DE102012221901A1

DE102012221901A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012221901A1
Application number: DE201210221901
Authority: DE
Inventors: Arthur Bastoreala; Torsten Handler; Tobias Pfister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) für eine Brennkraftmaschine (12), wobei die Abgasanlage (10) mindestens einen Kohlenwasserstoffsensor (40) aufweist, und wobei zumindest zeitweise ein Harnstoff enthaltendes Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung (31) in die Abgasanlage (10) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Diagnosebetriebsart, in der der Abgasanlage (10) keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre durch die Brennkraftmaschine (12) zugeführt wird, ein Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) erfasst wird, und dass aus dem Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) auf einen Betriebszustand des Kohlenwasserstoffsensors (40) geschlossen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, wobei die Abgasanlage mindestens einen Kohlenwasserstoffsensor aufweist, und wobei zumindest zeitweise ein Harnstoff enthaltendes Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung in die Abgasanlage eingebracht wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Eine kontinuierliche Verschärfung von Gesetzen im Bereich der Diagnose emissionsrelevanter Bauteile von Brennkraftmaschinen erfordert beispielsweise im Rahmen der sogenannten Onboard-Diagnose (OBD) eine Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie der eingesetzten Sensorik auf sogenannte OBD-Grenzwerte.
Bei Abgasanlagen, welche einen Kohlenwasserstoffsensor aufweisen, muss die Funktion des Kohlenwasserstoffsensors entsprechend der Gesetzgebung ebenfalls überwacht werden, weil der Sensor eine emissionsrelevante Komponente des Abgassystems darstellt.
Da nennenswerte Mengen von Kohlenwasserstoffen in einer Abgasanlage üblicherweise nur kurz nach einem Kaltstart einer der Abgasanlage zugeordneten Brennkraftmaschine auftreten, sind die Möglichkeiten zur Diagnose des Kohlenwasserstoffsensors bei herkömmlichen Systemen stark begrenzt. Üblicherweise ist während des genannten Kaltstarts nachteilig jedoch noch keine ordnungsgemäße Funktion des Kohlenwasserstoffsensors gegeben, so dass eine Überprüfung der Funktion des Kohlenwasserstoffsensors während des Kaltstarts nicht möglich ist.
Darüber hinaus liegen in einer ordnungsgemäß funktionierenden Abgasanlage insbesondere nach Katalysator light-off üblicherweise keine wesentlichen Kohlenwasserstoffkonzentrationen im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors vor.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine zuverlässige Überprüfung des Kohlenwasserstoffsensors möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer Diagnosebetriebsart, in der der Abgasanlage keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre durch die Brennkraftmaschine zugeführt wird, ein Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors erfasst wird, und dass aus dem Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors auf einen Betriebszustand des Kohlenwasserstoffsensors geschlossen wird.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass gängige Kohlenwasserstoffsensoren eine Querempfindlichkeit zu Ammoniak (NH₃) aufweisen, die erfindungsgemäß vorteilhaft zur Diagnose des Kohlenwasserstoffsensors ausgenutzt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass in der Abgasanlage vorhandene Reste von Harnstofflösung aus dem Reduktionsmittel sich bei geeigneten Betriebszuständen der Abgasanlage thermisch zersetzen, wodurch unter anderem Ammoniak entsteht. Durch die vorstehend erläuterte Querempfindlichkeit des Kohlenwasserstoffsensors bezüglich Ammoniak kann – bei ordnungsgemäßer Funktion – ein nichtverschwindendes Ausgangssignal beziehungsweise eine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors beobachtet werden, sobald der wie vorstehend beschrieben entstandene Ammoniak im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors vorliegt. Erfindungsgemäß wird demnach nicht das Vorliegen von Kohlenwasserstoffen im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors zur Überprüfung seiner Funktion ausgenutzt, sondern vielmehr ein Ausgangssignal beziehungsweise eine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors infolge einer Beaufschlagung des Kohlenwasserstoffsensors mit Ammoniak, wie er bei Abgasanlagen, welche zumindest zeitweise Harnstofflösung verwenden, in geeigneten Betriebszuständen gebildet werden kann.
