WO2023001530A1 - Verfahren zum betreiben eines stickoxidsensors - Google Patents

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WO2023001530A1
WO2023001530A1 PCT/EP2022/068400 EP2022068400W WO2023001530A1 WO 2023001530 A1 WO2023001530 A1 WO 2023001530A1 EP 2022068400 W EP2022068400 W EP 2022068400W WO 2023001530 A1 WO2023001530 A1 WO 2023001530A1
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WO
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nitrogen oxide
internal combustion
combustion engine
time
run
Prior art date
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PCT/EP2022/068400
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Herbert SCHANKULA
Nhat Phan
Rainer HEGEMANN
Matthias HÖLZ
Yvonne Binder
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Mercedes-Benz Group AG
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method, e.g. intermittent, or the display, e.g. digital
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
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    • G01N33/0037—Specially adapted to detect a particular component for NOx
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    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a nitrogen oxide sensor according to the preamble of patent claim 1.
  • the nitrogen oxide sensor is designed to detect nitrogen oxide contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
  • the nitrogen oxide is also referred to as NOx, so the nitrogen oxide sensor is also referred to as the NOx sensor.
  • an electronic computing device also referred to as a control unit, is designed to receive a signal, in particular an electrical signal, which can be provided by the sensor and characterizes the nitrogen oxide detected by the sensor.
  • the object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that particularly advantageous operation can be implemented.
  • a special run-on operating state of the electronic computing device which is also designated as a control unit, is set.
  • the electronic computing device control unit
  • the electronic computing device is kept activated after and despite a deactivation of the internal combustion engine during a run-on time period that is different from the special run-on operating state of the electronic computing device, which is different from the normal operating state and preferably directly following the deactivation of the internal combustion engine, whereby the nitrogen oxide sensor is kept activated during the run-on time period, in particular continuously, is kept ready for operation, that is to say in a state of readiness for operation in which the nitrogen oxide sensor is capable of detecting nitrogen oxide and providing the signal.
  • the invention makes it possible to avoid falsification of an ammonia fill level model for calculating an ammonia fill level in an SCR catalytic converter, particularly when the internal combustion engine, embodied as a diesel engine, for example, is alternately activated and deactivated several times.
  • a multiple consecutive and alternating activation and deactivation of the internal combustion engine is also referred to as short-term operation of the internal combustion engine.
  • Such short-term operation occurs, for example, when the internal combustion engine is used to drive a motor vehicle designed as a motor vehicle, for example, and in particular when the motor vehicle is used, for example, as a delivery vehicle for delivering packages or similar goods to be transported. If the internal combustion engine is designed as a diesel engine, then the motor vehicle is a diesel vehicle.
  • the motor vehicle preferably has an injection device, by means of which a reducing agent for removing nitrogen from the exhaust gas can be introduced into the exhaust gas.
  • the reducing agent is preferably an aqueous urea solution which is designed to provide ammonia (NH3).
  • NH3 ammonia
  • SCR selective catalytic reduction
  • nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be converted into nitrogen and nitrogen with the ammonia provided Water react, whereby the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are at least partially removed from the exhaust gas, consequently the exhaust gas is denitrified.
  • the SCR catalytic converter is catalytically active for the selective catalytic reduction, so that the SCR catalytic converter catalytically effects and/or supports the selective catalytic reduction.
  • a quantity of excess ammonia contained in the SCR catalyst is also referred to as the filling level, ammonia level or NH3 level of the SCR catalyst.
  • the previously mentioned ammonia level model also known as the NH3 level model, is used to calculate the level. The invention makes it possible to avoid a falsification of the NH3 fill level model or a falsification of the fill level calculated using the NH3 fill level model.
  • the invention allows the run-on to be lengthened. If the electronic arithmetic unit is kept activated despite and after the deactivation of the internal combustion engine, then the electronic arithmetic unit is operated in an after-run. Since the nitrogen oxide sensor and also the control unit (electronic computing device) can be in operational readiness during the run-on time period, and since the nitrogen oxide sensor is also referred to as a probe or NOx probe, the invention implements an extended NOx probe readiness compared to the normal operating state. Excessive NH3 level model deviations can thus be avoided. In other words, a particularly high model quality of the NH3 filling level model can be implemented.
  • the number is greater than 5.
  • the number is less than 20. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first threshold value is at most 20 minutes.
  • the second threshold value is at most 1 minute.
  • the run-on time period in the special run-on operating state is at least 5 minutes.
