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EP3717757A1 - Verfahren zum betreiben einer abgasnachbehandlungsanlage einer brennkraftmaschine und abgasnachbehandlungsanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer abgasnachbehandlungsanlage einer brennkraftmaschine und abgasnachbehandlungsanlage

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Publication number
EP3717757A1
EP3717757A1 EP18808321.6A EP18808321A EP3717757A1 EP 3717757 A1 EP3717757 A1 EP 3717757A1 EP 18808321 A EP18808321 A EP 18808321A EP 3717757 A1 EP3717757 A1 EP 3717757A1
Authority
EP
European Patent Office
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concentration
exhaust gas
particulate filter
scr
scr particulate
Prior art date
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Granted
Application number
EP18808321.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3717757B1 (de
Inventor
Hong Zhang
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Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies Germany GmbH
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Publication date
Application filed by Vitesco Technologies Germany GmbH filed Critical Vitesco Technologies Germany GmbH
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Publication of EP3717757B1 publication Critical patent/EP3717757B1/de
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    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0055—Special engine operating conditions, e.g. for regeneration of exhaust gas treatment apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which arranged in an exhaust pipe combined SCR particulate filter and a device for targeted, defined changing the NH 3 - and / or NO c concentration in the exhaust gas mass flow upstream before the SCR particulate filter.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method and a corresponding exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, which allow a particularly rapid and accurate monitoring of an SCR particulate filter with respect to its NOx / Nfh conversion and the particle filtering during operation of the internal combustion engine.
  • a method for operating an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine wherein the exhaust aftertreatment system an exhaust pipe for Leading an exhaust gas mass flow and arranged in the exhaust pipe SCR particulate filter and having a A direction for targeted, defined changing the NH 3 - and / or NO c concentration in the exhaust gas mass flow upstream of the SCR particulate filter, and at least a first concentration sensor, in the exhaust gas mass flow downstream after the
  • SCR particulate filter is arranged.
  • the method according to the invention has the following steps:
  • the internal combustion engine is set to a mode Diagnosebe, with certain relevant diagnose se operating parameters of the internal combustion engine to be verified accordance with diagnostic default values, set or adjusted.
  • a specific, defined induction of an NH 3 concentration change and / or a change in NO x in the exhaust gas mass flow takes place upstream of the SCR particulate filter with respect to the values of the NH 3 concentration and NO present in the diagnostic mode x concentration.
  • the SCR particle filter is diagnosed as defective if the evaluation shows that the concentration comparison value has exceeded at least one predefined limit value.
  • the invention further relates to an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine having a arranged in an exhaust pipe SCR particulate filter and at least one device for specific, defined changing the NH 3 - and / or
  • NO c concentration in the exhaust gas mass flow upstream of the SCR particulate filter and at least one concentration sensor, for measuring the NH 3 and / or NO x concentration in the Abgasmas senstrom downstream of the SCR particulate filter.
  • This exhaust aftertreatment system is characterized in that it has an electronic computing and control unit which is set up for targeted, defined changing of the NH 3 and / or NO x concentration in the exhaust gas mass flow upstream of the SCR particulate filter by means of the device aimed at, Defined changing the NH 3 and / or NO x -Konzentra- tion and for detecting a of the at least one con centration sensor outputted first concentration measurement signal.
  • the electronic computing and control unit is further configured to perform the method for operating an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine according to one of the above and below described embodiment of the method according to the invention.
  • the basic idea of the invention is to use a NO x and / or Nfh sensor after an SCR particulate filter, in conjunction with a NH 3 concentration change and / or an NO x concentration Change in the exhaust gas mass flow upstream of the SCR particulate filter to subject the SCR particulate filter to a functional check, in particular a performance diagnosis.
  • a wall-flow filter with suitable SCR coating is used as the SCR particle filter.
  • Functionally impairing damage to SCR particulate filters usually consists of openings or holes in the substrate of the filter whose number or cross-sectional area determine the degree of damage and through which a corresponding part of the exhaust gas can pass unfiltered and untreated. If the total cross-section of the apertures or open holes is above a threshold, the corresponding particle emission exceeds a diagnostic threshold (OBD threshold).
  • OBD threshold diagnostic threshold
  • the addition amount of the urea solution and / or the NO c raw emission preferably increased in one step, for example by 200 ppm NH3 / NO X, starting from the previously given NH3 addition amount or NO c -remission , and the NO x and / or NH 3 signal course is observed (measurement of the corresponding concentration increase).
  • the SCR particle filter is now within the emission limit, it can be assumed that the entire cross section of openings in the filter substrate is so small that the added urea or the increased NO x concentration is initially stored for the most part in the SCR particle filter. Therefore, the NO x or NH 3 signal measured after the filter has a short duration of, for example, 3 sec
  • SCR particulate filter is directly proportional to the total cross section of the apertures in the filter substrate of the SCR particulate filter. If this ratio is above a certain threshold or limit, the filter is considered defective in terms of particle conversion.
  • the SCR particulate filter for example, by reducing the exhaust gas recirculation rate (EGR rate), especially in a high-pressure exhaust gas recirculation, but also at a low-pressure exhaust gas recirculation, performed.
  • EGR rate exhaust gas recirculation rate
  • the NO x concentration change after the SCR particle filter in relation to the NO x concentration change before the SCR particle filter is directly proportional to the total cross section of the openings in the filter substrate of the SCR particle filter.
  • concentration measurement signals a concentration comparison value determined.
  • this concentration comparison value can represent, for example, the maximum deflection of the concentration measurement signal within the specified time window.
  • the concentration comparison value may also be a ratio between the NH 3 and / or NO x concentration change before and after the SCR particulate filter.
  • the concentration comparison value can be determined on the basis of a plurality of successive changes in concentration, and the respective gradients of the concentration changes can also be used, as will be explained below. It can be understood by the change in concentration, both a concentration increase and a reduction in concentration or both consecutively.
  • the named concentration sensor depending on whether the NH 3 or NO x concentration is changed to carry out the method, is a Nfh sensor or a NO x sensor. While a Nfh sensor is only suitable for measuring the NH 3 concentration, with the mentioned NO x sensor, on the other hand, both the NH 3 and the NO x concentration, and consequently also a combination of NO x and NH 3, can be measured , In this case, this is a combined NH 3 / NCK concentration sensor. Depending on the desired measurement, therefore, the appropriate sensors can be provided.
  • the present invention further relates to a Abgasnachbe treatment plant of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which is arranged in an exhaust pipe SCR particulate filter and at least one device for targeted, defined changing the NH 3 and / or NO x concentration in the exhaust gas mass flow upstream of the SCR Particle filter, and at least a first concentration sensor, for measuring the NH 3 - and / or NO c concentration in the exhaust gas mass flow downstream of the SCR particulate filter.
  • this exhaust aftertreatment system is characterized by the fact that it has a elekt ronic computing and control unit, which is set up for targeted, defined changing the NH 3 - and / or NO c concentration in the exhaust gas mass flow upstream of the
  • the electronic computing and control unit is further adapted to carry out the method for operating an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, as shown in the foregoing and the embodiments described below.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention.
  • Figure 2 is a block diagram illustrating the
  • FIG. 3 shows a qualitative representation of trajectories of the NOx / Nfh concentration before and after the SCR particle filter with intact and defective SCR particle filter
  • Figure 4 is a qualitative representation of trajectories of NOx / Nfh concentration before and after the SCR particulate filter with successive NOx / Nfh concentration changes. Function and naming equals objects are marked in the figures throughout with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows schematically in a simplified representation an embodiment of an exhaust aftertreatment system according to the invention of an internal combustion engine, for example a diesel engine.
  • the exhaust gas mass flow 10 coming from the internal combustion engine (not shown here) is guided in the direction of the arrow through an exhaust gas line 1 and passes through an SCR particulate filter 3 (SC-PF) which is designed, for example, as a wall-flow filter with an SCR coating and in the exhaust gas line 1 is arranged.
  • SC-PF SCR particulate filter 3
  • an NH 3 supply device 7 for supplying an NH 3 solution 7 d into the exhaust gas line is located upstream of the SCR particulate filter 3 on the exhaust gas line 1 1, arranged.
  • the NH3 supply device 7 has in this embodiment, a reservoir 7a, for storing a suitable aqueous NH3 solution 7d, which is also characterized as urea solution be.
  • a metering device 7b for example, an injection valve, in conjunction, which in turn is arranged on the exhaust pipe 1 and adapted to deliver defined amounts of NH3 solution in the exhaust gas mass flow 10.
  • the added NH3 solution produces NH3, which converts the NO c content in the exhaust gas into nitrogen and water.
  • the SCR particulate filter therefore fulfills its function as a diesel particulate filter and at the same time reduces the NO x content in the exhaust gas.
  • Part exhaust gas mass flow 10 a of the given from the engine exhaust gas mass flow 10 via a first exhaust gas recirculation line 2 a is returned to the intake of the internal combustion engine.
  • Part exhaust gas mass flow 10a can be adjusted via a arranged in the first exhaust gas recirculation line 2a first exhaust gas recirculation valve 2b.
  • the branch of this exhaust gas recirculation device 2 is arranged on the exhaust pipe 1 upstream of the NH3 supply means 7, since the supplied NH3 solution 7d is to be completely supplied to the SCR particulate filter 3 for NO c reduction.
  • the size of the recirculated further partial exhaust gas mass flow 10b can be adjusted via a further exhaust gas recirculation valve 8b arranged in the further exhaust gas recirculation line 8a.
  • This first concentration sensor 6 outputs a corresponding first concentration measurement signal 110, on the basis of which a correlating concentration comparison value (VgW) can be provided.
  • This additional concentration sensor 5 also outputs a corresponding second concentration measurement signal 100, which can be used to provide a concentration comparison value (VgW).
  • an actually measured value for the Nfh concentration change and / or the NO x concentration change in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the SCR particle filter 3, for example for the provision of a concentration comparison value (VgW), can be used to carry out the method. which increases the safety of the diagnosis of the SCR particulate filter. Otherwise, if only the downstream of the SCR particulate filter 3 arranged Konzentrati onssensor 6 is available, for example, the default value for the targeted, defined concentration change is assumed as the actual value, it being assumed that the device for targeted, defined changing the respective concentration value works without errors.