Erfindungsgemäß wird somit vorteilhaft eine Querempfindlichkeit des Kohlenwasserstoffsensors bezüglich Ammoniak ausgenutzt. Das bedeutet, dass der Kohlenwasserstoffsensor vermöge seines Ausgangssignals eine Änderung der Ammoniakkonzentration in seiner Umgebung anzeigt, was erfindungsgemäß ausgewertet werden kann. Sobald eine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors in einem Betriebszustand wie der erfindungsgemäßen Diagnosebetriebsart, in der die Bildung von Ammoniak im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors möglich ist, festgestellt wird, kann darauf geschlossen werden, dass der Kohlenwasserstoffsensor ordnungsgemäß arbeitet, weil er die Änderung der Ammoniakkonzentration durch sein Ausgangssignal anzeigt. Sofern in der Diagnosebetriebsart beispielsweise keine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors erfolgen würde, trotz Vorliegen von Ammoniak während der Diagnosebetriebsart, kann davon ausgegangen werden, dass eine Fehlfunktion des Kohlenwasserstoffsensors vorliegt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass dann auf eine ordnungsgemäße Funktion des Kohlenwasserstoffsensors geschlossen wird, wenn in der Diagnosebetriebsart das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors und/oder eine zeitliche Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Der betreffende Schwellwert kann vorteilhaft in Abhängigkeit der zu erwartenden Ammoniakkonzentration in der betreffenden Abgasanlage beziehungsweise der Diagnosebetriebsart gewählt werden.
Besonders bevorzugt ist der Kohlenwasserstoffsensor einer Ausführungsform zufolge als sogenannter HC-Mischpotentialsensor ausgebildet. Ein solcher Sensor ist beispielsweise in der DE 10 2006 062 051 A1 beschrieben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine die Abgasanlage mit Abgas beaufschlagende Brennkraftmaschine in der Diagnosebetriebsart deaktiviert ist beziehungsweise sich in einem Nachlauf befindet, wodurch sichergestellt ist, dass kein Kohlenwasserstoff beziehungsweise keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre der Abgasanlage zugeführt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors allein von der Ammoniakkonzentration abhängt, und nicht etwa von in die Abgasanlage eingebrachten Kohlenwasserstoffen.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Diagnosebetriebsart ausgeführt wird, wenn mindestens eine der folgenden Freigabebedingungen erfüllt ist: eine Abgastemperatur im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors überschreitet einen vorgebbaren ersten Schwellwert, eine Wandtemperatur eines Wandabschnitts der Abgasanlage im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors überschreitet einen vorgebbaren zweiten Schwellwert, es werden keine Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine in die Abgasanlage eingebracht, die Abgasatmosphäre stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors weist einen Kohlenwasserstoffanteil auf, der einen vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet.
Es ist vorteilhaft, die Diagnosebetriebsart erst dann einzuleiten, beispielsweise durch ein die Abgasanlage steuerndes Steuergerät, wenn eine Abgastemperatur im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, weil erst dann davon ausgegangen werden kann, dass sich in der Abgasanlage befindliche Harnstofflösung zu Ammoniak zersetzt. Alternativ oder ergänzend kann eine Wandtemperatur eines Wandabschnitts der Abgasanlage im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors auf das Überschreiten eines vorgebbaren zweiten Schwellwerts überwacht werden. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann sich in dem Abgassystem befindliche Harnstofflösung, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, auch bei Auftreffen auf hinreichend heiße Wandabschnitte der Abgasanlage zu Ammoniak zersetzen und zu einer Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors beitragen.
Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Diagnosebetriebsart dann ausgeführt, wenn keine Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine in die Abgasanlage eingebracht werden, was beispielsweise bei einer deaktivierten Brennkraftmaschine oder in einem sogenannten Motornachlauf der Brennkraftmaschine gegeben ist, oder bei einem Hybridfahrzeug mit Antrieb durch Brennkraftmaschine und Elektromotor während eines Rekuperationsbetriebs oder eines rein elektromotorischen Betriebs oder dergleichen.
