DE102009000148A1 - Verfahren zum Überprüfen eines Oxydationskatalysators und Abgasnachbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Überprüfen eines Oxydationskatalysators und Abgasnachbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (71) zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines von Abgas (43, 49) einer Brennkraftmaschine (11) durchströmten Oxidationskatalysators (29), bei dem eine erste Sensorgröße (x, y), die eine Zusammensetzung des in den Oxidationskatalysator (29) einströmenden Abgases (43) charakterisiert, und eine zweite Sensorgröße (x, y), die eine Zusammensetzung des aus dem Oxidationskatalysator (29) ausströmenden Abgases (49) charakterisiert, erfasst wird. Um ein Verfahren (71) zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Oxidationskatalysators (29) anzugeben, mit dem die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) genauer und zuverlässiger ermittelt werden kann, wird vorgeschlagen, dass die erste Sensorgröße (x, y), mittels eines ersten in einer Strömungsrichtung des Abgases vor dem Oxidationskatalysator angeordneten Mischpotenialsensors (45, 47) und die zweite Sensorgröße (x, y) mittels eines in der Strömungsrichtung hinter dem Oxidationskatalysator (29) angeordneten zweiten Mischpotentialsensors (51, 53) erfasst werden und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) durch Vergleichen (92) der ersten Sensorgröße (x, y) mit der zweiten Sensorgröße (x, y) ermittelt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines von Abgasen einer Brennkraftmaschine durchströmten Oxidationskatalysators mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
  • Aus der DE 199 26 149 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen einer Schädigung eines NOx-Speicherkatalysators bekannt. Bei Ausführung dieses Verfahrens wird mittels eines Gassensors ein Verlauf der Konzentration wenigstens einer Gaskomponente während und nach dem Wechsel eines Arbeitsmodus einer Brennkraftmaschine erfasst und der Verlauf mit einem Sollverlauf verglichen. Weicht der erfasste Verlauf von dem Sollverlauf ab, dann wird der NOx-Speicherkatalysator als geschädigt beurteilt.
  • Dieses Verfahren beruht darauf, dass die hinter dem der Speicherkatalysator erfasst Konzentration der Gaskomponente auf die Änderung des Arbeitsmodus der Brennkraftmaschine nicht sprungartig, sondern mit einem sich kontinuierlich ändernden Verlauf der Abgaskomponente reagiert. Dieser kontinuierliche Verlauf wird von Speichereffekten innerhalb des Speicherkatalysators verursacht. Das bekannte Verfahren kann in entsprechender Weise auch zum Überprüfen eines 3-Wege-Katalysators angewendet werden, da ein defekter Drei-Wege-Katalysator im Gegensatz zu einem voll funktionsfähigen Drei-Wege-Katalysator eine relativ geringe Sauerstoff-Speicherfähigkeit aufweist und weil die Sauerstoff-Speicherungsfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators beispielsweise mit einer Lambda-Sonde überprüft werden kann.
  • Allerdings weisen Oxidationskatalysatoren im Gegensatz zu Speicherkatalysatoren oder Drei-Wege-Katalysatoren keine bedeutende Speichereffekte auf, so dass eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Oxidationskatalysatoren anhand der Speicherungsfähigkeit beziehungsweise durch Auswertung eines erfassten Verlaufs der Konzentration der Gaskomponente praktisch nicht realisierbar ist.
  • Es ist bekannt, die Funktionsfähigkeit eines Oxidationskatalysators dadurch zu überprüfen, dass eine aufgrund von chemischen Reaktionen innerhalb des Oxidationskatalysators frei werdende Reaktionswärme erfasst wird und der Oxidationskatalysator als geschädigt beurteilt wird, wenn eine durch die Reaktionswärme verursachte Erwärmung des durch den Oxidationskatalysator strömenden Abgases zu gering ist. Dieses Verfahren beruht darauf, dass mit zunehmender Alterung des Oxidationskatalysators eine Anzahl aktiver Zentren innerhalb des Oxidationskatalysators zurückgeht und somit die chemischen Reaktionen in einem geringeren Umfang stattfinden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass lediglich ein indirekter Zusammenhang zwischen der Erwärmung des Abgases und der Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators besteht, so dass das Verfahren die Funktionsfähigkeit relativ ungenau ermittelt. Es besteht somit die Gefahr, dass ein funktionsfähiger Oxidationskatalysator fälschlicherweise als defekt erkannt wird oder dass ein defekter Oxidationskatalysator fälschlicherweise als funktionsfähig erkannt wird.
  • Die WO 01/23730 A2 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Mischpotentialsensors, bei dem durch entsprechendes Ansteuern des Mischpotentialsensors eine hohe Selektivität gegenüber einzelnen Komponenten von Abgas, dem der Mischpotentialsensor ausgesetzt ist, ermöglicht wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Oxidationskatalysators anzugeben, mit dem die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators genauer und zuverlässiger ermittelt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der zeitliche Verlauf einer mittels eines Gassensors erfassten Größe wegen der bei einem Oxidationskatalysator allenfalls unwesentlichen oder schwer messbaren Speichereffekte keine zuverlässige Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators erlaubt. Darüber hinaus basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass Mischpotentialsensoren eine Erfassung von Konzentrationen von Abgasbestandteilen erlauben, die für eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators relevant sind, wobei Momentanwerte von den beiden Sensorgrößen, die von dem ersten Mischpotentialsensor und dem zweiten Mischpotentialsensor erfasst worden sind, miteinander verglichen werden müssen. Hierbei werden vorzugsweise mindestens ein Momentanwert der ersten Sensorgröße und/oder mindestens ein Momentanwert der zweiten Sensorgröße erfasst.
