DE102012201749B4

DE102012201749B4 - Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators

Info

Publication number: DE102012201749B4
Application number: DE102012201749.6A
Authority: DE
Inventors: Arthur Bastoreala; Alexander Franz; Tobias Pfister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: DE102012201749A1; US9144772B2; FR2986563B1; FR2986563A1; US20130202506A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators (12), insbesondere zur Überwachung der Speicherkapazität des SCR-Katalysators (12) für Ammoniak dadurch gekennzeichnet, dass zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung (69) von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator (12) vorgenommen wird und in Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert, der von der Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) abhängig ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators (12) geschlossen wird, wobei vor der überstöchiometrischen Dosierung (69) von Reduktionsmittel eine Konditionierphase (67) zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes (35; 68) durchgeführt wird, wobei zur Einstellung des vorgebbaren Betriebspunktes (35; 68) in der Konditionierphase (67) eine unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel vorgenommen wird, bis die Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) unterhalb der Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung zu erwarten ist, wobei die Konvertierungsrate anhand von Stickoxidsensorsignalen stromaufwärts und/oder stromabwärts des SCR-Katalysators (12) bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators, insbesondere zur Überwachung der Speicherkapazität des SCR-Katalysators für Ammoniak.
Stand der Technik
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich vermindert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird.
Die DE 10 2011 105 551 A1 betrifft ein Abgasbehandlungssystem für durch eine Maschine erzeugtes Abgas umfasst ein Zustandsteuermodul, ein Beladungsbestimmungsmodul und ein Alterbestimmungsmodul. Das Zustandssteuermodul verringert eine Beladung an einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) unter eine vorbestimmte Beladungsschwelle und erhöht eine Abgastemperatur (EGT) auf eine vorbestimmte Temperatur. Das Beladungsbestimmungsmodul erhöht eine Injektion von Dosiermittel in das Abgas und bestimmt eine Beladung an dem SCR-Katalysator, wenn Dosiermittel stromabwärts von dem SCR-Katalysator detektiert wird. Das Alterbestimmungsmodul bestimmt ein Alter des SCR-Katalysators auf Grundlage der bestimmten Beladung und vorbestimmter Beladungen für den ersten bzw. zweiten SCR-Katalysator.
Die DE 10 2005 062 120 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einem Motorblock und einer Abgasführungen, die mindestens einen Katalysator aufweist, bei dem stromaufwärts des Katalysators ein im Katalysator zur NOx-Reduktion benötigtes Reagenzmittel mittels einer Einbringvorrichtung eingebracht wird.
Die US2011/0131956A1 betrifft eine Katalysatorabbaubestimmungsvorrichtung für ein Abgasreinigungssystem. Insbesondere handelt es sich um eine Katalysatorabbaubestimmungsvorrichtung für ein Abgasreinigungssystem, das einen selektiven Reduktionskatalysator enthält, der unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels NOx im Abgas reduziert.
Die DE 10 2010 029 740 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators (12) bereitgestellt, bei dem die NH3-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators überwacht wird. Der SCR-Katalysator (12) wird zunächst mit einer überstöchiometrischen Reduktionsmitteldosierung bis zur maximalen NH3-Speicherfähigkeit in einer Überdosierungsphase gefüllt. Anschließend wird der Katalysator mit einer gegenüber einer Normaldosierung verminderten oder ausgeschalteten Reduktionsmitteldosierung in einer Unterdosierungsphase beaufschlagt. Während der Unterdosierungsphase wird die NH3-Speicherfähigkeit indirekt durch Ermittlung wenigstens eines von der NOx-Konvertierungsrate abhängigen Kennwerts ermittelt. Erfindungsgemäß wird zur Erkennung eines NH3-Schlupfes (25), der den Übergang von der Überdosierungsphase zu der Unterdosierungsphase anzeigt, eine den NOx-Umsatz charakterisierende Größe während der Überdosierungsphase kontinuierlich erfasst und bei einem Abfall des NOx-Umsatzes darauf geschlossen, dass ein NH3-Schlupf (25) vorliegt.
Schärfere Gesetze im Bereich der Diagnose emissionsrelevanter Bauteile fordern im Rahmen einer On-Board-Diagnose (OBD) die Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie auch eine Überwachung der eingesetzten Sensorik im Hinblick auf die Einhaltung von OBD-Grenzwerten. Die OBD-Grenzwerte werden meist als Vielfaches der gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerte angegeben. Beim Einsatz eines SCR-Katalysators muss die Einhaltung des OBD-Grenzwertes für Stickoxide gewährleistet sein. Die Überwachungsfunktionen müssen sicherstellen, dass eine Überschreitung des entsprechenden Grenzwertes aufgrund einer Alterung oder Schädigung des SCR-Katalysators sicher erkannt wird.
Die Reduktion der Stickoxidmoleküle aus dem Abgas erfolgt auf der Katalysatoroberfläche in Gegenwart von Ammoniak als Reduktionsmittel. Die Eindosierung des Reduktionsmittels erfolgt in Form von wässriger Harnstofflösung, die über eine Dosiereinrichtung stromaufwärts des Katalysators eingespritzt wird. Die gewünschte Dosierrate wird in einer elektronischen Steuereinheit bedarfsabhängig ermittelt, wobei in der Regel in der Steuereinheit die Strategien für den Betrieb und die Überwachung des SCR-Systems hinterlegt sind.
Üblicherweise verwendete SCR-Katalysatoren speichern Ammoniak an der Katalysatoroberfläche. Die Reduzierung der Stickoxide zu elementarem Stickstoff, also die NOx-Konvertierung, im SCR-Katalysator ist umso erfolgreicher, je größer das Reduktionsmittelangebot im Katalysator ist. Solange die Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators noch nicht ausgeschöpft ist, wird dosiertes Reduktionsmittel, das nicht für die Konvertierung verbraucht wird, gespeichert. Wenn weniger Reduktionsmittel durch die Dosiereinheit bereitgestellt wird als für die Konvertierung der aktuell im Abgas vorliegenden Stickoxide notwendig ist, so kommt das an der Katalysatoroberfläche gespeicherte Ammoniak zum Einsatz, sodass die an der Katalysatoroberfläche stattfindende NOx-Konvertierung den NH₃-Füllstand des Katalysators verringert.