Es ist ferner möglich, die Diagnosebetriebsart erst dann einzuleiten, wenn die Abgasatmosphäre stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors einen Kohlenwasserstoffanteil aufweist, der einen vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Brennkraftmaschine nicht deaktiviert ist, mithin Kohlenwasserstoffe in die Abgasanlage einbringt. Sofern die Abgasanlage jedoch beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator und einen nachgeordneten Dieselpartikelfilter aufweist, welche dem Kohlenwasserstoffsensor stromaufwärts vorangeordnet sind, kann die Diagnosebetriebsart auch in solchen Betriebszuständen eingeleitet werden, in denen die vorstehend genannten Komponenten der Abgasanlage einen Kohlenwasserstoffanteil des Abgases so weit verringern, dass die Kohlenwasserstoffkonzentration im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors den vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass durch die verbleibenden Kohlenwasserstoffanteile keine Störung der erfindungsgemäßen Diagnosebetriebsart erfolgt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Diagnosebetriebsart zumindest teilweise das Reduktionsmittel, z.B. eine wässrige Harnstofflösung, mittels der Dosiervorrichtung in die Abgasanlage eingebracht wird. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass sich Ammoniak in der Abgasanlage bildet. Diese separate Zudosierung von Harnstofflösung, insbesondere wässriger Harnstofflösung, in der Diagnosebetriebsart ist besonders dann vorteilhaft, wenn beispielsweise aufgrund einer Einbaulage des Kohlenwasserstoffsensors bezüglich der Einbaulage der Dosiervorrichtung für die Harnstofflösung zum Beispiel ein so großer Abstand gegeben ist, dass sich ohne Zudosierung nicht zuverlässig eine nichtverschwindende Ammoniakkonzentration im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors in der Diagnosebetriebsart einstellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Diagnosebetriebsart ein Signal eines Stickoxidsensors erfasst und zur Plausibilisierung des Betriebszustands des Kohlenwasserstoffsensors verwendet wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass gängige Stickoxidsensoren, wie sie ebenfalls in modernen Abgasanlagen verbaut sein können, ebenfalls eine Querempfindlichkeit bezüglich Ammoniak aufweisen und somit ebenfalls eine Änderung ihres Ausgangssignals bei Änderung einer Ammoniakkonzentration erfahren. Die Änderung des Ausgangssignals des Stickoxidsensors wiederum kann erfindungsgemäß vorteilhaft zur Plausibilisierung einer Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors bei Auftreten von Ammoniak in der Abgasanlage verwendet werden.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 angegeben.
Weitere Vorteile der Ausführungsform sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
1 schematisch ein Blockdiagramm einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine,
2 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3a schematisch eine Abhängigkeit eines Ausgangssignals eines Mischpotential-Kohlenwasserstoffsensors in Abhängigkeit einer Kohlenwasserstoffkonzentration und einer Ammoniakkonzentration,
3b schematisch eine Abhängigkeit eines Ausgangssignals eines Stickoxidsensors in Abhängigkeit einer Stickstoffmonoxidkonzentration und einer Ammoniakkonzentration, und
4 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt im unteren Bereich der Zeichnung ein vereinfachtes Schema einer Abgasanlage 10 eines Kraftfahrzeugs. Links oberhalb der Abgasanlage 10 ist eine Brennkraftmaschine 12 symbolisch dargestellt, die über eine Rohrverbindung 14 Abgas in die Abgasanlage 10 einströmt. Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 ist über ankommende und abgehende elektrische Leitungen 20 und 22 mit der Brennkraftmaschine 12 sowie über ankommende und abgehende elektrische Leitungen 24 und 26 mit Komponenten der Abgasanlage 10 verbunden. Diese Verbindungen sind in der Zeichnung lediglich angedeutet. Weiterhin umfasst die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 ein Computerprogramm 18, das zur Ausführung des weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
In der Abgasanlage 10 wird das Abgas in 1 im Wesentlichen von links nach rechts durchgeleitet und aufbereitet. Vorliegend handelt es sich um die Abgasanlage 10 eines Dieselkraftfahrzeugs. Die Abgasanlage 10 weist dazu in Flussrichtung des Abgases einen Diesel-Oxidationskatalysator 28, einen Dieselpartikelfilter 30, eine Zuführeinrichtung 31 für ein Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung 33, und einen SCR-Katalysator 32 auf (SCR bedeutet "selective catalytic reduction"). Der Diesel-Oxidationskatalysator 28 entspricht z.B. einer ersten katalytischen Beschichtung und der Dieselpartikelfilter 30 entspricht z.B. einer zweiten katalytischen Beschichtung der Abgasanlage 10.
