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DE102015207670A1 - Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators - Google Patents

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DE102015207670A1
DE102015207670A1 DE102015207670.9A DE102015207670A DE102015207670A1 DE 102015207670 A1 DE102015207670 A1 DE 102015207670A1 DE 102015207670 A DE102015207670 A DE 102015207670A DE 102015207670 A1 DE102015207670 A1 DE 102015207670A1
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DE
Germany
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scr catalyst
phase
nox
conversion rate
scr
Prior art date
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Cornelia Nagel
Tobias Pfister
Alexander Franz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators wird insbesondere die Speicherkapazität des SCR-Katalysators für NH3 überwacht. Zu Diagnosezwecken ist eine überstöchiometrische Dosierung (42) von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator bis zum Erreichen eines vorgebbaren NH3-Füllstandes oder bis zum Erreichen einer vorgebbaren Reduktionsmittel-Dosiermenge (45) vorgesehen. Erfindungsgemäß wird die Phase mit der überstöchiometrischen Dosierung (42) vorzeitig beendet, sobald anhand von erhöhten Signalen eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors auf einen NH3-Schlupf geschlossen werden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators, insbesondere anhand einer Überwachung der Speicherkapazität des SCR-Katalysators für Ammoniak (NH3), gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich vermindert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Schärfere Gesetze im Bereich der Diagnose emissionsrelevanter Bauteile fordern im Rahmen einer On-Board-Diagnose (OBD) die Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie der eingesetzten Sensorik im Hinblick auf die Einhaltung von OBD-Grenzwerten, die meist als Vielfaches der gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerte angegeben werden.
  • Das Grundprinzip eines SCR-Katalysators besteht darin, dass Stickoxidmoleküle auf der Katalysatoroberfläche bei Vorhandensein von NH3 als Reduktionsmittel zu elementarem Stickstoff reduziert werden. Die Eindosierung des Reduktionsmittels erfolgt üblicherweise in Form von wässriger Harnstofflösung, die über eine Dosiereinrichtung stromaufwärts des SCR-Katalysators eingedüst wird. Die erforderliche Dosierrate wird in einer elektronischen Steuereinheit bedarfsabhängig ermittelt, wobei in der Regel in der Steuereinheit die Strategien für den Betrieb und die Überwachung des SCR-Systems hinterlegt sind.
  • Die heute bekannten SCR-Katalysatoren speichern NH3 als Reduktionsmittel an der Katalysatoroberfläche. Die NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator ist umso erfolgreicher, umso größer das Reduktionsmittelangebot im Katalysator ist, das heißt, umso mehr NH3 im Katalysator gespeichert ist. Solange die Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators für NH3 noch nicht ausgeschöpft ist, wird nicht verbrauchtes Reduktionsmittel gespeichert. Wenn die Dosiereinheit weniger Reduktionsmittel zur Verfügung stellt, als für die Konvertierung der aktuell im Abgas vorliegenden Stickoxide verbracht wird, wird durch die weiterhin an der Katalysatoroberfläche stattfindende NOx-Konvertierung der NH3-Füllstand verringert.
  • Heute bekannte Dosierstrategien für SCR-Systeme verfügen über eine Füllstandsregelung, die einen Arbeitspunkt in Form eines Sollwertes für den NH3-Füllstand im SCR-Katalysator einstellt. Der Begriff „Füllstand“ umschreibt hierbei die Masse des im SCR-Katalysator gespeicherten NH3. Der Arbeitspunkt (Sollwert) wird so gewählt, dass der NH3-Füllstand hoch genug ist, um sowohl eine hohe NOx-Konvertierungsrate als auch einen NH3-Puffer für kurzfristig auftretende NOx-Spitzen in den Rohemissionen der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Auf der anderen Seite wird der Sollwert für den Arbeitspunkt so gewählt, dass er so weit wie möglich von der maximalen Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators für NH3 entfernt ist, um einen Schlupf von NH3 zu vermeiden.
  • Ein OBD-II-fähiges SCR-System verfügt zumindest über einen NOx-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators. Derzeit eingesetzte NOx-Sensoren zeigen in der Regel eine Querempfindlichkeit für NH3, so dass die NOx-Sensoren ein Summensignal aus NOx und NH3 messen. Ein Anstieg des Sensorsignals eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors kann daher sowohl auf eine sinkende NOx-Konvertierungsrate, also auf einen Anstieg der NOx-Konzentration, als auch auf einen Durchbruch von reinem Ammoniak, also auf einen Anstieg der NH3-Konzentration, hinweisen. Eine direkte Unterscheidung von NOx und NH3 ist bei derartigen Sensoren nicht möglich.