  • ECU electronic cal calculation and control unit 15
  • This is directed to the specific, defined changing of the NH 3 and / or NO x concentration in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the SCR particle filter 3, by means of at least one of the above-mentioned devices for specific, defined altering of the NH 3 and / or NO x concentration and for detecting a, from the at least one concentration sensor 6 output first concentration measurement signal (110) and in a further expansion stage a second concentration measuring signal.
  • the elekt ronic computing and control unit 15 via signal lines 2c, 5c, 6c, 7c and 8c with the system components first exhaust gas recirculation valve 2b, additional concentration sensor 5, first concentration sensor 6, metering device 7b and further exhaust gas recirculation valve 8b electrically connected to control signals to the corresponding System components to give or receive signals, in particular measurement signals from the corresponding Systemkompo components.
  • the electronic computing and control unit 15 is further adapted to the inventive method for operating an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine according to one of the embodiments of the invention based on a first concentration measurement signal of the first concentration sensor 6 or based on the two concentration measurement signals of the first and the additional concentration sensor 6, 5th perform.
  • An embodiment of the exhaust aftertreatment system is characterized in that the electronic computing and control unit 15 is an integral part of a central control unit (CPU) 16 of the internal combustion engine, wherein the method to be executed part of an on-board diagnostic system for monitoring the exhaust-related functional units of the internal combustion engine in normal operation.
  • An embodiment of the method according to the invention for operating an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine in one of the previously described embodiments is illustrated by the simplified block sequence program shown in FIG. 2 in the essential method steps.
  • D-BP_set After the start of the process, in the first process step labeled "D-BP_set", the internal combustion engine is set to a diagnostic mode, with certain relevant diagnostic operating parameters (D-BP) of the internal combustion engine being in accordance with diagnostic default values
  • the diagnostic mode is characterized by at least one of the following diagnostic operating parameters:
  • the engine speed (RPM) of the internal combustion engine is adjusted to a value between 1100 and 1900 revolutions / minute.
  • T-SC-PF operating temperature
  • a pressure difference of the exhaust gas mass flow (AP_SCR-PF) via the SCR particle filter 3 between 3 bar and 7 bar is verified.
  • an Nfh storage amount (SM_SC-PF) in the SCR particulate filter 3 is above a predefined threshold value.
  • the Nfh addition amount may be adjusted to a stoichiometric value with respect to the NO c concentration in the exhaust gas upstream of the SCR particulate filter, that is, the Nfh addition amount corresponds to an amount sufficient to fully react the NO x share in the exhaust gas in
  • SCR particulate filter is required.
  • the specification of these loading operating parameters ensures stable operation of the internal combustion engine, reduces interference on the process and thus increases the reliability of the validity of the diagnosis of the SCR particle filter.
  • the corresponding diagnostic default values are stored in an electronic memory of the electronic computing and STEU erritt (ECU), which is marked in Figure 2 with "E_Spl", and can be read and used to perform this method step in a simple manner.
  • D-BP D-BP_set
  • a NH3 concentration change or a change in NO x concentration or a combined or superimposed NO x / NH 3 concentration change brought about by means of a corresponding control of said Means for specific, defined induction of the NH 3 and / or NO x concentration change, by the electronic computing and control unit (ECU) 15.
  • ECU electronic computing and control unit
  • the defined NO c concentration change before the SCR particulate filter 3 in an increase or a reduction of the NO x concentration consist which is achieved for example by a defined reduction or increase in an exhaust gas recirculation rate, here under supporting even further operating parameters of the internal combustion engine can be influenced in terms of increasing the NO x concentration in the exhaust gas.
  • the exhaust gas recirculation rate by means of the first exhaust gas recirculation device 2 or the further exhaust gas recirculation device 8 or the two from gas recirculation means 2, 8 in combination can be set.
  • the defined NH 3 concentration change upstream of the SCR particle filter 3 can consist of a defined increase or reduction of the NH 3 concentration, which can be achieved by a defined increase or reduction in the amount of NH 3 solution 7 d added by means of the NH 3 feed device 7, is set. This is done in particular by ent speaking control of the metering device 7 b by means of the electronic computing and control unit (ECU) 15th
  • the NH 3 and / or NO x concentration change in the exhaust gas mass flow 10 after the SCR particulate filter 3 is now within a, in accordance with the method step marked "NO x / NH 3 _Sig". measured indirectly on the aforementioned NH 3 and / or NO x concentration change in front of the SCR particle filter 3 following the specified time window (TW).
  • TW specified time window
  • the method is in the context of the aforementioned method step in the same time window (TW) to additionally the NH 3 - and / or NO x - change in concentration upstream, measured upstream of the SCR particulate filter.
  • TW time window
  • an additional concentration sensor 5 which is in the Abgasmas senstrom 10 upstream of the SCR particulate filter 3 is assigned to the NH 3 - and / or NO x -Konzentrations selectedung in the exhaust gas mass flow 10 before the SCR particulate filter 3 corre lating second concentration measurement signal 120 and supplied via a signal line 5 c of the electronic computing and control unit ECU.
  • VgW correlating Kon concentration comparison value
  • the concentration comparison value (VgW) can be determined within the defined range Time window determined NH 3 and / or NO x -concentration changes after and before the SCR particulate filter 3 based.
  • the values of the NH 3 and / or NO x concentration changes determined within the defined time window at a specific time and / or the gradients of these concentration changes, in each case before and after the SCR particle filter 3 are compared or set in relation to each other. This makes it possible to provide a particularly reliable concentration comparison value (VgW) and increases the diagnostic reliability of the method, since misdiagnosis due to possibly defective devices for NH 3 and / or NO x concentration change can be excluded.
  • step marked "VgW-GW” the evaluation of the NH 3 and / or NO x concentration change measured within the defined time window TW takes place after the SCR particle filter (3) on the basis of the respective concentration
  • a respective maximum value or minimum value of the change in concentration and / or a determined gradient of the change in concentration or else comparative values can be used as the concentration comparison value. or behavior values based on the values or gradients of the concentrations respectively measured before and after the SCR particle filter 3. ration change. This allows a wide variance in the design of the method according to the invention and the adaptation to the needs of the particular application. In accordance with the concentration comparison value used, adjusted accordingly
  • Specify limit values These can be determined, for example, empirically beforehand or by means of model calculation and are stored, for example, in an electronic memory area of the electronic computing and control unit and retrieved therefrom for evaluation of the concentration change.
  • Such an electronic memory area is identified in FIG. 2 by E_Sp2 and contains the corresponding limit values, which are represented as "(NO x / NH 3 ) _GW".
  • the inventive method can be repeated in certain cycles during operation, these cycles can be based on a certain operating time period, a specific operating performance or on ermit demanded in operation.
  • a further embodiment of the method is characterized in that, as part of the NH 3 and / or NO x concentration change, there is first an increase in concentration and an immediately following reduction in concentration.
  • the concentration reduction takes place to such a selected value and for such a selected second period of time, so that an average over the duration of Konzentrati onserhöhung and the concentration reduction resulting average of NH 3 - and / or NO x concentration downstream of the SCR particulate filter, which speaks before the concentration increase prevailing value of NH 3 and / or NO x concentration ent. In this way it is ensured that over the duration of the procedure, in terms of time, there is no increase in pollutant emissions caused by the process.
  • a further embodiment of the method is characterized in that a combined concentration sensor 6 is used for measuring the NH 3 and / or NO x concentration change in the exhaust gas mass flow 10, which changes the NH 3 and / or NO x concentration in one combined concentration measurement signal 110 summarized.
  • This may apply both to the first concentration sensor 6, downstream of the SCR particulate filter 3, and to the second concentration sensor 5, upstream of the SCR particulate filter 3.
  • This makes it possible to specify in an advantageous manner for carrying out the method both an NH 3 concentration change and a NO x concentration change as well as a combined NH 3 / NO x concentration change and thus also opens up a greater scope for the extent of predetermined concentration change.
  • the respective specified time window (TW) for measuring the NH 3 - and / or NO x - change in concentration in the exhaust gas mass flow 10 after and / or before the SCR particulate filter 3 a duration of less than or equal to 5 seconds, in particular less than or equal to 3 seconds.
  • the length of this time window ensures that only a rapid NH 3 and / or NO x concentration change after the
  • SCR particulate filter 3 as it occurs only in case of a defect of the SCR particulate filter 3, in the determination of the Kon concentration comparison value and so in the diagnosis of SCR particulate filter effect.
  • FIG. 3 shows an example of the courses of the
  • the curve 100 shows the NO x - / NH 3 concentration upstream of the SCR particulate filter, starting from a regulated in the diagnostic mode NO x - / NH 3 concentration at about 40 ppm at the time TI a defined Konzentrati ons capableung by approx. lOOppm to 140 ppm is brought about.
  • the trajectory 110 shows the downstream of the SCR particulate captured NO x - / NH3 concentration with a defective
  • NO x - / NH 3 concentration increases with a gradient G1 within the time window TW and increases up to a maximum concentration KM1 at the time T2, at the end of the time window TW.
  • Trajectory 120 shows the NO x / NH 3 concentration taken downstream of the SCR particulate filter in an intact SCR particulate filter.
  • the NO x - / NH 3 concentration begins to increase within the time window TW, but with a comparison with the curve 110 substantially smaller gradient G2. Accordingly, until the time T2, at the end of the time window TW, only a much smaller Maxi malkonzentration KM2 achieved.
  • concentration comparison value VgW can, as can be seen from the aforementioned embodiments, each depending to a certain time within the
  • Time window TW or at the end of the time window TW reached maximum concentration MK1, MK2 or the respective gradient Gl, G2 of the NO x - / NH3 concentration increase within the time window TW are used. Furthermore, it is possible to view the concentration values ascertained downstream of the SCR particle filter and the concentration values preset or determined upstream in combination and to determine a comparison value therefrom.
  • the NO x - / NH 3 concentration values upstream of the SCR particulate filter can be based on the default values, determined with the aid of model considerations or measured by means of a concentration sensor (if present).