Stromaufwärts des Diesel-Oxidationskatalysators 28 sowie stromaufwärts und stromabwärts des Dieselpartikelfilters 30 ist jeweils eine Lambdasonde 34a bis 34c im Abgasstrom angeordnet. Stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators 32 ist je ein NOx-Sensor 36 (NOx bedeutet "Stickoxide") im Abgasstrom angeordnet. Des Weiteren weist die Abgasanlage 10 vorliegend vier Temperatursensoren 38a bis 38d und einen HC-Sensor 40 ("Kohlenwasserstoffsensor") auf. Die Lambdasonden 34a bis 34c, die NOx-Sensoren 36, die Temperatursensoren 38a bis 38d und der HC-Sensor 40 sind mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 über die ankommenden und abgehenden elektrischen Leitungen 24 und 26 verbunden. Dies ist in der Zeichnung der 1 jedoch nicht einzeln dargestellt.
Es sei angemerkt, dass die in der Zeichnung der 1 dargestellten Sensoren, also die Lambdasonden 34a bis 34c, die NOx-Sensoren 36, die Temperatursensoren 38a bis 38d und der HC-Sensor 40 nicht unbedingt in der vorliegenden Anzahl gleichzeitig in der Abgasanlage 10 verbaut sind. Die Zeichnung zeigt eher eine Summe von Möglichkeiten zur Analyse des Abgases bzw. zur Überwachung der Elemente der Abgasanlage 10. Das weiter unten beschrieben erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch auf Abgasanlagen 10 anderer Bauart anwendbar.
Im oberen rechten Bereich der Zeichnung von 1 ist ein Speicherbehälter 42 angeordnet, welcher die wässrige Harnstofflösung 33 enthält und über eine hydraulische Leitung 44 mit der Zuführeinrichtung 31 verbunden ist. Die Zuführeinrichtung 31 kann über die elektrischen Leitungen 26 angesteuert und somit betätigt werden.
Im Betrieb der Abgasanlage 10 werden im Diesel-Oxidationskatalysator 28 Kohlenwasserstoffanteile (C_mH_n, welche allgemein auch als "HC" bezeichnet werden) und Kohlenmonoxidanteile (CO) des Abgases vermindert. Im nachfolgenden Dieselpartikelfilter 30 werden Rußpartikel aus dem Abgas gefiltert sowie mittels der zweiten katalytischen Beschichtung in dem Abgas noch enthaltene unverbrannte Kohlenwasserstoffe oxidiert. Weiterhin ermöglichen es der Diesel-Oxidationskatalysator 28 und der Dieselpartikelfilter 30, ein definiertes NO-zu-NOx-Verhältnis im Abgas bereitzustellen, damit in dem stromabwärts angeordneten SCR-Katalysator 32 die NOx-Reduktion des Abgases optimal ablaufen kann.
Um den Kohlenwasserstoffsensor 40 auf eine ordnungsgemäße Funktion hin überprüfen zu können, wird das nachfolgend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt.
In einem ersten Schritt 100 wird eine Diagnosebetriebsart eingestellt, in der der Abgasanlage 10 keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre durch die Brennkraftmaschine 12 zugeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in die Diagnosebetriebsart übergegangen wird, wenn die Brennkraftmaschine 12 deaktiviert wird, sich z.B. in einem Nachlauf befindet, in dem kein Kraftstoff mehr verbrannt und somit keine wesentlichen Mengen Kohlenwasserstoff mehr in die Abgasanlage 10 eingebracht werden.