Derzeit eingesetzte SCR-Systeme verfügen oftmals über Dosierstrategien, die eine Füllstandsregelung für NH₃ im Katalysator einbeziehen. Bei einer solchen Füllstandsregelung wird ein Arbeitspunkt in Form eines Sollwertes für den NH₃-Füllstand im SCR-Katalysator eingestellt. Dieser Arbeitspunkt wird üblicherweise so gewählt, dass der NH₃-Füllstand hoch genug ist, um zum einen eine hohe NOx-Konvertierungsrate und einen Puffer für kurzfristig auftretende NOx-Spitzen im Abgas zu gewährleisten. Zum anderen sollte der Sollwert so weit wie nötig von der maximalen Speicherfähigkeit entfernt sein, um einem Schlupf von Ammoniak durch den Katalysator hindurch zu vermeiden. Ein derartiger Durchbruch von Ammoniak tritt insbesondere auf, wenn das eindosierte Ammoniak weder zur Reduktion der Stickoxide noch zur Auffüllung des NH₃-Speichers verwendet wird, d.h. dass das NH₃ auch nicht an der Katalysatoroberfläche absorbiert werden kann. Da Ammoniak in hoher Konzentration eine gesundheits- und umweltschädigende Wirkung hat, sollte der Durchbruch von reinem Ammoniak als NH₃-Schlupf so weit wie möglich vermieden werden.
Die Füllstandsregelung des SCR-Katalysators einschließlich der Einstellung des Arbeitspunktes für den NH₃-Füllstand ist systembedingt mit großen Toleranzen behaftet. Dies liegt unter anderem daran, dass derzeit für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug keine geeignete Messtechnik vorhanden ist, mit der NH₃ direkt messbar wäre. Vielmehr werden im Allgemeinen Stickoxidsensoren eingesetzt, die eine Querempfindlichkeit für NH₃ aufweisen, sodass das Sensorsignal ein Summensignal aus NOx und NH₃ darstellt. Weiterhin wird das Reduktionsmittel NH₃ nicht direkt eindosiert, sondern üblicherweise in Form der Harnstoffwasserlösung bereitgestellt. Diese Harnstoffwasserlösung wird im Abgassystem stromaufwärts des SCR-Katalysators durch thermische Prozesse in NH₃ und CO₂ umgewandelt. Der Grad der Umwandlung hängt dabei von vielen verschiedenen Faktoren ab und ist nicht in jedem Betriebspunkt sicher abschätzbar. Schließlich wird zur Kostenreduktion häufig auf einen Stickoxidsensor stromaufwärts des SCR-Katalysators verzichtet, sodass auf einen Modellwert für die aktuell im Abgas vorliegende Stickoxidkonzentration zurückgegriffen werden muss, aus der dann die gewünschte Dosierrate ermittelt wird.
Ein OBD-II-fähiges SCR-System verfügt zumindest über einen Stickoxidsensor stromabwärts des SCR-Katalysators. Wie bereits erwähnt, zeigen derzeit üblicherweise eingesetzte NOx-Sensoren ein Summensignal aus NOx und NH₃ an. Ein Anstieg des Sensorsignals eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensors kann daher sowohl auf eine sinkende NOx-Konvertierungsrate, also einen Anstieg der NOx-Konzentration, als auch auf einen Durchbruch von reinem Ammoniak, also einen Anstieg der NH₃-Konzentration, hinweisen. Eine direkte Unterscheidung von NOx und NH₃ ist nicht möglich.
Es ist bekannt, dass sich die NH₃-Speicherfähigkeit eines SCR-Katalysators mit fortschreitender Alterung, insbesondere durch thermische Prozesse, stark verringert. Es ist daher ebenfalls bereits bekannt, die NH₃-Speicherfähigkeit eines SCR-Katalysators als Diagnosemerkmal für eine Überwachung des Katalysators einzusetzen. Beispielsweise beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2007 040 439 A1 eine Überwachungsstrategie für einen SCR-Katalysator, bei der die NH₃-Speicherfähigkeit ermittelt wird und als Merkmal für die Alterung oder Schädigung des Katalysators eingesetzt wird. Bei dieser Strategie wird der SCR-Katalysator zunächst durch eine überstöchiometrische Reduktionsmitteldosierung in Form einer Überdosierung bis zur maximal erreichbaren NH₃-Speicherfähigkeit mit Reduktionsmittel befüllt, d.h., dass die maximale Menge von NH₃ an der Katalysatoroberfläche absorbiert wird. Sobald die maximale Speicherfähigkeit erreicht wird, bricht ungebundenes NH₃ durch den Katalysator durch. Dieser NH₃-Schlupf wird aufgrund der Querempfindlichkeit des Stickoxidsensors stromabwärts des Katalysators für NH₃ indirekt in Form eines erhöhten Sensorsignals, das als vermeintlicher Einbruch der NOx-Konvertierungsrate messbar ist, erkannt. Die anhand des Durchbruchs von NH₃ erfassbare maximale NH₃-Speicherfähigkeit wird als definierter Ausgangspunkt für die Diagnose eingesetzt. Nach dem erkannten Durchbruch von NH₃ wird die Reduktionsmitteldosierung gegenüber einer Normaldosierung vermindert (Unterdosierung) oder komplett ausgeschaltet. Hierbei wird die gespeicherte NH₃-Masse, also das im SCR-Katalysator absorbierte NH₃, durch den Verbrauch während der Reduktion der Stickoxide allmählich wieder abgebaut. Während dieses sogenannten Entleertestes können der SCR-Wirkungsgrad oder andere von der NOx-Konvertierungsrate abhängige Kennwerte ermittelt werden und hieraus indirekt auf die nutzbare NH₃-Speicherfähigkeit des Katalysators geschlossen werden.
Um den nachteiligen NH₃-Schlupf, der im Zuge dieser Überwachungsstrategie auftritt, zu vermeiden und den Einfluss der im Zuge der Überwachung durchgeführten Dosierung auf die Abgasnachbehandlung zu verringern, sind bereits Varianten dieser Überwachungsstrategie bekannt. Eine Variante ist insbesondere für SCR-Katalysatoren mit sehr hoher NH₃-Speicherfähigkeit im Neuzustand und stark verringerter NH₃-Speicherfähigkeit im gealterten Zustand geeignet. Bei dieser Variante wird die Überdosierphase nicht immer erst nach dem Feststellen von NH₃-Schlupf beendet, sondern bereits bei Erreichen eines temperaturabhängig gewählten NH₃-Füllstandes im SCR-Katalysator. Dieser gewählte NH₃-Füllstand wird so vorgegeben, dass er zwischen der maximalen Speicherfähigkeit des Katalysators im Neuzustand und der maximalen Speicherfähigkeit eines gealterten Katalysators liegt. Kann dieser Füllstand erreicht werden, ohne dass ein NH₃-Schlupf auftritt, ist davon auszugehen, dass der Katalysator noch nicht so stark gealtert ist, dass er als defekt erkannt werden müsste. Der Vorteil bei dieser Variante ist, dass die Überwachung erfolgreich beendet werden kann, ohne dass es zu einem Emissionseinfluss in Form von NH₃ (durch NH₃-Schlupf während der Überdosierung) oder durch NOx (bei niedriger Konvertierungsrate im Entleertest) kommt. Nachteilig hierbei ist, dass mit diesem Verfahren ausschließlich ein neuwertiger Katalysator erkannt werden kann. Ein gealterter Katalysator kann während der Überdosierphase nicht bewertet werden.