  • Es ist bekannt, dass sich die NH3-Speicherfähigkeit eines SCR-Katalysators mit fortschreitender (thermischer) Alterung stark verringert. Die NH3-Speicherfähigkeit wird bereits als Diagnosemerkmal für eine Katalysatorüberwachung eingesetzt. So beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 029 740 A1 ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators anhand der NH3-Speicherfähigkeit, bei dem zunächst durch eine überstöchiometrische Reduktionsmittel-Dosierung (Überdosierung) der SCR-Katalysator bis zur maximal erreichbaren NH3-Speicherfähigkeit befüllt wird. Das Erreichen der maximalen Speicherfähigkeit wird anhand des Durchbrechens von reinem NH3 stromabwärts des SCR-Katalysators erkannt (NH3-Schlupf), wobei eine den NOx-Umsatz charakterisierende Größe während der Überdosierungsphase kontinuierlich erfasst und bei einem Abfall des NOx-Umsatzes darauf geschlossen wird, dass ein NH3-Schlupf vorliegt. Anschließend wird die Reduktionsmitteldosierung gegenüber der Normaldosierung vermindert (Unterdosierung) oder komplett ausgeschaltet, so dass im Zuge dieses sogenannten Entleertests die gespeicherte NH3-Masse durch die NOx-Reduktion allmählich wieder abgebaut wird. Anhand von Kennwerten, die von der NOx-Konvertierungsrate während dieser Entleertest-Phase abhängig sind, kann die nutzbare NH3-Speicherfähigkeit indirekt ermittelt werden, da bei geringerer gespeicherter NH3-Masse eine geringere NOx-Masse an der Katalysatoroberfläche konvertiert werden kann.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 201 749 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators, bei dem vor einer Überdosierungsphase und einem anschließenden Entleertest zusätzlich vorab eine Konditionierphase durchgeführt wird, in der zunächst ein vorgebbarer Betriebspunkt für den SCR-Katalysator eingestellt wird. Dieser Betriebspunkt wird in Form eines bestimmten NH3-Füllstandes im SCR-Katalysator eingestellt, wobei in der Konditionierphase vorzugsweise eine unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel vorgenommen wird, bis die NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators unterhalb der NOx-Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung zu erwarten ist. Dieser so erreichbare Betriebspunkt kann mit einer höheren Genauigkeit vorhergesagt werden als der im normalen Dosierbetrieb gewählte Sollwert für den NH3-Füllstand, so dass durch die damit verbesserte Toleranzlage schon während der Phase der Überdosierung eine Unterscheidung zwischen einem neuwertigen und einem gealterten SCR-Katalysator getroffen werden kann und somit auf den Entleertest verzichtet werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators nutzt insbesondere die Speicherkapazität des SCR-Katalysators für NH3 als Diagnosemerkmal. Die Erfindung geht von einem Verfahren aus, bei dem zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator bis zum Erreichen eines vorgebbaren NH3-Füllstandes oder bis zum Erreichen einer vorgebbaren Reduktionsmittel-Dosiermenge vorgesehen ist. Diese Phase der überstöchiometrischen Dosierung wird durch Ermittlung geeigneter Kennwerte für die Diagnose genutzt. Ein nachfolgender Entleertest zu Diagnosezwecken erfolgt vorzugsweise nicht. Erfindungsgemäß wird die Phase der überstöchiometrischen Dosierung vorzeitig beendet, sobald anhand von erhöhten Signalen eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors auf einen NH3-Schlupf geschlossen werden kann. Wenn ein solcher NH3-Schlupf feststellbar ist und die Phase der überstöchiometrischen Dosierung vorzeitig beendet wird, kann darauf geschlossen werden, dass der SCR-Katalysator defekt ist beziehungsweise dass die NH3-Speicherkapazität des SCR-Katalysators nicht mehr ausreichend ist, um eine befriedigende Umsetzung der Stickoxide im