  • a concentration comparison value VgW in one embodiment the gradient of the concentration increase, determined within the time window TW, downstream of the SCR particle filter can be divided by the jump value of the concentration change upstream of the SCR particle filter. The result is used as the concentration comparison value VgW. For example, if the gradient of the concentration increase downstream of the SCR particulate filter is 11.3 ppm / sec and the skip value of the concentration change upstream of the SCR particulate filter is 480ppm (paying attention to the signs), a concentration comparison value of:
  • a further embodiment of the method is characterized in that the NH 3 and / or NO x concentration change has an increase in concentration and an immediately following concentration reduction, and the values and or the gradients of the concentration increase and the concentration reduction respectively after and before the SCR Particle filter 3 in combination with each other for the evaluation of the measured NH 3 - and / or NO x - change in concentration after the SCR particulate filter 3 are used.
  • a respective ratio value of the gradient of the concentration increase downstream and the jump value of the concentration increase upstream of the SCR particle filter and of the gradient of the subsequent concentration drop downstream and the associated jump value of the concentration reduction upstream of the SCR particle filter can be formed and their sum calculated become.
  • the Ver run curve 100 shows a targeted and defined induced sudden increase in concentration + KSpl by a certain amount, at the time TI and a persistence of increased
  • the concentration comparison value VgW can be determined by the following relationship:
  • a gradient of +7.3 ppm / s downstream results in a +780 ppm upstream lift of the SCR particulate filter followed by a gradient of -11.3 ppm / s downstream with a -480 ppm reduction in concentration / s the concentration comparison value is calculated as follows:
  • the targeted, defined NH 3 and / or NO x concentration change in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the SCR particulate filter 3 is withdrawn, the diagnostic mode is terminated and the NH 3 - and or NO c concentration is again set or regulated depending on the current operating point of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can continue to operate in the normal working operating mode after carrying out the method, ie after the diagnosis of the functionality of the SCR particulate filter 3 this is in the process step labeled "BP_Norm".

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, und eine entsprechende Abgasnachbehandlungsanlage beschrieben. Das Verfahren betrifft die Überprüfung eines SCR-Partikelfilter (3) der Abgasnachbehandlungsanlage auf Funktionsfähigkeit in Bezug auf dessen Filterwirkung und NOx/NH3-Konvertierung, indem eine definierte NOx- und/oder ΝH3-Konzentrationsänderung stromaufwärts des SCR-Partikelfilters (3) herbeigeführt und in einem unmittelbar auf die genannte Konzentrationsänderung folgenden festgelegten Zeitfenster (TW) die NOx- und/oder NH3- Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter (3) gemessen und darauf basierend ein Konzentrations-Vergleichswert (VgW) bereitgestellt wird. Anhand eines Vergleichs des Konzentrations- Vergleichswert (VgW) mit vorgegebenen Grenzwerten (GW) wird dann der SCR-Partikelfilter (3) als schadhaft diagnostiziert, wenn der Konzentrations-Vergleichswert (VgW) zumindest einen vorgegebenen Grenzwert (GW) überschritten hat. Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage ist eingerichtet zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens. Mit Hilfe des vorgenannten Verfahrens sowie der Abgasnachbehandlungsanlage kann eine Diagnose des SCR-Partikelfilters (3) mit hoher Zuverlässigkeit und Robustheit gegenüber Störeinflüssen als On-Board-Diagnose durchgeführt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, die einen in einer Abgasleitung angeordneten kombinierten SCR-Partikelfilter und eine Ein richtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter aufweist.
Insbesondere Fahrzeuge mit Diesel-Brennkraftmaschinen
(Dieselmotor), zunehmend jedoch auch Fahrzeuge mit
Otto-Brennkraftmaschinen (Benzinmotor) , weisen heutzutage einen Partikelfilter (DPF, PF) zur Vermeidung von Partikeln (Ruß, Feinstaub) in den Abgasemissionen sowie einen sogenannten SCR-Katalysator (Katalysator mit selektiver Reduktion) zur Verringerung des NOx-Anteiles in den Abgasemissionen auf. Dabei findet immer mehr ein kombinierter Filter-Katalysator, im Weiteren hier als SCR-Partikelfilter oder mit dem Kürzel SC-PF bezeichnet, Verwendung, bei dem es sich um einen Partikelfilter mit SCR-Funktion handelt, d.h. einen Partikelfilter, der eine zusätzliche Beschichtung aus einem NOx/Nfh-Konvertierungs- material aufweist. Mit anderen Worten handelt es sich daher hierbei um einen Partikelfilter mit integrierter SCR-Funktion.
Bei einem SCR-Katalysator entsteht durch Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung zum Abgas NH3 (Ammoniak) , das mit dem NOx im Abgas zu elementarem Stickstoff (N2) und Wasser reagiert.
Der Gesetzgeber senkt die Emissionsgrenzwerte der Abgase von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen (Verbrennungsmotoren) immer weiter ab und erlässt Vorschriften zur Überwachung deren vorschriftsmäßiger Funktion. Dies betrifft insbesondere auch die sogenannte OBD-Diagnose (On-Board-Diagnose, laufende,
automatische Selbstdiagnose im bestimmungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugs) bei derartigen Fahrzeugen. So müssen heutzutage auch die SCR-Partikelfilter einer solchen, häufigen und genauen OBD-Diagnose unterzogen werden.
Es ist bekannt, eine derartige Diagnose in Bezug auf die Partikel-Emissionen mit einem sogenannten PM-Sensor
(Particulate Matter Sensor, Partikelsensor) durchzuführen. Wenn dabei die mit dem Partikelsensor gemessene PM-Emission nach dem Patikelfilter höher ist als ein Schwellenwert, wird der Par tikelfilter als fehlerhaft diagnostiziert. Für eine derartige Diagnose wird jedoch ein relativ langer Zeitraum benötigt . Ferner ist die Diagnose auf die Partikel-Emission beschränkt und die Genauigkeit der Diagnose ist zudem nicht gut genug, um den Anforderungen von zukünftigen noch niedrigeren
Emissionsschwellenwerten gerecht zu werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine besonders rasche und genaue Überwachung eines SCR-Partikelfilters in Bezug auf seine NOx/Nfh-Konvertierung und die Partikelfilterung im Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren und einer Abgasnachbehandlungsanlage gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ab gasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine vorgestellt, wobei die Abgasnachbehandlungsanlage eine Abgasleitung zur Führung eines Abgasmassenstroms und einen in der Abgasleitung angeordneten SCR-Partikelfilter aufweist und wobei eine Ein richtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter, und zumindest ein erster Konzentrations sensor, im Abgasmassenstrom stromabwärts nach dem
SCR-Partikelfilter, angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei die im Folgenden dargestellten Schritte auf:
- Zunächst wird die Brennkraftmaschine auf eine Diagnosebe triebsart eingestellt, wobei bestimmte maßgebliche Diagno se-Betriebsparameter der Brennkraftmaschine auf Überein stimmung mit Diagnose-Vorgabewerten verifiziert, eingestellt oder eingeregelt werden.
- Bei Vorliegen der Diagnosebetriebsart erfolgt eine gezielte, definierte Herbeiführung einer NH3-Konzentrationsänderung und/oder einer NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom stromaufwärts des SCR-Partikelfilters , in Bezug auf die in der Diagnosebetriebsart vorliegenden Werte der NH3-Konzentration und oder der NOx-Konzentration .
- Anschließend erfolgt das Messen der NH3- und/oder
NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom nach dem SCR-Partikelfilter innerhalb eines, unmittelbar auf die vorgenannte NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikelfilter folgenden, festgelegten Zeitfensters , mittels des zumindest einen ersten Konzentrationssensors, der ein entsprechendes erstes Konzentrationsmesssignal abgibt, und das
- Bereitstellen eines korrelierenden Konzentrati
ons-Vergleichswertes zumindest auf Basis des ersten Kon zentrationsmesssignals .
- Anhand des jeweiligen Konzentrations-Vergleichswertes und vorgegebener Grenzwerte erfolgt eine Bewertung der innerhalb des festgelegten Zeitfensters gemessenen NH3- und/oder NOc-Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter .
- Schließlich erfolgt ein Diagnostizieren des SCR-Partikel- filters als schadhaft, wenn die Bewertung ergibt, dass der Konzentrations-Vergleichswert zumindest einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, die einen in einer Abgasleitung angeordneten SCR-Partikelfilter und zumindest eine Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder
NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter, und zumindest einen Konzentrationssensor, zum Messen der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmas senstrom stromabwärts nach dem SCR-Partikelfilter aufweist.
Diese Abgasnachbehandlungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektronische Rechen- und Steuereinheit aufweist, die eingerichtet ist zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmassenstrom stromauf wärts des SCR-Partikelfilter mittels der Einrichtung zum ge zielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentra- tion und zur Erfassung eines von dem zumindest einen Kon zentrationssensor ausgegebenen ersten Konzentrationsmess signals. Dabei ist die elektronische Rechen- und Steuereinheit weiterhin dazu eingerichtet, das Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorausgehend und nachfolgend beschriebenen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Es lässt sich somit zusammenfassen, dass die Grundidee der Erfindung darin besteht, einen NOx- und/oder Nfh-Sensor nach einem SCR-Partikelfilter zu verwenden, um in Verbindung mit einer NH3-Konzentrationsänderung und/oder einer NOx-Konzentrations- änderung im Abgasmassenstrom stromaufwärts des SCR-Partikel- filters den SCR-Partikelfilter einer Funktionsüberprüfung, insbesondere einer Performancediagnose, zu unterziehen. Als SCR-Partikelfilter findet beispielsweise ein Wandstromfilter mit geeigneter SCR-Beschichtung Verwendung.
Funktionsbeeinflussende Beschädigungen von SCR-Partikelfiltern bestehen in der Regel aus Durchbrüchen bzw. Löchern im Substrat des Filters, deren Anzahl oder Querschnittsfläche den Grad der Beschädigung bestimmen und durch die ein entsprechender Teil des Abgases ungefiltert und unbehandelt durchtreten kann. Wenn der Gesamtquerschnitt der Durchbrüche oder offenen Löcher über einem Schwellenwert liegt, überschreitet die entsprechende Parti kelemission einen Diagnoseschwellenwert (OBD-Schwellenwert ) .