Um die Diagnosegenauigkeit bei dieser Variante der Überwachungsstrategie zu erhöhen, ist es bereits bekannt, in der Überdosierphase jeweils eine festgelegte, temperaturabhängig gewählte NH₃-Menge einzudosieren, bevor in den Entleertest übergegangen wird. Das führt dazu, dass bei einem gealterten SCR-Katalysator mit einer für diese NH₃-Menge zu geringen Speicherkapazität oder Speicherfähigkeit die zuviel dosierte NH₃-Menge im Sensorsignal des Stickoxidsensor stromabwärts des SCR-Katalysators sichtbar wird. Die aus diesem Sensorsignal abgeleitete NOx-Konvertierungsrate wird hierbei künstlich verringert, sodass die NOx-Konvertierungsrate in der Überdosierphase als zusätzliches Diagnosemerkmal verwendet werden kann. Aufgrund der Toleranzen im System kann allerdings nicht sichergestellt werden, dass bei der Diagnose eines gealterten Katalysators immer dieselbe Menge NH₃ zuviel eindosiert wird, da die Berechnung des NH₃-Füllstandes während der Überdosierphase schwierig ist. Deshalb muss in der Praxis auch bei dieser Variante trotz des zusätzlichen Diagnosemerkmals in der Überdosierphase der Entleertest durchgeführt werden, der nachteiligerweise infolge der absinkenden NOx-Konvertierungsrate zu erhöhten NOx-Emissionen führt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit bei der Überwachung der Speicherkapazität eines SCR-Katalysators für Ammoniak zu verbessern und weiterhin den nachteiligen Einfluss von herkömmlichen Diagnoseverfahren auf die Emissionen von Stickoxiden und/oder von Ammoniak zu verringern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators gelöst, wie es sich aus dem Anspruch 1 ergibt. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators und insbesondere zur Überwachung der Speicherkapazität des SCR-Katalysators für Ammoniak zeichnet sich dadurch aus, dass zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator vorgenommen wird und in Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert, der von der Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängig ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators geschlossen wird. Wesentlich für das Verfahren ist, dass vor der überstöchiometrischen Dosierung von Reduktionsmittel eine Konditionierphase durchgeführt wird, bei der ein vorgebbarer Betriebspunkt eingestellt wird. Durch die Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes kann die Genauigkeit der Berechnung des NH₃-Füllstandes des SCR-Katalysators während der im Rahmen der Überwachung durchgeführten Überdosierphase wesentlich verbessert werden. Bereits schon während der Überdosierphase kann hierbei eine Unterscheidung zwischen einem neuwertigen Katalysator, der also eine hohe Speicherkapazität aufweist, und einem gealterten SCR-Katalysator mit verminderter Speicherkapazität getroffen werden. Ein besonderer Vorteil hierbei ist, dass bereits nach Durchführung der Phase mit überstöchiometrischer Dosierung zuverlässige Aussagen über die Speicherkapazität des SCR-Katalysators getroffen werden können, sodass auf einen in herkömmlichen Diagnoseverfahren nachfolgenden Entleertest verzichtet werden kann. Durch den Verzicht auf den Entleertest kann die Zeit für die Durchführung der Diagnose erheblich verkürzt werden. Weiterhin kommt es nicht zu erhöhten Stickoxidemissionen, die üblicherweise mit der Durchführung des Entleertestes einhergehen.
Die Durchführung der erfindungsgemäßen Konditionierphase zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes kann beispielsweise im Zuge der eingangs beschriebenen, bereits bekannten Überwachungsstrategien durchgeführt werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Konditionierphase durchgeführt werden, bevor zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Reduktionsmitteldosierung bis zur maximal erreichbaren NH₃-Speicherung, erkennbar am NH₃-Schlupf, durchgeführt wird. Auf den üblicherweise nachfolgenden Entleertest kann verzichtet werden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Konditionierphase auch in der Variante der Überwachungsstrategie zum Einsatz kommen, bei der die Überdosierphase beendet wird, wenn ein temperaturabhängig gewählter NH₃-Füllstand im SCR-Katalysator erreicht wird, wobei der temperaturabhängig gewählte NH₃-Füllstand zwischen der maximalen Speicherfähigkeit des Katalysators im Neuzustand und der maximalen Speicherfähigkeit eines gealterten Katalysators liegt. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Konditionierphase auch bei der Variante der Überwachungsstrategie eingesetzt werden, bei der in der Überdosierphase eine festgelegte, temperaturabhängig gewählte NH₃-Menge dosiert wird. In allen Fällen kann auf einen nachfolgenden Entleertest verzichtet werden, da durch den Start der Überdosierphase bei einem definierten Betriebspunkt bereits durch die Beobachtung des Verlaufs der NOx-Konvertierungsrate während der Überdosierphase aussagekräftige Informationen über die Speicherkapazität des Katalysators erhalten werden können. Vor allem kann die Genauigkeit der Rückschlüsse auf die NH₃-Speicherkapazität gesteigert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Einstellung des vorgebbaren Betriebspunktes in der Konditionierphase eine unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel vorgenommen. Der NH₃-Speicher des SCR-Katalysators wird hierbei so weit entleert, bis die Konvertierungsrate des SCR-Katalysators unterhalb der Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung zu erwarten wäre. Mit dem Begriff Normaldosierung ist hierbei eine Dosierung gemeint, die sich an einem Füllstandsregler orientiert. Eine Füllstandsregelung basiert darauf, dass überstöchiometrisch dosiert wird, wenn der aktuelle NH₃-Füllstand kleiner als der Sollfüllstand ist. Ist der aktuelle NH₃-Füllstand größer als der Sollfüllstand, wird unterstöchiometrisch dosiert. Auf diese Weise wird herkömmlicherweise der Füllstand eingeregelt. Stöchiometrische Dosierung heißt hierbei, dass soviel NH₃ bereitgestellt wird, wie theoretisch für eine komplette NOx-Konvertierung benötigt wird. Da in der Praxis die Konvertierungsrate in der Regel unterhalb 100 % liegt, stellt sich bei der üblichen Einregelung des Sollfüllstandes im Mittel eine leicht unterstöchiometrische Dosierung ein.