Abgas zu gewährleisten. Wenn die Phase der überstöchiometrischen Dosierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzeitig beendet wird, kann also eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor der Phase mit der überstöchiometrischen Dosierung von Reduktionsmittel eine Konditionierphase zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes des SCR-Katalysators durchgeführt. Durch diese Konditionierphase können toleranzbedingte Unsicherheiten bei der Bewertung des SCR-Katalysators vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den besonderen Vorteil, dass die Zeit, die für die Diagnose eines SCR-Katalysators insbesondere im Fehlerfall benötigt wird, im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren verringert wird. Unter Umständen kann die Diagnose gemäß der Erfindung auch allein darauf gestützt werden, ob ein NH3-Schlupf während der Überdosierungsphase feststellbar ist oder nicht, so dass nicht in jedem Fall, wenn das Verfahren nicht vorzeitig abgebrochen wird, anhand der Konvertierungsrate oder anderer Größen eine weitere Diagnose das Katalysators erfolgen muss. Im Allgemeinen ist es jedoch vorteilhaft, in dem Fall, in dem kein vorzeitiger Abbruch der Überdosierungsphase erfolgte, eine weitere Auswertung von Kennwerten aus der Phase der Überdosierung vorzunehmen, so dass die Aussagekraft der Diagnose erhöht werden kann. Durch die verringerte Diagnosedauer ist es möglich, die Diagnosehäufigkeit zu erhöhen, wodurch das Verhältnis zwischen In-Use (Monitoring) und Performance (sogenannte IUMPR oder IUPR) verbessert werden kann, sodass gesetzliche Vorgaben noch besser erfüllt werden können. IUMPR (USA) oder IUPR (EU) bezeichnet dabei eine standardisierte, durch die jeweilige Gesetzgebung vorgegebene Berechnung der Diagnosehäufigkeit. Weiterhin tritt durch die verringerte Diagnosedauer weniger NH3-Schlupf während der Diagnose eines gegebenenfalls defekten SCR-Katalysators auf. Zudem wird die Reduktionsmittelmenge gesenkt, die bei der Diagnose eines gegebenenfalls defekten SCR-Katalysators verbraucht wird.
  • Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während der Phase der überstöchiometrischen Dosierung kein NH3-Schlupf feststellbar ist, wird die Phase der überstöchiometrischen Dosierung regulär zu Ende geführt, also bis zum Erreichen eines vorgebbaren NH3-Füllstandes oder bis zum Erreichen einer vorgebbaren Reduktionsmittel-Dosiermenge. Anhand von wenigstens einem Kennwert, der von der NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators während der Phase der überstöchiometrischen Dosierung abhängig ist, kann vergleichbar mit herkömmlichen Verfahren auf die Größe der Speicherkapazität des SCR-Katalysators für NH3 geschlossen werden, wobei diese Größe als Diagnosemerkmal für den SCR-Katalysator verwendet wird. Beispielsweise kann in der Phase der überstöchiometrischen Dosierung die NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators, insbesondere eine gemittelte NOx-Konvertierungsrate herangezogen werden, um eine Bewertung des SCR-Katalysators vornehmen zu können. Die gemittelte NOx-Konvertierungsrate kann beispielsweise mit einem vorgebbaren Schwellenwert für eine Mindest-NOx-Konvertierungsrate verglichen werden. Die Mindest-NOx-Konvertierungsrate wird vorzugsweise so gewählt, dass diese Konvertierungsrate eine noch akzeptable Funktion des SCR-Katalysators repräsentiert. Wenn diese Mindest-NOx-Konvertierungsrate erreicht wird, kann daher darauf geschlossen werden, dass der SCR-Katalysator in ausreichendem Maße funktionsfähig ist. Andernfalls wird der SCR-Katalysator als defekt oder mangelhaft bewertet. In vergleichbarer Weise kann beispielsweise der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators während der Überdosierungsphase betrachtet werden.