Die Diagnosebetriebsart kann bei Hybridfahrzeugen, welche sowohl über die Brennkraftmaschine 12 als auch über einen Elektroantrieb (nicht gezeigt) verfügen, z.B. auch dann eingenommen werden, wenn sich der Hybridantrieb in einem Rekuperationszustand befindet.
Durch die fehlende Einbringung von Kohlenwasserstoff in die Abgasanlage 10 während der Diagnosebetriebsart ist gewährleistet, dass kein Kohlenwasserstoff im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 vorhanden ist, mithin keine durch Kohlenwasserstoff bedingte Änderung seines Ausgangssignals stattfinden kann.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass gängige Kohlenwasserstoffsensoren 40 eine Querempfindlichkeit zu Ammoniak (NH₃) aufweisen, die vorteilhaft zur Diagnose des Kohlenwasserstoffsensors 40 ausgenutzt werden kann, insbesondere auch bei Abwesenheit von Kohlenwasserstoffen im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass in der Abgasanlage 10, insbesondere im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40, vorhandene Reste von Harnstofflösung aus dem Reduktionsmittel 33 sich bei geeigneten Betriebszuständen der Abgasanlage 10 thermisch zersetzen, wodurch unter anderem Ammoniak entsteht. Durch die vorstehend erläuterte Querempfindlichkeit des Kohlenwasserstoffsensors 40 bezüglich Ammoniak kann – bei ordnungsgemäßer Funktion des Sensors 40 – ein nichtverschwindendes Ausgangssignal beziehungsweise eine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors 40 beobachtet werden, sobald der wie vorstehend beschrieben entstandene Ammoniak im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 vorliegt. Erfindungsgemäß wird demnach nicht das Vorliegen von Kohlenwasserstoffen im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 zur Überprüfung seiner Funktion ausgenutzt, sondern vielmehr ein Ausgangssignal beziehungsweise eine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors 40 infolge einer Beaufschlagung des Kohlenwasserstoffsensors mit Ammoniak, wie er bei Abgasanlagen, welche zumindest zeitweise Harnstofflösung verwenden, in geeigneten Betriebszuständen gebildet werden kann.
Hierzu wird in Schritt 110 gemäß 2 das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors 40 erfasst, und aus dem Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors 40 auf einen Betriebszustand des Kohlenwasserstoffsensors 40 geschlossen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass dann auf eine ordnungsgemäße Funktion des Kohlenwasserstoffsensors 40 geschlossen wird, wenn in der Diagnosebetriebsart das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors 40 und/oder eine zeitliche Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors 40 einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Kohlenwasserstoffsensors 40 eine Änderung der Ammoniakkonzentration anzeigt und mithin funktionstüchtig ist. Demgegenüber kann auf eine Fehlfunktion des Sensors 40 geschlossen werden, wenn auch bei Entstehung von Ammoniak z.B. keine signifikante Änderung des Ausgangssignals des Sensors 40 erfolgt bzw. ein entsprechender Schwellwert überschritten wird.
Der betreffende Schwellwert kann vorteilhaft in Abhängigkeit der zu erwartenden Ammoniakkonzentration in der betreffenden Abgasanlage 10 beziehungsweise der Diagnosebetriebsart gewählt werden. Der Schwellwert kann z.B. von einem Abstand zwischen den Komponenten 31, 40 sowie den Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases in der Abgasanlage 10 während der Diagnosebetriebsart usw. abhängen.
Besonders bevorzugt ist der Kohlenwasserstoffsensor 40 einer Ausführungsform zufolge als sogenannter HC-Mischpotentialsensor ausgebildet. Ein solcher Sensor ist beispielsweise in der DE 10 2006 062 051 A1 beschrieben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine 12 in der Diagnosebetriebsart deaktiviert ist beziehungsweise sich in einem Nachlauf befindet, wodurch sichergestellt ist, dass gar kein Kohlenwasserstoff beziehungsweise keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre der Abgasanlage 10 zugeführt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors allein von der Ammoniakkonzentration abhängt, und nicht etwa von in die Abgasanlage eingebrachten Kohlenwasserstoffen.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Diagnosebetriebsart ausgeführt wird, wenn mindestens eine der folgenden Freigabebedingungen erfüllt ist: eine Abgastemperatur im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 (z.B. gemessen mittels des Temperatursensors 38c) überschreitet einen vorgebbaren ersten Schwellwert, eine Wandtemperatur eines Wandabschnitts der Abgasanlage 10 im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 überschreitet einen vorgebbaren zweiten Schwellwert, es werden keine Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine 12 in die Abgasanlage 10 eingebracht, die Abgasatmosphäre stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors 40 weist einen Kohlenwasserstoffanteil auf, der einen vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet.