  • Insgesamt kann der Oxidationskatalysator bei Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich seiner Effizienz und seines Alterungszustands überwacht werden und gegebenenfalls die Funktionsfähigkeit beziehungsweise eine Funktionsunfähigkeit des Oxidationskatalysators erkannt werden. Umgekehrt kann bei bekanntem Alterungszustand in Abhängigkeit von den Sensorsignalen eine Temperatur des Oxidationskatalysators beispielsweise unter Verwendung eines Modells für den Oxidationskatalysator geschätzt werden.
  • Es können verschiedene Arten von Mischpotentialsensoren eingesetzt werden. Bevorzugt ist jedoch, dass es sich bei dem ersten Mischpotentialsensor und/oder bei dem zweiten Mischpotentialsensor um einen Sensor für im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe handelt. Dementsprechend ist in Bezug auf die Verfahrensaspekte bevorzugt, dass die erste Sensorgröße eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas vor dem Katalysator enthaltenen Kohlenwasserstoffen und die zweite Sensorgröße eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas hinter dem Oxidationskatalysator ausströmenden Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen charakterisiert.
  • Hierbei ist bevorzugt, dass beim Vergleichen der beiden Sensorgrößen miteinander eine erste Größe ermittelt wird, die eine Reaktionsrate einer im Katalysator stattfindenden Oxidation der Kohlenwasserstoffe charakterisiert, und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators erkannt wird, wenn die Größe in einem vorgegebenen ersten Bereich liegt, vorzugsweise wenn die erste Große mindestens so groß ist wie ein vorgegebener erster Schwellwert, der die untere Grenze eines nach oben offenen Bereichs bildet. Hierdurch wird überprüft, ob ein hinreichend großer Umsatz der Kohlenwasserstoffe im Oxidationskatalysator stattfindet. Sollte die erste Größe außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegen oder kleiner sein als der erste Schwellwert, dann wird der Oxidationskatalysator als funktionsunfähig beurteilt.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist bevorzugt, dass die erste Sensorgröße eine Konzentration an Stickstoffdioxid, an Stickoxiden oder einen Anteil des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden im Abgas vor dem Oxidationskatalysator charakterisiert und/oder dass die zweite Sensorgröße eine Konzentration an Stickstoffdioxid, an Stickoxiden oder einen Anteil des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden im Abgas hinter dem Oxidationskatalysator charakterisiert. Hierdurch wird überprüft, ob der Katalysator eine Oxidation von Stickstoffmonoxid zu dem Stickstoffdioxid noch ausreichend zu unterstützen vermag oder ob er diese Funktion bereits zu weitgehend eingebüßt hat. Der erste und/oder der zweite Mischpotentialsensor können dementsprechend als Stickoxidsensoren ausgebildet sein.
  • Hierbei ist bevorzugt, dass beim Vergleichen der beiden Sensorgrößen miteinander eine zweite Größe ermittelt wird, die eine Veränderung des Anteils des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden charakterisiert, die aufgrund von chemischen Reaktionen im Oxidationskatalysator auftritt, und dass der Oxidationskatalysator als funktionsfähig beurteilt wird, wenn die zweite Größe innerhalb eines vorgegebenen zweiten Bereichs liegt. Der Oxidationskatalysator wird vorzugsweise dann als funktionsfähig beurteilt, wenn die zweite Größe mindestens so groß ist wie ein vorgegebener zweiter Schwellwert. Die zweite Größe charakterisiert also die Änderung eines Verhältnisses zwischen dem Gehalt an Stickstoffdioxid und dem Gehalt an Stickoxiden im Abgas. Ein funktionsfähiger Oxidationskatalysator bewirkt, dass sich dieses Verhältnis erhöht und an einen von einer Temperatur des Abgases abhängigen chemischen Gleichgewichtswert annähert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Mischpotentialsensor und/oder der zweite Mischpotentialsensor zum Beeinflussen einer Empfindlichkeit desselben bezüglich der Kohlenwasserstoffe, des Stickstoffdioxids, der Stickoxide und/oder bezüglich des Anteils des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden angesteuert wird. Diese Ansteuerung erlaubt ein nacheinander erfolgendes, d. h. sequentielles Erfassen der Konzentrationen der genannten Bestandteile des Abgases. Abweichend hiervon können jedoch vor dem Oxidationskatalysator und/oder hinter dem Oxidationskatalysator jeweils mehrere Mischpotentialsensoren vorgesehen werden, deren Empfindlichkeiten bezüglich der Bestandteile des Abgases unterschiedlich sind. Sind beispielsweise mehrere erste Mischpotentialsensoren vorgesehen, können die einzelnen Bestandteile des in den Oxidationskatalysator einströmenden Abgases durch Auswerten der einzelnen Sensorsignale ermittelt werden. In entsprechender Weise können auch mehrere zweite Mischpotentialsensoren vorgesehen werden, und die Bestandteile des Abgases können simultan analysiert werden. Anstelle mehrerer Mischpotentialsensoren kann auch ein einziger Mischpotentialsensor mit mehreren Sensorelementen, die bezüglich der Kohlenwasserstoffe und/oder des Stickstoffdioxids und/oder der Stickoxide und/oder bezüglich des Anteils des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen, vorgesehen werden.
