang 9 derart, dass bei einer thermischen Partikelfilterregeneration die Temperatur des SCR-Katalysators 4 nicht über 650 °C ansteigt. Durch geometrische Entfernung vom Partikelfilter 3 in Verbindung mit einer entsprechenden Dimensionierung der Abgasleitung 9 in Bezug auf Wärmeabgabe kann erreicht werden, dass zwischen einem auf etwa 800 °C aufgeheizten Partikelfilter 3 und dem SCR-Katalysator 4 ein Temperaturgefälle von mehr als 200 °C oder mehr besteht.
Zur Durchführung einer thermischen Regeneration des Partikelfilters 3 durch Rußabbrand wird die Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 aktiviert und Brennstoff, insbesondere Dieselkraftstoff dem Abgas zugegeben. Durch Oxidation des Brennstoffs am Oxidationskataly- sator 2 wird das dem Partikelfilter 3 zugeführte Abgas und der Partikelfilter 3 auf eine für einen Rußabbrand erforderliche Temperatur von etwa 650 °C bis 850 °C aufgeheizt. Meist ist für die gesamte Dauer der thermischen Partikelfilterregeneration eine Brennstoffzufuhr, gegebenenfalls mit Unterbrechungen erforderlich, um die Temperatur des Partikelfilters 3 auf der für einen Rußabbrand erforderlichen Temperatur zu halten.
Die Signale der beiden NOx-Sensoren 7, 8 werden in Bezug auf verschiedene
Funktionen, wie beispielsweise zur Ermittlung einer HWL-Dosiermenge, einer
Alterungsbestimmung von Oxidationskatalysator 2, Partikelfilter 3 und/oder SCR- Katalysator 4 und verschiedener anderer Diagnosefunktionen ausgewertet. Aus diesem Grund kommt der Zuverlässigkeit und der Genauigkeit der bereitgestellten Signale bzw. Messwert eine besondere Bedeutung zu. Die Genauigkeit der Signale in Bezug auf einen die NOx-Konzentration im Abgas anzeigenden Messwert ist jedoch typischerweise durch Toleranzen von bis etwa +/- 15 % eingeschränkt. Daneben existieren meist mehr oder weniger starke Querempfindlichkeiten, insbesondere gegenüber HC und NH3. Zudem sind auch die Empfindlichkeiten gegenüber NO und N02 typischerweise unterschiedlich. Nachfolgend wird erläutert, wie unter besonderer Berücksichtigung der Querempfindlichkeiten ein Sensorabgleich insbesondere in Bezug auf die Anzeigeempfindlichkeit gegenüber NOx bevorzugt vorgenommen wird.
Der Sensorabgleich erfolgt erfindungsgemäß unmittelbar oder mit kurzem zeitlichem Abstand nach einer thermischen Regeneration des Partikelfilters 3. Bei dieser wird die Temperatur des Partikelfilters 3 auf einen für einen Rußabbrand mit Sauerstoff ausreichenden Wert angehoben. Typischerweise wird der Partikelfilter auf 550 °C oder mehr aufgeheizt. Hierzu werden zunächst innermotorische Maßnahmen, wie beispielsweise eine frühe Kraftstoffnacheinspritzung, ergriffen. Diese Maßnahmen bleiben bevorzugt aufrechterhalten, bis der Oxidationskatalysator 2 Kohlenwasserstoffe zuverlässig oxidativ umsetzen kann. Daraufhin wird die Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 aktiviert und Kraftstoff dem Abgas zugeführt. Dies führt durch Oxidieren des zugegebenen Kraftstoffs am
Oxidationskatalysator 2 zu einer weiteren Aufheizung des Partikelfilters 3 auf eine für einen Rußabbrand erforderlich Temperatur.