Es ist vorteilhaft, die Diagnosebetriebsart erst dann einzuleiten, beispielsweise durch das die Abgasanlage 10 steuernde Steuergerät 16, wenn eine Abgastemperatur im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, weil erst dann davon ausgegangen werden kann, dass sich in der Abgasanlage 10 befindliche Harnstofflösung 33 zu Ammoniak zersetzt. Alternativ oder ergänzend kann eine Wandtemperatur eines Wandabschnitts der Abgasanlage im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors auf das Überschreiten eines vorgebbaren zweiten Schwellwerts überwacht werden. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann sich in dem Abgassystem befindliche Harnstofflösung, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, auch bei Auftreffen auf hinreichend heiße Wandabschnitte der Abgasanlage zu Ammoniak zersetzen und zu einer Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors beitragen.
Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Diagnosebetriebsart dann ausgeführt, wenn keine Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine in die Abgasanlage eingebracht werden, was beispielsweise bei einer deaktivierten Brennkraftmaschine oder in einem sogenannten Motornachlauf der Brennkraftmaschine gegeben ist, oder bei einem Hybridfahrzeug mit Antrieb durch Brennkraftmaschine und Elektromotor während eines Rekuperationsbetriebs oder eines rein elektromotorischen Betriebs oder dergleichen.
Es ist ferner möglich, die Diagnosebetriebsart erst dann einzuleiten, wenn die Abgasatmosphäre stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors 40 einen Kohlenwasserstoffanteil aufweist, der einen vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Brennkraftmaschine 12 nicht deaktiviert ist, mithin Kohlenwasserstoffe in die Abgasanlage 10 einbringt. Sofern die Abgasanlage 10 jedoch beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator 28 und einen nachgeordneten Dieselpartikelfilter 30 aufweist, welche dem Kohlenwasserstoffsensor 40 stromaufwärts vorangeordnet sind, kann die Diagnosebetriebsart auch in solchen Betriebszuständen eingeleitet werden, in denen die vorstehend genannten Komponenten der Abgasanlage 10 einen Kohlenwasserstoffanteil des Abgases so weit verringern, dass die Kohlenwasserstoffkonzentration im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 den vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass durch die verbleibenden Kohlenwasserstoffanteile keine Störung der erfindungsgemäßen Diagnosebetriebsart erfolgt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Diagnosebetriebsart zumindest teilweise das Reduktionsmittel 33, z.B. eine wässrige Harnstofflösung, mittels der Dosiervorrichtung 31 in die Abgasanlage 10 eingebracht wird. Dadurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass sich Ammoniak in der Abgasanlage 10 bildet, um eine Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors 40 zu bewirken. Diese separate Zudosierung von Harnstofflösung, insbesondere wässriger Harnstofflösung, in der Diagnosebetriebsart ist besonders dann vorteilhaft, wenn beispielsweise aufgrund einer Einbaulage des Kohlenwasserstoffsensors 40 bezüglich der Einbaulage der Dosiervorrichtung 31 für die Harnstofflösung zum Beispiel ein so großer Abstand gegeben ist, dass sich ohne die Zudosierung nicht zuverlässig eine nichtverschwindende Ammoniakkonzentration im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors in der Diagnosebetriebsart einstellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Diagnosebetriebsart ein Signal des Stickoxidsensors 36 erfasst und zur Plausibilisierung des Betriebszustands des Kohlenwasserstoffsensors 40 verwendet wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass gängige Stickoxidsensoren 36, wie sie ebenfalls in modernen Abgasanlagen verbaut sein können, ebenfalls eine Querempfindlichkeit bezüglich Ammoniak aufweisen und somit ebenfalls eine Änderung ihres Ausgangssignals bei Änderung einer Ammoniakkonzentration erfahren. Die Änderung des Ausgangssignals des Stickoxidsensors 36 wiederum kann erfindungsgemäß vorteilhaft zur Plausibilisierung einer Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors bei Auftreten von Ammoniak in der Abgasanlage verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Prinzip ist nicht auf Abgasanlagen 10 mit der in 1 abgebildeten Konfiguration beschränkt. Vielmehr reicht es zur Anwendung der Erfindung aus, wenn ein Kohlenwasserstoffsensor 40 und eine Ammoniakquelle, also z.B. eine Dosiereinrichtung für Reduktionsmittel, vorgesehen sind, und die Abgasanlage die vorstehend beschriebene Diagnosebetriebsart einnehmen kann.