  • Bevorzugt ist auch, dass eine Abgastemperatur des in den Oxidationskatalysator einströmenden Abgases und/oder des aus dem Oxidationskatalysator ausströmenden Abgases ermittelt oder erfasst wird und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators in Abhängigkeit von der Abgastemperatur überprüft wird. Durch die Berücksichtigung der Abgastemperatur beim Überprüfen der Funktionsfähigkeit wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter verbessert. Insbesondere wird vermieden, dass der Oxidationskatalysator als nicht funktionsfähig beurteilt wird, wenn er mit einer relativ niedrigen Abgastemperatur betrieben wird, die insbesondere geringer ist als eine Light-off-Temperatur des Oxidationskatalysators ist. Zum Erfassen der Abgastemperatur kann ein vor dem Oxidationskatalysator oder hinter dem Oxidationskatalysator angeordneter Temperatursensor verwendet werden. Zum Ermitteln der Abgastemperatur kann ein empirisches und/oder physikalisches Modell eingesetzt werden, das aus Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere eines in einem Brennraum der Brennkraftmaschine stattfindenden Verbrennungsprozess, die Abgastemperatur ermittelt.
  • Es ist bevorzugt, dass der erste Bereich beziehungsweise der erste Schwellwert und/oder der zweite Bereich beziehungsweise der zweite Schwellwert in Abhängigkeit von der Abgastemperatur vorgegeben wird.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere dann erreicht, wenn das Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 realisiert wird.
  • Hierbei ist bevorzugt, dass das Steuergerät für die Brennkraftmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das Steuergerät kann einen programmierbaren Rechner mit einem Programmspeicher aufweisen, der zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist.
  • Ferner kann der erste Mischpotentialsensor und/oder der zweite Mischpotentialsensor der Abgasnachbehandlungsanordnung als ein Sensor für Kohlenwasserstoffe und/oder als ein Sensor für Stickoxide ausgebildet sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
  • 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen eines Oxidationskatalysators der Brennkraftmaschine aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 3 ein Diagramm eines Zusammenhangs zwischen einer Temperatur des Oxidationskatalysators und einem Umsatz an Kohlenwasserstoffen;
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen des Oxidationskatalysators gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
  • 5 ein Diagramm eines Zusammenhangs zwischen einer Temperatur des Oxidationskatalysators und einem Stickstoffdioxidanteil im Abgas.
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 11 mit einer Abgasnachbehandlungsanordnung 13. Die Brennkraftmaschine 11 weist einen Motorblock 15 mit Aktoren und/oder Sensoren auf, die mit einer als ein Steuergerät 17 ausgebildeten Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine 11 verbunden sind. An dem Motorblock 15 ist ein Saugrohr 19 zum Ansaugen von Luft (Pfeil 21) in Brennräume (nicht gezeigt) des Motorblocks 15 angeordnet. Je nach genauer Ausführung der Brennkraftmaschine 11 können im Saugrohr 19 verschiedene Teile eines in 1 nicht dargestellten Luftsystems der Brennkraftmaschine 11 angeordnet sein. Das Luftsystem kann Sensoren zum Erfassen verschiedener Zustandsgrößen der Luft 21, wie beispielsweise einen Luftmassenstrom, eine Lufttemperatur und/oder einen Luftdruck aufweisen. Zudem kann im Luftsystem eine Drosselvorrichtung zum Beeinflussen des Luftmassenstroms vorgesehen sein. Ferner kann im Saugrohr 19 ein Verdichter des Luftsystems zum Verdichten der dem Motorblock 15 zugeführten Luft 21 angeordnet sein, wobei der Verdichter wiederum einen Teil eines Abgasturboladers bilden kann.
  • Ferner weist die Brennkraftmaschine 11 ein Abgasrohr 23 auf, wobei ein erster Abschnitt 25 des Abgasrohrs 23 an dem Motorblock 15 zum Ableiten eines in den Brennräumen des Motorblocks 15 befindlichen Abgases angeschlossen ist. Zwischen dem ersten Abschnitt 25 und einem zweiten Abschnitt 27 des Abgasrohrs 23 ist ein Oxidationskatalysator 29 der Abgasnachbehandlungsanordnung 13 angeordnet. Ein Ausgang des Oxidationskatalysators 29 ist über den zweiten Abschnitt 27 des Abgasrohrs 23 mit einem Eingang eines Partikelfilters 33 der Abgasnachbehandlungsanordnung 13 verbunden. Außerdem weist die Abgasnachbehandlungsanordnung 13 einen SCR-Katalysator 35, das heißt einen Katalysator zum Durchführen einer selektiven katalytischen Reaktion (SCR) auf. Der SCR-Katalysator 35 ist eingangsseitig über einen dritten Abschnitt 37 des Abgasrohrs 23 mit einem Ausgang des Partikelfilters 33 verbunden. An einem Ausgang des SCR- Katalysators 35 befindet sich ein vierter Abschnitt 39 des Abgasrohrs 23. In den dritten Abschnitt 37 des Abgasrohrs 23 ragt ein vom Steuergerät 17 steuerbares Einspritzventil 41 zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung hinein. Ein Aktor des Einspritzventils 41 ist mit einem Ausgang des Steuergeräts 17 verbunden.
