WO2018068994A1 - Eigendiagnose eines abgaskatalysators durch messung der s-parameter - Google Patents

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WO2018068994A1
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antenna
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scr
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Ralf Moos
Willibald Reitmeier
Markus Dietrich
Denny SCHÄDLICH
Markus HIEN
Katharina BURGER
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • ammonia-SCR nitrogen oxide concentration
  • This system is particularly advantageous for reducing NOx emissions in both trucks and cars.
  • a urea water solution is injected as a reducing agent into the exhaust system of the vehicle.
  • This liquid reducing agent is vaporized in the exhaust system and ultimately converted into gaseous ammonia (NH3).
  • NH3 gaseous ammonia
  • this ammonia converts the harmful nitrogen oxides (NOx) into nitrogen (N2) and water (H20).
  • ammonia must first be adsorbed, ie stored, in the SCR catalyst.
  • the NOx conversion can, in particular at low catalyst temperatures, depend strongly on the amount of ammonia stored.
  • a first aspect of the present invention relates to a catalyst measurement system for self-diagnosis and aging determination of an SCR catalyst for a vehicle.
  • the catalyst measuring system comprises the following components: an SCR catalyst for cleaning the exhaust gases of a vehicle, a high-frequency measuring arrangement which has at least two antennas for measuring the resonance frequencies of the SCR catalytic converter, wherein preferably the first antenna is located in front of the SCR catalytic converter and Preferably, the second antenna is located after the SCR catalyst.
  • the Hochfre acid sequence measuring arrangement is designed to guide the two antennas selectively emit electromagnetic signals and received.
  • the high-frequency measuring arrangement is further configured to evaluate the transmitted and the received electromagnetic signals and to compare them with a predefined threshold value in order to carry out the self-diagnosis and the aging condition determination.
  • the catalyst measuring system with high-frequency assisted catalysis sator- / filter diagnosis opens up many opportunities to From ⁇ gas catalyst and filters to regulate more closely, thereby improving the efficiency and NOx emissions of the SCR catalyst can be improved.
  • the introduction of several antennas into the exhaust gas system also creates new possibilities for disruptions. It is an essential requirement to diagnose and compensate these safely
  • the catalyst measuring system should be in a defined, stable operating point at the beginning of the measurement process.
  • a defined, stable operating point can be present at a constant temperature, at a constant exhaust gas volume flow and / or at a constant EGR rate (exhaust gas recirculation rate).
  • the ammonia dosage can be switched off for this purpose.
  • the catalyst measuring system can be operated without ammonia metering until the high-frequency measuring arrangement detects a constant value for the ammonia loading. Then the SCR catalyst is free of ammonia.
  • the high-frequency measuring arrangement can couple electromagnetic waves into the exhaust system via small coupling elements, eg antennas, and the reflection or transmission of the emitted electromagnetic waves can be measured. The electromagnetic waves correlate with the loading state of the
  • the metallic catalyst housing is an electrical cavity resonator.
  • coaxial pin coupler which are introduced into the Katalysa ⁇ gate housing.
  • the di- / electrical properties of the SCR catalyst are determined by its ceramic honeycomb including the coating and the storage material and can be measured by the high-frequency measuring arrangement.
  • the change in the resonance behavior for example the resonance frequency obtained from the reflection coefficients
  • the transmission can be used as a signal feature.
  • Aging can be either an actual aging of the materials of the antenna and / or the catalyst or also increasing contamination of the antenna and / or the catalyst.
  • Typical aging effects of an SCR catalyst are example ⁇ example conversion of the storage centers, de-activation of the catalytically active layer, for example, caused by oxidation or deposits primarily of metal oxides.
  • Typical pollution phenomena for example, deposits of salts of ammonia, carbon black or medium to long chain Kohlenwas ⁇ bons.
  • the reflections and the transmissions through the at least two antennas can be measured at different operating points of the SCR catalytic converter. Thus, at least four measured variables can be detected and compared.
  • the catalyst aging state detection and the self-diagnosis of the catalyst measuring system is based on the comparison of the individual resonance parameters for a system with at least two antennas, ie with at least four measurable resonance parameters.
  • the resonance parameters can be divided into reflections and transmissions.
  • the reflection and / or Transmissionspa ⁇ parameters are also referred to as S-parameters, wherein Sil denotes the reflection of the light emitted from the first antenna signals, the reflected signal is also first of the n
  • the reflection of the signals emitted by the second antenna, which can be received by the second antenna, is referred to as S22.
  • the signals transmitted from the first antenna received from the second antenna are referred to as S21 and the signals transmitted from the second antenna received from the first antenna are referred to as S12.
  • the two parameters S21 and S12 may be transmissions, i. the signals can pass through the SCR catalyst.
  • the measurement should take place at known and / or defined operating conditions of the SCR catalyst, e.g. before starting with a cold catalyst, when reaching the operating temperature after a start, at steady-state operating points or after a regeneration of the SCR catalytic converter. In this case, the data from different operating points can be used to determine the state of the entire system.
  • the threshold values of the measured values can be adjusted as a function of the aging of the SCR catalytic converter.
  • the measured values of the S-parameters Sil and S22 can be used.
  • the behavior of the SCR catalyst and thus also the values of the S parameters change with increasing aging of the SCR catalyst or with decreasing activity of the SCR catalyst. Usually this is even a linear behavior.
  • the catalyst measuring system may be designed to carry out the self-diagnosis and the aging detection at specific, for example, regular intervals, so that the aging state of the catalyst can be monitored. If it is determined by the catalyst measuring system that a certain aging condition has been exceeded, the user can receive an indication of an exchange of the catalyst. For the catalyst measuring system no extra NOx sensor must be provided for aging detection.
  • the aging determination takes place exclusively via the high-frequency measuring arrangement with the at least two antennas.
  • the S-parameters can be determined independently at constant operating points by the catalyst measuring system.
  • the high-frequency measuring arrangement can also measure the maximum possible ammonia loading of the SCR catalytic converter.
  • the catalyst measuring system can compare the current measured values with the reference values. Are no deviations of
  • the measured S-parameters S12 and S21 can be corrected by numerical methods, eg by the Newton method. After the correction of S parameters, the S parameters S12 and S21 are compared with their respective reference values. If there are no changes in the S parameters S12 and S21 compared to the reference values, there is a disturbance of the antennas and no additional aging of the SCR catalytic converter. Show the
  • the catalyst measuring system may take action after self-diagnosis, e.g. a thermal regeneration to rid the antennas of contaminants, if any, and / or to trigger a recalibration of the catalyst sensing system. Furthermore, the catalyst measuring system can indicate an exchange of the SCR catalyst if the aging is too great.
  • An embodiment of the invention provides that the high-frequency measuring arrangement is embodied, four different ones
  • the first antenna emits a signal and measures its reflection
  • the second antenna emits a signal and measures its reflection
  • the first antenna emits a signal and the second antenna measures the transmitted signal and wherein the second antenna Signal and the first antenna measures the transmitted signal.
  • the use of at least two antennas results in at least four different measured variables which are considered can be. These measured variables are also referred to as S-parameters.
  • Two of the S parameters Sil and S22 correspond to the reflections and two of the S parameters S12 and S21 correspond to the transmissions. In the reflections, electromagnetic signals can be transmitted from an antenna and received back from the same antenna.