  • the only figure shows a detail of a schematic representation of an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the only figure shows a detail of a schematic representation of an exhaust system 10 for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the motor vehicle designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a commercial vehicle, has the internal combustion engine and the exhaust system 10 in its fully manufactured state and can be driven by means of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is fired and can therefore be operated in a fired mode. Combustion processes take place in the internal combustion engine during fired operation. A fuel-air mixture is burned during the respective combustion process.
  • the exhaust system 10 includes, for example, an SCR catalytic converter, not shown in the figure, through which the exhaust gas can flow. If the internal combustion engine and thus the fired operation are deactivated, this is not done at least temporarily a fired operation of the internal combustion engine, so that no combustion processes take place in the internal combustion engine.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine can contain nitrogen oxides (NOx).
  • NOx nitrogen oxides
  • at least one dosing device is provided, for example, by means of which a reducing agent can be introduced, in particular injected, into the exhaust gas.
  • the reducing agent is, for example, an aqueous urea solution which, when introduced into the hot exhaust gas, provides ammonia (NH3).
  • SCR selective catalytic reduction
  • at least some of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas react with the ammonia provided to form nitrogen and water, as a result of which at least some of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are removed from the exhaust gas and the exhaust gas is therefore denitrified.
  • the previously mentioned SCR catalytic converter is catalytically active for the said selective catalytic reduction.
  • the exhaust system 10 also includes at least one nitrogen oxide sensor 14, by means of which the nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be detected.
  • the nitrogen oxide sensor 14 also referred to simply as a sensor, can provide a signal, in particular an electrical signal.
  • the signal characterizes the nitrogen oxides detected by the sensor.
  • the signal characterizes a quantity of the nitrogen oxides detected by the sensor.
  • a control unit 16 is provided, which is an electronic computing device. The control unit 16 is designed to receive the signal provided by the sensor. Control unit 16 can be part of an engine control for controlling and/or regulating the internal combustion engine. A method for operating the nitrogen oxide sensor 14 is described below.
  • the nitrogen oxide sensor 14 is temporarily not ready for operation, i.e. none, also as probes -Operating readiness has designated operational readiness and therefore cannot measure nitrogen oxides contained in the exhaust gas, in particular raw nitrogen oxide emissions from the internal combustion engine.
  • the respective engine running time mentioned above is to be understood as meaning a time interval in which the internal combustion engine is activated, that is to say is operated in a fired manner.
  • the respective, previously mentioned engine shut-off time is to be understood as a time interval in which, in particular continuously, a fired operation of the internal combustion engine is omitted, and consequently the internal combustion engine and thus the fired operation of the internal combustion engine are deactivated.
  • the nitrogen oxide sensor 14 is ready for operation only at or after a first point in time, with a first period of time between the first point in time and the start of the engine, which can be up to approximately 10 to 15 minutes, for example.
  • the first point in time characterizes an end of a dew point, for example.
  • the nitrogen oxide sensor 14 conventionally only after ready for operation at the first point in time and at a second point in time following the first point in time, it being possible for a second period of time to lie between the first point in time and the second point in time, which can be approximately 100 seconds, for example.
  • the nitrogen oxide sensor 14 also referred to as a probe, nitrogen oxide probe or NOx probe
  • the nitrogen oxide sensor 14 is therefore not on standby and can therefore not measure nitrogen oxides contained in the exhaust gas, but the internal combustion engine runs during the first period of time and during the second period of time and drives the motor vehicle, for example. such that, for example, the motor vehicle is driven during the first period and the second period.
  • the first time period and the second time period form, for example, a total time during which nitrogen oxide sensor 14 cannot measure any nitrogen oxides in the exhaust gas.
  • the reducing agent is not introduced into the exhaust gas as a function of measured values from nitrogen oxide sensor 14, since this does not provide any measured values or not meaningful measured values during the entire time, but rather the reducing agent is introduced into the exhaust gas during the entire time, depending on first calculation model, which is also simply referred to as the first model or NOx raw emissions replacement model.
  • first calculation model which is also simply referred to as the first model or NOx raw emissions replacement model.
  • the first model does not have an excessively high level of accuracy and, due to overestimation, can sometimes lead to an excessively large amount of the reducing agent being introduced into the exhaust gas. This means that the quantity of reducing agent introduced into the exhaust gas is greater than is required for denitrification of the exhaust gas, so that not all of the ammonia provided by the reducing agent is converted.
  • the fill level of the SCR catalytic converter can be calculated using a second calculation model, which is also referred to as a second model or fill level model or NH3 fill level model or ammonia fill level model.
  • a second calculation model which is also referred to as a second model or fill level model or NH3 fill level model or ammonia fill level model.