  • Am ersten Abschnitt 25 des Abgasrohrs 23 sind erste Mischpotentialsensoren zum Analysieren von in den Oxidationskatalysator 29 einströmenden Abgas (Pfeil 43) angeordnet. Die ersten Sensoren umfassen einen Mischpotentialsensor, der vor allem bezüglich Kohlenwasserstoffe empfindlich ist und im Folgenden kurz als erster HC-Sensor 45 bezeichnet wird. Der HC-Sensor 45 übergibt eine Sensorgröße x1, die eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen im einströmenden Abgas 43 charakterisiert, an einen Eingang des Steuergeräts 17. Ferner umfassen die ersten Mischpotentialsensoren einen ersten umschaltbaren Mischpotentialsensor 47, der mittels eines ersten Steuersignals c1 zwischen einer ersten Betriebsart zum Erfassen einer Konzentration von Stickstoffdioxid (NO2) im einströmenden Abgas 43 und einer zweiten Betriebsart zum Erfassen einer Konzentration von Stickstoffmonoxid (NO) im einströmenden Abgas 43 umschaltbar ist. Mittels des ersten umschaltbaren Mischpotentialsensors 47 können die Bestandteile NO2 und NO separat nacheinander detektiert werden. Ein Steuereingang des ersten umschaltbaren Mischpotentialsensors 47 zum Anlegen des ersten Steuersignals c1 ist mit einem Ausgang des Steuergeräts 17 verbunden. Ein Messausgang des ersten Mischpotentialsensors 47 zum Ausgeben einer weiteren Sensorgröße y1 ist mit einem Eingang des Steuergeräts 17 verbunden. Abweichend hiervon kann anstelle des umschaltbaren ersten Mischpotentialsensors 47 auch ein Mischpotentialsensor eingesetzt werden, der die beiden Bestandteile NO2 und NO gleichzeitig detektieren kann. Ein solcher Mischpotentialsensor kann beispielsweise zwei Sensorelemente aufweisen, die jeweils zum Detektieren von NO2 und NO ausgebildet sind.
  • Der zweite Abschnitt 27 des Abgasrohrs 23 weist zweite Mischpotentialsensoren zum Analysieren von aus dem Oxidationskatalysator 29 ausströmendem Abgas (Pfeil 49) auf. Die zweiten Sensoren umfassen einen Mischpotentialsensor, der für in dem ausströmenden Abgas 49 enthaltene Kohlenwasserstoffe empfindlich ist und im Folgenden kurz als zweiter HC-Sensor 51 bezeichnet wird. Ein Ausgang des zweiten HC-Sensors 51 zum Ausgeben einer weiteren Sensorgröße x2, die eine Konzentration an Kohlenwasserstoffen im ausströmenden Abgas 49 charakterisiert, ist mit einem entsprechenden Eingang des Steuergeräts 17 verbunden. Außerdem umfassen die zweiten Sensoren einen zweiten umschaltbaren Mischpotentialsensor 53, der denselben Aufbau aufweist wie der erste umschaltbare Mischpotentialsensor 47 und somit wahlweise eine Konzentration von NO2 oder eine Konzentration von NO in dem ausströmenden Abgas 49 erfassen kann. Ein Eingang zum Zuleiten eines zweiten Steuersignals c2 zum Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten des zweiten umschaltbaren Mischpotentialsensors 53 ist mit einem Ausgang des Steuergeräts 17 verbunden. Ein Ausgang des zweiten umschaltbaren Mischpotentialsensors 53 zum Ausgeben einer Sensorgröße y2, die die Konzentration von NO2 beziehungsweise NO charakterisiert, ist mit einem Eingang des Steuergeräts 17 verbunden. Die beiden umschaltbaren Mischpotentialsensoren 47, 53 können mit einem Verfahren ähnlich dem in der WO 01/23730 A2 beschriebenen Verfahren betrieben werden.
  • Außer den ersten Mischpotentialsensoren 45, 47 und den zweiten Mischpotentialsensoren 51, 53 weist die Abgasnachbehandlungsanordnung 13 am ersten Abschnitt 25 des Abgasrohrs 23 einen Temperatursensor 55 zum Erfassen einer Temperatur T des in den Oxidationskatalysator 29 einströmenden Abgases 43 auf. Ein Ausgang des Temperatursensors 55 zum Ausgeben einer weiteren Sensorgröße, die die Abgastemperatur T charakterisiert, ist mit einem Eingang des Steuergeräts 17 verbunden. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der Temperatursensor 55 nicht vorhanden.