Erfindungsgemäß wird zur Einstellung des vorgebbaren Betriebspunktes eine unterstöchiometrische Dosierung vorgenommen, bis die bei einer Normaldosierung sich einstellende Konvertierungsrate unterschritten wird. In diesem Zustand bzw. bei diesem Betriebspunkt ist der NH₃-Füllstand aus Vermessungen des Zusammenhangs zwischen dem NH₃-Füllstand und dem Wirkungsgrad des Katalysators bzw. der NOx-Konvertierungsrate mit hoher Genauigkeit bekannt und bildet somit einen geeigneten Ausgangspunkt für die zu Diagnosezwecken durchgeführte überstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel. Zudem ist der NH₃-Füllstand bei diesem Betriebspunkt in der Regel von den absoluten Werten her so niedrig, dass die Fortpflanzung eines eventuellen Fehlers bei diesem Startwert nicht zu hohen relativen Abweichungen bei der nachfolgenden Füllstandsberechnung während der Überdosierphase führt.
Das Erreichen des gewünschten Betriebspunktes kann beispielsweise anhand einer geeigneten Beobachtung der Konvertierungsrate des SCR-Katalysators vorgenommen werden. Die Reduktionsmitteldosierung wird im Folgenden mit der Größe α beschrieben, wobei α = 1 einer stöchiometrischen Dosierung entspricht. In diesem Fall wird genauso viel NH₃ bereitgestellt, wie zur vollständigen Konvertierung der aktuell im Abgas vorliegenden Stickoxide zumindest theoretisch notwendig ist. Die Stickoxidkonvertierungsrate wird durch die Größe η beschrieben. Bei unterstöchiometrischer Dosierung wird die maximale Konvertierungsrate η durch das Reduktionsmittelangebot bestimmt, sodass sich eine Grenz-Konvertierungsrate von η = α ergibt. Diese Grenz-Konvertierungsrate stellt sich jedoch nicht direkt ein, da zunächst noch ein ausreichendes Reduktionsmittelangebot in Form von gespeichertem bzw. absorbiertem NH₃ im SCR-Katalysator vorhanden ist. Die Konvertierungsrate nähert sich vielmehr allmählich der Grenz-Konvertierungsrate, also dem Zielwert, an. Der gewünschte bzw. vorgebbare Betriebspunkt ist erreicht, wenn η ≤ α dauerhaft eintritt. Für die Einstellung des gewünschten Betriebspunktes kann beispielsweise ein Kennwert von α = 0,5 vorgegeben werden.
Die Ermittlung der Stickoxidkonvertierungsrate kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Konvertierungsrate im SCR-Katalysator aus den gemessenen Stickoxidsensorsignalen berechnet werden, wenn stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators ein Stickoxidsensor vorgesehen ist. Wenn in dem System nur ein Stickoxidsensor verbaut ist, der stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, kann die Konvertierungsrate aus dem Stickoxidsensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators und einem beispielsweise im Motorsteuergerät berechneten Modellwert für die Stickoxidemissionen stromaufwärts des SCR-Katalysators berechnet werden. Sofern im System keine Stickoxidsensoren vorgesehen sind, kann die Konvertierungsrate anhand des durch die Dosierstrategie berechneten Modellwertes für die Stickoxidkonvertierungsrate ermittelt werden, wobei hierbei allerdings mit einem Genauigkeitsverlust zu rechnen wäre. In bevorzugter Weise können mehrere dieser erwähnten Möglichkeiten miteinander kombiniert werden, sofern die entsprechenden Hardware-Voraussetzungen gegeben sind. Hierdurch kann die Genauigkeit der Betriebspunkterkennung weiter erhöht werden. Darüber hinaus können weitere Zusatzbedingungen berücksichtigt werden, um die Erkennung des vorgebbaren Betriebspunktes weiter zu verbessern. In besonders bevorzugter Weise können beispielsweise zusätzlich ein Modellwert für den NH₃-Füllstand des SCR-Katalysators und/oder die insbesondere über Sensorwerte berechnete NH₃-Füllstandsbilanz der Speicherfähigkeitsüberwachung betrachtet werden. Der vorgebbare Betriebspunkt kann dann als erreicht angenommen werden, wenn der NH₃-Füllstand zu dem Zeitpunkt, an dem η ≤ α ist, unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt. Welche Bedingungen und/oder welche Kombinationen von Bedingungen betrachtet werden, um das Erreichen des gewünschten Betriebspunktes zu erkennen, kann anwendungsspezifisch festgelegt werden. Beispielsweise können die geeigneten Bedingungen durch Messungen am jeweiligen Fahrzeug bzw. am Abgassystem im Rahmen der Applikation der Speicherfähigkeitsüberwachung ermittelt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erkennen des vorgebbaren Betriebspunktes alternativ oder zusätzlich zur zeitdiskreten Beobachtung der NOx-Konvertierungsrate durch eine Bewertung von deren zeitlichem Verlauf. So kann beispielsweise aus einem negativen Gradienten der Konvertierungsrate frühzeitig auf die bevorstehende Annäherung oder auf das bevorstehende Erreichen des Zielwertes, also des gewünschten Betriebspunktes, geschlossen werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante der Betriebspunkterkennung können gezielt Betriebsbedingungen als Freigabebedingungen für die Diagnose genutzt werden, die die obengenannten Bedingungen für die Konditionierphase ohnehin erfüllen. Insbesondere kann auf die Konditionierphase situationsabhängig verzichtet werden, wenn solche Betriebsbedingungen erkannt werden. Es kann also auf das Erreichen des vorgebbaren Betriebspunktes geschlossen werden, wenn Betriebsbedingungen erkannt werden, bei denen die Konvertierungsrate des SCR-Katalysators unterhalb der Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung zu erwarten ist. Es werden also Betriebsbedingungen im Sinne der Konditionierphase und im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt, die ohne weiteren Eingriff situationsabhängig ohnehin gegeben sind. Bei diesen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Emissionseinfluss durch die Vorkonditionierung bzw. durch die Konditionierphase durch Verkürzung derselben noch weiter minimiert werden.