Um diesen Zustand zu erfassen, wird vorzugsweise in einem stetigen bzw. stationären Betriebszustand, beispielsweise im Leerlauf, bei einer quasikonstanten SCR-Partikelfilter-Tem- peratur, bei dem das NOx-Konzentrationssignal und/oder das Nfh-Konzentrationssignal nach dem SCR-Partikelfilter gering variiert, beispielsweise unter 1 ppm/sec, die Zugabemenge der Harnstofflösung und/oder die NOc-Rohemission vorzugsweise in einem Schritt erhöht, beispielsweise um 200 ppm NH3/NOX ausgehend von der zuvor gegebenen NH3-Zugabemenge bzw. NOc-Rohemission, und es wird der NOx- und/oder NH3-Signalverlauf beobachtet (Messung des entsprechenden Konzentrationsanstieges) . Liegt nunmehr der SCR-Partikelfilter innerhalb der Emissionsgrenze, ist davon auszugehen, dass der gesamte Querschnitt von Durchbrüchen im Filtersubstrat so gering ist, dass der zugegebene Harnstoff bzw. die erhöhte NOx-Konzenteration zunächst zum größten Teil im SCR-Partikelfilter gespeichert wird. Daher besitzt das nach dem Filter gemessene NOx- oder NH3-Signal während einer kurzen Zeitdauer von beispielsweise 3 sec in Abhängigkeit vom
Luftmassenstrom nur einen geringen Anstieg. Danach ist das entsprechende Signal stabil und hat einen sehr viel geringeren Gradienten (weniger als 1 ppm/sec) als ein zu stark geschädigter SCR-Partikeifilter .
Wird jedoch der Schwellenwert überschritten, ist der gesamte Querschnitt von Durchbrüchen im Filtersubstrat so groß, dass der zugegebene Harnstoffbzw . die erhöhte NOx-Konzentration zu einem großen Anteil und nahezu ohne Verzögerung unbehandelt durch den SCR-Partikelfilter strömt, so dass die entsprechenden Sensoren nach dem SCR-Partikelfilter innerhalb des festgelegten, unmittelbar folgenden Zeitfensters einen unmittelbaren, erhöten NH3-/NOx-Konzentrationsanstieg registrieren, wonach das entsprechende Signal wieder einen stabileren Zustand mit niedrigerem Gradienten einnimmt.
Es hat sich erwiesen, dass das Verhältnis zwischen der NOx- und/oder NH3-Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter und der NOx- und/oder NH3-Konzentrationsänderung vor dem
SCR-Partikelfilter direkt proportional zum Gesamtquerschnitt der Durchbrüche im Filtersubstrat des SCR-Partikelfilters ist. Wenn dieses Verhältnis über einem bestimmten Schwellenwert oder Grenzwert liegt, wird der Filter als schadhaft in Bezug auf die Partikelumwandlung eingestuft.
Eine entsprechende NOx-Konzentrationsänderung vor dem
SCR-Partikelfilter kann beispielsweise durch Reduktion der Abgasrückführrate (EGR-Rate) , insbesondere bei einer Hochdruck abgasrückführung, aber auch bei einer Niederdruckabgasrück führung, durchgeführt werden. Auch hier zeigt sich, dass die NOx-Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter in Relation zur NOx-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikel- filter direkt proportional zum Gesamtquerschnitt der Durchbrüche im Filtersubstrat des SCR-Partikelfilters ist. Im Rahmen des Verfahrens wird auf Basis des, mittels des zumindest einen Konzentrationssensors bereitgestellten, Konzentrationsmess signals ein Konzentrations-Vergleichswert ermittelt. In ein fachster Ausprägung kann dieser Konzentrations-Vergleichswert zum Beispiel den Maximalausschlag des Konzentrationsmessignals innerhalb des festgelegten Zeitfensters darstellen. Der Kon zentrations-Vergleichswert kann jedoch auch eine Verhältniszahl zwischen der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung vor und nach dem SCR-Partikelfilter sein. Ebenso kann der Konzen trations-Vergleichswert auf Basis mehrerer aufeinanderfolgender Konzentrationsänderungen ermittelt werden und es können auch die jeweiligen Gradienten der Konzentrationsänderungen herangezogen werden, wie im Weiteren noch erläutert werden soll. Dabei kann unter der Konzentrationsänderung sowohl eine Konzentrations erhöhung als auch eine Konzentrationsreduzierung oder beides aufeinanderfolgend verstanden werden.
Bei dem benannten Konzentrationssensor handelt es sich, je nachdem ob zur Durchführung des Verfahrens die NH3- oder NOx -Konzentration geändert wird, um einem Nfh-Sensor oder einen NOx-Sensor. Während ein Nfh-Sensor lediglich zur Messung der NH3-Konzentration geeignet ist, kann mit dem erwähnten NOx-Sensor hingegen sowohl die NH3- als auch die NOx -Konzentration also folglich auch eine Kombination aus NOx und NH3 gemessen werden. Es handelt sich in diesem Fall also um einen kombinierten NH3-/NCK -Konzentrationssensor. Je nach der gewünschten Messung können daher die hierfür geeigneten Sensoren vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Abgasnachbe handlungsanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, die einen in einer Abgasleitung angeordneten SCR-Partikelfilter und zumindest eine Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmassenstrom stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter, und zumindest einen ersten Konzentrationssensor, zum Messen der NH3- und/oder NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom stromabwärts nach dem SCR-Partikelfilter aufweist. Dabei zeichnet sich diese Abgasnachbehandlungsanlage dadurch aus, dass sie eine elekt ronische Rechen- und Steuereinheit aufweist, die eingerichtet ist zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom stromaufwärts des
SCR-Partikelfilters mittels der Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration und zur Erfassung eines von dem zumindest einen ersten Konzentrati onssensor ausgegebenen ersten Konzentrationsmesssignals. Die elektronische Rechen- und Steuereinheit ist erfindungsgemäß weiterhin dazu eingerichtet, das Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, wie in dem vorausgehend und den nachfolgend beschriebenen Ausführungen dargestellt, auszuführen.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage ;
Figur 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung des
Verfahrensablaufs einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahens ;
Figur 3 eine qualitative Darstellung von Verlaufskurven der NOx/Nfh-Konzentration vor und nach dem SCR-Partikelfilter bei intaktem und defektem SCR-Partikelfilter ; und
Figur 4 eine qualitative Darstellung von Verlaufskurven der NOx/Nfh-Konzentration vor und nach dem SCR-Partikelfilter bei aufeinanderfolgenden NOx/Nfh-Konzentrationsänderungen . Funktions- und Benennungsgleiche Objekte sind in den Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt schematisch in einer vereinfachten Darstellung eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Dieselmotors. Der von der Brennkraftmaschine (hier nicht dargestellt) kommende Abgasmassenstrom 10 wird in Pfeilrichtung durch eine Abgas leitung 1 geführt und passiert dabei einen SCR-Partikelfilter 3 (SC-PF) , der beispielsweise als Wandstromfilter mit SCR-Be- schichtung ausgebildet und in der Abgasleitung 1 angeordnet ist.
Zum gezielten, definierten Herbeiführen einer NH3-Konzentra- tionsänderung im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter 3 ist an der Abgasleitung 1 stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter 3 eine NH3-Zuführeinrichtung 7, für die Zuführung einer NH3-Lösung 7d in die Abgasleitung 1, angeordnet. Die NH3-Zuführeinrichtung 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Vorratsbehälter 7a, zur Bevorratung einer geeigneten wässrigen NH3-Lösung 7d auf, die auch als Harnstofflösung be zeichnet wird. Über eine Zuführleitung steht der Vorratsbehälter 7a mit einer Dosiereinrichtung 7b, beispielsweise einem Ein spritzventil , in Verbindung, das wiederum an der Abgasleitung 1 angeordnet und dazu eingerichtet ist, definierte Mengen der NH3-Lösung in den Abgasmassenstrom 10 abzugeben. Durch die zugeführte NH3-Lösung entsteht NH3, das den im Abgas enthaltenen NOc-Anteil in Stickstoff und Wasser umwandelt. Der SCR-Partikel- filter erfüllt daher seine Funktion als Dieselpartikelfilter und bewirkt gleichzeitig eine Reduzierung des NOx-Anteiles im Abgas .
Weiterhin ist zum gezielten, definierten Herbeiführen einer NOc-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter 3, eine von der Abgasleitung 1 stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter 3 abzweigende Ab gasrückführungseinrichtung 2, ein sogenanntes Hochdruckab gasrückführungssystem, angeordnet, über das ein erster
Teil-Abgasmassenstrom 10a des von der Brennkraftmaschine ab gegebenen Abgasmassestroms 10 über eine erste Abgasrückführ leitung 2a in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine zu rückgeführt wird. Die Größe des zurückgeführten ersten
Teil-Abgasmassenstroms 10a kann dabei über ein in der ersten Abgasrückführleitung 2a angeordnetes erstes Abgasrückführventil 2b eingestellt werden. In zweckmäßiger Weise ist die Abzweigung dieser Abgasrückführungseinrichtung 2 an der Abgasleitung 1 stromaufwärts der NH3-Zuführeinrichtung 7 angeordnet, da die zugeführte NH3-Lösung 7d vollständig dem SCR-Partikelfilter 3 zur NOc-Reduktion zugeführt werden soll.
In einer weiteren Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Abgas nachbehandlungsanlage, wie in Figur 1 dargestellt, ist zum gezielten, definierten Herbeiführen einer NOx-Konzentrations- änderung im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts vor dem
SCR-Partikelfilter 3, eine von der Abgasleitung 1 stromabwärts nach dem SCR-Partikelfilter 3 abzweigende Abgasrückführungs einrichtung 8, ein sogenanntes Niederdruckabgasrückfüh rungssystem, angeordnet, über das ein weiterer Teil-Abgas- massenstrom 10b des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgasmassestroms 10 über eine weitere Abgasrückführleitung 8a in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Die Größe des zurückgeführten weiteren Teil-Abgasmassenstroms 10b kann dabei über ein in der weiteren Abgasrückführleitung 8a angeordnetes, weiteres Abgasrückführventil 8b eingestellt werden .