  • Abweichend von der gezeigten Ausführungsform können die ersten Mischpotentialsensoren 45, 47 und/oder die zweiten Mischpotentialsensoren 51, 53 auch durch eine andere Sensorkonfiguration gebildet sein. Beispielsweise können getrennte Mischpotentialsensoren für die Kohlenwasserstoffe und die NO2- und NO-Anteile an den der Stickoxiden im Abgas, so dass im ersten Abschnitt 25 und im zweiten Abschnitt 27 jeweils drei Mischpotentialsensoren vorhanden sind. Es ist auch denkbar, dass zumindest einer der umschaltbaren Mischpotentialsensoren 47, 53 derart umschaltbar sind, dass er entweder die Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide detektieren kann. Außerdem kann vorgesehen werden, dass der erste Abschnitt 25 als Mischpotentialsensor lediglich den ersten HC-Sensor 45 und der zweite Abschnitt 27 als Mischpotentialsensor lediglich den zweiten HC-Sensor 51 aufweist. Umgekehrt können als Mischpotentialsensoren lediglich die beiden umschaltbaren Mischpotentialsensoren 47, 53 vorgesehen werden und die beiden HC-Sensoren 45, 51 entfallen. In diesem Fall ist nur eine Analyse der Stickoxide möglich.
  • Darüber hinaus kann der Aufbau der Abgasnachbehandlungsanordnung 13 variiert werden. Beispielsweise kann an einer geeigneten Stelle des Abgasrohrs 23 ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet werden. Der SCR-Katalysator 35 kann insbesondere in diesem Fall entfallen.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 11 strömt ihr Abgas in den Oxidationskatalysator 29 ein. Dort werden insbesondere unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Kohlenmonoxid (CO) durch Oxidation zu CO2 und Wasser konvertiert. Das aus dem Oxidationskatalysator 29 ausströmende Abgas 49 gelangt in den zweiten Abschnitt 27 des Abgasrohrs 23 und von dort in den Partikelfilter 33, der im Abgas vorhandene Partikel entfernt. Das Abgas verlässt den Partikelfilter 33 und strömt in den dritten Abschnitt 37 des Abgasrohrs 23 ein. Dort wird dem Abgas mittels des Einspritzventils 41 eine wässrige Harnstofflösung beigemischt, bevor es in den SCR-Katalysator 35 gelangt. Der SCR-Katalysator 35 reduziert im Abgas 49 hinter dem Oxidationskatalysator 29 enthaltene Stickoxide. Schließlich verlässt das nachbehandelte Abgas über den vierten Abschnitt 39 des Abgasrohrs 23 die Abgasnachbehandlungsanordnung 13 und wird vorzugsweise über einen oder mehrere Schalldämpfer (nicht gezeigt) an die Umgebung abgegeben.
  • Durch Alterungseinflüsse nimmt die Konvertierungsfähigkeit des Oxidationskatalysators 29 mit der Zeit ab. Um einen schadstoffarmen Betrieb der Brennkraftmaschine 11 zu gewährleisten, überprüft das Steuergerät 17 regelmäßig, ob der Oxidationskatalysator 29 noch ausreichend funktionsfähig ist. Stellt sich bei dieser Überprüfung heraus, dass der Oxidationskatalysator 29 nicht mehr ausreichend funktionsfähig ist, kann das Steuergerät 17 eine geeignete Aktion durchführen. Beispielsweise kann es diesen Fehler innerhalb eines Kraftfahrzeugs, in das die Brennkraftmaschine 11 eingebaut ist, Weitermelden, so dass der Fehler dem Fahrer angezeigt werden kann. Zudem kann der Fehler auch in einem Fehlerspeicher, der beispielsweise im Steuergerät 17 vorhanden ist, vermerkt werden, so dass eine fehlende Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators 29 bei einer Wartung des Kraftfahrzeugs gemeldet werden kann.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens 71 zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators 29. Nach einem Start 73 des Verfahrens 71 wird in einem Schritt 75 die von dem ersten HC-Sensor 45 erzeugte erste Sensorgröße x1, die eine Konzentration der Kohlenwasserstoffe im einströmenden Abgas 43 charakterisiert, vom Steuergerät 17 erfasst. Anschließend erfasst das Steuergerät 17 in einem Schritt 77 die vom zweiten HC-Sensor 51 erzeugte Sensorgröße x2, welche die Konzentration an Kohlenwasserstoffen in aus dem Oxidationskatalysator 29 ausströmenden Abgas 49 charakterisiert. Nachdem die beiden Sensorgrößen x1, x2 erfasst worden sind, berechnet das Steuergerät 17 in einem Schritt 79 eine erste Größe Z1, die eine Reaktionsrate einer im Oxidationskatalysator 29 stattfindenden Oxidation der Kohlenwasserstoffe charakterisiert. Die erste Größe Z1 ist also ein Maß für den im Oxidationskatalysator 29 stattfindenden Umsatz an Kohlenwasserstoffen. In einer Ausgestaltung wird die Größe Z1 durch eine Subtraktion der beiden Sensorgrößen x1 und x2 voneinander, beispielsweise durch eine Berechnung Z1 = x1 – x2, ermittelt. Anschließend führt das Steuergerät 17 einen Schritt 81 aus, in dem die Abgastemperatur T mittels des Temperatursensors 55 erfasst wird. Abweichend hiervon kann vorgesehen werden, dass die Abgastemperatur T mittels eines empirischen und/oder physikalischen Modells der Brennkraftmaschine 11, das im Steuergerät 17 abgelegt sein kann, berechnet wird. In diesem Fall kann der Temperatursensor 55 weggelassen werden.