  • the filling level model cannot recognize the effect described above. In other words, the filling level model cannot recognize that an excessive quantity of the reducing agent has been introduced into the exhaust gas due to the short-term operation and, as a result, excess ammonia has been stored in the SCR catalytic converter. Rather, the filling level model assumes that at least almost all of the self-dosed reducing agent is used up and is therefore converted.
  • the filling level model since the unused and therefore excess reducing agent or ammonia is stored in the SCR catalytic converter, the filling level model only calculates the filling level very imprecisely. Subsequent functions that use the fill level calculated using the second model, in particular for dosing or OBD (on-board diagnosis), can thus come to wrong decisions.
  • control unit 16 is a control unit by means of which the introduction of the reducing agent into the exhaust gas is carried out, in particular controlled or regulated.
  • control unit 16 in the exhaust gas calculated the amount of reducing agent to be introduced.
  • the aforementioned diagnosis of the nitrogen oxide sensor 14 and/or the SCR catalytic converter is carried out or calculated, for example, by means of the control unit 16 .
  • control unit 16 compared to the normal operating state means the following in particular: even if the driver of the motor vehicle ends the ignition of the motor vehicle and thus ends the internal combustion engine or its fired operation by switching off so-called terminal 15, then control unit 16 remains, so to speak awake, that is to say activated, and the nitrogen oxide sensor 14 retains, in particular continuously, its readiness for operation, which the nitrogen oxide sensor also assumed before the internal combustion engine was deactivated.
  • the following is provided in particular: it is checked whether a so-called short-term operation is present, which is also referred to as short-term operation, depending on how long the internal combustion engine, also referred to as a motor, was in operation after its last engine start, and depending from a duration of the last engine setup time, i.e. how long the engine was deactivated since it was last operated. If, for example, in the last n operating cycles, also referred to as driving cycles, the average time, also referred to as average operating time, during which the internal combustion engine is in its fired mode is less than the first threshold value, and if the average time of the engine off times is less than the second Threshold is, then it is communicated that the aforementioned short operation is present.
  • the respective driving cycle is defined in the OBD as an OBD driving cycle.
  • a status is set that short-term operation is present. If the status is set, then the after-run of the control unit 16, also known as the control unit after-run, is extended to 5 minutes or more compared to the normal operating mode, for example, with the operational readiness of the nitrogen oxide sensor 14 being maintained during the after-run, i.e. during the after-run time period, so that if within the after-run period, such as 5-minute operation, the internal combustion engine is started again, the nitrogen oxide sensor 14 is immediately able to measure the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, i.e.
  • the control unit 16 is then, for example, in its normal operating state, in which the run-on time period is shorter than in the special run-on operating state.
  • the aforementioned status can be reset when a successful particle filter regeneration has occurred. Since high exhaust gas temperatures lead to ammonia being discharged from the SCR catalytic converter, the filling level model can again provide correct values for the filling level immediately after a successful regeneration of the particle filter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidsensors (14) zum Erfassen von in Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenem Stickoxid, bei welchem eine elektronische Recheneinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, ein von dem Stickoxidsensor (14) bereitstellbares und das mittels des Stickoxidsensors (14) erfasste Stickoxid charakterisierendes Signal zu empfangen.

Description

Mercedes-Benz Group AG
Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidsensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidsensors gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solches Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidsensors ist beispielsweise bereits der DE 10309422 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Stickoxidsensor ist dazu ausgebildet, in Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, enthaltenes Stickoxid zu erfassen. Das Stickoxid wird auch mit NOx bezeichnet, sodass der Stickoxidsensor auch als NOx-Sensor bezeichnet wird. Bei dem Verfahren ist eine auch als Steuergerät bezeichnete, elektronische Recheneinrichtung dazu ausgebildet, ein von dem Sensor bereitstellbares und das mittels des Sensors erfasste Stickoxid charakterisierendes, insbesondere elektrisches, Signal zu empfangen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenn für eine gegenüber eins größere und auch mit n bezeichnete Anzahl von jeweils genau zwei zeitlich direkt aneinander anschließende Zeitspannen umfassenden Betriebszyklen, wobei während einer jeweiligen, ersten derZeitspannen des jeweiligen Betriebszyklus die Verbrennungskraftmaschine befeuert betrieben wird und während der jeweiligen, zweiten Zeitspanne des jeweiligen Betriebszyklus ein befeuerter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, ermittelt wird, dass das arithmetische Mittel, das heißt ein auch als Durchschnittswert bezeichneter Durchschnitt der ersten Zeitspannen der n Betriebszyklen kleiner als ein erster Schwellenwert ist und das arithmetische Mittel, das heißt ein auch als Durchschnittswert bezeichneter Durchschnitt der zweiten Zeitspanne der n Betriebszyklen kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, ein Sonder- Nachlaufbetriebszustand der elektronischen Recheneinrichtung, welche auch als Steuergerät bezeichnet wird, eingestellt wird. In dem Sonder-Nachlaufbetriebszustand wird die elektronische Recheneinrichtung (Steuergerät) nach und trotz einer Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine während einer gegenüber einem von dem Sondernachlaufbetriebszustand unterschiedlichen Normalbetriebszustand der elektronischen Recheneinrichtung verlängerten und sich vorzugsweise direkt an die Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine anschließenden Nachlaufzeitspanne aktiviert gehalten, wodurch der Stickoxidsensor während der Nachlaufzeitspanne, insbesondere durchgängig, betriebsbereit, das heißt in einer Betriebsbereitschaft gehalten wird, in welcher der Stickoxidsensor fähig ist, Stickoxid zu erfassen und das Signal bereitzustellen.