Die Funktionsweise derartiger Abgasrückführungseinrichtungen zur Emissionsreduzierung, insbesondere zur Beeinflussung der NOc-Rohemissionen der Brennkraftmaschine, also der NOx-Kon- zentration im Abgas ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und soll hier nicht weiter erläutert werden.
Obwohl die in der in Figur 1 gezeigte maximale Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage sowohl eine NH3-Zuführeinrichtung 7 als auch eine erste Abgasrückfüh rungseinrichtung 2 als auch eine weitere Abgasrückführungs einrichtung 8 aufweist, so ist für eine erfindungsgemäße Ausführung der Abgasnachbehandlungsanlage auch bereits das Vorhandensein einer dieser Einrichtungen ausreichend. Ebenso können auch zwei oder alle drei dieser Einrichtungen im kom binierten Betrieb eingesetzt und quasi zu einer Einrichtung zum gezielten definierten Herbeiführen einer NH3-Konzentrations- änderung und/oder einer NOx-Konzentrationsänderung im Abgas massenstrom 10 stromaufwärts des SCR-Partikelfilters 3 zu sammengefasst werden.
Als für das erfindungsgemäße Verfahren unabdingbare Komponente, ist zumindest ein erster Konzentrationssensor 6, zum Messen der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmassenstrom 10 strom abwärts, nach dem SCR-Partikelfilter 3, im Abgasmassenstrom 10 angeordnet. Dieser erste Konzentrationssensor 6 gibt ein entsprechendes erstes Konzentrationsmesssignal 110 ab, auf dessen Basis ein korrelierender Konzentrations-Vergleichswertes (VgW) bereitgestellt werden kann.
Ferner weist die hier gezeigte Ausführung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage, gemäß einer weiteren Ausbaustufe, einen, im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts, vor dem SCR-Par- tikelfilter 3, angeordneten zusätzlichen Konzentrationssensor 5 zum Messen der NH3- und/oder NOx-Konzentration vor dem SCR-Par- tikelfilter 3 auf. Dieser ist in zweckmäßiger Weise im Ab gasmassenstrom 10 stromabwärts der NH3-Zuführeinrichtung 7 sowie der Abzweigung der ersten Abgasrückführungseinrichtung 2, unmittelbar vor dem SCR-Partikelfilter 3 angeordnet, so dass mit diesem zusätzlichen Konzentrationssensor 5 sowohl die NH3- als auch die NOx-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikelfilter 3, also die gezielt herbeigeführte NH3- und/oder NOx -Konzen trationsänderung, erfasst werden kann. Auch dieser zusätzliche Konzentrationssensor 5 gibt ein entsprechendes zweites Kon zentrationsmesssignal 100 ab, das zur Bereitstellung eines Konzentrations-Vergleichswertes (VgW) mit herangezogen werden kann .
Auf diese Weise kann zur Ausführung des Verfahrens ein tat sächlich gemessener Wert für die Nfh-Konzentrationsänderung und/oder die NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts des SCR-Partikelfilters 3 zum Beispiel für die Bereitstellung eines Konzentrations-Vergleichswertes (VgW) herangezogen werden, was die Sicherheit der Diagnose des SCR-Partikelfilters erhöht. Andernfalls, wenn nur der strom abwärts des SCR-Partikelfilters 3 angeordnete Konzentrati onssensor 6 zur Verfügung steht, wird beispielsweise der Vorgabewert für die gezielte, definierte Konzentrationsänderung als Istwert angenommen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern des jeweiligen Konzentrationswertes fehlerfrei funktioniert.
Weiterhin weist die in Figur 1 dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage eine elektroni sche Rechen- und Steuereinheit 15 (ECU) auf. Diese ist ein gerichtet zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts des SCR-Partikelfilter 3, mittels zumindest einer der oben genannten Einrichtungen zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration und zur Erfassung eines, von dem zumindest einen Konzentrationssensor 6 ausgegebenen ersten Konzentrationsmesssignals (110) und in weiterer Ausbaustufe eines zweiten Konzentrationsmesssignals. Dazu ist die elekt ronische Rechen- und Steuereinheit 15 über Signalleitungen 2c, 5c, 6c, 7c und 8c mit den Systemkomponenten erstes Abgas rückführventil 2b, zusätzlicher Konzentrationssensor 5, erster Konzentrationssensor 6, Dosiereinrichtung 7b sowie weiteres Abgasrückführventil 8b elektrisch verbunden um Steuersignale an die entsprechenden Systemkomponenten zu geben oder Signale, insbesondere Messsignale von den entsprechenden Systemkompo nenten zu erhalten.
Die elektronische Rechen- und Steuereinheit 15 ist weiterhin dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß einer der erfindungsgemäßen Ausführungen auf Basis eines ersten Konzentrationsmesssignals des ersten Konzentrationssensors 6 oder auf Basis der beiden Konzentrationsmesssignale des ersten und des zusätzlichen Konzentrationssensors 6, 5 auszuführen. Dazu ist der Ablauf des Verfahrens, entsprechende Berech nungsalgorithmen, sowie die erforderlichen Vorgabewerte zur Ansteuerung der Abgasnachbehandlungsanlage sowie der Brenn kraftmaschine, in Form von ausführbarem Programmcode in der elektronischen Steuereinheit 15 bzw. in zugeordneten elekt ronischen Speichereinheiten hinterlegt.
Eine Ausführung der Abgasnachbehandlungsanlage, wie zuvor beschrieben, zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Rechen- und Steuereinheit 15 integraler Bestandteil einer zentralen Steuereinheit (CPU) 16 der Brennkraftmaschine ist, wobei das auszuführende Verfahren Teil eines On-Board-Diag- nose-Systems zur Überwachung der abgasrelevanten Funktions einheiten der Brennkraftmaschine im bestimmungsgemäßen Betrieb ist . Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine in einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungen ist anhand des in Figur 2 dargestellten vereinfachten Block-Ablaufprogramms in den wesentlichen Verfahrensschritten dargestellt.
Nach dem Start des Verfahrens wird in dem ersten, mit „D-BP_set" gekennzeichneten Verfahrensschritt, die Brennkraftmaschine auf eine Diagnosebetriebsart eingestellt, wobei bestimmte maß gebliche Diagnose-Betriebsparameter (D-BP) der Brennkraftma schine auf Übereinstimmung mit Diagnose-Vorgabewerten
(D-BP_set) verifiziert, eingestellt oder eingeregelt werden.
In einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist die Diagno sebetriebsart gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Diagnose-Betriebsparameter :
- Die Motordrehzahl (RPM) der Brennkraftmaschine wird auf einen Wert zwischen 1100 und 1900 Umdrehungen/Minute eingeregelt.
- Die Betriebstemperatur (T-SC-PF) des SCR-Partikelfilters 3 wird auf einen Wert zwischen 250°C und 350°C eingeregelt.
- Eine Druckdifferenz des Abgasmassenstroms (AP_SCR-PF) über den SCR-Partikelfilter 3 zwischen 3 bar und 7 bar wird verifiziert.
- Weiterhin wird verifiziert, dass eine Nfh-Speichermenge (SM_SC-PF) im SCR-Partikelfilter 3 über einem vordefinierten Schwellenwert liegt.
- Ergänzend kann die Nfh-Zugabemenge auf einen, in Bezug auf die stromaufwärts des SCR-Partikelfilters im Abgas vorliegende NOc-Konzentration, stöchiometrischen Wert eingeregelt werden, das heißt, dass die Nfh-Zugabemenge einer Menge entspricht, die zur vollständigen Umsetzung des NOx-Anteils im Abgas im
SCR-Partikelfilter erforderlich ist. Die Vorgabe dieser Be triebsparameter gewährleistet einen stabilen Betrieb der Brennkraftmaschine, reduziert Störeinflüsse auf das Verfahren und erhöht somit die Sicherheit der Aussagekraft der Diagnose des SCR-Partikeifilters .
Die entsprechenden Diagnose-Vorgabewerte sind dazu in einem elektronischen Speicher der elektronischen Rechen- und Steu ereinheit (ECU) , der in Figur 2 mit „E_Spl" gekennzeichnet ist, abgelegt und können zur Ausführung dieses Verfahrensschrittes auf einfache Weise ausgelesen und herangezogen werden.
Da die Einregelung, Einstellung und Verifizierung der Diag nose-Betriebsparameter eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen kann wird in dem folgenden Verfahrensschritt, der mit „D-BP = D-BP_set" gekennzeichnet ist überprüft, ob die aktuellen Diagnose-Betriebsparameter mit den Diagnose-Vorgabewerten übereinstimmen. Solange das nicht der Fall ist wird weiterhin versucht die Diagnose-Betriebsparameter (D-BP) an die
Diagnose-Vorgabewerte (D-BP_set) anzugleichen. Liegen die gewünschten Diagnose-Betriebsparameter vor, so kann der nächste Verfahrensschritt folgen.
Im folgenden, mit „NOx/Nfh" gekennzeichneten Verfahrensschritt erfogt dann die gezielte, definierte Herbeiführung einer NH3-Konzentrationsänderung und/oder einer NOx-Konzentrations- änderung im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts des SCR-Par- tikelfilters 3. Dies erfolgt, je nach Ausführung der Abgas nachbehandlungsanlage, durch entsprechende einzelne oder kombinierte Ansteuerung einer oder mehrerer der Einrichtungen: NH3-Zuführeinrichtung 7, erste Abgasrückführungseinrichtung 2 und weitere Abgasrückführungseinrichtung 8; wie in Figur 2 mit gestrichelten Linien dargestellt. So kann je nach Ausführung der Abgasnachbehandlungsanlage eine NH3-Konzentrationsänderung oder einer NOx-Konzentrationsänderung oder auch eine kombinierte bzw. überlagerte NOx/ NH3-Konzentrationsänderung herbeigeführt werden, mittels einer entsprechenden Ansteuerung der genannten Einrichtungen zum gezielten, definierten Herbeiführen der NH3- und/oder NOx -Konzentrationsänderung, durch die Elektronische Rechen- und Steuereinheit (ECU) 15.