Die Bedingungen für die thermische Partikelfilter-Regeneration bleiben vorzugsweise solange aufrechterhalten, bis im Partikelfilter 3 angesammelter Ruß weitestgehend oder bis zu einem vorgebbaren Grad entfernt ist. In dieser Zeit ist ein Statusbit des Steuergeräts gesetzt, wodurch eine aktive Partikelfilter-Regeneration angezeigt wird. Die Partikelfilter-Regeneration kann bis zu 15 min oder auch eine längere Zeitspanne dauern. Mit Beendigung der Partikelfilter-Regeneration, d.h. nach Zurücksetzen des entsprechenden Statusbits, liegen die für einen Vergleich der Messwerte und für eine gegebenenfalls erforderliche Messwert- oder Signalkorrektur bzw. einen Empfindlichkeitsabgleich der NOx-Sensoren 7, 8 bevorzugten Bedingungen vor. Die Bedingungen sind derart, dass davon ausgegangen werden kann, dass der erste NOx-Sensor 7 und der zweite NOx- Sensor 8 gleiche Messwerte liefern. Zu den Bedingungen gehört im Einzelnen: Die NOx-Konzentrationen im Abgas sind am Einbauort der NOx-Sensoren 7, 8
wenigstens annähernd gleich und entsprechen weitestgehend der NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine. Dies ist vorliegend deshalb gewährleistet, weil der Abgasstrang weitestgehend frei von Bestandteilen ist, welche NOx reduzieren können. Genauer gesagt ist eine Zufuhr von HC, CO und/oder H2 enthaltendem Brennstoff über die Brennstoff-Zugabeeinrichtung 5 beendet und die Brennkraftmaschine wird mager und mit wenigstens annähernd vollständiger Kraftstoffverbrennung betrieben. Damit ist jedoch auch die weitere Bedingung erfüllt, dass die NOx-Sensoren 7, 8 mit Abgas beaufschlagt werden, welches weitgehend frei von reduzierenden Bestandteilen ist, welche aufgrund von Querempfindlichkeiten die Messwerte der NOx-Sensoren 7, 8 beeinflussen oder mit NOx reduktiv reagieren könnten. Insbesondere liegt die HC-Konzentration im Abgas unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts von 10 ppm oder niedriger.
Eine HWL-Dosierung ist spätestens zu diesem Zeitpunkt beendet. Vorzugsweise wurde sie bereits vorher, beispielsweise mit Abschluss der innermotorischen Heizmaßnahmen zur Aufheizung des Partikelfilters 3 beendet. Aufgrund der vorangegangenen Partikelfilter-Regeneration weist der SCR-Katalysator 4 eine erhöhte Temperatur von wenigstens 400 °C auf, die typischerweise ebenfalls wenigstens einige Minuten vorhanden war. Damit ist gewährleistet, dass gegebenenfalls im SCR-Katalysator 4 adsorbiertes NH3
wenigstens annähernd vollständig desorbiert und der SCR-Katalysator 4 somit weitestgehend frei von gespeichertem NH3 ist. Aufgrund der vergleichsweise hohen Temperaturen der Partikelfilter-Regeneration sind gegebenenfalls im Abgasstrang 9 vorhandene Harnstoffablagerungen verdampft. Somit ist gewährleistet, dass die NH3-Konzentration im Abgas im gesamten Abgasstrang 9 und insbesondere auch am Ort des zweiten NOx- Sensors 8 vernachlässigbar ist, bzw. unter einem Grenzwert von vorzugsweise 10 ppm oder niedriger liegt. Damit sind insgesamt eine Beeinflussung des Signals des zweiten NOx-Sensors 8 durch NH3 und ein durch den SCR-Katalysator 4 ermöglichter NOx- Umsatz vermieden.
Ferner ist eine Grenztemperatur von wenigstens 400 °C, vorzugsweise wenigstens 450 °C und besonders bevorzugt von wenigstens 500 °C am Ort des ersten NOx-Sensors 7 und/oder am Ort des zweiten NOx-Sensors 8 überschritten. Damit ist der N02-Anteil des im Abgas enthaltenen NOx aus thermodynamischen Gründen vergleichsweise niedrig und eine gegebenenfalls vorhandene unterschiedliche Empfindlichkeit der NOx-Sensoren 7, 8 gegenüber NO und N02 schlägt auf das jeweilige Mess-Signal nicht oder nur in geringem Maß durch.
Insgesamt ist somit zu erwarten, dass die NOx-Sensoren 7, 8 Signale derselben Größe abgegeben, bzw. dieselben Messwerte vorliegen. Unter diesen Bedingungen, vorzugsweise unmittelbar oder mit einem vorgebbaren kurzem Zeitabstand nach Beendigung einer thermischen Partikelfilter-Regeneration werden daher Messwerte der NOx- Sensoren 7, 8 wenigstens annähernd zeitgleich erfasst und anschließend miteinander verglichen. Dabei ist es bevorzugt, ein Messwertkollektiv von mehreren kurz hintereinander erfassten Messwerten zu mittein.