  • Die Phase der Überdosierung wird im regulären Fall, also wenn diese Phase nicht in der erfindungsgemäßen Weise vorzeitig abgebrochen wird, bis zum Erreichen eines vorgebbaren NH3-Füllstandes oder bis zum Erreichen einer vorgebbaren Reduktionsmittel-Dosiermenge durchgeführt. Dieser vorgebbare NH3-Füllstand oder diese vorgebbare Reduktionsmittel-Dosiermenge wird vorzugsweise in temperaturabhängiger Weise gewählt, da die Speicherkapazität des SCR-Katalysators temperaturabhängig ist. Der temperaturabhängig gewählte NH3-Füllstand liegt vorzugsweise zwischen der maximalen Speicherfähigkeit des Katalysators im Neuzustand und der maximalen Speicherfähigkeit eines gealterten Katalysators. Wenn kein vorzeitiger Abbruch der Überdosierphase gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgte, wird vorzugsweise eine weitergehende diagnostische Auswertung der Überdosierungsphase vorgenommen. Insbesondere, wenn ein Konditionierphase vorab durchgeführt wurde, kann, vergleichbar mit dem aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 201 749 A1 bekannten Verfahren, die weitergehende Diagnose ohne einen nachfolgenden Entleertest durchgeführt werden, da durch den Start der Überdosierphase bei einem definierten Betriebspunkt bereits durch die Beobachtung des Verlaufs der NOx-Konvertierungsrate während der Überdosierphase oder eines anderen Kennwertes, der von der NOx-Konvertierungsrate während der Phase der überstöchiometrischen Dosierung abhängig ist, aussagekräftige Informationen über die Speicherkapazität des Katalysators erhalten werden.
  • Zur Ermittlung des Kennwertes, der von der NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, werden vorzugsweise Signale eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors einbezogen. Auf der Basis dieser Sensorsignaldaten kann die NOx-Konvertierungsrate bzw. der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators berechnet werden. Beispielsweise kann eine gemittelte NOx-Konvertierungsrate für die diagnostische Auswertung herangezogen werden. Bei der Berechnung können weiterhin Signale eines gegebenenfalls vorhandenen NOx-Sensors, der stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, einbezogen werden. Zusätzlich oder alternativ können Daten aus einem NOx-Rohemissionsmodell für die NOx-Emissionen insbesondere stromaufwärts des SCR-Katalysators mit einbezogen werden. Insbesondere bei solchen Systemen, bei denen stromaufwärts des SCR-Katalysators kein NOx-Sensor vorgesehen ist, kann die NOx-Konvertierungsrate oder andere, von der NOx-Konvertierungsrate abhängige Größen, unter Einbeziehung von berechneten Modellwerten für die NOx-Emissionen stromaufwärts des SCR-Katalysators bestimmt werden, wobei vorzugsweise diese Modelldaten zusammen mit Signalen eines NOx-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators in die Berechnung der NOx-Konvertierungsrate oder der anderen verwendeten Größen einfließen.
  • Für die Einstellung des vorgebbaren Betriebspunktes in der Konditionierphase, die der Phase mit der überstöchiometrischen Dosierung des Reduktionsmittels vorgeschaltet ist, wird vorzugsweise eine unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel vorgenommen. Beispielsweise erfolgt diese unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel solange, bis die NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators unterhalb der NOx-Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung von Reduktionsmittel zu erwarten ist. Bezüglich weiterer Aspekte im Zusammenhang mit der Konditionierphase wird auf die Offenlegungsschrift DE 10 2012 201 749 A1 verwiesen.
  • Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren, bei dem die zu Diagnosezwecken durchgeführte Phase mit einer überstöchiometrischen Dosierung vorzeitig beendet wird, wenn ein NH3-Schlupf feststellbar ist, ist in erster Linie für SCR-Katalysatoren mit hoher NH3-Speicherfähigkeit geeignet. Insbesondere bei solchen Systemen wirken sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich aus der verringerten Diagnosedauer bei defektem SCR-Katalysator ergeben, gegenüber bisher bekannten Ansätzen besonders vorteilhaft aus. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit einer OBD-Demonstration sehr vorteilhaft sein, weil hierbei die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich eine Verkürzung der Diagnosedauer insbesondere im Defektfall, besonders zum Tragen kommen.
  • Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren eignet sich prinzipiell für die Überwachung jedes SCR-Katalysators. Das Verfahren kann für Systeme mit einem oder mehreren SCR-Katalysatoren eingesetzt werden. Weiterhin kann das Verfahren beispielsweise auch zur Überwachung eines Dieselpartikelfilters mit SCR-Beschichtung (SCRF) mit Vorteil eingesetzt werden.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens als Computerprogramm beziehungsweise als maschinenlesbares Speichermedium oder als elektronisches Steuergerät hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren ohne Weiteres auch beispielsweise bei bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, um so die Vorteile des Verfahrens nutzen zu können.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines SCR-Katalysatorsystems (Stand der Technik);
  • 2A/B schematische Darstellungen des Zusammenhangs zwischen dem NOx-Sensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators und dem NH3-Füllstand bei einem Überwachungsverfahren aus dem Stand der Technik mit Vorkonditionierung (Konditionierphase) bei einem neuwertigen Katalysator (2A) und bei einem gealterten Katalysator (2B);
  • 3 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem NOx-Sensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators und dem NH3-Füllstand bei einem Überwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und
  • 4 schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt in schematischer Weise die an sich bekannten Komponenten eines SCR-Katalysatorsystems. Im Abgasstrang 10 einer Brennkraftmaschine 11 ist ein SCR-Katalysator 12 angeordnet, der durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR) selektiv Stickoxide im Abgas reduziert. Für die Reaktion wird Ammoniak (NH3), eingesetzt, das reduzierend wirkt. NH3 wird durch die Einspritzung einer flüssigen Harnstoffwasserlösung (Reduktionsmittellösung) über die Dosiereinrichtung 13 in den Abgasstrang 10 stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 bedarfsabhängig eingebracht. Die wässrige Harnstofflösung wird in einem Reduktionsmitteltank 14 bevorratet, aus dem die Lösung mittels einer Förderpumpe 15 über die Druckleitung 16 der eigentlichen Dosiereinrichtung 13 zugeführt wird. Zur Überwachung der Stickoxidkonzentration im Abgas ist stromabwärts des SCR-Katalysators 12 ein NOx-Sensor 17 vorgesehen. In anderen Systemen kann ein weiterer NOx-Sensor stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 angeordnet sein. Die Steuerung der Dosierung und die Erfassung und Auswertung der Stickoxidwerte erfolgt in einer Auswerteeinheit 18, insbesondere in einer Steuereinheit des SCR-Katalysatorsystems oder in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine.
  • Eine bereits bekannte Dosierstrategie für die Überwachung der NH3-Speicherfähigkeit eines Katalysators sieht die Einstellung eines definierten Arbeitspunktes in Bezug auf das im SCR-Katalysator 12 gespeicherte NH3 (NH3-Füllstand) als Ausgangspunkt für eine Überdosierungsphase, die zu diagnostischen Zwecken durchgeführt wird, vor, wobei während der Phase der Überdosierung ein oder mehrere Kennwerte ermittelt werden, die die NOx-Konvertierungsrate während der Überdosierungsphase kennzeichnen. Hieraus lässt sich eine Unterscheidung zwischen einem neuwertigen und einem gealterten SCR-Katalysator treffen. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 201 749 A1 beschrieben und wird nachfolgend anhand der 2A/B näher erläutert. Die Darstellungen illustrieren den Bezug des aktuellen NH3-Füllstandes zur maximalen NH3-Speicherfähigkeit, wobei 2A einen neuen oder neuwertigen SCR-Katalysator und 2B einen gealterten SCR-Katalysator repräsentieren. Ausgehend von dem Arbeitspunkt AP, der in der 2A und der 2B einem Normalarbeitspunkt (Modellwert) entspricht, erfolgt eine teilweise Entleerung 27 durch Umstellung der Reduktionsmittel-Dosierung auf eine Unterdosierung, z.B. mit α = 0,5 (Konditionierphase). α beschreibt hierbei die Reduktionsmittel-Dosierung, wobei α = 1 einer stöchiometrischen Dosierung entsprechen würde. Auf diese Weise wird ein definierter Betriebspunkt 28 eingestellt. Dieser Betriebspunkt entspricht einem bestimmten eingependelten NH3-Füllstand, der beispielsweise anhand von NOx-Sensorsignalen, beginnend mit dem Modellwert im Arbeitspunkt AP, berechnet werden kann. Die Einstellung des Betriebspunktes 28 kann eventuell auch über ein ansteigendes NOx-Signal hinaus erfolgen, wie hier illustriert. Anschließend erfolgt das Befüllen 29 des NH3-Speichers (Befülltest) durch eine überstöchiometrische Dosierung (Überdosierungsphase). Das Befüllen 29 kann beispielsweise bis zu einem bestimmten berechenbaren Füllstand 30 erfolgen, oder die Überdosierungsphase erfolgt solange, bis eine vorgebbare Reduktionsmittel-Dosiermenge dosiert wurde. Während der Überdosierphase 29 wird die NOx-Konvertierungsrate oder beispielsweise der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators beobachtet, insbesondere anhand von Kennwerten, die hierfür repräsentativ sind. Beispielsweise kann die gemittelte NOx-Konvertierungsrate im Vergleich mit vorgebbaren Schwellenwerten betrachtet werden, um hiermit eine Bewertung vorzunehmen, ob die NH3-Speicherkapazität des SCR-Katalysators ausreichend ist oder nicht. Hieraus kann auf einen gegebenenfalls zu stark gealterten SCR-Katalysator geschlossen werden, der dann als defekt betrachtet werden kann. Ein nicht ausreichend funktionsfähiger SCR-Katalysator zeigt während der Überdosierungsphase 29 eine zunehmend schlechtere NOx-Konvertierungsrate, die aus einem Anstieg des NOx-Sensorsignals stromabwärts des SCR-Katalysators (Messeffekt 31) ableitbar ist.