3a zeigt schematisch eine Abhängigkeit eines Ausgangssignals eines Mischpotential-Kohlenwasserstoffsensors 40 in Abhängigkeit einer Kohlenwasserstoffkonzentration und einer Ammoniakkonzentration. Die Kurve K1 gibt dabei die Abhängigkeit des Ausgangssignals von einer Konzentration an C₃H₆ (Propen) an, und die Kurve K2 gibt dabei die Abhängigkeit des Ausgangssignals von einer Konzentration an Ammoniak (NH₃) an. Deutlich ist die erfindungsgemäß ausgenutzte Querempfindlichkeit des Kohlenwasserstoffsensors 40 bezüglich Ammoniak erkennbar.
3b zeigt schematisch eine Abhängigkeit eines Ausgangssignals des Stickoxidsensors 36 in Abhängigkeit einer Stickstoffmonoxidkonzentration und einer Ammoniakkonzentration. Die Kurve K3 gibt dabei die Abhängigkeit des Ausgangssignals von einer Konzentration an Stickstoffmonoxid (NO) an, und die Kurve K4 gibt dabei die Abhängigkeit des Ausgangssignals von einer Konzentration an Ammoniak (NH₃) an. Deutlich ist die ebenfalls erfindungsgemäß ausgenutzte Querempfindlichkeit des Stickoxidsensors 36 bezüglich Ammoniak erkennbar, vermöge der eine Plausibilisierung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors 40 ausführbar ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 200 wird geprüft, ob ein oder mehrere Freigabebedingungen für die Diagnosebetriebsart vorliegen. Insbesondere kann das Vorliegen folgender Freigabebedingungen geprüft werden: eine Abgastemperatur im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 (1) überschreitet einen vorgebbaren ersten Schwellwert, eine Wandtemperatur eines Wandabschnitts der Abgasanlage 10 im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 überschreitet einen vorgebbaren zweiten Schwellwert, es werden keine Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine 12 in die Abgasanlage 10 eingebracht, die Abgasatmosphäre stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors 40 weist einen Kohlenwasserstoffanteil auf, der einen vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet.
Wenn eine oder mehrere der vorstehenden Freigabebedingungen erfüllt sind, wird das Verfahren gemäß 4 fortgesetzt. Optional ist ein Schritt 210 vorgesehen, der eine aktive Eindosierung von Reduktionsmittel durch die Einheit 31 in die Abgasanlage 10 vorsieht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Ammoniakkonzentration im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 gesteigert werden kann. Bevorzugt wird Schritt 210 ausgeführt, wenn die Brennkraftmaschine 12 deaktiviert ist. Dann ergeben sich verhältnismäßig geringe bis verschwindende Strömungsgeschwindigkeiten in der Abgasanlage, und die Chance steigt, dass aus dem eingebrachten Reduktionsmittel entstehendes Ammoniak in den Bereich des Kohlenwasserstoffsensors 40 gelangt.
In Schritt 220 (4) wird geprüft, ob das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors 40 eine Änderung erfährt. Wenn ein Anstieg des Ausgangssignals über einen vorgebbaren Schwellwert hinweg feststellbar ist, kann vorteilhaft auf eine ordnungsgemäße Funktion des Kohlenwasserstoffsensors 40 geschlossen werden, vgl. Schritt 230. Falls keine entsprechende Änderung feststellbar ist, kann auf eine Fehlfunktion des Kohlenwasserstoffsensors 40 geschlossen werden, vgl. Schritt 240.