  • Anschließend wird in Abhängigkeit von der Abgastemperatur T ein zulässiger Bereich für die erste Größe Z1 ermittelt. In der gezeigten Ausführungsform wird der Bereich als einseitig nach oben offener Bereich durch einen ersten Schwellwert Th1 vorgegeben (Schritt 83). Durch das temperaturabhängige Vorgeben 83 des ersten Schwellwerts Th1 wird das temperaturabhängige Verhalten des Oxidationskatalysators 29 berücksichtigt.
  • In 3 ist diese Temperaturabhängigkeit der Reaktionsrate R von der Abgastemperatur T dargestellt. Die Reaktionsrate R ist hierbei in Prozent angegeben. Ein Wert von 100% entspricht einer vollständigen Oxidation der im einströmenden Abgas 43 enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Die Reaktionsrate R entspricht einem Umsatz an Kohlenwasserstoffen im Oxidationskatalysator 29 bezogen auf eine Zeiteinheit. Die Reaktionsrate R des neuen voll funktionsfähigen Oxidationskatalysators 29 ist als eine erste Kurve 85 dargestellt. Eine zweite Kurve 87 zeigt die Reaktionsrate R des gealterten, nicht mehr hinreichend funktionsfähigen Oxidationskatalysators 29. Ferner sind in dem in 3 gezeigten Diagramm Light-off-Temperaturen T0 des Oxidationskatalysators 29 eingezeichnet. Unter der Light-off-Temperatur T0 wird hier diejenige Abgastemperatur T verstanden, ab der der Oxidationskatalysator 29 50% der in ihn einströmenden Kohlenwasserstoffe zu oxidieren vermag. Man erkennt, dass sich bei der Alterung beziehungsweise beim Verschleiß des Oxidationskatalysators 29 die Light-off-Temperatur T0 erhöht. Der gealterte Oxidationskatalysator 29 ist somit nur für relativ hohe Abgastemperaturen T > T0 wirksam. Im Schritt 83 wählt das Verfahren 71 vorzugsweise einen solchen ersten Schwellwert Th1, der eine Reaktionsrate R charakterisiert, die für die im Schritt 81 erfasste Abgastemperatur T kleiner oder gleich einem durch die erste Kurve 85 vorgegebenen Wert ist. Insbesondere kann ein Wert gewählt werden, der zwischen den beiden Kurven 85, 87 liegt.
  • Anschließend vergleicht das Steuergerät 17 in einer Verzweigung 89 des Verfahrens 71 die erste Größe Z1 mit dem ersten Schwellwert Th1. Ist die erste Größe Z1 größer oder gleich dem ersten Schwellwert Th1 dann (Y) wird das Verfahren 71 beendet. Andernfalls (N) wird eine Fehlerbehandlungsroutine 91 ausgeführt, bevor das Verfahren 71 beendet wird. In der Fehlerbehandlungsroutine 91 kann der Fehler in einem Fehlerspeicher des Steuergeräts 17 vermerkt werden und/oder der Fehler dem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt werden.
  • Die Schritte 79, 81, 83 und 89 bilden eine Vergleichsoperation 92 zum Vergleichen der beiden Sensorgrößen x1 und x2 miteinander, die in der gezeigten Ausführungsform abhängig von der Abgastemperatur T arbeitet, in anderen Ausführungsform jedoch auch unabhängig von der Abgastemperatur T arbeiten kann.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens 71. Diese Ausführungsform beruht darauf, dass ein Verhältnis zwischen einer Konzentration des Stickstoffdioxids (NO2) und einer Konzentration sämtlicher Stickoxide (NOx) jeweils für das einströmende Abgas 43 und für das ausströmende Abgas 49 ermittelt wird. Ist ein Unterschied zwischen diesem Verhältnis beim einströmenden Abgas 43 und diesem Verhältnis beim ausströmenden Abgas 49 zu gering, dann wird auf die fehlende Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators 29 geschlossen.
  • Nach dem Start 73 des Verfahrens werden in einem Schritt 93 die beiden umschaltbaren Mischpotentialsensoren 47, 53 derart eingestellt, dass sie eine besonders hohe Empfindlichkeit für NO2 aufweisen. Hierzu legt das Steuergerät 17 als die erste Steuergröße c1 beziehungsweise als die zweite Steuergröße c2 einen ersten Steuerwert a an die beiden umschaltbaren Mischpotentialsensoren 47, 53 an.
  • Anschließend erfasst das Steuergerät 17 in einem Schritt 95 die beiden Sensorgrößen y1 und y2, die die Konzentration des NO2 im einströmenden Abgas 43 beziehungsweise im ausströmenden Abgas 49 charakterisieren und legt diese als Zwischenwerte s1 beziehungsweise s2 ab.
  • In einem auf den Schritt 95 folgenden Schritt 97 des Verfahrens legt das Steuergerät 17 für die beiden Steuergrößen c1 und c2 einen zweiten Steuerwert b an, um die beiden Mischpotentialsensoren 47, 53 so einzustellen, dass sie für Stickstoffmonoxid eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweisen. Anschließend erfasst es die beiden Sensorgrößen y1 und y2, die nunmehr die Konzentration von Stickstoffmonoxid im einströmenden Abgas 43 beziehungsweise im ausströmenden Abgas 49 charakterisieren (Schritt 99).