  • the parameter Sil is the reflection of the first antenna
  • the parameter S22 is the reflection of the second antenna.
  • the signals are transmitted from one antenna and received by the other antenna, the signals are thus transmitted through the SCR catalytic converter.
  • S12 denotes the S parameter in which the measurement signal is transmitted from the second antenna and received by the first antenna.
  • the S-parameter S21 denotes the signals emitted by the first antenna which are received by the second antenna.
  • a further embodiment of the invention provides that the predefined threshold values are one of the last measurements, preferably the last measurement.
  • the measured values determined by the high-frequency measuring arrangement can be compared with predefined threshold values or reference values in order to be able to determine changes in the catalyst measuring system.
  • predefined threshold values are, inter alia, the values of the last ones executed
  • Measurement ie whether the SCR catalyst or one of the antennas has changed compared to the last measurement. If it is determined that one of the antennas has changed in comparison to this measurement, the measured values can be corrected by the influence of the changed antenna. With the corrected measured values, the aging state of the SCR catalytic converter can be determined. Thus, a change in the system can be detected compared to the last measurement. alternative the measured values of the catalyst measuring system can serve as reference values when new.
  • the high-frequency measuring arrangement is designed to carry out a diagnosis of the catalyst measuring system taking into account the measured data and to determine the aging state of the SCR catalytic converter.
  • Aging can calculate the catalyst measuring system by comparing the measured S-parameters to a predefined threshold. Depending on the comparison, conclusions can be drawn about the aging status of the SCR catalytic converter. As a possible threshold value, the resonant frequencies of the SCR catalytic converter can be used when new. Thus, the aging of the SCR catalyst can be determined in relation to the new condition, or a percentage aging can be specified. An alternative may be the resonant frequencies of the last valid measurement of the catalyst measuring system. Thus, the aging can be followed step by step. The catalyst measuring system can compare the measured resonance frequencies with the stored resonance frequencies and draw conclusions about the aging state of the SCR catalytic converter from this comparison. The older the SCR catalyst is, the less ammonia can be stored, which also reduces the resonance frequency.
  • An embodiment of the present invention provides that the high-frequency measuring arrangement is designed to recognize and eliminate interference effects in the measured data, taking into account the comparison of the received signals with the predefined threshold value.
  • each component of the catalyst measuring system can be separated from one another be diagnosed. If it is found that one of the antennas exhibits aging and / or contamination, the catalyst measuring system can correct the S-parameters by this effect, using numerical methods. Thus, an efficient diagnosis of the catalyst measuring system is possible even with partially disturbed antennas.
  • Another embodiment of the invention provides that the high-frequency measuring device is designed, taking into account the catalyst measuring system diagnostics to calibrate the Katalysa ⁇ tormesssystem new.
  • the catalyst measurement system may trigger a recalibration of the system.
  • the catalyst measuring system can be brought into a new initial state for the next measurement.
  • An embodiment of the invention provides that the high-frequency measuring arrangement is designed, taking into account the catalyst measuring system diagnosis, a thermal regeneration of the SCR catalyst and the associated components and measuring devices, e.g. of the antennas.
  • the catalyst measuring system can trigger a thermal regeneration of the system. As a result, the antennas can be freed from contamination. Thus, the catalyst measuring system for the next measurement can be brought into a new initial state and the antennas should again be free of interference.
  • Another aspect of the invention relates to a vehicle having a catalytic sensor system for self-diagnosis and for determining the state of aging of an SCR catalyst.
  • a vehicle may be equipped with the catalyst measuring system to reduce the NOx output of the vehicle.
  • the catalytic converter measuring system is installed.
  • the catalyst measuring system can perform a self-diagnosis to determine the aging state of the SCR catalyst and measure a ⁇ stored quantity of ammonia in the SCR catalyst. If certain limit values are exceeded or exceeded, the catalyst measuring system can report these or, if appropriate, adjust the regulation of the ammonia metering system. Furthermore, the catalyst measurement system may perform thermal regeneration or recalibration of the catalyst measurement system.
  • the vehicle may be a gasoline, diesel, biofuel, synthetic fuel or gas vehicle. Also, the invention can be used in hybrid vehicles with an internal combustion engine.
  • the vehicle is, for example, a
  • Motor vehicle such as car, bus or truck, or even to a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or an aircraft.
  • Another aspect of this invention relates to a method for self-diagnosis and for determining the state of aging of an SCR catalyst, comprising the following steps:
  • first antenna sends and measures the reflection
  • second antenna sends and measures the reflection
  • first antenna transmits and second antenna measures the transmission
  • second antenna transmits and first antenna measures the transmission
  • the method for self-diagnosis and for determining the Old ⁇ approximately state of an SCR catalyst comprises several steps. At the beginning of the procedure, the reference parameters can be generated for later comparison. For this purpose, the behavior of a SCR catalytic converter when new or the last valid measurement can be used. Subsequently, the actual measurement is started, for this purpose, a constant operating point of the SCR catalyst can be approached. At this constant operating point, the temperature, flow rate and EGR rate should be kept constant. Subsequently, the measurement of the four S-parameters takes place. It can too
  • Measurement data from different operating points are used.
  • the reflections of the first and the second antenna are measured by the first and the second antenna, respectively.
  • the transmissions are also detected by the two antennas.
  • the first antenna emits an electromagnetic signal and the second antenna measures the electromagnetic signal and vice versa.
  • the measured S-parameters can then be compared with the reference parameters. From the comparison, conclusions can be drawn about the state of the antennas of the high-frequency measuring arrangement and the aging state of the antenna
  • the method may provide to recalibrate the catalyst measuring system or perform thermal regeneration.
  • the aging determination of the SCR catalyst can be carried out without additional sensors. However, this does not mean that no further sensors can be installed to ensure, for example, other functions.
  • the method makes it possible to determine the aging of the SCR catalyst, in particular with respect to its ammonia storage capacity, which has a decisive influence on its
  • a further aspect of the present invention relates to a program element which, when executed by a high-frequency measuring arrangement of a catalyst measuring system, instructs the catalyst measuring system to carry out the method described in the context of the present invention.
  • Another aspect of the present invention relates to a computer-readable medium having stored thereon a computer program that, when executed by a high-frequency measurement arrangement of a catalyst measurement system, instructs the catalyst measurement system to perform the method described in the context of the present invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a catalyst ⁇ tormesssystems according to an embodiment of the invention.
  • 2 shows a schematic representation of an engine with an exhaust system and the catalyst measuring system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a
  • FIG. 4 shows a flow chart for a method for determining the aging of an SCR catalytic converter according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows a vehicle having a built-Katalysa ⁇ tormesssystem according to an embodiment of the invention.
  • 6 shows a flowchart in which the method for self-diagnosis of the SCR catalytic converter is represented by measuring the S parameters.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of one Katalysa ⁇ tormesssystems 100.
  • the ammonia load can be calculated using models based on signals from a wide variety of exhaust system sensors and actuators. Furthermore, engine operating state data enter the models as an input variable.
  • the catalyst measuring system 100 has an SCR catalytic converter 110 and a high-frequency measuring arrangement 120, which has at least two antennas 121, 122.