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere dann, wenn die beispielsweise als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine mehrmals abwechselnd aktiviert und deaktiviert wird, eine Verfälschung eines Ammoniak-Füllstandsmodells zum Berechnen eines Füllstands von Ammoniak in einem SCR-Katalysator zu vermeiden. Ein mehrmalig aufeinanderfolgendes und abwechselndes Aktivieren und Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine wird auch als Kurzzeitbetrieb der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet. Zu einem solchen Kurzzeitbetrieb kommt es beispielsweise dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, um ein beispielsweise als Kraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug anzutreiben und insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise als ein Zustellfahrzeug zum Ausliefern von Paketen oder dergleichen Transportgut genutzt wird. Ist die Verbrennungskraftmaschine als ein Dieselmotor ausgebildet, so ist das Kraftfahrzeug ein Dieselfahrzeug. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Einspritzeinrichtung auf, mittels welcher ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das Abgas eingebracht werden kann. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich vorzugsweise um eine wässrige Harnstofflösung, welche dazu ausgebildet ist, Ammoniak (NH3) bereitzustellen. Im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) können im Abgas enthaltene Stickoxide mit dem bereitgestellten Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reagieren, wodurch die im Abgas enthaltenen Stickoxide zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden, mithin das Abgas entstickt wird. Der SCR-Katalysator ist für die selektive katalytische Reduktion katalytisch aktiv, sodass der SCR-Katalysator die selektive katalytische Reduktion katalytisch bewirkt und/oder unterstützt. Von dem in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittel bereitgestelltes Ammoniak, welches nicht mit im Abgas enthaltenen Stickoxid und zu Wasser und Stickstoff reagiert, das heißt nicht umgesetzt wird, wird auch als überschüssiges Ammoniak bezeichnet, wobei überschüssiges Ammoniak sich im SCR-Katalysator anlagern kann. Eine Menge von in dem SCR-Katalysator enthaltenem, überschüssigen Ammoniak wird auch als Füllstand, Ammoniak-Füllstand oder NH3-Füllstand des SCR-Katalysators bezeichnet. Das zuvor genannte, auch als NH3-Füllstands-Modell bezeichnete Ammoniak-Füllstandsmodell wird verwendet, um den Füllstand zu berechnen. Dabei ermöglicht es die Erfindung, eine Verfälschung des NH3-Füllstands-Modells beziehungsweise eine Verfälschung des mittels des NH3-Füllstands-Modells berechneten Füllstands zu vermeiden.
Da die Nachlaufzeitspanne in dem Sonder-Nachlaufbetriebszustand länger als in dem Normalbetriebszustand ist, kann durch die Erfindung eine Nachlaufverlängerung realisiert werden. Wird die elektronische Recheneinrichtung trotz und nach der Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine aktiviert gehalten, so wird die elektronische Recheneinrichtung in einem Nachlauf betrieben. Da sich während der Nachlaufzeitspanne der Stickoxidsensor und auch das Steuergerät (elektronische Recheneinrichtung) in Betriebsbereitschaft befinden können, und da der Stickoxidsensor auch als Sonde oder als NOx-Sonde bezeichnet wird, ist durch die Erfindung eine gegenüber dem Normalbetriebszustand erweiterte NOx-Sondenbereitschaft realisiert. Übermäßige NH3-Füllstands-Modell-Abweichungen können dadurch vermieden werden. Mit anderen Worten kann eine besonders hohe Modellgüte des NH3-Füllstands-Modells realisiert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anzahl größer als 5 ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anzahl kleiner als 20 ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Schwellenwert höchstens 20 Minuten beträgt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Schwellenwert höchstens 1 Minute beträgt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Nachlaufzeitspanne in dem Sonder-Nachlaufbetriebszustand mindestens 5 Minuten beträgt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Darstellung eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Nutzfahrzeug, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine und die Abgasanlage 10 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist befeuert und somit in einem befeuerten Betrieb betreibbar. Während des befeuerten Betriebs laufen in der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ab. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt. Hieraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine, deren Abgas durch die Abgasanlage 10, insbesondere durch ein Abgasrohr 12 der Abgasanlage 10, hindurchströmen kann. Die Abgasanlage 10 umfasst beispielsweise einen in der Fig. nicht dargestellten SCR- Katalysator, welcher von dem Abgas durchströmbar ist. Werden die Verbrennungskraftmaschine und somit der befeuerte Betrieb deaktiviert, so unterbleibt zumindest vorübergehend ein befeuerter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, sodass in der Verbrennungskraftmaschine keine Verbrennungsvorgänge ablaufen.
Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine kann Stickoxide (NOx) enthalten. Um einen besonders emissionsarmen Betrieb zu realisieren, ist beispielsweise wenigstens eine in der Fig. nicht dargestellte Dosiereinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich beispielsweise um eine wässrige Harnstofflösung, welche dann, wenn sie in das heiße Abgas eingebracht wird, Ammoniak (NH3) bereitstellt. Im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) reagiert zumindest ein Teil der im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem bereitgestellten Ammoniak zu Stickstoff und Wasser, wodurch zumindest ein Teil der im Abgas enthaltenen Stickoxide aus dem Abgas entfernt werden, mithin das Abgas entstickt wird. Dabei ist der zuvor genannte SCR-Katalysator katalytisch wirksam für die genannte, selektive katalytische Reduktion.
Die Abgasanlage 10 umfasst auch wenigstens einen Stickoxidsensor 14, mittels welchem die im Abgas enthaltenen Stickoxide erfasst werden können. Außerdem kann der auch einfach als Sensor bezeichnete Stickoxidsensor 14 ein, insbesondere elektrisches, Signal bereitstellen. Das Signal charakterisiert die mittels des Sensors erfassten Stickoxide. Insbesondere charakterisiert das Signal eine Menge der mittels des Sensors erfassten Stickoxide. Des Weiteren ist ein Steuergerät 16 vorgesehen, welches eine elektronische Recheneinrichtung ist. Das Steuergerät 16 ist dazu ausgebildet, das von dem Sensor bereitgestellte Signal zu empfangen. Das Steuergerät 16 kann Teil einer Motorsteuerung zum Steuern und/oder Regeln der Verbrennungskraftmaschine sein. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben des Stickoxidsensors 14 beschrieben.
Um einen besonders vorteilhaften Betrieb realisieren zu können, ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass wenn für eine gegenüber 1 größere und auch mit n bezeichnete Anzahl von jeweils genau zwei zeitlich direkt aneinander anschließende Zeitspannen umfassenden Betriebszyklen der Verbrennungskraftmaschine, wobei während einer jeweiligen, ersten derZeitspannen des jeweiligen Betriebszyklus die Verbrennungskraftmaschine befeuert betrieben wird und während der jeweiligen, zweiten Zeitspanne des jeweiligen Betriebszyklus ein befeuerter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, ermittelt wird, dass das arithmetische Mittel der ersten Zeitspannen der n Betriebszyklen kleiner als ein erster Schwellenwert ist und das arithmetische Mittel der zweiten Zeitspannen der n Betriebszyklen kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, ein Sonder-Nachlaufbetriebszustand der elektronischen Recheneinrichtung (Steuergerät 16) eingestellt wird, wobei das Steuergerät 16 in dem Sonder-Nachlaufbetriebszustand nach und trotz einer Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine während einer gegenüber einem von dem Sonder- Nachlaufbetriebszustand unterschiedlichen Normalbetriebszustand des Steuergeräts 16 verlängerten Nachlaufzeitspanne aktiviert gehalten wird, wodurch der Stickoxidsensor 14 während der Nachlaufzeitspanne in einer Betriebsbereitschaft gehalten wird, in welcher der Stickoxidsensor 14 fähig ist, Stickoxid zu erfassen und das Signal bereitzustellen. Insbesondere bezeichnet n eine ganze positive Zahl. Vorzugsweise ist n 10, sodass beispielsweise die Anzahl der auch als Fahrzyklen bezeichneten Betriebszyklen beispielsweise 10 beträgt. Dem Verfahren liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde:
Bei einer Fahrweise, das heißt bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs mit kurzen Motorlaufzeiten, unterbrochen von kurzen Motorabstellzeiten, kann es herkömmlicherweise vorgehen, dass nach einer auch als Motorstart bezeichneten Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine der Stickoxidsensor 14 vorübergehend nicht betriebsbereit ist, das heißt keine, auch als Sonden-Betriebsbereitschaft bezeichnete Betriebsbereitschaft hat und somit in Abgas enthaltene Stickoxide, insbesondere Stickoxidrohemissionen der Verbrennungskraftmaschine, nicht messen kann. Unter der jeweiligen, zuvor genannten Motorlaufzeit ist ein Zeitintervall zu verstehen, in welchem die Verbrennungskraftmaschine aktiviert ist, das heißt befeuert betrieben wird. Unter der jeweiligen, zuvor genannten Motorabstellzeit ist ein Zeitintervall zu verstehen, in welchem, insbesondere durchgehend, ein befeuerter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, mithin die Verbrennungskraftmaschine und somit der befeuerte Betrieb der Verbrennungskraftmaschine deaktiviert sind.