Vorzugsweise wird der Kennwert (Kennwert α) für die unterstöchiometrische Dosierung so gewählt, dass er unterhalb des Kennwertes für eine stöchiometrische Dosierung bei einem gealterten SCR-Katalysator liegt. Die Dosierung in der Konditionierphase wird also vorzugsweise so festgelegt, dass der Dosierkennwert α immer unterhalb der bei einem gealterten Katalysator in der Normaldosierung erreichbaren NOx-Konvertierungsrate liegt. Hierdurch wird bei der erfindungsgemäßen Überwachungsstrategie die Möglichkeit berücksichtigt, dass der zu überwachende Katalysator durch gegebenenfalls vorhandene Alterungseffekte bereits eine verringerte NH₃-Speicherfähigkeit aufweist.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Die Implementierung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens als Computerprogramm hat den Vorteil, dass dieses Verfahren ohne Weiteres auch beispielsweise bei bestehenden Fahrzeugen eingesetzt werden kann, um so die Vorteile der erfindungsgemäßen Überwachungsstrategie nutzen zu können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines SCR-Katalysatorsystems (Stand der Technik);
2 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der NH₃-Speicherung in einem SCR-Katalysator (unterer Teil) und des gemessenen SCR-Wirkungsgrades (oberer Teil) während der herkömmlichen Überwachung eines SCR-Katalysators;
3 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der NOx-Konvertierungsrate (η) und dem NH₃-Füllstand;
4 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Stickoxidsensorsignal stromabwärts des Katalysators und dem NH₃-Füllstand bei einem neuwertigen Katalysator (A) und einem gealterten Katalysator (B) bei der herkömmlichen Überwachung der NH₃-Speicherfähigkeit;
5 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Stickoxidsensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators und dem NH₃-Füllstand bei einer bekannten Variante der NH₃-Speicherfähigkeitsüberwachung bei einem neuwertigen Katalysator (A), bei einem gealterten Katalysator (B) und bei einem gealterten Katalysator mit falsch berechnetem Arbeitspunkt (C) und
6 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Stickoxidsensorsignal stromabwärts des SCR-Katalysators und dem NH₃-Füllstand des Katalysators bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems bei einem neuwertigen Katalysator (A), bei einem gealterten Katalysator (B) sowie bei einem neuwertigen Katalysator mit falsch berechnetem Arbeitspunkt (C).

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt zunächst in schematischer Weise die an sich bekannten Komponenten eines SCR-Katalysatorsystems. Im Abgasstrang 10 einer Brennkraftmaschine 11 ist ein SCR-Katalysator 12 angeordnet, der durch eine selektive katalytische Reduktion (SCR) selektiv Stickoxide im Abgas reduziert. Für die Reaktion wird Ammoniak (NH₃) als Reaktionsmittel bzw. Reduktionsmittel eingesetzt. Da Ammoniak eine toxische Substanz ist, wird Ammoniak aus der ungiftigen Trägersubstanz Harnstoff gewonnen. Der Harnstoff wird als flüssige Harnstoffwasserlösung über die Dosiereinrichtung 13 in den Abgasstrang 10 stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 bedarfsabhängig eingespritzt. Die wässrige Harnstofflösung wird in einem Reduktionsmitteltank 14 bevorratet, aus dem die Lösung mittels einer Förderpumpe 15 über die Druckleitung 16 der eigentlichen Dosiereinrichtung 13 zugeführt wird. Zur Überwachung der Stickoxidkonzentrationen im Abgas ist stromabwärts des SCR-Katalysators 12 ein Stickoxidsensor 17 vorgesehen. In anderen Systemen kann ein weiterer Stickoxidsensor stromaufwärts des SCR-Katalysators 12 vorgesehen sein. Die Steuerung der Dosierung und die Erfassung und Auswertung der Stickoxidwerte erfolgt in einer Auswerteeinheit 18, insbesondere in einer Steuereinheit des SCR-Katalysatorsystems oder in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine.
2 zeigt in schematischer Weise den zeitlichen Ablauf einer herkömmlichen Überwachungsstrategie des SCR-Katalysators im Hinblick auf die Beladung des SCR-Katalysators mit NH₃ (unterer Teil) und im Hinblick auf den gemessenen SCR-Katalysatorwirkungsgrad (oberer Teil), also die NOx-Konvertierungsrate. Bei dem Verfahren zur Überwachung des Katalysators wird die Fähigkeit des Katalysators zur Speicherung von NH₃ bzw. zur Absorption von NH₃ als Merkmal für die Alterung oder Schädigung des Katalysators verwendet. Im unteren Teil der Abbildung ist der zeitliche Verlauf der gespeicherten NH₃-Masse (NH₃ Load) im SCR-Katalysator gezeigt. In einer ersten Phase (Überdosierungsphase A) wird der SCR-Katalysator zunächst durch eine überstöchiometrische Reduktionsmitteldosierung bis zur maximal erreichbaren NH₃-Speicherung mit Reduktionsmittel befüllt. Hierdurch wird ein definierter Ausgangspunkt für das Diagnoseverfahren erreicht. Der Punkt, bei dem die maximale NH₃-Speicherung im SCR-Katalysator erreicht ist, ist mit 20 bezeichnet. Sobald die maximale Beladung mit NH₃ erreicht ist, kann kein weiteres NH₃ mehr gespeichert werden, sodass das weiterhin zudosierte NH₃ den SCR-Katalysator ungenutzt wieder verlässt (NH₃-Schlupf). Der stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnete Stickoxidsensor 17 erfasst dieses NH₃ aufgrund der Querempfindlichkeit für NH₃ als erhöhtes Stickoxidsignal, d.h. die anhand des Stickoxidsensorsignals berechnete NOx-Konvertierungsrate sinkt. Anschließend wird die Reduktionsmitteldosierung gegenüber einer Normaldosierung in einer Unterdosierungsphase B vermindert oder ausgeschaltet, sodass die gespeicherte NH₃-Masse durch die im SCR-Katalysator stattfindende NOx-Konvertierung allmählich wieder abgebaut wird (Entleertest). Während dieser Unterdosierungsphase wird der SCR-Wirkungsgrad auf der Basis der Stickoxidsignale erfasst und hieraus indirekt die nutzbare NH₃-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators ermittelt. Statt des gemessenen SCR-Wirkungsgrades, wie in 2 illustriert, können auch andere von der NOx-Konvertierungsrate des SCR-Katalysators abhängige Kennwerte analysiert werden. Die Kurve 21 zeigt das Verhalten eines neuen bzw. voll funktionsfähigen Katalysators mit ausreichender NH₃-Speicherfähigkeit (catalyst ok). Die Kurve 22 zeigt das Verhalten eines gealterten SCR-Katalysators mit mangelhafter NH₃-Speicherfähigkeit (catalyst NOT ok). Zum Ende der Überdosierungsphase A sinkt der gemessene SCR-Wirkungsgrad. Zu diesem Zeitpunkt steigt das Signal des stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensors 17 durch das nicht mehr im SCR-Katalysator speicherbare NH₃ an. Dieser Anstieg des Signals des querempfindlichen Stickoxidsensors drückt sich in der sinkenden gemessenen NOx-Konvertierungsrate (gemessener Wirkungsgrad) aus. Der Abfall des SCR-Wirkungsgrades, in der 2 mit 25 bezeichnet, zeigt das Ende der Überdosierungsphase A an. Daraufhin erfolgt der Übergang in die Unterdosierungsphase B, innerhalb derer Kennwerte ermittelt werden, die von der NOx-Konvertierungsrate abhängen und aus denen die nutzbare NH₃-Speicherfähigkeit indirekt ermittelt wird. Die Ermittlung dieser Kennwerte 26 ist in der 2 schematisch angedeutet.