  • the antennas 121, 122 are located in the housing of the SCR catalyst 110, with one antenna 121 installed in front of the SCR catalyst 110 and the other antenna 122 after the SCR catalyst 110.
  • the SCR catalyst 110 serves to purify the exhaust of the vehicle from harmful NOx emissions. Ammonia is also required to purify the exhaust gas from NOx emissions. This one is in liquid form injected into the exhaust system of the vehicle. The injected ammonia vaporizes and converts the NOx into nitrogen and water in the SCR catalyst 110.
  • the two antennas 121, 122 emit electromagnetic waves and measure their reflections or transmissions. Due to these measured values, a self-diagnosis of the catalyst measuring system 100 and the determination of the old ⁇ -state condition of the SCR catalyst 110 can be performed.
  • Interferences in the antennas 121, 122 can also be detected by a comparison of the measured value and, if appropriate, the measured values ascertained by this disturbed antenna 121, 122 can be corrected.
  • the Hochfre acid sequence measuring arrangement 120 is able to measure the resonance frequency and the dielectric loss of the SCR catalyst 110th Both measured parameters change depending on the amount of stored ammonia in the SCR catalyst 110.
  • Radio frequency metering arrangement 120 may compare the measured parameters with the reference parameters.
  • the reference parameters may relate to the new condition of the SCR catalyst 110 or to the last valid measurement by the Katalysa ⁇ tormesssystem 100. The comparison can be concluded that the aging state of the SCR catalyst 110th As aging increases, the maximum amount of ammonia stored decreases.
  • FIG. 2 shows the catalyst measuring system 200 installed in an exhaust system 220 of a vehicle.
  • the internal combustion engine 210 generates energy and exhaust gases when burning fuel. Among other things, nitrogen oxides (NOx) also occur as part of the exhaust gases.
  • the exhaust gases are discharged through the exhaust system 220 into the environment.
  • exhaust gas purification systems such as an SCR catalytic converter 110, are installed in the exhaust system 220.
  • the catalyst measuring system 100 to perform a self-diagnosis of the catalyst measuring system and to monitor the aging of the SCR catalyst 110. Furthermore, the control of the SCR catalyst 110 can be optimized.
  • Fig. 3 is a schematic representation of the Katalysa ⁇ tormesssystems 100.
  • a first antenna 121 is shown prior to or in the initial region of the SCR catalyst 110 and a second antenna 122 is installed to or in the end region of the SCR catalyst 110.
  • the exhaust gases flow in Fig. 3 from left to right.
  • the two antennas 121, 122 are connected to the high-frequency measuring arrangement 120.
  • the high-frequency measuring arrangement 120 controls the two antennas 121, 122 and evaluates the data received by the antennas 121, 122.
  • the first antenna 121 sends out the signals for the S-parameters Sil and S21 and receives the signals for the S-parameters Sil and S12.
  • the second antenna sends out the signals for the S-parameters S22 and S12 and receives the signals for the S-parameters S22 and S21.
  • 4 shows a flowchart for a method for self-diagnosis and for determining the state of aging of an SCR catalytic converter.
  • the reference parameters are determined for a later comparison.
  • the initialization of the measurement takes place in step 402.
  • the SCR catalytic converter is operated at a constant operating point.
  • the measurement of the four S-parameters takes place in step 403.
  • the comparison of the measured S-parameters and the reference parameters takes place in step 404.
  • step 405 the self-diagnosis is established from the comparison of the measured S-parameters and the reference parameters and the aging state of the S-parameter
  • FIG. 5 shows a vehicle 500 with an SCR catalytic converter 110 and a catalytic converter measuring system 100.
  • the catalytic converter measuring system 100 may detect the aging state of the SCR catalytic converter 110.
  • FIG. 6 shows a flow chart with which the method for self-diagnosis and aging determination of a
  • the catalyst measuring system carries out a measurement of the four Reso ⁇ nanzparameter Sil, S22, S12, S21 (S parameter) in specific operating conditions of the engine / catalyst / total system.
  • S parameter Reso ⁇ nanzparameter Sil, S22, S12, S21
  • the reference parameters eg the values of the last diagnosis
  • By comparing the two reflection parameters Sil and S22 of the new measurement with the reference parameters it can be determined whether one or both antennas have changed their behavior, eg due to contamination or aging.
  • both antennas still behave the same, the previously determined change can be interpreted as a change in the catalyst material, eg caused by aging. If there is a change in the behavior of one and / or both antennas, this disturbance can be eliminated by numerical methods.
  • a possible change in the catalyst material can be detected and evaluated. All individual components of the catalyst measuring system can thus be separated and precisely di ⁇ agnosti extend. The possible aging and / or contamination phenomena of the antennas can be compensated and the catalyst measuring system can be recalibrated if necessary. Likewise, initiating thermal regeneration is possible to rid the antennas of contamination.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Katalysatormesssystem (100) zur Eigendiagnose und zur Alterungsbestimmung eines SCR-Katalysators (110) für ein Fahrzeug. Das Katalysatormesssystem (100) weist folgende Bestandteile auf: einen SCR-Katalysator (110) zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, eine Hochfrequenz-Messanordnung (120), welche wenigstens zwei Antennen (121, 122) zur Vermessung des SCR-Katalysators (110) aufweist. Die erste Antenne (121) befindet sich vor dem SCR-Katalysator (110) und die zweite Antenne (122) befindet sich nach dem SCR-Katalysator (110). Die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ist ausgeführt die Antennen (121, 122) anzuleiten gezielt elektromagnetische Signale auszusenden und zu empfangen. Die Hochfrequenz- Messanordnung (120) ist weiter ausgeführt die gesendeten und die empfangenen elektromagnetischen Signale auszuwerten und mit einem vordefinierten Schwellwert zu vergleichen, um die Eigendiagnose und die Alterungsbestimmung des SCR-Katalysators (110) durchzuführen.

Description

Beschreibung
Eigendiagnose eines Abgaskatalysators durch Messung der
S-Parameter
Mit Verbrennungsmotoren betriebene Pkw oder Lkw sind zu einem festen Bestandteil der modernen Gesellschaft geworden. Die Automobilindustrie hat es sich zur Aufgabe gemacht Fahrzeuge zu entwickeln, die sich durch niedrige Schadstoffemissionen auszeichnen und gleichzeitig kostengünstig herstellbar sind. Insbesondere sind Stickoxidminderungstechnologien im Entwicklungsfokus .
Zur Reduktion der Stickoxidkonzentration (NOx) im Abgas werden deshalb neue Methoden zur Abgasreinigung entwickelt. Eine Ausführungsform hierbei ist die Verwendung eines Ammoni- ak-SCR-Systems . Dieses System ist insbesondere zur Senkung des NOx-Ausstoßes sowohl bei LKWs als auch bei PKWs vorteilhaft. In einer Ausführungsform des SCR-Systems wird eine Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel in die Abgasanlage des Fahrzeugs eingespritzt. Dieses flüssige Reduktionsmittel wird in der Abgasanlage verdampft und letztendlich in gasförmigen Ammoniak (NH3) umgewandelt. Mit Hilfe dieses Ammoniaks werden im Ammoniak-SCR-Katalysator die schädlichen Stickoxide (NOx) zu Stickstoff (N2) und Wasser (H20) umgewandelt. Damit die Am- moniak-SCR-Reaktion stattfinden kann, muss zunächst Ammoniak im SCR-Katalysator adsorbiert, also eingelagert, werden. Der NOx-Umsatz kann, insbesondere bei niedrige Katalysatortempe- raturen, stark von der Menge an eingespeicherten Ammoniak abhängen .