  • Ausgehend von diesem an sich bekannten Verfahren sieht das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren vor, dass die Überdosierungsphase vorzeitig abgebrochen beziehungsweise beendet wird, wenn ein NH3-Schlupf stromabwärts des SCR-Katalysators erkannt wird. Dieses Verfahren ist in 3 illustriert. Ausgehend von dem Arbeitspunkt AP erfolgt vorzugsweise zunächst eine Konditionierphase 37, bei der der NH3-Speicher des SCR-Katalysators teilweise entleert wird. Hierbei wird die Dosierung auf Unterdosierung umgestellt, z.B. mit α = 0,5, bis sich der entsprechende Füllstand eingependelt hat. Der Füllstand ist insbesondere aus den NOx-Sensorsignalen, beginnend mit dem Modellwert im Arbeitspunkt AP, berechenbar. Die Unterdosierung kann gegebenenfalls über die Schlupfgrenze hinaus fortgeführt werden, wobei der gegebenenfalls messbare Anstieg des NOx-Sensorsignals auf eine verschlechterte NOx-Konvertierung infolge des Mangels an Reduktionsmittel zurückzuführen ist. Die Konditionierphase 37 wird solange fortgeführt, bis der vorgebbare Betriebspunkt 38 erreicht ist. Anschließend erfolgt eine Überdosierungsphase 39, die regulär bis zum Erreichen einer vorgebbaren Reduktionsmittel-Dosiermenge oder bis zum Erreichen eines vorgebbaren NH3-Füllstandes durchgeführt werden würde. Wenn im Verlauf dieser Phase 39 vorzeitig ein Anstieg des NOx-Sensorsignals stromabwärts des SCR-Katalysators feststellbar ist, wird hieraus auf einen NH3-Schlupf 40 geschlossen und die Überdosierungsphase 39 wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren abgebrochen beziehungsweise vorzeitig beendet. In diesem Fall wird erfindungsgemäß darauf geschlossen, dass der SCR-Katalysator defekt ist beziehungsweise eine unzureichende NH3-Speicherkapazität aufweist. Es erfolgt keine weitere Bewertung von Kennwerten, die von der NOx-Konvertierungsrate während der Überdosierungsphase 39 abhängen, und das Diagnoseverfahren wird beendet. Wenn kein NH3-Schlupf während der Überdosierungsphase 39 feststellbar ist, wird das Verfahren wie bei herkömmlichen Verfahren fortgeführt und es erfolgt eine Auswertung von Kennwerten, die von der NOx-Konvertierungsrate in der Überdosierungsphase abhängen, in an sich bekannter Weise, um eine Bewertung des SCR-Katalysators vorzunehmen.
  • 4 fasst die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens in einem schematischen Ablaufdiagramm zusammen. Nach dem Start des Überwachungsverfahrens für den SCR-Katalysator erfolgt zunächst eine Konditionierphase 41, bei der zunächst ein vorgebbarer Betriebspunkt des SCR-Katalysators im Hinblick auf den NH3-Füllstand des SCR-Katalysators eingestellt wird. Hierfür wird insbesondere zunächst eine Umstellung der Dosierung auf Unterdosierung, z.B. mit α = 0,5, durchgeführt, so dass der NH3-Speicher des SCR-Katalysators zumindest teilweise entleert wird und sich ein bestimmter Füllstand einpendelt. Dann erfolgt eine Überdosierungsphase 42. Im Verlauf der Überdosierungsphase 42 wird im Schritt 43 überprüft, ob ein NH3-Schlupf feststellbar ist. Hierbei wird insbesondere überprüft, ob das NOx-Sensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators einen bestimmten Wert überschreitet. Ist dies der Fall, wird auf NH3-Schlupf geschlossen und der Katalysator wird im Schritt 44 als defekt bewertet. In diesem Fall wird die Überdosierungsphase 42 vorzeitig abgebrochen, wodurch die Diagnosedauer insbesondere bei einem defekten SCR-Katalysator erheblich verkürzt wird. Dies hat insbesondere bei einem defekten SCR-Katalysator den Vorteil, dass während der Diagnose im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren weniger NH3 in Form von NH3-Schlupf freigesetzt wird. Zudem ist auch der Reduktionsmittelverbrauch während der Diagnose bei einem defekten SCR-Katalysator im Vergleich mit herkömmlichen Überwachungsverfahren deutlich verringert.