Herkömmlicherweise kommt der Stickoxidsensor 14 erst zu oder aber erst nach einem ersten Zeitpunkt in Betriebsbereitschaft, wobei zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem Motorstart eine erste Zeitdauer liegt, die beispielsweise bis zu circa 10 bis 15 Minuten betragen kann. Der erste Zeitpunkt charakterisiert beispielsweise ein Ende eines Taupunkts. Mit anderen Worten wird beispielsweise davon ausgegangen, dass zu dem ersten Zeitpunkt kein Kondenswasser mehr in der Abgasanlage 10 enthalten ist. Insbesondere ist es denkbar, dass der Stickoxidsensor 14 herkömmlicherweise erst nach dem ersten Zeitpunkt und zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden, zweiten Zeitpunkt in Betriebsbereitschaft kommt, wobei zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt eine zweite Zeitdauer liegen kann, die beispielsweise circa 100 Sekunden betragen kann. Während der zweiten Zeitdauer, die sich an den ersten Zeitpunkt anschließt, erfolgt beispielweise eine Aufheizphase, in welcher beispielsweise der auch als Sonde, Stickoxidsonde oder NOx-Sonde bezeichnete Stickoxidsensor 14 aufgeheizt wird, insbesondere auf beispielsweise circa 800 Grad Celsius. Während der ersten Zeitdauer und der daran anschließenden zweiten Zeitdauer befindet sich der Stickoxidsensor 14 somit nicht in Bereitschaft und kann somit nicht in Abgas enthaltene Stickoxide messen, jedoch läuft die Verbrennungskraftmaschine während der ersten Zeitdauer und während der zweiten Zeitdauer befeuert und treibt beispielsweise das Kraftfahrzeug an, sodass beispielsweise das Kraftfahrzeug während der ersten Zeitdauer und der zweiten Zeitdauer gefahren wird. Die erste Zeitdauer und die zweite Zeitdauer bilden beispielsweise eine Gesamtzeit, während welcher der Stickoxidsensor 14 keine Stickoxide im Abgas messen kann. Während der Gesamtzeit erfolgt eine Einbringung des Reduktionsmittels in das Abgas nicht in Abhängigkeit von Messwerten des Stickoxidsensors 14, da dieser während der Gesamtzeit keine Messwerte oder aber nicht aussagekräftige Messwerte bereitstellt, sondern während der Gesamtzeit erfolgt ein Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas in Abhängigkeit von einem ersten Rechenmodell, welches einfach auch als erstes Modell oder NOx-roh-Emissions-Ersatz- Modell bezeichnet wird. Das erste Modell weist jedoch keine übermäßig hohe Genauigkeit auf und kann aufgrund von Überschätzung unter Umständen dazu führen, dass eine übermäßig hohe Menge des Reduktionsmittels in das Abgas eingebracht wird. Hierunter ist zu verstehen, dass die in das Abgas eingebrachte Menge des Reduktionsmittels größer ist als zum Entsticken des Abgases benötigt wird, sodass nicht das gesamte, von dem Reduktionsmittel bereitgestellte Ammoniak umgesetzt wird. Geschieht dies nun oftmals hintereinander, wie es beispielsweise bei einem Kurzzeitbetrieb, das heißt bei einem sehr oft aufeinanderfolgendem Aktivieren und Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine der Fall sein kann, so kann daraus eine unnötig hohe Dosierung des Reduktionsmittels kommen, und es kann infolge der zu hohen Dosierung nach einer längeren Zeit irgendwann ein falsches Ergebnis einer Diagnose zum Prüfen des SCR-Katalysators oder einer Diagnose zum Prüfen des Stickoxidsensors 14 kommen. Ursache ist, dass die realen Stickoxidemissionen der Verbrennungskraftmaschine niedriger liegen als von dem auch als NOx-Modell bezeichneten, ersten Modell berechnete und somit vorhergesagte Werte. Da jedoch in Ermangelung der Betriebsbereitschaft des Stickoxidsensors 14 in Abhängigkeit von dem ersten Modell dosiert, das heißt das Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird, kann es zu einem nicht gewünschten, erhöhten Eintrag des Reduktionsmittels in das Abgas und somit in ein beispielsweise zumindest in SCR-Katalysator umfassendes System kommen. Da die Verbrennungskraftmaschine weniger Stickoxide bereitstellt als mittels des ersten Modells berechnet wird, wird nicht das gesamte, dosierte Reduktionsmittel durch die im Abgas enthaltenen Stickoxide aufgebraucht, sodass sich überschüssiges Reduktionsmittel