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Betrieb eines
SCR-Katalysators sicherzustellen . Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen .
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Katalysatormesssystem zur Eigendiagnose und zur Alterungszu- standsbestimmung eines SCR-Katalysators für ein Fahrzeug. Das Katalysatormesssystem weist folgende Bestandteile auf: einen SCR-Katalysator zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, eine Hochfrequenz-Messanordnung, welche wenigstens zwei Antennen zur Vermessung der Resonanzfrequenzen des SCR-Katalysators aufweist, wobei sich vorzugsweise die erste Antenne vor dem SCR-Katalysator befindet und sich vorzugsweise die zweite Antenne nach dem SCR-Katalysator befindet. Die Hochfre¬ quenz-Messanordnung ist ausgeführt die beiden Antennen anzuleiten gezielt elektromagnetische Signale auszusenden und zu empfangen. Die Hochfrequenz-Messanordnung ist weiter ausgeführt die gesendeten und die empfangenen elektromagnetischen Signale auszuwerten und mit einem vordefinierten Schwellwert zu vergleichen, um die Eigendiagnose und die Alterungszustandsbe- stimmung durchzuführen.
Das Katalysatormesssystem mit hochfrequenzgestützter Kataly- sator-/Filterdiagnose eröffnet viele Möglichkeiten, um Ab¬ gaskatalysator und -filter genauer zu regeln, wodurch die Effizienz und damit die NOx-Emissionen des SCR-Katalysators verbessert werden können. Durch die Einbringung mehrerer Antennen in den Abgasstrang entstehen aber ebenso neue Mög- lichkeiten für Störungen. Diese sicher zu diagnostizieren und zu kompensieren ist eine essentielle Anforderung an solche
Hochfrequenz-Messanordnungen und deren Anwendung auf der Straße, insbesondere in Bezug auf die Langzeitstabilität und die OBD-Anforderungen (OBD: On-Board-Diagnose) . Das Katalysatormesssystem sollte sich zu Beginn des Messvorgangs in einem definierten, stabilen Betriebspunkt befinden. Ein definierter, stabiler Betriebspunkt kann bei konstanter Temperatur, bei konstantem Abgasvolumenstrom und/oder bei gleichbleibender AGR-Rate (Abgasrückführungsrate) vorhanden sein. Die Ammoniak-Dosierung kann hierfür ausgeschaltet werden. Das Katalysatormesssystem kann ohne Ammoniak-Dosierung betrieben werden, bis die Hochfrequenz-Messanordnung einen konstanten Wert für die Ammoniakbeladung erfasst. Dann ist der SCR-Katalysator frei von Ammoniak. Die Hochfrequenz-Messanordnung kann über kleine Koppelelemente, z.B. Antennen, elektromagnetische Wellen in den Abgasstrang einkoppeln und die Reflexion oder die Transmission der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen kann gemessen werden. Die elektromagne- tischen Wellen korrelieren mit dem Beladungszustand des
SCR-Katalysators . Das metallische Katalysatorgehäuse stellt einen elektrischen Hohlraumresonator dar.
Als Sensoren können zwei oder mehr einfache Antennen dienen, beispielsweise koaxiale Stiftkoppler, die in das Katalysa¬ torgehäuse eingebracht werden. Die di-/elektrischen Eigenschaften des SCR-Katalysators werden durch seinen keramischen Wabenkörper inkl. der Beschichtung und des Speichermaterials bestimmt und können durch die Hochfrequenz-Messanordnung ge- messen werden.
Bei Abgaskatalysatoren kann die Änderung des Resonanzverhaltens, beispielsweise die aus den Reflexionskoeffizienten erhaltene Resonanzfrequenz, als Signalmerkmal genutzt werden. Alternativ kann die Transmission als Signalmerkmal verwendet werden.
Werden durch wenigstens eine der Antennen hochfrequente elektromagnetische Wellen in einen Hohlraumresonator eingekoppelt, bilden sich in diesem mehrere stehende Wellen aus, die als Moden bezeichnet werden. Jede Mode weist ein eigenes Schwingungsbild bei der jeweiligen Resonanzfrequenz auf. Diese ausgeprägten Resonanzstellen ändern ihre Frequenz und Dämpfung in Abhängigkeit des Beladungszustandes des SCR-Katalysators . Somit kann es möglich sein, mit Hilfe dieser Hochfre¬ quenz-Messanordnung die Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators direkt zu messen.
Alterung kann sowohl eine tatsächliche Alterung der Materialien der Antenne und/oder des Katalysators sein oder auch zunehmende Verschmutzung der Antenne und/oder des Katalysators. Typische Alterungserscheinungen eines SCR-Katalysators sind beispiels¬ weise Umwandlung der Speicherzentren, De-Aktivierung der ka- talytisch aktiven Schicht, verursacht z.B. durch Oxidation oder Ablagerungen vornehmlich von Metall-Oxiden. Typische Verschmutzungserscheinungen sind beispielsweise Ablagerungen von Ammoniaksalzen, Ruß oder mittel- bis langkettige Kohlenwas¬ serstoffe . Für die Alterungserkennung und die Eigendiagnose können in verschiedenen Betriebspunkten des SCR-Katalysators die Reflexionen und die Transmissionen durch die wenigstens zwei Antennen gemessen werden. Somit können wenigstens vier Messgrößen erfasst und verglichen werden.
Die Katalysatoralterungszustandserkennung und die Eigendiagnose des Katalysatormesssystems basiert auf dem Vergleich der einzelnen Resonanzparameter für ein System mit wenigstens zwei Antennen, d.h. mit wenigstens vier messbaren Resonanzparametern . Die Resonanzparameter können in Reflexionen und Transmissionen unterteilt werden. Die Reflexions- und/oder Transmissionspa¬ rameter werden auch als S-Parameter bezeichnet, wobei Sil die Reflexion der von der ersten Antenne ausgesendeten Signale bezeichnet, das reflektierte Signal wird ebenfalls von der ersten n
5
Antenne empfangen. Die Reflexion der von der zweiten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der zweiten Antenne empfangen werden können, wird als S22 bezeichnet. Die von der ersten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der zweiten Antenne empfangen werden, werden als S21 bezeichnet und die von der zweiten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der ersten Antenne empfangen werden, werden als S12 bezeichnet. Bei den beiden Parametern S21 und S12 kann es sich um Transmissionen handeln, d.h. die Signale können durch den SCR-Katalysator hindurchgehen. Die Messung sollte bei bekannten und/oder definierten Betriebszuständen des SCR-Katalysators stattfinden, wie z.B. vor dem Start bei kaltem Katalysator, bei Erreichen der Betriebstemperatur nach einem Start, bei stationären Betriebspunkten oder nach einer Regeneration des SCR-Katalysators. Dabei können auch die Daten von verschiedenen Betriebspunkten herangezogen werden, um den Zustand des Gesamtsystems zu ermitteln.
