Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der NO ₂ -Konzentration hinter einer katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem Abgasnachbehandlungs- Systems einer Brennkraftmaschine.

Vor dem Hintergrund gesetzlicher Vorschriften zur Reduzierung von Schadstoffimmissionen von Kraftfahrzeugen ist es im Rahmen einer On-Board-Diagnose (OBD) erforderlich, die Güte einer der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgasnach- behandlungseinrichtungen zu überwachen. Hierbei werden in der Regel die Hauptfunktionen der einzelnen Abgasnachbehandlungseinrichtungen überwacht und Fehler diagnostiziert.

So wird beispielsweise die Alterung eines Oxidationskatalysators überwacht, um si- cherzugehen, dass der Oxidationskatalysator seine Hauptfunktion, nämlich die Konvertierung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden, ausreichend erfüllt. Oxi- dationskatalysatoren weisen in Abhängigkeit vom Alterungsgrad eine bestimmte Light-Off-Temperatur als Katalysator-Anspringtemperatur auf, bei der ein bestimmter vorgegebener Anteil der im Abgas vorhandenen Schadstoffe vom Oxidationskataly- sator konvertiert werden. Üblicherweise beträgt der vorgegebene Anteil 50%. Bestehende On-Board-Diagnose-Systeme sind heutzutage in der Lage, die Light-Off- Temperatur im Fahrbetrieb zu ermitteln. Es wird beispielhaft auf die Druckschrift DE 10 2004 004 244 A1 verwiesen, die ein Verfahren zur Ermittlung der Light-Off- Temperatur beschriebt.

Der Alterungsgrad eines Oxidationskatalysators kann auch auf anderem Wege ermit- telt beziehungsweise angenähert ermittelt werden. So offenbart DE 10 2008 004 222 A1 ein Verfahren zur Bestimmung eines Alterungsfaktors eines Oxidationskatalysa- tors, bei dem ein Temperaturmodell herangezogen wird. Dem Temperaturmodell liegt die Kenntnis zu Grunde, dass die Alterungsgeschwindigkeit eines Oxidationskataly- sators mit steigender Temperatur zunimmt. Demnach wird die Alterungsgeschwindigkeit bestimmt und durch Integration aufsummiert, woraus ein Alterungsgrad des Oxidationskatalysators bestimmt wird.

Zukünftig soll es neben der Überwachung und Diagnose der Hauptfunktionen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen auch eine Überwachung der Abgasnachbehandlungseinrichtungen hinsichtlich der Produktion und Generierung von weiteren Schadstoffbestandteilen geben. So soll unter anderem die N0 ₂ -Generierung in einem Oxidationskatalysator überwacht werden. In der DE 10 2008 004 222 A1 wird die N0 ₂ -Konzentration hinter einem Oxidationskatalysator bereits dadurch bestimmt, dass das Temperaturmodell wie vorangehend beschrieben herangezogen wird, um anhand des Alterungsgrades des Oxidationskatalysators auf die Konvertierungsrate von NO zu NO ₂ abschätzen zu können. Hierfür ist jedoch die Bestimmung des Alterungsgrades des Oxidationskatalysators anhand des aufwendigen Temperaturmodells erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die hinter einer katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung vorhandene NO ₂ -Konzentration im Abgas auf einfacher Weise zu ermitteln. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung der NO ₂ -Konzentration hinter einer katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mittels eines NO ₂ -Bildungsmodells, welches Betriebskenngrößen des Abgasnachbehandlungssystems und eine Alterungskenngröße der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt, wobei zur Bestimmung der Alterungskenngröße das HC/CO-Umsetzungsverhalten der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird und hieraus auf das NO ₂ - Umsetzungsverhalten geschlossen wird, gelöst.

Das Verfahren greift somit auf das HC/CO-Umsetzungsverhalten der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung zurück, welches bereits durch bestehende On- Board-Diagnose-Systeme festgestellt werden kann, wie beispielsweise durch Feststellung der Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Es ist kein separates Berechnungsmodell für die Bestimmung des Alterungsgrades der katalyti- sehen Abgasnachbehandlungseinrichtung erforderlich.

Zur Ermittlung des HC-Umsetzungsverhalten der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung kann z.B. eine Nacheinspritzung der Brennkraftmaschine vorgenommen werden, woraufhin das Temperaturanwortverhalten der katalytischen Ab- gasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird.

Hierbei kann die Nacheinspritzung vorgenommen werden, wenn die Temperatur der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung in etwa der Light-Off-Temperatur im Neuzustand der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung entspricht.

Das HC/CO-Umsetzungsverhalten der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung wird zum NO ₂ -Umsetzungsverhalten korreliert wird, um die Alterungskenngröße zu bestimmen. Hierbei ist das NO ₂ -Umsetzungsverhalten vorzugsweise in zumindest einem Katalysatorkennfeld hinterlegt. Für neuwertige und gealterte katalytische Abgasnachbehandlungseinrichtungen können unterschiedliche Katalysatorkennfelder vorgesehen sein. Als Betriebskenngrößen des Abgasnachbehandlungssystems werden insbesondere die Temperatur, der Massestrom, die Raumgeschwindigkeit und/oder die HC/CO- Emission vor der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt.

Das Verfahren lässt sich insbesondere bei der Ermittlung der NO ₂ -Konzentration hin- ter einem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) einsetzen.

