Verfahren zur Überprüfung mindestens einer Komponente eines Abgasnachbehandlungssystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung mindestens einer Komponente eines Abgasnachbehandlungssystems mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung Computerprogramm, das in einem Steuergerät oder Werkstatttester abläuft, sowie ein Computerprogrammprodukt.

Stand der Technik

Zur Einhaltung staatlich geforderter Emissionsgrenzwerte, insbesondere im Hinblick auf Stickoxid (ΝΟχ)- Emissionen, werden die Abgase von Verbrennungskraftmaschinen einer Nachbehandlung unterzogen. Hierbei werden S CR- Katalysatoren eingesetzt (SCR = Selective Catalytic Reduction), in denen Stickoxidmoleküle unter Zuhilfenahme von Ammoniak (NH3), das als Reduktionsmittel dient, zu elementarem Stickstoff reduziert werden. Zur Bereitstellung des Reduktionsmittels wird eine Harnstoff-Wasser- Lösung (HWL) mittels eines Dosiersystems vor dem SCR-Katalysator in den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine eindosiert. Die Dosierrate wird mittels einer elektronischen Steuereinheit ermittelt, in der Strategien für den Betrieb und die Überwachung des Abgasnachbehandlungssystems hinterlegt sind. Die gesetzlichen Bestimmungen sehen eine On-Board-Diagnose (OBD), d. h. eine Überwachung während der Fahrt vor. Hierzu kann ein Signal mindestens eines ΝΟχ-Sensors herangezogen werden, der stromabwärts des SCR- Katalysators angeordnet ist. Wird eine Nicht- Einhaltung der Emissionsgrenzwerte über die OBD- Funktion erkannt, ergeht ein entsprechender Hinweis an den Fahrer mit der Aufforderung, eine Werkstatt aufzusuchen. Dort wird durch geeignete Maßnahmen eine Diagnose bis auf die Ebene der kleinsten austauschbaren Einheiten durchgeführt, was sehr aufwendig ist, insbesondere, wenn manuell vorgegangen wird. Wird eine Komponente als defekt erkannt, wird sie ausgetauscht oder repariert.

Aufgrund der Komplexität des Systems zur Abgasnachbehandlung sind die bisherigen Strategien der Werkstattdiagnose jedoch häufig unzureichend oder fehlerhaft, so dass

Fehlerquellen unerkannt bleiben und erneut die Werkstatt aufgesucht werden muss.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Effektivität und Qualität der Werkstattdiagnose zu verbessern. Insbesondere soll ein hoher Grad der Auto- matisierung erreicht werden, um die Kosten zu senken und/oder die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden ein in einem Steuergerät oder einem Werkstatttester ablaufendes Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung Das zur Überprüfung mindestens einer Komponente eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere eines SCR-Katalysators, eines HWL- Dosiersystems und/oder mindestens eines ΝΟχ-Sensors, vorgeschlagene Verfahren wird in einer Werkstatt o- der unter werkstattähnlichen Bedingungen durchgeführt. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte:

a) Konditionierung, wobei die Temperatur angehoben wird und der SCR-Katalysator entleert wird, sowie

b) Überprüfung eines ΝΟχ-Sensors, wobei dieser als Fehlerquelle identifiziert oder als Fehlerquelle ausgeschlossen wird. Der Schritt der Konditionierung dient der Entleerung des SCR-Katalysators. Denn ein leerer SCR-Katalysator stellt eine Grundvoraussetzung für das Verfahren dar. Um einen schnellen Abbau von Ammoniak im SCR-Katalysator zu erreichen, wird vorzugsweise die Temperatur auf mindestens 300°C angehoben, weiterhin vorzugsweise auf mindestens 400°C angehoben, da hohe Temperaturen den Abbau beschleunigen. Die Temperatur sollte jedoch 500°C nicht übersteigen. Zur Temperaturführung kann - sofern verfügbar - eine Temperaturregelung zugeschaltet werden. Ein weiterer Zweck besteht darin, den S CR- Katalysator für die spätere Diagnose in einem geeigneten Temperaturfenster zu haben (Grund: chemische Reaktionspfade). Die Entleerung erfolgt dann zusätzlich infolge ΝΟχ-Umsatz.

Die Temperaturanhebung kann durch innermotorische Maßnahmen, beispielsweise durch eine Betriebsartenänderung, und/oder durch Drehzahlanhebung, ggf. unter Last- zuschaltung, erreicht werden.