Durch eine getrennte Diagnose von Verschmutzung und/oder Alterung der einzelnen Antennen und von den Alterungserscheinungen des SCR-Katalysators können alle systemrelevanten Einzelkomponenten getrennt voneinander diagnostiziert werden. Ferner kann vorgesehen sein, die hierdurch auftretenden Störeffekte zu kompensieren und die Funktionalität des Katalysatormesssystems zu gewährleisten. Zum einen ist eine Offsetkalibrierung und/oder eine Kopplungsanpassung durch numerische Kompensation der
Messwerte möglich und zum anderen die Anpassung der Schwellwerte der Messwerte (Kennfeldwerte) in Abhängigkeit der Alterung des SCR-Katalysators . Als Maß für die Alterungsbestimmungen können die Messwerte der S-Parameter Sil und S22 herangezogen werden. Das Verhalten des SCR-Katalysators und somit auch die Werte der S-Parameter ändern sich mit zunehmender Alterung des SCR-Katalysators bzw. mit abnehmender Aktivität des SCR-Katalysators. Zumeist ist dies sogar ein lineares Verhalten. Das Katalysatormesssystem kann ausgeführt sein, die Eigendiagnose und die Alterungserkennung in bestimmten, bspw. regelmäßigen Abständen durchzuführen, sodass der Alterungszustand des Katalysators überwacht werden kann. Wir durch das Katalysatormesssystem festgestellt, dass ein bestimmter Alterungszustand überschritten wurde, kann der Nutzer einen Hinweis über einen Austausch des Katalysators erhalten. Für das Katalysatormesssystem muss kein extra NOx-Sensor zur Alterungserkennung vorgesehen sein. Die Alterungsbestimmung erfolgt ausschließlich über die Hochfrequenz-Messanordnung mit den wenigstens zwei Antennen.
Ferner können die S-Parameter in konstanten Betriebspunkten eigenständig durch das Katalysatormesssystem ermittelt werden. Die Hochfrequenz-Messanordnung kann unter anderem auch die maximal mögliche Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators messen. Das Katalysatormesssystem kann die aktuellen Messwerte mit den Referenzwerten vergleichen. Sind keine Abweichungen der
S-Parameter festzustellen, kann davon ausgegangen werden, dass keine Änderungen im dem Katalysatormesssystem vorliegen. D.h. alle Antennen sind funktionstüchtig und der SCR-Katalysator ist im Vergleich zu den Referenzwerten nicht gealtert. Wird festgestellt, dass die S-Parameter im Vergleich zu den Refe¬ renzparametern Abweichungen aufzeigen, werden die beiden S-Parameter Sil und S22 mit ihren jeweiligen Referenzwerten verglichen. Zeigt sich hier, dass die S-Parameter Sil und S22 im Vergleich zu den Referenzwerten keine Änderungen aufweisen, kann eine Alterung und/oder Verschmutzung der Antennen ausgeschlossen werden, jedoch ist eine Alterung des SCR-Katalysators sehr wahrscheinlich. Zeigen die S-Parameter Sil und/oder S22 Abweichungen, kann die gestörte Antenne identifiziert werden. Durch Kenntnis der gestörten Antenne können die gemessenen S-Parameter S12 und S21 durch numerische Verfahren, z.B. durch das Newton-Verfahren, korrigiert werden. Nach der Korrektur der S-Parameter, werden die S-Parameter S12 und S21 mit ihren jeweiligen Referenzwerten verglichen. Zeigen sich keine Änderungen bei den S-Parametern S12 und S21 gegenüber den Referenzwerten, liegt eine Störung der Antennen vor und keine zusätzliche Alterung des SCR-Katalysators . Zeigen die
S-Parameter S12 und S21 Abweichungen gegenüber den Referenzwerten, liegt eine Störung an den Antennen und eine Alterung des SCR-Katalysators vor. Das Katalysatormesssystem kann nach erfolgter Eigendiagnose Maßnahmen ergreifen, z.B. eine ther- mische Regeneration, um die Antennen von Verschmutzungen zu befreien, falls eine solche festgestellt wurde, und/oder eine Neukalibrierung des Katalysatormesssystems anstoßen. Weiter kann das Katalysatormesssystem bei zu großer Alterung einen Austausch des SCR-Katalysators anzeigen.
Solche Hochfrequenz-Messanordnungen eignen sich prinzipiell auch für die Bestimmung der Sauerstoffbeladung von Dreiwegekatalysatoren, Lean NOx Traps (LNT) , Dieseloxidationskataly- satoren (DOC) oder für die Rußbeladungsmessung von Partikel- filtern. Somit kann das vorhergehend und nachfolgend be¬ schriebene System auch bei diesen Katalysatoren / Partikelfiltern Anwendung finden.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hoch- frequenz-Messanordnung ausgeführt ist, vier verschiedene
Messungen durchzuführen, wobei die erste Antenne ein Signal aussendet und dessen Reflexion misst, wobei die zweite Antenne ein Signal aussendet und dessen Reflexion misst, wobei die erste Antenne ein Signal aussendet und die zweite Antenne das aus- gesendete Signal misst und wobei die zweite Antenne ein Signal aussendet und die erste Antenne das ausgesendete Signal misst.
Durch den Einsatz von wenigstens zwei Antennen ergeben sich wenigstens vier verschiedene Messgrößen, welche betrachtet werden können. Diese Messgrößen werden auch als S-Parameter bezeichnet. Zwei der S-Parameter Sil und S22 entsprechen der Reflexionen und zwei der S-Parameter S12 und S21 entsprechen der Transmissionen. Bei den Reflexionen können elektromagnetische Signale von einer Antenne ausgesendet und wieder von der gleichen Antenne empfangen werden. Der Parameter Sil ist die Reflexion der ersten Antenne, der Parameter S22 ist die Reflexion der zweiten Antenne. Bei der Transmission werden die Signale von einer Antenne ausgesendet und von der jeweils anderen Antenne emp- fangen, die Signale gehen so zu sagen durch den SCR-Katalysator hindurch. S12 bezeichnet denjenigen S-Parameter, bei dem das Messsignal von der zweiten Antenne ausgesendet wird und von der ersten Antenne empfangen wird. Der S-Parameter S21 bezeichnet die von der ersten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der zweiten Antenne empfangen werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die vordefinierten Schwellwerte eine der letzten Messungen, vorzugsweise der letzten Messung sind.
Die durch die Hochfrequenz-Messanordnung ermittelten Messwerte können mit vordefinierten Schwellwerten bzw. Referenzwerten verglichen werden, um Änderungen in dem Katalysatormesssystem feststellen zu können. Als mögliche Schwellwerte kommen vor- zugsweise unter anderem die Werte der letzten ausgeführten
Messung in Betracht, d.h. ob sich der SCR-Katalysator oder eine der Antennen im Vergleich zur letzten Messung verändert hat . Wird festgestellt, dass sich eine der Antennen im Vergleich zur dieser Messung verändert hat, können die Messwerte um den Einfluss der veränderten Antenne korrigiert werden. Mit den korrigierten Messwerten kann der Alterungszustand des SCR-Katalysators bestimmt werden. Somit kann eine Veränderung im System im Vergleich zu der letzten Messung festgestellt werden. Alternativ können die Messwerte des Katalysatormesssystems im Neuzustand als Referenzwerte dienen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die die Hochfrequenz-Mess- anordnung ausgeführt, unter Berücksichtigung der Messdaten eine Diagnose des Katalysatormesssystems durchzuführen und den Alterungszustand des SCR-Katalysators zu bestimmen.