3 stellt den Zusammenhang zwischen der NOx-Konvertierungsrate η und dem NH₃-Füllstand schematisch dar. Hieraus ergibt sich, dass bei einer aus überstöchiometrischer Dosierung des Reduktionsmittels bewirkten Anhebung der im SCR-Katalysator gespeicherten NH₃-Masse die NOx-Konvertierungsrate steigen muss. Falls der Katalysator bereits am optimalen Betriebspunkt betrieben wurde, bleibt die NOx-Konvertierungsrate gleich. Sinkt jedoch die gemessene NOx-Konvertierungsrate bzw. steigt das Sensorsignal des gegenüber NH₃ querempfindlichen NOx-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators trotzdem an, so liegt dies an einer Verfälschung des Sensorsignals durch freies NH₃ stromabwärts des SCR-Katalysators. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass die maximale Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators ausgeschöpft ist und somit die zuviel dosierte NH₃-Masse ungenutzt die Katalysatoroberfläche passiert (NH₃-Schlupf). 3 zeigt die Arbeitspunkte 30, 30', 30" bei einer Normaldosierung, die in der Praxis, wie bereits erläutert, im Mittel in der Regel leicht unterstöchiometrisch ist. Der Punkt 30 zeigt den Normalarbeitspunkt, der einen Modellwert darstellt. Die Punkte 30' und 30" zeigen mögliche tatsächliche Arbeitspunkte an. Herkömmliche Überwachungsstrategien gehen von diesen Normalarbeitspunkten aus, insbesondere von dem Modellwert 30 für den Normalarbeitspunkt. Durch die Abweichungen der möglichen tatsächlichen Arbeitspunkte, beispielsweise 30' und 30", kann es zu erheblichen Ungenauigkeiten bei der Überwachung kommen. Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren sieht daher eine Konditionierphase vor der Durchführung einer überstöchiometrischen Dosierung zu Diagnosezwecken vor, wobei bei der Konditionierphase ein vorgebbarer Betriebspunkt eingestellt wird. Dieser vorgebbare Betriebspunkt 35 liegt auf dem absteigenden Ast des in 3 dargestellten Zusammenhangs zwischen dem Füllstand und dem Wirkungsgrad.
Der Normalarbeitspunkt 30 stellt also einen Füllstands-Sollwert während der standardmäßigen Operation der Dosiereinrichtung dar. Aufgrund der Systemtoleranzen und der unzureichenden Messtechnik, insbesondere der allgemein fehlenden NH₃-Sensorik, kann die tatsächliche Lage des Betriebspunktes deutlich von dem Sollwert 30 abweichen, ohne dass dies über die Konvertierungsrate messbar wäre. So unterscheidet sich die NOx-Konvertierungsrate nur unwesentlich bei den möglichen Arbeitspunkten 30' und 30" von dem Modellwert 30. Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Betriebspunkt 35, der als Ausgangssituation für die überstöchiometrische Dosierung zu Diagnosezwecken eingestellt wird, kann dagegen mit verhältnismäßig hoher Genauigkeit von der NOx-Konvertierungsrate auf den NH₃-Füllstand geschlossen werden. Durch die Einstellung dieses definierten Betriebspunktes als Ausgangspunkt für die eigentliche Diagnosephase können bereits in der nachfolgenden Phase der überstöchiometrischen Dosierung aussagekräftige Informationen über die NH₃-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators gewonnen werden. Daher ist es möglich, auf den üblicherweise durchgeführten Entleertest ganz oder teilweise zu verzichten, wodurch der nachteilige Emissionseinfluss des Diagnoseverfahrens wesentlich verringert werden kann. Auch die Genauigkeit der Informationen über die NH₃-Speicherfähigkeit, die während der überstöchiometrischen Dosierung gewonnen werden, ist gegenüber bekannten Überwachungsstrategien deutlich erhöht. Darüber hinaus wird die Diagnosedauer verkürzt.
4 illustriert die NH₃-Speicherfähigkeitsüberwachung, wie sie bei herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird. 4A illustriert die Überwachung bei einem neuwertigen Katalysator. 4B illustriert die Überwachung bei einem gealterten Katalysator. Auf der Y-Achse ist das Summensignal aus NOx und NH₃ gezeigt, das von dem NOx-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators angezeigt wird. Bei niedrigem NH₃-Füllstand und somit niedriger NOx-Konvertierungsrate handelt es sich um reines NOx. Wird der maximale NH₃-Füllstand überschritten, bleiben die NOx-Emissionen stromabwärts des SCR-Katalysators wegen der hohen NOx-Konvertierungsrate unverändert. Allerdings tritt ein NH₃-Schlupf auf, der das Sensorsignal des NOx-Sensors erhöht. Im Vergleich der 4A und 4B zeigt sich, dass bei einem gealterten SCR-Katalysator aufgrund der geringeren NH₃-Speicherfähigkeit dieser Effekt früher, d.h. bei niedrigeren Füllständen auftritt. Ausgehend von dem Normalarbeitspunkt AP (im Vergleich mit 3 Arbeitspunkt 30, 30', 30") wird die Überdosierung 41 vorgenommen, bis ein NH₃-Schlupf 42 erkannt wird. Anschließend erfolgt der Entleertest 43. Durch die geringere Speicherkapazität eines gealterten Katalysators (4B) zeigt dieses Vorgehen einen deutlichen Messeffekt 44, aus dem auf den Zustand des Katalysators im Hinblick auf dessen NH₃-Speicherfähigkeit geschlossen werden kann. Bei der eingangs bereits beschriebenen bekannten Variante dieses Verfahrens kann die Überwachung erfolgreich beendet werden, wenn ein temperaturabhängig gewählter NH₃-Füllstand 45 erreicht wird, ohne dass ein Emissionseinfluss in Form von NH₃ (durch Schlupf) oder durch NOx (im Entleertest) zu beobachten gewesen wäre. Dies kann als schnelle I.O.-Erkennung 46 eingesetzt werden, um auf einen neuwertigen SCR-Katalysator schließen zu können. Der Füllstand wird beispielsweise über NOx-Sensoren berechnet, beginnend mit dem Modellwert im Arbeitspunkt AP.