Die Bestimmung des erzeugten NO ₂ -Anteils an einer Gesamtmenge an Stickoxiden, insbesondere das Verhältnis von NO ₂ zu ΝΟχ hinter der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung kann auch dann von Bedeutung sein, wenn nach der katalyti- sehen Abgasnachbehandlungseinrichtung, zum Beispiel einem DOC oder einem DOC mit nachgeschaltetem Dieselpartikelfilter, ein Katalysator zur selektiven kataly- tischen Reduktion (SCR-Katalysator) eingesetzt wird. Die Umsetzungseffektivität eines SCR-Katalysators ist im erheblichen Maße von NO ₂ /NO _x -Verhältnis vor dem SCR-Katalysator abhängig. Dies sollte möglichst 50 % betragen. Daher ist die Bestimmung des N02/NOx-Verhältnisses hinter der katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung von besonderer Bedeutung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Hierin zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Abgasstrangs eines

Kraftfahrzeuges, Figur 2 den schematischen Verlauf der HC-Konzentration innerhalb eines DOC über die Länge,

Figur 3 den schematischen Verlauf der NO2- Konzentration innerhalb des DOC über die Länge und

Figur 4 Messergebnisse für zwei verschiedene Oxidationskatalysatoren hinsichtlich des maximalen NO2/NOx-Verhältnisses in Abhängigkeit der Light-Off- Temperatur. Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Lufteinlass 2, in dem Luft in Richtung des Pfeils 3 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Ferner wir der Brennkraftmaschine 1 Kraftstoff zugeführt (schematisch dargestellt durch Pfeil 4). Über eine Abgasleitung 5 wird das Abgas aus der Brennkraftmaschine 1 einer katalytischen beziehungsweise oxidierenden Abgasnachbehandlungseinrichtung 6, hier beispielsweise ein DOC, zugeführt. Nach Durchströmen des DOC 6 wird über eine weitere Abgasleitung 7 das Abgas zur weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung, wie zum Beispiel einem Dieselpartikelfilter oder ein SCR-Katalysator, zugeführt.

Figur 2 zeigt schematisch den Verlauf der Konzentration an Kohlenwasserstoffen (HC) innerhalb des Oxidationskatalysators über dessen Länge. Der Verlauf der HC- Konzentration ist einmal für einen neuwertigen Oxidationskatalysator (durchgezogene Linie) und einmal für einen gealterten Oxidationskatalysator (gestrichelte Linie) dargestellt. Bei einem neuwertigen Oxidationskatalysator findet im Anfangsbereich desselben, das heißt in einem Bereich kurz hinter dem Einlass zum Oxidationskatalysator, eine hohe Konvertierung von Kohlenwasserstoffen statt, so dass die Konzentration an Kohlenwasserstoffen über einen kurzen Bereich stark abnimmt. Bei einem gealterten Oxidationskatalysator nimmt die Kurve nicht so stark ab. Hier wird aufgrund der abnehmenden Effektivität der katalytischen Beschichtung des Oxidati- onskatalysators die Oxidation von Kohlenwasserstoffen über einen längeren Bereich gestreckt.

Figur 3 zeigt die NO ₂ -Konzentration innerhalb eines Oxidationskatalysators über dessen Länge einmal für einen neuwertigen Oxidationskatalysator (durchgezogenen Linie) und einmal für einen gealterten Oxidationskatalysator (gestrichelte Linie). Hier ist zu erkennen, dass die NO ₂ -Konzentration im Anfangsbereich des Oxidationskatalysators deutlich abnimmt, da der NO ₂ -Anteil im Abgas als Oxidationsmittel zur Oxi- dierung von Kohlenwasserstoffen dient. Sobald, bezogen auf die Länge des Oxidationskatalysators, die Konzentration an Kohlenwasserstoffen abgenommen hat, be- ginnt der Oxidationskatalysator NO zu NO ₂ zu oxidieren, so dass NO ₂ generiert wird und die NO ₂ -Konzentration im DOC zum Ende desselben zunimmt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um einen mager betriebenen Motor, wie einem Dieselmotor, handelt, bei dem ein Sauerstoffüberschuss im Abgas vorhanden ist. Bei einem gealterten Oxidationskatalysator werden die Kohlenwasserstoffe über eine größere Länge des Oxidationskatalysators umgesetzt, so dass auch der NO ₂ -Anteil im Abgas über eine größere Länge des Oxidationskatalysators als Oxidationsmittel dient. Die Produktion von NO ₂ findet daher erst weiter stromab innerhalb des Oxidationskatalysators statt, so dass am Auslass des Oxidationskatalysators im gealterten Zustand eine geringere NO ₂ -Konzentration vorherrscht als bei einem neuwertigen Oxidationskatalysator. Der Alterungszustand des Oxidationskatalysators kann maßgeblich durch die Light-Off-Temperatur angegeben werden, welche ein Grad für die Konvertierung von Kohlenwasserstoffen ist, beziehungsweise welche angibt, bei welcher Temperatur mindestens 50 % der Kohlenwasserstoffe umgesetzt werden. Hier- aus lässt sich dann auch auf die N0 ₂ -Produktion innerhalb des Oxidationskatalysa- tors schließen.

Figur 4 zeigt Messwerte für das N0 ₂ /NOx-Verhältnis über der T50 Light-Off- Temperatur. T50 Light-Off-Temperatur ist die Temperatur, bei der 50 % der Kohlenwasserstoffe (HC) im Oxidationskatalysator umgesetzt werden. Man erkennt, dass mit zunehmender Light-Off-Temperatur das NO ₂ /NO _x -Verhältnis abnimmt, also weniger NO ₂ im Oxidationskatalysator generiert wird.

Bezugszeichenliste

1 Brennkraftmaschine

2 Lufteinlass

3 Lufteinlassrichtung

4 Kraftstoffzufuhr

5 Abgasleitung

6 katalytischen Abgasnachbehandlungseinrichtung

7 Abgasleitung