Die Alterung kann das Katalysatormesssystem berechnen, indem die gemessenen S-Parameter mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden. Abhängig von dem Vergleich können Rückschlüsse auf den Alterungszustand des SCR-Katalysators gezogen werden. Als ein möglicher Schwellwert können die Resonanzfrequenzen des SCR-Katalysators im Neuzustand dienen . Somit kann die Alterung des SCR-Katalysators in Bezug auf den Neuzustand ermittelt werden, bzw. eine prozentuale Alterung angegeben werden. Eine Alternative können die Resonanzfrequenzen der letzten gültigen Messung des Katalysatormesssystems sein. Somit kann die Alterung Schritt für Schritt nachvollzogen werden. Das Katalysatormesssystem können die gemessenen Resonanzfrequenzen mit den gespeicherten Resonanzfrequenzen vergleichen und aus diesem Vergleich Rückschlüsse auf den Alterungszustand des SCR-Katalysators ziehen. Je älter der SCR-Katalysator ist, desto weniger Ammoniak kann eingelagert werden, wodurch sich auch die Resonanzfrequenz verringert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Hochfrequenz-Messanordnung ausgeführt ist, unter Berücksichtigung des Vergleichs der empfangenen Signale mit dem vordefinierten Schwellwert, Stör-Effekte in den gemessenen Daten zu erkennen und herauszurechnen.
Durch die Erhebung der von wenigstens vier Messgrößen kann jede Komponente des Katalysatormesssystems getrennt voneinander diagnostiziert werden. Wird festgestellt, dass eine der Antennen Alterung und/oder Verschmutzung aufweist, kann das Katalysatormesssystem die S-Parameter um diesen Effekt, mit Hilfe von numerischen Verfahren, korrigieren. Somit ist eine effiziente Diagnose des Katalysatormesssystems auch mit teilweise gestörten Antennen möglich.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hochfrequenz-Messanordnung ausgeführt ist, unter Berücksich- tigung der Katalysatormesssystem-Diagnose das Katalysa¬ tormesssystem neu zu kalibrieren.
Wird durch das Katalysatormesssystem festgestellt, dass die Antennen Alterungserscheinungen und/oder Verschmutzungen aufweisen, kann das Katalysatormesssystem eine Neukalibrierung des Systems anstoßen. Somit kann das Katalysatormesssystem für die nächste Messung in einen neuen Ausgangszustand gebracht werden . Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hochfrequenz-Messanordnung ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Katalysatormesssystem-Diagnose eine thermische Regeneration des SCR-Katalysators und der damit verbundenen Komponenten und Messeinrichtungen z.B. der Antennen durchzuführen.
Wird durch das Katalysatormesssystem festgestellt, dass die Antennen Alterungserscheinungen und/oder Verschmutzungen aufweisen, kann das Katalysatormesssystem eine thermische Regeneration des Systems anstoßen. Hierdurch können die Antennen von Verschmutzungen befreit werden. Somit kann das Katalysatormesssystem für die nächste Messung in einen neuen Ausgangszustand gebracht werden und die Antennen sollten wieder frei von Störungen sein. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Katalysatormesssystem zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators. Ein Fahrzeug kann mit dem Katalysatormesssystem ausgerüstet sein, um den NOx-Ausstoß des Fahrzeugs zu senken. Damit eine einwandfreie Funktionsweise des SCR-Katalysators sichergestellt werden kann, wird das Katalysatormesssystem verbaut. Das Katalysatormesssystem kann eine Eigendiagnose durchführen, den Alterungszustand des SCR-Katalysators bestimmen und die ein¬ gelagerte Menge an Ammoniak im SCR-Katalysator messen. Werden gewissen Grenzwerte über- oder unterschritten kann das Katalysatormesssystem diese melden oder gegebenenfalls die Regelung des Ammoniak-Dosiersystems anpassen. Des Weiteren kann das Katalysatormesssystem eine thermische Regeneration oder eine Neukalibrierung des Katalysatormesssystems durchführen. Das Fahrzeug kann ein Benzin-, Diesel-, Bio-Fuels, synthetische Kraftstoffe oder Gasfahrzeug sein. Auch kann die Erfindung in Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein
Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie ein Helikopter oder ein Flugzeug.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators, folgende Schritte aufweisend:
Ermitteln von Referenzdaten.
- Initialisieren der Messung, indem der SCR-Katalysator in einem vordefinierten Betriebspunkt gefahren wird.
Durchführen von vier Messungen, aufweisend
erste Antenne sendet und misst die Reflexion, zweite Antenne sendet und misst die Reflexion, erste Antenne sendet und zweite Antenne misst die Transmission,
zweite Antenne sendet und erste Antenne misst die Transmission,
- Vergleichen der gemessenen Daten mit den Referenzdaten.
Bestimmen der Eigendiagnose und des Alterungszustandes des SCR-Katalysators unter Berücksichtigung des Vergleichs der Messdaten mit den Referenzdaten. Das Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alte¬ rungszustandes eines SCR-Katalysators weist mehrere Schritte auf. Zu Beginn des Verfahrens können die Referenzparameter für einen späteren Vergleich generiert werden. Hierfür können sowohl das Verhalten eines SCR-Katalysators im Neuzustand oder die letzte gültige Messung herangezogen werden. Anschließend wird mit der eigentlichen Messung begonnen, hierzu kann ein konstanter Betriebspunkt des SCR-Katalysators angefahren werden. In diesem konstanten Betriebspunkt sollten die Temperatur, der Volumenstrom und die AGR-Rate konstant gehalten werden. Anschließend erfolgt die Messung der vier S-Parameter. Es können auch
Messdaten aus unterschiedlichen Betriebspunkten herangezogen werden. Die Reflexionen der ersten bzw. der zweiten Antenne werden von der ersten bzw. von der zweiten Antenne gemessen. Die Transmissionen werden ebenfalls von den beiden Antennen erfasst. Hierbei sendet die erste Antenne ein elektromagnetisches Signal aus und die zweite Antenne misst das elektromagnetische Signal und umgekehrt. Die gemessenen S-Parameter können anschließend mit den Referenzparametern verglichen werden. Aus dem Vergleich können Rückschlüsse über den Zustand der Antennen der Hoch- frequenz-Messanordnung und den Alterungszustand des
SCR-Katalysators gezogen werden. Ein SCR-Katalysator kann mit zunehmenden Alterung weniger Ammoniak aufnehmen, zudem erreicht der SCR-Katalysator die aufnehmbare Menge an Ammoniak auch schneller. Somit können für den Vergleich sowohl die absolute 1
Höhe der Messparameter, als auch der zeitliche Verlauf herangezogen werden. Durch das Verfahren können alle Komponenten des Katalysatormesssystems einzeln analysiert und auf Störungen überprüft werden. Ferner können gegebenenfalls die Messdaten mit Hilfe von numerischen Verfahren um die Störeinflüsse korrigiert werden. Wird eine Störung an einer der Antenne diagnostiziert, kann das Verfahren vorsehen, das Katalysatormesssystem neu zu kalibrieren oder eine thermische Regeneration durchzuführen. Des Weiteren kann die Alterungsbestimmung des SCR-Katalysators ohne zusätzliche Sensoren erfolgen. Dieses bedeutet jedoch nicht, dass keine weiteren Sensoren eingebaut werden können, um beispielsweise weitere Funktionen sicherzustellen.
Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Alterung des SCR-Katalysators, insbesondere bezüglich seiner Ammoniak- Speicherfähigkeit, die maßgeblich Einfluss auf dessen
Konvertierungsrate und somit auf dessen Funktionsweise hat. Die Alterungsbestimmung erfolgt ohne die Einbeziehung weiterer Sensoren in der Abgasanlage bei definierten Betriebsbedingungen. Durch Kenntnis des Systemzustandes kann im transienten Betrieb des SCR-Katalysators auf eine ideale Speichermenge geregelt werden. Dadurch werden hohe Konvertierungsraten sichergestellt, sowie unnötige Ammoniak-Durchbrüche vermieden. Damit kann die Gesamtfunktion eines SCR-Systems grundsätzlich verbessert werden und ohne Ammoniak-Schlupf gefahren werden. Der Ammo¬ niakverbrauch wird somit auf das erforderliche Minimum redu¬ ziert .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es von einer Hochfrequenz-Mess¬ anordnung eines Katalysatormesssystems ausgeführt wird, das Katalysatormesssystem anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es von einer Hochfrequenz-Messanordnung eines Katalysatormesssystems ausgeführt wird, das Katalysa- tormesssystem anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und Figuren.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Katalysa¬ tormesssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors mit einer Abgasanlage und dem Katalysatormesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines
SCR-Katalysators und den Messstellen zur Erfassung der
S-Parameter .
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Alterungsbestimmung eines SCR-Katalysators gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug mit einem verbauten Katalysa¬ tormesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm in welchem das Verfahren zur Eigendiagnose des SCR-Katalysators durch Messung der S-Parameter dargestellt ist. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eins Katalysa¬ tormesssystems 100. Um eine bestmögliche Umwandlung des NOx zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die gespeicherte Ammoni¬ akmenge im SCR-Katalysator 110 zu bestimmen. Die Ammoniakbeladung kann mit Hilfe von Modellen berechnet werden, die auf Signalen verschiedenster Sensoren und Aktoren der Abgasanlage basieren. Weiterhin gehen Motorbetriebszustandsdaten als Eingangsgröße in die Modelle ein. Da die Genauigkeit der Modelle begrenzt ist und sich die Parameter auch mit der Zeit ändern, wird häufig eine Ammoniak-Schlupf-Strategie angewendet. Die hierbei entstehenden Probleme sind vor allem die Ungenauigkeit des Modelles, da eine Fehlerkette der einzelnen Bestandteile existiert, z.B. in der Motorsteuerung, der Temperaturmessung, der Sensorungenauigkeiten und der Bestimmung der verschiedenen Aktorpositionen. Um den oben beschriebenen Problemen der in- direkten Messung und der Modelle zu begegnen, kann zur Bestimmung der Ammoniakbeladung eines SCR-Katalysators 110 die direkte Messung des Beladungszustandes mit Hilfe von einer Hochfre¬ quenz-Messanordnung 120, das als Mikrowellenverfahren bezeichnet wird, durchgeführt werden.
Das Katalysatormesssystem 100 weist einen SCR-Katalysator 110 und eine Hochfrequenz-Messanordnung 120 auf, welche wenigstens zwei Antennen 121, 122 aufweist. Die Antennen 121, 122 befinden sich in dem Gehäuse des SCR-Katalysators 110, wobei eine Antenne 121 vor dem SCR-Katalysator 110 und die andere Antenne 122 nach dem SCR-Katalysator 110 eingebaut ist. Der SCR-Katalysator 110 dient der Reinigung des Abgases des Fahrzeugs von schädlichen NOx-Emissionen . Zur Reinigung des Abgases von NOx-Emissionen wird zusätzlich Ammoniak benötigt. Dieser wird in flüssiger Form in die Abgasanlage des Fahrzeugs eingespritzt. Der eingespritzte Ammoniak verdampft und wandelt im SCR-Katalysator 110 das NOx in Stickstoff und Wasser um. Die beiden Antennen 121, 122 senden elektromagnetische Wellen aus und messen deren Reflexionen bzw. Transmissionen. Durch diese Messwerte kann eine Eigendiagnose des Katalysatormesssystems 100 und die Bestimmung des Alte¬ rungszustandes des SCR-Katalysators 110 durchgeführt werden.
Durch einen Vergleich der Messwert können unter anderem auch Störungen in den Antennen 121, 122 erkannt werden und gegebenenfalls können die von dieser gestörten Antenne 121, 122 erhobenen Messwerte korrigiert werden. Die Hochfre¬ quenz-Messanordnung 120 ist in der Lage, die Resonanzfrequenz und die dielektrischen Verluste des SCR-Katalysators 110 zu messen. Beide gemessenen Parameter verändern sich abhängig von der Menge des eingelagerten Ammoniaks im SCR-Katalysator 110. Die
Hochfrequenz-Messanordnung 120 kann die gemessenen Parameter mit den Referenzparametern vergleichen. Die Referenzparameter können sich auf den Neuzustand des SCR-Katalysators 110 beziehen oder auf die letzte gültige Messung durch das Katalysa¬ tormesssystem 100. Durch den Vergleich kann auf den Alterungszustand des SCR-Katalysators 110 geschlossen werden. Mit zunehmender Alterung nimmt die maximal gelagerte Menge an Ammoniak ab.