  • Wenn bei der Überprüfung im Schritt 43 festgestellt wird, dass kein NH3-Schlupf vorliegt, wird im Schritt 45 überprüft, ob die für die Beendigung der Überdosierungsphase 42 vorgesehene Reduktionsmittel-Dosiermenge oder der vorgegebene NH3-Füllstand erreicht ist. Ist dies noch nicht der Fall, wird die Überdosierungsphase 42 fortgeführt. Ist dies jedoch der Fall, wird die Überdosierungsphase beendet und im Schritt 46 erfolgt eine Auswertung von Kennwerten aus der Überdosierungsphase 42. Hierbei wird beispielsweise anhand einer gemittelten NOx-Konvertierungsrate während der Überdosierungsphase überprüft, ob die NH3-Speicherkapazität des SCR-Katalysators ausreichend ist. Hierfür werden/wird entsprechende Kennwerte oder ein entsprechender Kennwert, der aus dem Betrieb des SCR-Katalysators während der Überdosierungsphase abgeleitet wird, im Schritt 47 mit geeigneten Schwellenwerten verglichen. Liegt beispielsweise die gemittelte NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators während der Überdosierungsphase oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes (Mindest-NOx-Konvertierungsrate), wird im Schritt 48 darauf geschlossen, dass der SCR-Katalysator in Ordnung ist. Liegt beispielsweise die gemittelte NOx-Konvertierungsrate unterhalb des vorgebbaren Schwellenwertes, wird im Schritt 49 darauf geschlossen, dass der SCR-Katalysator defekt beziehungsweise zu stark gealtert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010029740 A1 [0007]
    • DE 102012201749 A1 [0008, 0015, 0026]
    • DE 102012201749 A [0013]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators (12), insbesondere anhand einer Überwachung der Speicherkapazität des SCR-Katalysators (12) für NH3, wobei zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung (39, 42) von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator (12) bis zum Erreichen eines vorgebbaren NH3-Füllstandes oder bis zum Erreichen einer vorgebbaren Reduktionsmittel-Dosiermenge (38, 45) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase mit der überstöchiometrischen Dosierung (39, 42) vorzeitig beendet wird, sobald anhand von erhöhten Signalen eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors (17) auf einen NH3-Schlupf (40) geschlossen werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorzeitigen Beendigung der Phase der überstöchiometrischen Dosierung der SCR-Katalysator als defekt bewertet wird (40).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Phase mit der überstöchiometrischen Dosierung (39, 42) von Reduktionsmittel eine Konditionierphase (37, 41) zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes (38) durchgeführt wird
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von wenigstens einem Kennwert, der von der NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) während der Phase der überstöchiometrischen Dosierung abhängig ist, auf die Größe der Speicherkapazität des SCR-Katalysators (12) für NH3 geschlossen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von wenigstens einem Kennwert, der von der NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) während der Phase der überstöchiometrischen Dosierung abhängig ist, insbesondere anhand einer gemittelten NOx-Konvertierungsrate, eine Bewertung des SCR-Katalysators erfolgt, wobei vorzugsweise das Erreichen eines vorgebbaren Schwellenwertes für eine Mindest-NOx-Konvertierungsrate überprüft wird (47).
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Kennwertes, der von der NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, Signale eines stromabwärts des SCR-Katalysators (12) angeordneten NOx-Sensors (17) einbezogen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Kennwertes weiterhin Signale eines stromaufwärts des SCR-Katalysators (12) angeordneten NOx-Sensors (17) und/oder Daten aus einem NOx-Rohemissionsmodell für NOx-Emissionen stromaufwärts des SCR-Katalysators (12) einbezogen werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des vorgebbaren Betriebspunktes (38) in der Konditionierphase (41) eine unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel vorgenommen wird, bis die NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) unterhalb der NOx-Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung von Reduktionsmittel zu erwarten ist.
  9. Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
  10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
  11. Elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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