So kann in einer Ausführung des Verfahrens die definierte NOc-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikelfilter 3 in einer Erhöhung oder einer Reduzierung der NOx-Konzentration bestehen, die zum Beispiel durch eine definierte Reduzierung bzw. Erhöhung einer Abgasrückführungsrate erzielt wird, wobei hier unter stützend auch noch weitere Betriebsparameter der Brennkraft maschine im Sinne einer Erhöhung der NOx-Konzentration im Abgas beeinflusst werden können. Dabei kann die Abgasrückführrate mittels der ersten Abgasrückführungseinrichtung 2 oder der weiteren Abgasrückführungseinrichtung 8 oder der beiden Ab gasrückführungseinrichtungen 2, 8 in Kombination, eingestellt werden. Dies erfolgt zum Beispiel durch entsprechende An steuerung des ersten Abgasrückführventils 2b oder des zweiten Abgasrückführungsventils 8b oder einer kombinierten Ansteuerung des ersten und des zweiten Abgasrückführventils 2b, 8b mittels der elektronischen Rechen- und Steuereinheit (ECU) 15.
Weiterhin kann in einer Ausführung des Verfahrens die definierte NH3-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikelfilter 3 in einer definierten Erhöhung oder Reduzierung der NH3-Konzentration bestehen, die durch eine definierte Erhöhung bzw. Reduzierung der Zugabemenge der NH3-Lösung 7d mittels der NH3-Zuführeinrichtung 7, eingestellt wird. Dies erfolgt insbesondere durch ent sprechende Ansteuerung der Dosiereinrichtung 7b mittels der elektronischen Rechen- und Steuereinheit (ECU) 15.
Im weiteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun gemäß dem mit „NOx/NH3_Sig" gekennzeichneten Verfahrensschritt, die NH3- und/oder NOx -Konzentrationsänderung im Abgasmassen strom 10 nach dem SCR-Partikelfilter 3 innerhalb eines, un- mittelbar auf die vorgenannte NH3- und/oder NOx-Konzentra- tionsänderung vor dem SCR-Partikelfilter 3 folgenden, fest gelegten Zeitfensters (TW) gemessen. Dies erfolgt mittels des zumindest einen ersten Konzentrationssensors 6, der ein ent sprechendes erstes Konzentrationsmesssignal 110 abgibt, das über die Signalleitung 6c der elektronischen Rechen- und Steuer einheit zur weiteren Verarbeitung zugeführt wird.
In einer Ausführung des Verfahrens wird im Rahmen des vorge nannten Verfahrensschrittes im gleichen Zeitfenster (TW) zu sätzlich die NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung strom aufwärts, vor dem SCR-Partikelfilter gemessen . Dazu wird mittels eines zusätzlichen Konzentrationssensors 5, der im Abgasmas senstrom 10 stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter 3 ange ordnet ist, ein zu der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom 10 vor dem SCR-Partikelfilter 3 korre lierendes zweites Konzentrationsmesssignal 120 bereitgestellt und über eine Signalleitung 5c der elektronischen Rechen- und Steuereinheit ECU zugeführt. Dies ermöglicht nicht nur die relative Betrachtung der Konzentrationsänderung vor und nach dem SCR-Partikelfilter 3 und eine damit einhergehende Erhöhung der Diagnosesicherheit des Verfahrens, sondern auch die Möglichkeit der Beurteilung der Funktion der Abgasrückführungseinrichtungen 2, 8 und der Nfh-Zufüreinrichtung 7.
Im Folgenden, mit „ (NOx/NH3) VGW" gekennzeichneten Verfahrens schritt erfolgt das Bereitstellen eines korrelierenden Kon zentrations-Vergleichswertes (VgW) zumindest auf Basis des ersten Konzentrationsmesssignals (110). Als Konzentrati ons-Vergleichswert (VgW) kann beispielsweise in unterschied lichen Ausführungen des Verfahrens ein jeweiliger, innerhalb des definierten Zeitfensters (TW) erreichter Maximalwert oder Minimalwert der Konzentrationsänderung und/oder ein innerhalb des definierten Zeitfensters (TW) ermittelter Gradient der Konzentrationsänderung herangezogen werden.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann, unter der Voraussetzung, dass zusätzlich die NH3- und/oder NOx-Konzen- trationsänderung stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter gemessen wird, der Konzentrations-Vergleichswert (VgW) auf den jeweiligen, innerhalb des definierten Zeitfensters ermittelten NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderungen nach und vor dem SCR-Partikelfilter 3 basieren. Dazu können beispielsweise in einer weiteren Ausführung des Verfahrens die, innerhalb des definierten Zeitfensters ermittelten, Werte der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderungen zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder die Gradienten dieser Konzentrationsänderungen, je weils vor und nach dem SCR-Partikelfilter 3 miteinander ver glichen oder zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines besonders zuverlässigen Konzentrations-Vergleichswertes (VgW) und erhöht die Diagno sesicherheit des Verfahrens, da Fehldiagnosen aufgrund mög licherweise defekter Einrichtungen zur NH3- und/oder NOx-Kon- zentrationsänderung ausgeschlossen werden können.
In dem folgenden, mit „VgW - GW" gekennzeichneten, Verfah rensschritt, erfolgt die Bewertung der innerhalb des festge legten Zeitfensters TW gemessenen NH3- und/oder NOx-Konzen- trationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter (3) anhand des jeweiligen Konzentrations-Vergleichswertes (VgW) und vorge gebener Grenzwerte (GW) . Als Konzentrations-Vergleichswert kann dabei, je nach Ausführung des Verfahrens, wie oben bereits erwähnt, ein jeweiliger Maximalwert oder Minimalwert der Konzentrationsänderung und/oder ein ermittelter Gradient der Konzentrationsänderung oder auch Vergleichs- oder Verhält niswerte basierend auf den jeweils vor und nach dem SCR-Par- tikelfilter 3 gemessenen Werten oder Gradienten der Konzent- rationsänderung, herangezogen werden. Dies ermöglicht eine breite Varianz bei der Gestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens und die Anpassung an die Bedürfnisse im jeweiligen Anwendungsfall. Gemäß dem zur Anwendung kommenden konzentra- tions-Vergleichswert sind dann entsprechend angepasste
Grenzwerte vorzugeben. Diese können zum Beispiel vorausgehend empirisch oder mittels Modellrechnung ermittelt werden und werden beispielsweise in einem elektronischen Speicherbereich der elektronischen Rechen- und Steuerungseinheit abgelegt und zur Bewertung der Konzentrationsänderung von dort abgerufen. Ein solcher elektronischer Speicherbereich ist in Figur 2, mit E_Sp2 gekennzeichnet und beinhaltet die entsprechenden Grenzwerte, die als „ (NOx/NH3) _GW" dargestellt sind.
Auf Basis der zuvor beschriebenen Bewertung der Konzentrati onsänderung nach dem SCR-Partikelfilter 3 erfolgt dann in dem folgenden, mit „VGW>GW" gekennzeichneten, Verfahrensschritt Das Diagnostizieren des SCR-Partikelfilters 3 als schadhaft, „SCR-PF=nok" wenn die Bewertung ergibt, dass der Konzentra tions-Vergleichswert (VgW) zumindest einen vorgegebenen
Grenzwert (GW) überschritten hat. Andernfalls wird der
SCR-Partikelfilter als funktionstüchtig diagnostiziert „SCR-PF=ok" wenn der Konzentrations-Vergleichswert keinen Grenzwert erreicht oder überschritten hat. Damit ist das er findungsgemäße Verfahren abgeschlossen.
Um einen dauerhaft fehlerfreien Betrieb der Abgasnachbehand lungsanlage sicherzustellen kann das erfindungsgemäße Verfahren in bestimmten Zyklen im Betrieb wiederholt werden, wobei diese Zyklen basieren können auf einer bestimmten Betriebs-Zeitdauer, einer bestimmten Betriebsleistung oder auf im Betrieb ermit telten Bedarfswerten. Eine weitere Ausführung des Verfahrens ist dadurch gekenn zeichnet, dass im Rahmen der NH3- und/oder NOx-Konzentra- tionsänderung zunächst eine Konzentrationserhöhung und eine unmittelbar darauf folgende Konzentrationsreduzierung erfolgt. Dabei erfolgt, nach der Konzentrationserhöhung für eine be stimmte erste Zeitdauer, die Konzentrationsreduzierung auf einen derart gewählten Wert und für eine derart gewählte zweite Zeitdauer, sodass ein sich über die Dauer der Konzentrati onserhöhung und der Konzentrationsreduzierung hinweg ergebender Mittelwert der NH3- und/oder NOx-Konzentration stromabwärts des SCR-Partikelfilters , dem vor der Konzentrationserhöhung vor herrschenden Wert der NH3- und/oder NOx-Konzentration ent spricht. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass es über die Verfahrensdauer hinweg, im zeitlichen Mittel , zu keiner durch das Verfahren verursachten Erhöhung des Schadstoffausstoßes kommt.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zum Messen der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom 10 jeweils ein kombinierter Konzentrations sensor 6 eingesetzt wird, der die NH3- und/oder NOx-Konzentra- tionsänderung in einem kombinierten Konzentrationsmesssignal 110 zusammenfasst. Dies kann sowohl auf den ersten Konzent rationssensor 6, stromabwärts des SCR-Partikelfilters 3, als auch auf den zweiten Konzentrationssensor 5, stromaufwärts des SCR-Partikelfilters 3, zutreffen. Dies ermöglicht es in vor teilhafter Weise für die Durchführung des Verfahrens sowohl eine NH3-Konzentrationsänderung als auch eine NOx-Konzentrations- änderung als auch eine kombinierte NH3/NOx-Konzentrationsän- derung vorzugeben und eröffnet so auch einen größeren Spielraum für das Maß der vorgegebenen Konzentrationsänderung.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens weist das jeweilige festgelegte Zeitfenster (TW) zum Messen der NH3- und/oder NOx -Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom 10 nach und/oder vor dem SCR-Partikelfilter 3 eine Dauer von kleiner gleich 5 Se kunden, insbesondere kleiner gleich 3 Sekunden auf. Die Länge dieses Zeitfensters gewährleistet, dass lediglich eine schnelle NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung nach dem
SCR-Partikelfilter 3, wie sie ausschließlich bei einem Defekt des SCR-Partikelfilters 3 auftritt, bei der Ermittlung des Kon zentrations-Vergleichswertes und so bei der Diagnose des SCR-Partikelfilters Auswirkung zeigt.