Fig. 2 zeigt das Katalysatormesssystem 200 eingebaut in einer Abgasanlage 220 eines Fahrzeugs. Der Verbrennungsmotor 210 erzeugt bei der Verbrennung von Kraftstoff Energie und Abgase. Als Bestandteil der Abgase treten unter anderem auch Stickoxide (NOx) auf. Die Abgase werden durch die Abgasanlage 220 in die Umwelt entlassen. Damit nicht alle schädlichen Abgase in die Umwelt gelangen, werden in der Abgasanlage 220 Abgasreinigungssysteme, wie z.B. ein SCR-Katalysator 110, eingebaut. Des Weiteren wird in die Abgasanlage 220 das Katalysatormesssystem 100 verbaut, um eine Eigendiagnose des Katalysatormesssystems durchzuführen und die Alterung des SCR-Katalysators 110 zu überwachen. Ferner kann die Regelung des SCR-Katalysators 110 optimiert werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Katalysa¬ tormesssystems 100. Eine erste Antennen 121 ist vor oder im Anfangsbereich des SCR-Katalysators 110 und eine zweite Antenne 122 ist nach oder im Endbereich des SCR-Katalysators 110 eingebaut. Die Abgase fließen in Fig. 3 von links nach rechts. Die beiden Antennen 121, 122 werden an die Hochfrequenz-Messanordnung 120 angeschlossen. Die Hochfrequenz-Messanordnung 120 steuert die beiden Antennen 121, 122 und wertet die von den Antennen 121, 122 empfangenen Daten aus. Die erste Antenne 121 senden die Signale für die S-Parameter Sil und S21 aus und empfängt die Signale für die S-Parameter Sil und S12. Die zweite Antenne sendet die Signale für die S-Parameter S22 und S12 aus und empfängt die Signale für die S-Parameter S22 und S21. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators. In Schritt 401 erfolgt die Ermittlung der Referenzparameter für einen späteren Vergleich. Die Initialisierung der Messung erfolgt in Schritt 402. Hierfür wird der SCR-Katalysator in einem konstanten Betriebspunkt betrieben . Die Messung der vier S-Parameter erfolgt in Schritt 403. Der Vergleich der gemessenen S-Parameter und der Referenzparameter erfolgen in Schritt 404. Zuletzt wird in Schritt 405 aus dem Vergleich der gemessenen S-Parameter und der Referenzparameter die Eigendiagnose erstellt und der Alterungszustand des
SCR-Katalysators bestimmt. Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 500 mit einem SCR-Katalysator 110 und einem Katalysatormesssystem 100. Das Katalysatormesssystem 100 kann den Alterungszustand des SCR-Katalysators 110 erfassen. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm, mit welchem das Verfahren zur Eigendiagnose und zur Alterungsbestimmung eines
SCR-Katalysators erläutert wird. Das Katalysatormesssystem führt in bestimmten Betriebszuständen des Motors/Katalysators/Gesamtsystems eine Messung der vier Reso¬ nanzparameter Sil, S22, S12, S21 (S-Parameter) durch. Durch den Vergleich der gemessenen S-Parameter mit den Referenzparametern, z.B. den Werten der letzten Diagnose, kann bei keiner Änderung der gemessenen Parameter festgestellt werden, dass sich sowohl die Antennen als auch der SCR-Katalysator im gleichen Zustand befinden. Liegt eine Änderung vor, erfolgt eine genauere Spezifizierung. Durch einen Vergleich der beiden Reflexionsparameter Sil und S22 der neuen Messung mit den Referenzparametern kann festgestellt werden, ob eine oder beide Antennen ihr Verhalten verändert haben, z.B. durch Verschmutzung oder Alterung. Verhalten sich beide Antennen immer noch gleich, so kann die zuvor festgestellte Änderung als Änderung im Katalysatormaterial interpretiert werden, z.B. hervorgerufen durch Alterung. Liegt eine Änderung im Verhalten von einer und/oder beiden Antennen vor, so kann diese Störung durch numerische Verfahren herausgerechnet werden. Durch Vergleich der kom- pensierten Transmissionsparameter S21 und S12 mit den Referenzparametern kann eine mögliche Änderung im Katalysatormaterial erfasst und bewertet werden. Alle Einzelkomponenten des Katalysatormesssystems können somit getrennt und präzise di¬ agnostiziert werden. Die möglichen Alterungs- und/oder Ver- schmutzungserscheinungen der Antennen können kompensiert werden und das Katalysatormesssystem kann gegebenenfalls neu kalibriert werden. Ebenso ist das Einleiten einer thermischen Regeneration möglich, um die Antennen von Verschmutzungen zu befreien.

Claims

Patentansprüche
1. Katalysatormesssystem (100) zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators (110) für ein Fahrzeug, aufweisend:
ein SCR-Katalysator (110), zur Abgasreinigung eines Fahrzeugs, und
eine Hochfrequenz-Messanordnung (120), welche wenigstens eine erste Antenne (121) und eine zweite Antenne (122) zur Vermessung des SCR-Katalysators (110) aufweist,
wobei vorzugsweise die erste Antenne (121) vor dem
SCR-Katalysator und die zweite Antenne (122) hinter dem
SCR-Katalysator angeordnet ist,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, die Antennen (121, 122) anzuleiten gezielt elektromagnetische Signale auszusenden und zu empfangen, und
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, die gesendeten und die empfangenen elektromagnetischen Signale auszuwerten und mit vordefinierten Schwellwerten zu vergleichen, um eine Eigendiagnose des Katalysatormesssystems (100) durchzuführen und einen Alterungszustand des SCR-Katalysators (110) zu bestimmen.
2. Katalysatormesssystem (100) gemäß Anspruch 1,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, wenigstens vier verschiedene Messungen durchzuführen,
wobei, für die erste Messung, die erste Antenne (121) ein Signal aussendet und dessen Reflexion misst,
wobei, für die zweite Messung, die zweite Antenne (122) ein Signal aussendet und dessen misst Reflexion,
wobei, für die dritte Messung, die erste Antenne (121) ein Signal aussendet und die zweite Antenne (122) das ausgesendete Signal misst, wobei, für die vierte Messung, die zweite (122) Antenne ein Signal aussendet und die erste Antenne (121) das ausgesendete Signal misst.
3. Katalysatormesssystem (100) gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei die vordefinierten Schwellwerte die Werte eine der letzten Messungen, vorzugsweise der letzten Messung sind.
4. Katalysatormesssystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Vergleiche der empfangenen Signale mit den vordefinierten Schwellwerten Stör-Effekte in den Messungen herauszurechnen.
5. Katalysatormesssystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Vergleiche der empfangenen Signale mit den vordefinierten Schwellwerten eine Unterscheidung zwischen Störungen/Alterung an den Antennen (121, 122) und Störung/Alterung an dem SCR-Katalysator (110) vorzunehmen.
6. Katalysatormesssystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Vergleiche der empfangenen Signale mit den vordefinierten Schwellwerten Störungen/Alterung an den Antennen (121, 122) zu ermitteln.
7. Katalysatormesssystem (100) gemäß Anspruch 5,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Vergleiche der empfangenen Signale mit den vordefinierten Schwellwerten die Störung/Alterung wenigstens einer Antenne (121, 122) zuzuordnen.
8. Katalysatormesssystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Vergleiche der empfangenen Signale mit dem vordefinierten Schwellwert das Katalysatormesssystem (100) neu zu kalibrieren, indem die Systemparameter angepasst werden.
9. Katalysatormesssystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Hochfrequenz-Messanordnung (120) ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Vergleiche der empfangenen Signale mit dem vordefinierten Schwellwert eine thermische Regeneration des SCR-Katalysators (110) durchzuführen.
10. Fahrzeug (500) mit einem Katalysatormesssystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Eigendiagnose und zur
Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators (110) .
11. Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators, folgende Schritte aufweisend:
Ermitteln (401) von Referenzdaten;
Initialisieren (402) einer Messung, indem der
SCR-Katalysator in einem vordefinierten Betriebspunkt gefahren wird;
- Durchführen (403) von vier Messungen, aufweisend
erste Antenne sendet und misst die Reflexion, zweite Antenne sendet und misst die Reflexion, erste Antenne sendet und zweite Antenne misst die Transmission, zweite Antenne sendet und erste Antenne misst die Transmission,
Vergleichen (404) der gemessenen Daten mit den Referenzdaten;
- Durchführen (405) einer Eigendiagnose und Bestimmen des Alterungszustands des SCR-Katalysators unter Berücksichtigung des Vergleichs der Messdaten mit den Referenzdaten.
12. Programmelement, das, wenn es auf einer Hochfre- quenz-Messanordnung (120) eines Katalysatormesssystems (100) ausgeführt wird, das Katalysatormesssystems (100) anleitet, das Verfahren gemäß Anspruch 11 durchzuführen.
13. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gemäß Anspruch 12 gespeichert ist.
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