5 zeigt die weitere, bereits beschriebene an sich bekannte Variante der NH₃-Speicherfähigkeitsüberwachung. Hierbei wird eine festgelegte, temperaturabhängig gewählte NH₃-Menge während der Überdosierung 51 eindosiert, bevor in den Entleertest 53 übergegangen wird. Die Überdosierung 51 beginnt im Arbeitspunkt AP, der dem Modellwert des Normalarbeitspunktes 30 (3) entspricht. Die Dosierung erfolgt mit einer vorgebbaren NH₃-Menge. Hierbei wird durch die Dosiereinrichtung so viel NH₃ zur Verfügung gestellt, wie notwendig wäre, um den NH₃-Füllstand auf einen vorgebbaren, theoretischen Sollwert zu heben, unabhängig davon, ob der eingebaute SCR-Katalysator so viel NH₃ speichern kann oder nicht. Die Dosierung erfolgt gegebenenfalls auch bis über die Schlupfgrenze hinaus. Daran schließt sich der kurze Entleertest an. 5A zeigt die Situation bei einem neuen Katalysator. Die 5B zeigt die Situation bei einem gealterten Katalysator. Die verringerte Speicherfähigkeit des gealterten Katalysators ist durch den Messeffekt 54 im Signal des NOx-Sensors stromabwärts des Katalysators (5B) zu erkennen. 5C zeigt die Situation bei einem gealterten Katalysator, bei dem der Arbeitspunkt AP falsch berechnet wurde. Dieser Arbeitspunkt AP' entspricht beispielsweise dem Arbeitspunkt 30' aus der 3. Die falsche Einstellung des Arbeitspunktes ist beispielsweise durch Modelltoleranzen, Fehladaptionen oder ähnliches bedingt. In diesem Fall ist mit der angewendeten Überwachungsstrategie nur ein geringer oder gar kein Messeffekt zu beobachten. Ein falsch eingestellter Arbeitspunkt schmälert also die Aussagekraft dieses herkömmlicherweise eingesetzten Diagnoseverfahrens erheblich.

Die erfindungsgemäße Dosierstrategie für die Überwachung der NH₃-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators sieht die Einstellung eines definierten Arbeitspunktes als Ausgangspunkt für die Überdosierung im Zuge der Diagnose vor. Hierbei wird ein Sollwert für den NH₃-Füllstand im SCR-Katalysator eingestellt. Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Vorgehens werden im Folgenden anhand von Füllständen erläutert, wie sie bei herkömmlichen Diagnosestrategien zu beobachten sind. Bei herkömmlichen Strategien wird versucht, einen NH₃-Füllstand im SCR-Katalysator einzustellen, der so gewählt ist, dass er zwischen der maximalen Speicherfähigkeit eines Katalysators im Neuzustand und der eines gealterten Katalysators liegt. Beispielsweise sind hierbei folgende Füllstände festzustellen:

Arbeitspunkt	1g
Max. Füllstand neuwertiger Katalysator	4g
Max. Füllstand gealterter Katalysator	2g
Diagnose-Zielwert für den NH₃-Füllstand	3g
Notwendige Überdosiermenge	3g - 1g = 2g
Tatsächlicher Füllstand nach Überdosierung	1g + 2g = 3g

In der Praxis ergibt sich das Problem, dass der Arbeitspunkt aufgrund der erheblichen Toleranzen oftmals nicht genau genug berechnet werden kann. Deshalb kann der am Ende der Überdosierung angezeigte Füllstand deutlich vom tatsächlichen Füllstand (siehe 3) abweichen. Dies führt beispielsweise zu folgenden Situationen:

	Arbeitspunkt korrekt eingestellt	Arbeitspunkt zu hoch eingestellt	Arbeitspunkt zu niedrig eingestellt
Angezeigter Arbeitspunkt	1g
Tatsächlicher Arbeitspunkt	1g	1,5g	0,5g
Max. Füllstand neuwertiger Katalysator	4g
Max. Füllstand gealterter Katalysator	2g
Diagnose-Zielwert für NH₃-Füllstand	3g
Notwendige Überdosiermenge	3g - 1g = 2g
Tatsächlicher Füllstand nach Überdosierung	1g + 2g = 3g	1,5g + 2g = 3,5g	0,5 g + 2g = 2,5g
Zuviel dosierte NH₃-Menge (gealterter Kat)	3g - 2g = 1g	3,5g - 2g = 1,5g	2,5g - 2g = 0,5g

Für die Diagnosegenauigkeit einer herkömmlichen Speicherfähigkeitsüberwachung beispielsweise in der zweiten beschriebenen Variante aus dem Stand der Technik ist eine hohe Reproduzierbarkeit der während der Überdosierphase zuviel dosierten NH₃-Masse entscheidend. Die systembedingten Abweichungen, die bis zu ± 50 % wie in obigem Beispiel ausmachen können, bedingen eine gro-ße Streuung des Diagnosemerkmals und können somit zu Fehldiagnosen führen, wie es beispielsweise anhand der 5C bereits erläutert wurde.