Figur 3 zeigt an einem Beispiel die Verläufe der
NOx-/NH3-Konzentration über der Zeit, die mit Hilfe von kom binierten NOx-/NH3-Konzentrationssensoren stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Partikelfilters aufgenommen wurden. Dabei zeigt die Verlaufskurve 100 die NOx-/NH3-Konzentration strom aufwärts des SCR-Partikelfilters , wobei ausgehend von einer in der Diagnosebetriebsart eingeregelten NOx-/NH3-Konzentration bei ca. 40 ppm zum Zeitpunkt TI eine definierte Konzentrati onsänderung um ca. lOOppm auf 140 ppm herbeigeführt wird. Die Verlaufskurve 110 zeigt die stromabwärts des SCR-Partikelfilters aufgenommene NOx-/NH3-Konzentration bei einem defekten
SCR-Partikelfilter . Hier ist bereits in der Phase der Diag nosebetriebsart ein erhöhter Wert der NOx-/NH3-Konzentration bei ca. 15 ppm zu erkennen. Zum Zeitpunkt TI beginnt die
NOx-/NH3-Konzentration mit einem Gradient Gl innerhalb des Zeitfensters TW zu steigen und steigt bis auf eine Maximal konzentration KM1 zu zum Zeitpunkt T2, am Ende des Zeitfensters TW.
Die Verlaufskurve 120 zeigt dagegen die stromabwärts des SCR-Partikelfilters aufgenommene NOx-/NH3-Konzentration bei einem intakten SCR-Partikelfilter . Hier liegt in der Phase der Diagnosebetriebsart ein minimaler Wert der NOx-/NH3-Konzen- tration vor. Zum Zeitpunkt TI beginnt auch hier die NOx-/NH3-Kon- zentration innerhalb des Zeitfensters TW zu steigen, jedoch mit einem gegenüber der Verlaufskurve 110 wesentlich kleineren Gradienten G2. Dementsprechend wird bis zum Zeitpunkt T2 , am Ende des Zeitfensters TW, auch nur eine wesentlich kleinere Maxi malkonzentration KM2 erreicht.
Als Konzentrations-Vergleichswertes VgW kann, wie aus den vorgenannten Ausführungsbeispielen ersichtlich wird, die je weilige bis zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des
Zeitfensters TW oder zum Ende des Zeitfensters TW erreichte Maximalkonzentration MK1, MK2 oder auch der jeweilige Gradient Gl, G2 des NOx-/NH3-Konzentrationsanstiegs innerhalb des Zeitfensters TW herangezogen werden. Weiterhin ist es möglich die stromabwärts des SCR-Partikelfilters ermittelten Konzentra tionswerte und die stromaufwärts vorgegebenen oder ermittelten Konzentrationswerte in Kombination zu betrachten und daraus einen Vergleichswert zu ermitteln. Die NOx-/NH3-Konzentra- tionswerte stromaufwärts des SCR-Partikelfilters können dabei auf den Vorgabewerten beruhen, mit Hilfe von Modellbetrachtungen ermittelt oder mittels Konzentrationssensor (sofern vorhanden) gemessen werden.
Zur Ermittlung eines Konzentrations-Vergleichswertes VgW kann in einem Ausführungsbeispiel der innerhalb des Zeitfensters TW ermittelte Gradient des Konzentrationsanstieges stromabwärts des SCR-Partikelfilters durch den Sprungwert der Konzentra tionsänderung stromaufwärts des SCR-Partikelfilters dividiert werden. Das Ergebnis wird als Konzentrations-Vergleichswertes VgW herangezogen. Liegt beispielsweise der Gradient des Kon zentrationsanstieges stromabwärts des SCR-Partikelfilters bei 11,3 ppm/s und der Sprungwert der Konzentrationsänderung stromaufwärts des SCR-Partikelfilters beträgt 480ppm (wobei auf die Vorzeichen zu achten ist) so ergibt sich ein Konzentra tions-Vergleichswert von:
(11,3 ppm/s) /480 ppm = 0,024 /s. Liegt nun ein Grenzwert GW von zum Beispiel 0, 016 /s vor, so wäre dieser überschritten (VgW > GW) und der SCR-Partikelfilter wäre als schadhaft zu bewerten (SCR-PF=nok) .
Diese Vorgehensweise erhöht die Robustheit des Verfahrens gegen Störeinflüsse .
Eine weitere Ausführung des Verfahrens ist dadurch gekenn zeichnet, dass die NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung eine Konzentrationserhöhung und eine unmittelbar darauf folgende Konzentrationsreduzierung aufweist und die Werte und oder die Gradienten der Konzentrationserhöhung und der Konzentrati onsreduzierung jeweils nach und vor dem SCR-Partikelfilter 3 in Kombination miteinander zur Bewertung der gemessenen NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter 3 herangezogen werden.
So kann beispielsweise jeweils ein Verhältniswert des Gradienten des Konzentrationsanstieges stromabwärts und des Sprungwertes der Konzentrationsanhebung stromaufwärts des SCR-Partikelfil- ters sowie des Gradienten des darauf folgenden Konzentrati onsabfalls stromabwärts und des zugehörigen Sprungwertes der Konzentrationsreduzierung stromaufwärts des SCR-Partikelfil- ters gebildet und deren Summe errechnet werden.
Dies ist qualitativ in Figur 4 dargestellt. Gezeigt ist die Verlaufskurve 100 der NH3-/NOx-Konzentration stromaufwärts und die daraus resultierende Verlaufskurve 110 der NH3-/NOx-Kon- zentration stromabwärts des SCR-Partikelfilters . Die Ver laufskurve 100 zeigt eine gezielt und definiert herbeigeführte sprunghafte Konzentrationserhöhung +KSpl um einen bestimmten Betrag, zum Zeitpunkt TI und ein verharren der erhöhten
NH3-/NOx-Konzentration über das Zeitfenster TW1 bis zum Zeitpunkt T2. Dann folgt eine ebenso gezielt und definiert herbeigeführte sprunghafte Konzentrationsreduzierung -KSp2 um den gleichen Betrag, also eine komplette Zurücknahme der Konzentrations erhöhung, zum Zeitpunkt T2. Der sich daraus ergebende Verlauf der NH3-/NOx-Konzentration stromabwärts des SCR-Partikelfilters verzeichnet einen auf den Zeitpunkt TI folgenden Anstieg mit dem Gradient +Gla, innerhalb des unmittelbar auf die Konzentra tionsänderung +KSpl folgenden Zeitfensters TW1, bis zum Zeit punkt T2 und ein darauf folgendes Abfallen der NH3-/NOx-Kon- zentration mit einem Gradient -Gib innerhalb des unmittelbar auf die Konzentrationsänderung -KSp2 folgenden Zeitfensters TW2 das bis zu Zeitpunkt T3 dauert. Nach dem oben genannten Schema kann der Konzentrations-Vergleichswert VgW nach folgender Beziehung ermittelt werden:
(+Gla/+KSpl) + (-Glb/-KSp2) = VgW
Ergibt sich beispielsweise ein Gradient von +7,3 ppm/s stromabwärts bei einem Sprungwert der Konzentrationsanhebung von +480 ppm stromaufwärts des SCR-Partikelfilters und darauffolgend ein Gradient von -11,3 ppm/s stromabwärts bei einem Sprungwert der Konzentrationsreduzierung von -480 ppm/s so errechnet sich der Konzentrations-Vergleichswert zu:
((+7,3 ppm/s) /+480 ppm) + ((-11,3 ppm/s) /-480 ppm) =
0,015 /s + 0,024 /s = 0,039 /s.
Liegt nun ein Grenzwert GW von zum Beispiel 0, 026 /s vor, so wäre dieser überschritten (VgW > GW) und der SCR-Partikelfilter wäre als schadhaft zu bewerten (SCR-PF=nok) .
Diese Vorgehensweise erhöht die Robustheit des Verfahrens gegen Störeinflüsse weiter.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Diag nostizieren des SCR-Partikelfilter 3, die gezielte, definierte NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts des SCR-Partikelfilters 3 zurückgenommen, die Diagnose-Betriebsart beendet und die NH3- und/oder NOc-Konzentration wird wieder in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors eingestellt oder geregelt.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist können nun auf Basis und in Abhängigkeit des Diagnoseergebnisses unterschiedliche weitere Maßnahmen eingeleitet werden.
Ergibt die Diagnose, dass der SCR-Partikelfilter intakt ist und fehlerfrei funktioniert (SCR-PF = ok) so kann die Brennkraft maschine nach Durchführung des Verfahrens, also nach der Diagnose der Funktionstüchtigkeit des SCR-Partikelfilters 3 wieder im normalen Arbeits-Betriebsmodus weiter betrieben werden, dies ist in dem mit „BP_Norm" gekennzeichneten Verfahrensschritt dar gestellt.