Ergänzend kann in Schritt 220 auch das Ausgangssignal eines Stickoxidsensors 36 ausgewertet werden, der ebenfalls eine Querempfindlichkeit bezüglich Ammoniak aufweist, so dass das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors 40 plausibilisiert werden kann.
Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine Funktionsprüfung eines Kohlenwasserstoffsensors 40 ohne Vorliegen einer nichtverschwindenden bzw. wohldefinierten HC-Konzentration in der Abgasanlage 10.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006062051 A1 [0012, 0045]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) für eine Brennkraftmaschine (12), wobei die Abgasanlage (10) mindestens einen Kohlenwasserstoffsensor (40) aufweist, und wobei zumindest zeitweise ein Harnstoff enthaltendes Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung (31) in die Abgasanlage (10) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Diagnosebetriebsart, in der der Abgasanlage (10) keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre durch die Brennkraftmaschine (12) zugeführt wird, ein Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) erfasst wird, und dass aus dem Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) auf einen Betriebszustand des Kohlenwasserstoffsensors (40) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dann auf eine ordnungsgemäße Funktion des Kohlenwasserstoffsensors (40) geschlossen wird, wenn in der Diagnosebetriebsart a) das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) und/oder b) eine zeitliche Änderung des Ausgangssignals des Kohlenwasserstoffsensors (40) einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine die Abgasanlage (10) mit Abgas beaufschlagende Brennkraftmaschine (12) in der Diagnosebetriebsart deaktiviert ist bzw. sich in einem Nachlauf befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Diagnosebetriebsart ausgeführt wird, wenn mindestens eine der folgenden Freigabebedingungen erfüllt ist: a. eine Abgastemperatur im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors (40) überschreitet einen vorgebbaren ersten Schwellwert, b. eine Wandtemperatur eines Wandabschnitts der Abgasanlage (10) im Bereich des Kohlenwasserstoffsensors (40) überschreitet einen vorgebbaren zweiten Schwellwert, c. es werden keine Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine (12) in die Abgasanlage (10) eingebracht, d. die Abgasatmosphäre stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors (40) weist einen Kohlenwasserstoffanteil auf, der einen vorgebbaren dritten Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Diagnosebetriebsart zumindest zeitweise eine Harnstofflösung mittels der Dosiervorrichtung (31) in die Abgasanlage (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Diagnosebetriebsart ein Signal eines Stickoxidsensors (36) erfasst und zur Plausibilisierung des Betriebszustands des Kohlenwasserstoffsensors (40) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kohlenwasserstoffsensor (40) bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasanlage (10) stromabwärts eines Partikelfilters (30) und stromaufwärts der Dosiervorrichtung (31) für das Reduktionsmittel angeordnet ist.
Vorrichtung (16) zum Betreiben einer Abgasanlage (10) für eine Brennkraftmaschine (12), wobei die Abgasanlage (10) mindestens einen Kohlenwasserstoffsensor (40) aufweist, und wobei zumindest zeitweise ein Harnstoff enthaltendes Reduktionsmittel mittels einer Dosiervorrichtung (31) in die Abgasanlage (10) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (16) dazu ausgebildet ist, in einer Diagnosebetriebsart, in der der Abgasanlage (10) keine kohlenwasserstoffhaltige Abgasatmosphäre durch die Brennkraftmaschine (12) zugeführt wird, ein Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) zu erfassen, und aus dem Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors (40) auf einen Betriebszustand des Kohlenwasserstoffsensors (40) zu schließen.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 8, wobei der Kohlenwasserstoffsensor (40) als Mischpotentialsensor ausgebildet ist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei der Kohlenwasserstoffsensor (40) bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasanlage (10) stromabwärts eines Partikelfilters (30) und stromaufwärts der Dosiervorrichtung (31) für das Reduktionsmittel angeordnet ist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Vorrichtung (16) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.