Um dieses Problem zu lösen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, vor dem Start der Diagnose bzw. vor der Überdosierphase eine Konditionierung des SCR-Katalysators durchzuführen, bei der ein Arbeitspunkt eingestellt wird, der anders als der von der Dosierstrategie im normalen Dosierbetrieb gewählte Sollwert mit höherer Genauigkeit vorhergesagt werden kann. Dazu wird die Reduktionsmitteldosierung auf unterstöchiometrischen Betrieb umgeschaltet und der SCR-Katalysator so weit entleert, bis der Arbeitspunkt im absteigenden Ast eines Füllstand/Wirkungsgrad-Diagramms liegt, also beispielsweise der Arbeitspunkt 35 in der Darstellung der 3. In diesem Fall ist der NH₃-Füllstand aus Vermessungen des Zusammenhangs zwischen NH₃-Füllstand und Wirkungsgrad mit hoher Genauigkeit bekannt, sodass dies einen sehr geeigneten Ausgangspunkt für die Gewinnung von genauen Informationen über die NH₃-Speicherfähigkeit in der nachfolgenden Überdosierungsphase bildet.
6 illustriert die Auswirkungen der erfindungsgemäß vorgesehenen Konditionierphase auf die Ergebnisse der Diagnose. 6A zeigt die Situation bei einem neuwertigen Katalysator, 6B zeigt die Situation bei einem gealterten Katalysator und 6C zeigt die Situation bei einem neuwertigen Katalysator, bei dem der Arbeitspunkt AP' falsch berechnet ist. Ausgehend von dem Arbeitspunkt AP, der in 6A und 6B dem Normalarbeitspunkt 30 (Modellwert) aus der 3 entspricht, erfolgt eine teilweise Entleerung 67 durch Umstellung der Dosierung auf Unterdosierung, z.B. mit α = 0,5. Auf diese Weise wird ein definierter Betriebspunkt 68 eingestellt, der dem Betriebspunkt 35 aus der 3 entspricht. Dieser Betriebspunkt entspricht einem bestimmten eingependelten Füllstand, der beispielsweise anhand von NOx-Sensorsignalen, beginnend mit dem Modellwert im Arbeitspunkt, berechnet werden kann. Der Einstellung dieses Betriebspunktes 68 kann eventuell auch über ein Ansteigen des NOx-Signals hinaus erfolgen. Dann erfolgt das Befüllen 69 des NH₃-Speichers (Befülltest), beispielsweise auch bis zu einem bestimmten berechenbaren Füllstand 70. Anhand des zu beobachtenden NOx-Sensorsignals stromabwärts des SCR-Katalysators kann hierbei auf die NH₃-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators geschlossen werden. So zeigt z.B. ein nicht erhöhtes Sensorsignal (NOx + NH₃) in der 6A einen neuwertigen Katalysator an, das erhöhte Sensorsignal in 6B bei dem vorgebbaren Füllstand 70 zeigt als Messeffekt 71 einen gealterten Katalysator mit verringerter NH₃-Speicherfähigkeit an. 6C zeigt die Situation bei einem falsch berechneten Arbeitspunkt AP' bei einem neuwertigen Katalysator. Durch die Einstellung des vorgebbaren Arbeitspunktes 68 im Zuge der teilweisen Entleerung des SCR-Katalysators kommt es nicht zu Falschdiagnosen in der nachfolgenden Überdosierung bzw. in der nachfolgenden Befüllung 69 (Befülltest), da durch die Konditionierphase 67 immer derselbe Startpunkt 68 für die Berechnung des NH₃-Füllstands im Rahmen der Speicherfähigkeitsdiagnose (Befüllen bzw. Überdosierung) eingestellt wird und unabhängig vom Ausgangsarbeitspunkt der vorgebbare Füllstand 70 erreicht wird.
Die höchste Genauigkeit für den Startwert des NH₃-Füllstandes, also den vorgebbaren Betriebspunkt, würde sich dann ergeben, wenn der SCR-Katalysator komplett entleert würde. Dies könnte beispielsweise mit einer kompletten Deaktivierung der Reduktionsmitteldosierung erreicht werden. Dieses Vorgehen ist allerdings mit einem hohen NOx-Emissionseinfluss verbunden. Zudem ist die Konditionierphase in dieser Ausgestaltung für einen verhältnismäßig langen Zeitraum durchzuführen, sodass abgewogen werden muss, ob der Zusatzgewinn an Genauigkeit gegenüber diesen Nachteilen ausreichend hoch ist. Bei bestimmten Anwendungen kann aber auch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft sein.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines SCR-Katalysators (12), insbesondere zur Überwachung der Speicherkapazität des SCR-Katalysators (12) für Ammoniak dadurch gekennzeichnet, dass zu Diagnosezwecken eine überstöchiometrische Dosierung (69) von Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator (12) vorgenommen wird und in Abhängigkeit von wenigstens einem Kennwert, der von der Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) abhängig ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators (12) geschlossen wird, wobei vor der überstöchiometrischen Dosierung (69) von Reduktionsmittel eine Konditionierphase (67) zur Einstellung eines vorgebbaren Betriebspunktes (35; 68) durchgeführt wird, wobei zur Einstellung des vorgebbaren Betriebspunktes (35; 68) in der Konditionierphase (67) eine unterstöchiometrische Dosierung von Reduktionsmittel vorgenommen wird, bis die Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) unterhalb der Konvertierungsrate liegt, die bei einer Normaldosierung zu erwarten ist, wobei die Konvertierungsrate anhand von Stickoxidsensorsignalen stromaufwärts und/oder stromabwärts des SCR-Katalysators (12) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsrate anhand von Stickoxidsensorsignalen stromabwärts des SCR-Katalysators (12) und anhand von berechneten Modellwerten für die Stickoxidemissionen stromaufwärts des SCR-Katalysators (12) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsrate anhand von in der Dosierstrategie berechneten Modellwerten für die Stickoxidkonvertierungsrate bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Betriebspunkt (35; 68) als eingestellt betrachtet wird, wenn der Ammoniakfüllstand des SCR-Katalysators (12) unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators während der unterstöchiometrischen Dosierung (67) betrachtet wird und auf das Erreichen des vorgebbaren Betriebspunktes (35; 68) geschlossen wird, wenn die Konvertierungsrate einen negativen Gradienten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Erreichen des vorgebbaren Betriebspunktes (35; 68) geschlossen wird, wenn Betriebsbedingungen erkannt werden, bei denen die Stickoxidkonvertierungsrate des SCR-Katalysators (12) unterhalb der Konvertierungsrate liegt, die bei einer stöchiometrischer Dosierung zu erwarten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennwert für die unterstöchiometrische Dosierung so gewählt wird, dass er unterhalb des Kennwertes für eine stöchimetrische Dosierung bei einem gealterten SCR-Katalysator (12) liegt.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät (18) ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät (18) ausgeführt wird.