  • Anschließend werden in einem Schritt 101 eine erste Kenngröße q1 für das einströmende Abgas 43 in Abhängigkeit von dem ersten Zwischenwert s1 und dem im Schritt 99 erfassten Sensorsignal y1 und eine zweite Kenngröße q2 für das ausströmende Abgas 49 in Abhängigkeit von dem zweiten Zwischenwert s2 und der im Schritt 99 erfassten Sensorgröße y2 berechnet. Hierbei charakterisiert die erste Kenngröße q1 das Verhältnis zwischen der Konzentration des NO2 und der Konzentration sämtlicher Stickoxide im einströmenden Abgas 43, und die zweite Kenngröße q2 charakterisiert dieses Verhältnis für das ausströmende Abgas 49.
  • Danach wird in Abhängigkeit von den beiden Kenngrößen q1 und q2, vorzugsweise durch Subtraktion dieser Kenngrößen voneinander, eine zweite Größe Z2 berechnet, die eine Änderung dieses Verhältnisses durch den Oxidationskatalysator 29, das heißt einen Unterschied zwischen den Verhältnissen zwischen NO2 und den Stickoxiden charakterisiert (Schritt 103).
  • Die folgenden Schritte 81, 83, 89 und 91 entsprechen im Wesentlichen den mit denselben Bezugszeichen versehenen Schritten der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform des Verfahrens, allerdings wird im Schritt 89 nicht der erste Schwellwert Th1 mit der ersten Größe Z1, sondern ein zweiter Schwellwert Th2 mit der zweiten Größe Z2 verglichen. In der zweiten Ausführungsform umfasst die Vergleichsoperation 92 die Schritte 101, 103, 81, 83 und 89, wobei allerdings die Sensorgrößen y1 und y2 miteinander vergleichen werden. Auch in der zweiten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Vergleichsoperation unabhängig von der Abgastemperatur T arbeitet.
  • Zum Ermitteln des zweiten Schwellwerts Th2 kann berücksichtigt werden, dass ein chemisches Gleichgewicht zwischen dem Stickstoffmonoxid und dem Stickstoffdioxid bezüglich der Reaktion 2NO + O2 = 2NO2 von der Abgastemperatur T beziehungsweise einer Temperatur des Oxidationskatalysators 29 abhängt. Dieser Zusammenhang ist in 5 dargestellt. Auf der x-Achse des in 5 gezeigten Diagramms ist die Abgastemperatur T und auf der y-Achse ein Anteil S des NO2 an den Stickoxiden im ausströmenden Abgas 49 aufgetragen. Eine dritte Kurve 105 gibt die Werte des Anteils S und der Abgastemperatur T an, bei denen das chemische Gleichgewicht vorliegt. Eine vierte Kurve 107 zeigt den Anteil S im ausströmenden Abgas für den neuen, voll funktionsfähigen Oxidationskatalysator 29, wohingegen eine fünfte Kurve 109 den Anteil S für den gealterten, nicht mehr hinreichend funktionsfähigen Oxidationskatalysator 29 zeigt. Beim gealterten Oxidationskatalysator 29 wird ein dem chemischen Gleichgewicht 105 entsprechender Anteil S erst bei einer relativ hohen Abgastemperatur T erreicht.
  • Beim Ausführen des Verfahrens 71 gemäß der zweiten Ausführungsform wird der zweite Schwellwert Th2 vorzugsweise derart gewählt, das er einem Anteil S entspricht, der unterhalb der vierten Kurve 107, vorzugsweise zwischen der vierten Kurve 107 und der fünften Kurve 109 liegt.
  • Die in 5 durch die dritte Kurve 105 angegebene Lage des chemischen Gleichgewichts wird hauptsächlich durch die Abgastemperatur T und einer Sauerstoffkonzentration im Abgas bestimmt. Wird im aus dem Oxidationskatalysator 29 ausströmenden Abgas 49 eine Konzentration von Stickstoffdioxid (NO2) beispielsweise mittels des zweiten Mischpotentialsensors 53 gemessen, die auf dem chemischen Gleichgewicht (dritte Kurve 105) liegt, dann kann direkt auf die Temperatur des Oxidationskatalysators 29 und/oder die Abgastemperatur T geschlossen werden, wenn ein Alterungsgrad des Oxidationskatalysators 29 und die Sauerstoffkonzentration im Abgas bekannt ist. Die Sauerstoffkonzentration kann mittels eines Sensors erfasst werden.
  • Das Verfahren 71 kann regelmäßig wiederholt ausgeführt werden, so dass der Oxidationskatalysator 29 kontinuierlich überwacht werden kann. Das Verfahren 71 kann immer dann gestartet werden, wenn sich die Brennkraftmaschine 11 in einem stationären Betriebszustand, beispielsweise im Leerlauf, befindet. Die beiden Ausführungsformen des Verfahrens 71 können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die entsprechenden Varianten des Verfahrens nacheinander oder nebenläufig zueinander ausgeführt werden.