beziehungsweise davon bereitgestelltes Ammoniak in den SCR-Katalysator einlagert. Eine Menge von in dem SCR-Katalysator eingelagerten Ammoniak wird auch als Füllstand, Ammoniakfüllstand oder NH3-Füllstand des SCR- Katalysators bezeichnet. Anhand eines zweiten Rechenmodells, welches auch als zweites Modell oder Füllstandsmodell oder NH3-Füllstandsmodell oder Ammoniakfüllstandsmodell bezeichnet wird, kann der Füllstand des SCR-Katalysators berechnet werden. Das Füllstandsmodell kann jedoch den zuvor beschriebenen Effekt nicht erkennen. Mit anderen Worten kann das Füllstandsmodell nicht erkennen, dass aufgrund des Kurzzeitbetriebs eine übermäßige Menge des Reduktionsmittels in das Abgas eingebracht wurde und sich demzufolge überschüssiges Ammoniak in dem SCR- Katalysator eingelagert hat. Das Füllstandsmodell geht vielmehr davon aus, dass zumindest nahezu das gesamte, eigendosierte Reduktionsmittel aufgebraucht, mithin umgesetzt wird. Da sich das nicht aufgebrauchte und somit überschüssige Reduktionsmittel beziehungsweise Ammoniak jedoch in dem SCR-Katalysator einlagert, berechnet das Füllstandsmodell den Füllstand nur sehr ungenau. Nachgelagerte Funktionen, die auf den mittels des zweiten Modells berechneten Füllstand zurückgreifen, insbesondere für eine Dosierung oder eine OBD (an Bord-Diagnose), können so zu falschen Entscheidungen kommen.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden. Durch das Verfahren wird sozusagen eine Statistik geführt, wie viele kurze Motorbetriebszeiten, das heißt Motorlaufzeiten, von kurzen Motorabstellphasen, mithin Motorabstellzeiten gefolgt sind. Wenn eine Betriebsweise mit vielen solchen Kurzbetriebsphasen erkannt wird, dann wird die auch als Steuergeräte-Nachlauf bezeichnete Nachlauf des Steuergeräts 16 insbesondere gegenüber dem Normalbetriebszustand verlängert, wobei der Stickoxidsensor 14 insbesondere signalübertragungstechnisch mit dem Steuergerät 16 verbunden wird. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 ein Steuergerät, mittels welchem das Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas durchgeführt, insbesondere gesteuert oder geregelt, wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 16 die in das Abgas einzubringende Menge des Reduktionsmittels berechnet. Alternativ oder zusätzlich wird beispielsweise mittels des Steuergeräts 16 die zuvor genannte Diagnose des Stickoxidsensors 14 und/oder des SCR-Katalysators durchgeführt oder berechnet.
Der gegenüber dem Normalbetriebszustand verlängerte Nachlauf des Steuergeräts 16 bedeutet insbesondere folgendes: auch dann, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs die Zündung des Kraftfahrzeugs beendet und somit die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise deren befeuerten Betrieb beendet, indem die sogenannte Klemme 15 ausgeschaltet wird, dann bleibt das Steuergerät 16 sozusagen wach, das heißt aktiviert, und der Stickoxidsensor 14 behält, insbesondere ununterbrochen, seine Betriebsbereitschaft, die der Stickoxidsensor auch vor dem Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine eingenommen hat, bei.
Bei dem Verfahren ist insbesondere folgendes vorgesehen: es wird geprüft, ob ein sogenannter Kurzbetrieb vorliegt, welcher auch als Kurzzeitbetrieb bezeichnet wird, und zwar in Abhängigkeit davon, wie lange die auch als Motor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine nach ihrem letzten Motorstart in Betrieb war, und in Abhängigkeit von einer Dauer der letzten Motoraufstellzeit, also wie lange der Motor seit dem letzten Betrieb deaktiviert war. Wenn beispielsweise bei den letzten n Betriebszyklen, die auch als Fahrzyklen bezeichnet werden, die auch als Durchschnittsbetriebszeit bezeichnete Durchschnittszeit, während der sich die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb befindet, kleiner als der erste Schwellenwert ist, und wenn die Durchschnittszeit der Motorabstellzeiten kleiner als der zweite Schwellenwert ist, dann wird übermittelt, dass der zuvor genannte Kurzbetrieb vorliegt. Der jeweilige Fahrzyklus ist in der OBD als OBD driving cycle definiert.