Ergibt die Diagnose jedoch, dass der SCR-Partikelfilter schadhaft ist (SCR-PF = nok) kann stattdessen ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine eingeleitet werden, der beispielsweise ein Aufsuchen einer Werkstatt bei reduzierter Motorleistung noch ermöglicht. Gleichzeitig kann eine Fehlermeldung an den Fahr zeugführer ausgegeben werden mit der Aufforderung umgehend die nächste Werkstatt aufzusuchen bzw. die Reperatur zu veranlassen. Dies ist in Figur 2 in dem mit „BP_Not" gekennzeichneten Ver fahrensschritt dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, die eine Abgasleitung (1) zur Führung eines Abgasmassenstroms (10) und einen in der Ab gasleitung (1) angeordneten SCR-Partikelfilter (3) aufweist, wobei eine Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter (3) , und zumindest ein erster Konzentrationssensor (6), im Abgasmassenstrom (10) stromabwärts nach dem SCR-Partikelfilter (3) , angeordnet ist, mit den folgenden Schritten:
- Einstellen der Brennkraftmaschine auf eine Diagnosebe triebsart, wobei bestimmte maßgebliche Diagno
se-Betriebsparameter (D-BP) der Brennkraftmaschine auf Übereinstimmung mit Diagnose-Vorgabewerten (D-BP_set) verifiziert, eingestellt oder eingeregelt werden;
bei Vorliegen der Diagnosebetriebsart,
- gezielte, definierte Herbeiführung einer
NH3-Konzentrationsänderung und/oder einer
NOc-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts des SCR-Partikelfilters (3) in Bezug auf die in der Diagnosebetriebsart vorliegenden Werte der
NH3-Konzentration und/oder der NOx-Konzentration;
- Messen der NH3- und/oder NOx -Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom (10) nach dem SCR-Partikelfilter (3) innerhalb eines, unmittelbar auf die vorgenannte NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung vor dem
SCR-Partikelfilter (3) folgenden, festgelegten Zeit fensters (TW) , mittels des zumindest einen ersten Kon zentrationssensors (6), der ein entsprechendes erstes Konzentrationsmesssignal (110) abgibt; und - Bereitstellen eines korrelierenden Konzentrati
ons-Vergleichswertes (VgW) zumindest auf Basis des ersten Konzentrationsmesssignals (110) ;
- Bewerten der innerhalb des festgelegten Zeitfensters (TW) gemessenen NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter (3) anhand des jeweiligen Kon zentrations-Vergleichswertes (VgW) und vorgegebener Grenzwerte (GW) ; und
- Diagnostizieren des SCR-Partikelfilters (3) als schadhaft, wenn die Bewertung ergibt, dass der Konzentrati
ons-Vergleichswert (VgW) zumindest einen vorgegebenen Grenzwert (GW) überschritten hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum
gezielten, definierten Herbeiführen der NH3- und/oder NOx -Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom (10) strom aufwärts vor dem SCR-Partikelfilter (3) eine NH3-Zuführ- einrichtung (7) für die Zuführung einer NH3-Lösung (7d) in die Abgasleitung (1) und/oder eine von der Abgasleitung (1) stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter (3) abzweigende erste Abgasrückführungseinrichtung (2) und/oder ein von der Abgasleitung (1) stromabwärts nach dem SCR-Partikelfilter (3) abzweigende weitere Abgasrückführungseinrichtung (8) auf weist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Diagnosebetriebsart gekennzeichnet ist durch zumindest einen der folgenden Diagnose-Betriebsparameter:
- Motordrehzahl (RPM) der Brennkraftmaschine zwischen 1100 und 1900 Umdrehungen/Minute;
- Betriebstemperatur (T-SC-PF) des SCR-Partikelfilters (3) zwischen 250°C und 350°C;
- Druckdifferenz des Abgasmassenstroms (AP_SCR-PF) über den SCR-Partikelfilter (3) zwischen 3 bar und 7 bar; - NH3-Speichermenge (SM_SC-PF) im SCR-Partikelfilter (3) liegt über einem vordefinierten Schwellenwert;
- NPh-Zugabemenge eingeregelt auf einen, in Bezug zur
NOc-Konzentration im Abgas stromaufwärts des
SCR-Partikelfilters , stöchiometrischen Wert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
wobei die definierte NOx-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikelfilter (3) in einer Erhöhung oder einer Redu zierung der NOc-Konzentration besteht, die durch eine de finierte Reduzierung bzw. Erhöhung einer Abgasrückfüh rungsrate der ersten Abgasrückführungseinrichtung (2) und/oder der weiteren Abgasrückführungseinrichtung (8) eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die definierte Nfh-Konzentrationsänderung vor dem SCR-Partikelfilter (3) in einer definierten Erhöhung oder Reduzierung der Nfh-Konzentration besteht, die durch eine definierte Erhöhung bzw. Reduzierung der Zugabemenge der Nfh-Lösung (7d) mittels der Nfh-Zuführeinrichtung (7) ein gestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei beim Bewerten der innerhalb des festgelegten Zeit fensters (TW) gemessenen NOc-Konzentrationsänderung und/oder Nfh-Konzentrationsänderung nach dem SCR-Partikelfilter (3) , ein jeweiliger, innerhalb des definierten Zeitfensters (TW) erreichter Maximalwert oder Minimalwert der Konzentrati onsänderung und/oder ein innerhalb des definierten Zeit fensters (TW) ermittelter Gradient der Konzentrationsän derung als Konzentrations-Vergleichswertes (VgW) herange zogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass im Rahmen der NH3- und/oder NOx-Konzentra- tionsänderung eine Konzentrationserhöhung und eine unmit telbar darauf folgende Konzentrationsreduzierung erfolgt, wobei nach der Konzentrationserhöhung für eine bestimmte erste Zeitdauer die Konzentrationsreduzierung auf einen derart gewählten Wert und für eine derart gewählte zweite Zeitdauer erfolgt, sodass ein sich über die Dauer der Konzentrationserhöhung und der Konzentrationsreduzierung hinweg ergebender Mittelwert der NH3- und/oder NOx-Konzentra- tion, dem vor der Konzentrationserhöhung vorherrschenden Wert der NH3- und/oder NOx-Konzentration entspricht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei zum Messen der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom (10) jeweils ein kombinierter Konzentra tionssensor (6) eingesetzt wird, der die NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung in einem kombinierten Konzent rationsmesssignal (110) zusammenfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass das jeweilige festgelegte Zeitfenster (TW) eine Dauer von kleiner gleich 5 Sekunden, insbesondere kleiner gleich 3 Sekunden aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass nach dem Diagnostizieren des
SCR-Partikelfilter (3) , die gezielte, definierte NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts des SCR-Partikelfilters (3) zurückgenommen wird und der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit vom Diag noseergebnis wieder in den normalen Arbeits-Betriebsmodus (BP_Norm) überführt und weiter betrieben wird oder auf einen Notbetrieb (BP Not) beschränkt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass ein zusätzlicher Konzentrationssensor (5) (5), im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts vor dem
SCR-Partikelfilter (3) , angeordnet ist, mit dem ein zu der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung im Abgasmassenstrom (10) vor dem SCR-Partikelfilter (3) korrelierendes zweites Konzentrationsmesssignal (100) bereitgestellt wird, wobei der zur Bewertung der gemessenen NH3- und/oder NOx-Konzentra- tionsänderung nach dem SCR-Partikelfilter (3) herangezogene Konzentrations-Vergleichswert (VgW) , den jeweiligen, in nerhalb des definierten Zeitfensters (TW) ermittelten NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderungen nach und vor dem SCR-Partikelfilter (3) basiert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die, innerhalb des definierten Zeitfensters ermittelten, Werte der NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderungen zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder die Gradienten dieser Kon zentrationsänderungen, jeweils vor und nach dem
SCR-Partikelfilter (3) miteinander verglichen oder zuei nander ins Verhältnis gesetzt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung eine Konzentrati onserhöhung und eine unmittelbar darauf folgende Konzent rationsreduzierung aufweist und die Werte und oder die Gradienten der Konzentrationserhöhung und der Konzentra tionsreduzierung jeweils nach und vor dem SCR-Partikelfilter (3) in Kombination miteinander zur Bewertung der gemessenen NH3- und/oder NOx-Konzentrationsänderung nach dem
SCR-Partikelfilter (3) herangezogen werden.
14. Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, die einen in einer Abgasleitung (1) angeordneten
SCR-Partikelfilter (3) und zumindest eine Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder
NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter (3) , und zumindest einen ersten Konzentrationssensor (6), zum Messen der NH3- und/oder NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom (10) stromabwärts nach dem SCR-Partikelfilter (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungsanlage eine elektronische Rechen- und Steuereinheit (15) aufweist, die eingerichtet ist zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOc-Konzentration im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts des SCR-Partikelfilter (3) mittels zumindest einer der Ein richtungen zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration und zur Erfassung eines von dem zumindest einen Konzentrationssensor (6) ausgegebenen ersten Konzentrationsmesssignals (110), wobei die elektronische Rechen- und Steuereinheit (15) weiterhin dazu eingerichtet ist, das Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehand lungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß einem der An sprüche 1 bis 10 auszuführen.
15. Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, dass sie einen, im Abgasmassenstrom (10) vordem SCR-Partikelfilter (3) angeordneten zusätzlichen Konzent rationssensor (5) zum Messen der NH3- und/oder
NOc-Konzentration vor dem SCR-Partikelfilter (3) aufweist, wobei die elektronische Rechen- und Steuereinheit (15) dazu eingerichtet ist, das Verfahren zum Betreiben einer Ab gasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 auszuführen.
16. Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Einrichtung zum gezielten, definierten Verändern der NH3- und/oder NOx-Konzentration im Abgasmassenstrom (10) stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter (3) , eine
NH3-Zuführeinrichtung (7) für die Zuführung einer Nfh-Lösung (7d) in die Abgasleitung (1) und/oder eine von der Abgas leitung (1) stromaufwärts vor dem SCR-Partikelfilter (3) abzweigende erste Abgasrückführungseinrichtung (2) und/oder eine von der Abgasleitung (1) stromabwärts nach dem
SCR-Partikelfilter (3) abzweigende weitere Abgasrückfüh rungseinrichtung (8) aufweist.
17. Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Rechen- und Steuereinheit (15) integraler Bestandteil einer zentralen Steuereinheit (16) der Brennkraftmaschine ist und das aus zuführende Verfahren Teil eines On-Board-Diagnose-Systems zur Überwachung der abgasrelevanten Funktionseinheiten der Brennkraftmaschine im bestimmungsgemäßen Betrieb ist.
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