Liegen die Messwerte mehr als ein vorgebbares Maß von beispielsweise 15 % auseinander, so kann davon ausgegangen werden, dass zumindest einer der beiden NOx- Sensoren 7, 8 fehlerhaft ist. In diesem Fall kann die Ausgabe eines Fehlersignals vorgesehen sein. Liegen die Messwerte weniger stark auseinander, so wird ein Messwert- abgleich vorgenommen. Dabei kann der Messwert eines der NOx-Sensoren 7, 8, derart korrigiert werden, dass er dem unverändert gelassenen Messwert des anderen NOx- Sensors entspricht. Es kann auch vorgesehen sein, den Messwert des NOx-Sensors, welcher näher an einem rechnerisch für den vorhandenen Motorbetriebspunkt ermittelten NOx-Rohemissionswert liegt, als Bezugswert vorzugeben, und den Messwert des anderen NOx-Sensors auf diesen Wert zu korrigieren. Es können auch beide Messwerte verändert, vorzugsweise auf den gemeinsamen Mittelwert korrigiert werden. In jedem Fall sind die Empfindlichkeiten der NOx-Sensoren 7, 8 gegenüber NOx also nach Durchführen des Abgleiche bzw. der Korrektur gleich groß. Die Korrektur kann am Sensor selbst oder im angeschlossenen Steuergerät, welches die Signale verarbeitet und aufbereitet, vorgenommen werden.
Durch das erläuterte erfindungsgemäße Verfahren sind ein Toleranzausgleich der NOx- Sensoren 7, 8 sowie in der Folge eine verbesserte HWL-Dosiergenauigkeit sowie eine zuverlässigere Überwachung nahezu der gesamten Abgasreinigungsanlage 1 ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verarbeitung von Messwerten eines ersten Stickoxid-Sensors (7), angeordnet stromauf eines Stickoxidreduktionskatalysators (4) im Abgasstrang (9) eines Kraftfahrzeugs, und von Messwerten eines zweiten Stickoxid-Sensors (8), angeordnet stromab des Stickoxidreduktionskatalysators (4) im Abgasstrang (9) des Kraftfahrzeugs, bei welchem wenigstens annähernd zeitgleich Messwerte des ersten und des zweiten Stickoxid-Sensors (7; 8) erfasst und miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors (7) und/oder des zweiten
Stickoxid-Sensors (8) in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs verändert wird, wobei die Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors (7) und/oder des zweiten Stickoxid-Sensors (8) derart verändert wird, dass der erste Stickoxid-Sensor (7) und der zweite Stickoxid-Sensor (8) wenigstens annähernd gleiche Empfindlichkeiten gegenüber NO und/oder N02 aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors (7) oder des zweiten Stickoxid- Sensors (8) derart verändert werden, dass der erste Stickoxid-Sensor (7) oder der zweite Stickoxid-Sensor (8) in seiner Empfindlichkeit an die unverändert gelassene Empfindlichkeit des jeweils anderen Stickoxid-Sensors (7, 8) angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors (7) oder des zweiten Stickoxid- Sensors (8) derart verändert werden, dass die Empfindlichkeit des Stickoxid-Sensors (7, 8), dessen Messwert stärker von einem rechnerischen NOx-Rohemissionswert abweicht, an die Empfindlichkeit des anderen Stickoxid-Sensors (2, 8) angepasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Empfindlichkeit des ersten Stickoxid-Sensors (7) und des zweiten Stickoxid- Sensors (8) derart verändert werden, dass die Messwerte der Stickoxid-Sensoren (7, 8) einem Mittelwert der Messwerte der Stickoxid-Sensoren (7, 8) vor Durchführung der Empfindlichkeitsveränderung entsprechen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, bei dem am Einbauort des ersten Stickoxid-Sensors (7) und am Einbauort des zweiten Stickoxid-Sensors (8) wenigstens annähernd gleiche Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen und/oder NOx im Abgas vorhanden sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, bei dem am Einbauort des ersten Stickoxid-Sensors (7) und am Einbauort des zweiten Stickoxid-Sensors (8) die Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen und/oder Ammoniak im Abgas
vorgegebene Grenzwerte von jeweils weniger als 20 ppm nicht überschreiten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, bei dem die Abgastemperatur am Einbauort des ersten Stickoxid-Sensors (7) und am Einbauort des zweiten Stickoxid-Sensors (8) 450 °C überschreitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die Messwerte der Stickoxid-Sensoren (7, 8) um mehr als ein vorgebbares Maß voneinander abweichen..
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergleich unmittelbar im Anschluss an eine thermische Regeneration eines im Abgasstrang (9) angeordneten Partikelfilters (3) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Abgasstrang (8) in Abgasströmungsrichtung hintereinander ein
Oxidationskatalysator (2), ein Partikelfilter (3) und der
Stickoxidreduktionskatalysators (4) angeordnet sind, und der erste Stickoxid-Sensor (7) eingangsseitig des Oxidationskatalysators (2) und der zweite Stickoxid-Sensor (8) stromab des Stickoxidreduktionskatalysators (4) angeordnet ist.
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