Insbesondere wird ein Status gesetzt, dass Kurzbetrieb vorliegt. Ist der Status gesetzt, dann wird der auch als Steuergerätenachlauf bezeichnete Nachlauf des Steuergeräts 16 im Vergleich zu dem Normalbetriebsmodus auf beispielsweise 5 Minuten oder mehr verlängert, wobei während des Nachlaufs, das heißt während der Nachlaufzeitspanne die Betriebsbereitschaft des Stickoxidsensors 14 erhalten bleibt, sodass wenn innerhalb der Nachlaufzeitspanne, wie beispielsweise 5-Minuten-Betrieb, die Verbrennungskraftmaschine wieder gestartet wird, der Stickoxidsensor 14 sofort in der Lage ist, im Abgas enthaltene Stickoxide zu messen, das heißt Messungen durchzuführen und somit die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu messen und das die mittels des Stickoxidsensors 14 gemessene Stickoxide charakterisierende Signal bereitzustellen, sodass bei einem Wiederstart nicht in Abhängigkeit von dem ersten Modell (NOx-Roh-Emissions-Ersatz-Modell) sondern in Abhängigkeit von dem Signal, das heißt in Abhängigkeit von dem mittels des Sensors gemessenen Stickoxiden das Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht, das heißt dosiert werden kann. Wird erkannt, dass der Kurzbetrieb nicht mehr vorliegt, wird dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert wird, das heißt die Klemme 15 ausgeschaltet wird, kein verlängerter Nachlauf mit erweiterter Betriebsbereitschaft des Sensors eingestellt. Das Steuergerät 16 befindet sich dann beispielsweise in seinem Normalbetriebszustand, in welchem die Nachlaufzeitspanne geringer als in dem Sonder- Nachlaufbetriebszustand ist. Außerdem kann der zuvor genannte Status zurückgesetzt werden, wenn eine erfolgreiche Partikelfilterregeneration eingetreten ist. Da hohe Abgastemperaturen zu einem Austrag von Ammoniak aus dem SCR-Katalysator führen, kann das Füllstandsmodell direkt nach einer erfolgreichen Partikelfilterregeneration wieder korrekte Werte für den Füllstand bereitstellen.
Bezugszeichenliste
10 Abgasanlage
12 Abgasrohr
14 Stickoxidsensor
16 Steuergerät

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidsensors (14) zum Erfassen von in Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenem Stickoxid, bei welchem eine elektronische Recheneinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, ein von dem Stickoxidsensor (14) bereitgestelltes Signal zu empfangen, wobei das von dem Stickoxidsensor (14) erfasste Stickoxid das Signal charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass wenn für eine gegenüber 1 größere Anzahl von jeweils genau zwei zeitlich direkt aneinander anschließende Zeitspannen umfassende Betriebszyklen, wobei während einer jeweiligen, ersten derZeitspannen des jeweiligen Betriebszyklus die Verbrennungskraftmaschine befeuert betrieben wird und während der jeweiligen, zweiten Zeitspanne des jeweiligen Betriebszyklus ein befeuerter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, ermittelt wird, dass das arithmetische Mittel der ersten Zeitspannen kleiner als ein erster Schwellenwert ist und das arithmetische Mittel der zweiten Zeitspannen kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, ein Sonder-Nachlaufbetriebszustand der elektronischen Recheneinrichtung (16) eingestellt wird, wobei die elektronische Recheneinrichtung (16) in dem Sonder- Nachlaufbetriebszustand nach und trotz einer Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine während einer gegenüber einem von dem Sonder- Nachlaufbetriebszustand unterschiedlichen Normalbetriebszustand der elektronischen Recheneinrichtung (16) verlängerten Nachlaufzeitspanne aktiviert gehalten wird, wodurch der Stickoxidsensor (14) während der Nachlaufzeitspanne in einer Betriebsbereitschaft gehalten wird, in welcher der Stickoxidsensor (14) fähig ist, Stickoxid zu erfassen und das Signal bereitzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl größer als 5 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl kleiner als 20 ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert höchstens 20 Minuten beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellenwert höchstens 1 Minute beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachlaufzeitspanne in dem Sonder-Nachlaufbetriebszustand mindestens 5 Minuten beträgt.
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