  • Insgesamt stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit zum Überprüfen des Oxidationskatalysators 29 bereit, welcher im Vergleich zu sonstigen in Kraftfahrzeugen verwendeten Katalysatoren relativ geringe Speichereffekte, insbesondere eine sehr geringe Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Oxidationskatalysators 29 liegt beispielsweise nur bei 1/10 bis höchstens 1/5 der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Drei-Wege-Katalysators.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Verfahren (71) zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines von Abgas (43, 49) einer Brennkraftmaschine (11) durchströmten Oxidationskatalysators (29), bei dem eine erste Sensorgröße (x1, y1), die eine Zusammensetzung des in den Oxidationskatalysator (29) einströmenden Abgases (43) charakterisiert, und eine zweite Sensorgröße (x2, y2), die eine Zusammensetzung des aus dem Oxidationskatalysator (29) ausströmenden Abgases (49) charakterisiert, erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensorgröße (x1, y1), mittels mindestens eines ersten in einer Strömungsrichtung des Abgases vor dem Oxidationskatalysator angeordneten Mischpotentialsensors (45, 47) und die zweite Sensorgröße (x2, y2) mittels mindestens eines in der Strömungsrichtung hinter dem Oxidationskatalysator (29) angeordneten zweiten Mischpotentialsensors (51, 53) erfasst werden und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) durch Vergleichen (92) der ersten Sensorgröße (x1, y1) mit der zweiten Sensorgröße (x2, y2) überprüft wird.
  2. Verfahren (71) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensorgröße (x1, y1) eine Konzentration von im in den Oxidationskatalysator (29) einströmenden Abgas (43) enthaltenen Kohlenwasserstoffen und die zweite Sensorgröße (x2, y2) eine Konzentration von im aus den Oxidationskatalysator (29) ausströmenden Abgas (49) enthaltenen Kohlenwasserstoffen charakterisiert.
  3. Verfahren (71) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleichen (92) der beiden Sensorgrößen (x1, x2) miteinander eine erste Größe (Z1) ermittelt wird, die eine Reaktionsrate (R) einer im Oxidationskatalysator (29) statt findende Oxidation der Kohlenwasserstoffe charakterisiert, und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) erkannt wird, wenn die erste Größe (Z1) in einem vorgegebenen ersten Bereich liegt, vorzugsweise wenn die erste Größe (Z1) mindestens so groß ist wie ein vorgegebener erster Schwellwert (Th1).
  4. Verfahren (71) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensorgröße (y1) eine Konzentration an Stickstoffdioxid, an Stickoxiden oder einen Anteil des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden im in den Oxidationskatalysator (29) einströmenden Abgas (43) charakterisiert und/oder dass die zweite Sensorgröße (y2) eine Konzentration an Stickstoffdioxid, an Stickoxiden oder einen Anteil des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden im aus dem Oxidationskatalysator (29) ausströmenden Abgas (49) charakterisiert.
  5. Verfahren (71) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleichen (92) der beiden Sensorgrößen (y1, y2) miteinander eine zweite Größe (Z2) ermittelt wird, die eine Veränderung des Anteils des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden durch den Oxidationskatalysator (29) charakterisiert, und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) erkannt wird, wenn die zweite Größe (Z2) innerhalb eines vorgegebenen zweiten Bereichs liegt, vorzugsweise wenn die zweite Größe mindestens so groß ist wie ein vorgegebener zweiter Schwellwert (Th2).
  6. Verfahren (71) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mischpotentialsensor (45, 47) und/oder der zweite Mischpotentialsensor (51, 53) zum Beeinflussen einer Empfindlichkeit desselben bezüglich der Kohlenwasserstoffe, des Stickstoffdioxids, der Stickoxide und/oder bezüglich des Anteils des Stickstoffdioxids an den Stickoxiden angesteuert wird.
  7. Verfahren (71) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgastemperatur (T) des in den Oxidationskatalysator (29) einströmenden Abgases (43) und/oder des aus dem Oxidationskatalysator (29) ausströmenden Abgases (49) ermittelt oder erfasst wird und dass die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) in Abhängigkeit von der Abgastemperatur (T) überprüft wird.
  8. Verfahren (71) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich bzw. der erste Schwellwert (Th1) und/oder der zweite Bereich bzw. der zweite Schwellwert (Th2) in Abhängigkeit von der Abgastemperatur (T) vorgegeben wird.
  9. Steuergerät (17) zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine (11) mit einem von Abgas (43, 49) der Brennkraftmaschine (11) durchströmten Oxidationskatalysator (29) wobei das Steuergerät (17) zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) sowie zum Erfassen einer erste Sensorgröße (x1, y1), die eine Zusammensetzung des in den Oxidationskatalysator (29) einströmenden Abgases charakterisiert, und einer zweite Sensorgröße (x2, y2), die eine Zusammensetzung des aus dem Oxidationskatalysator (29) ausströmenden Abgases (49) charakterisiert, eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das das Steuergerät (17) eingerichtet, vorzugsweise programmiert ist: zum Erfassen der ersten Sensorgröße (x1, y1), mittels mindestens eines ersten in einer Strömungsrichtung des Abgases vor dem Oxidationskatalysator angeordneten Mischpotentialsensors (45, 47), zum Erfassen der zweiten Sensorgröße (x2, y2) mittels mindestens eines in der Strömungsrichtung hinter dem Oxidationskatalysator (29) angeordneten zweiten Mischpotentialsensors (51, 53) und zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (29) durch Vergleichen (92) der ersten Sensorgröße (x1, y1) mit der zweiten Sensorgröße (x2, y2).
  10. Steuergerät (17) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Mischpotentialsensor und/oder bei dem zweiten Mischpotentialsensor um einen Mischpotentialsensor (45, 51) für Kohlenwasserstoffe und/oder um einen Mischpotentialsensor (51, 53) für Stickoxide handelt.
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