Die Überprüfung des ΝΟχ-Sensors in Schritt b) dient der Erkennung der Sensorgüte und/oder etwaiger Fehler im Sensor- bzw. Rohemissionsbereich. Bei der Überprüfung wird vorzugsweise ein stationärer Wert eines ΝΟχ-Sensors, der vor oder nach dem S CR- Katalysator angeordnet ist, mit einem Modellwert verglichen. Alternativ oder ergänzend können die Werte mehrerer Sensoren untereinander verglichen werden.

Wird eine Abweichung erkannt, muss durch geeignete Maßnahmen die Fehlerquelle innerhalb der ΝΟχ-Sensorik ermittelt werden. Hierbei kann auf bekannte Verfahren der ON-Board-Diagnose zurückgegriffen werden. Wird keine Abweichung erkannt, kann bzw. muss die Überprüfung fortgesetzt werden.

Die Fortsetzung der Überprüfung setzt eine funktionierende ΝΟχ-Sensorik voraus, da diese die Grundlage für die weitere Auswertung bildet. Im Falle eines Fehlers oder Defekts eines ΝΟχ-Sensors muss dieser ersetzt werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird demnach mindestens eine Einzelprüfung einer Komponente des Abgasnachbehandlungssystems vorgenommen. Wird diese Komponente als Fehlerquelle erkannt, kann die Überprüfung beendet werden. Andernfalls ist mit der Überprüfung fortzufahren, um die Fehlerquelle im Ausschlussverfahren weiter einzugrenzen. Dieser Vorgang wird im Englischen mit dem Begriff„pinpointing" bezeichnet. Um ein eindeutiges„pinpointing" zu ermöglichen, ist vorzugsweise die Abfolge der Einzelprüfungen derart gewählt, dass zunächst eine Komponente mit möglichst wenig Querabhängigkeiten zu anderen Komponenten überprüft wird. Die Durchführung des Verfahrens kann weitgehend automatisiert ablaufen, so dass di Personalkosten gering sind. Ferner erfordert das Verfahren keinen invasiven Eingriff, da zur Überprüfung der ΝΟχ-Sensorik kein Sensor ausgebaut werden muss. Die Einzelprüfung erlaubt zudem eine sichere Aussage über das Gesamtsystem.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in Schritt a) zusätzlich eine Überprüfung des SCR- Katalysators durchgeführt wird. Beispielsweise kann durch Verlaufsdiagnose des Wertes des ΝΟχ-Sensors auf etwaige Ablagerungen und/oder falsche Füllungsgrade des S CR- Katalysators geschlossen werden. Hierzu wird in Schritt a) der mindestens eine ΝΟχ-Sensor freigegeben. Sollten Ablagerungen und/oder falsche Füllungsgrade ursächlich für den Fehler sein, können diese bereits in Schritt a) detektiert werden.

An die Schritte a) und b) kann sich ein Schritt c) anschließen. Dies gilt insbesondere nach Ausschluss des ΝΟχ-Sensors als Fehlerquelle. In Schritt c) wird vorzugsweise di Dosiermenge des HWL-Dosiersystems bestimmt. Die Bestimmung der Dosiermenge erfolgt durch Auswertung mindestens eines ΝΟχ-Sensors, der vor oder nach dem S CR- Katalysator angeordnet ist. Grundlage der Auswertung bildet dabei die Annahme dass bei dem SCR- Katalysator innerhalb eines weiten Dosiermengenbereichs und bereits unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses der Umsatz an dosierter HWL- Menge näherungsweise 100% entspricht.

Alternativ oder ergänzend zu Schritt c) kann eine bauteilgenaue Diagnose zur Identifizierung einer Fehlerquelle im HWL- Dosiersystem durchgeführt werden. Gegenstand der Diagnose kann bzw. können eine Pumpe, ein Dosierventil und/oder eine HWL- Leitung des Dosiersystems sein. Bei der bauteilgenauen Diagnose wird vorzugsweise das Menge/Druck- Verhalten ausgewertet, um ein eindeutiges„pinpointing" zu ermöglichen.

Nach Ausschluss des ΝΟχ-Sensors und/oder des HWL-Dosiersystems als Fehlerquell wird vorzugsweise eine Überprüfung des S CR- Katalysators in einem Schritt c) oder in einem Schritt d) durchgeführt, je nachdem, ob zuvor in einem Schritt c) die Dosiermen ge bestimmt wurde und/oder das Dosiersystem überprüft wurde. Verfahren zur Erkennung eines defekten SCR-Katalysators sind aus der On-Board-Diagnose bekannt und können auch hier eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Überprüfung des SCR- Katalysators über eine Ammoniak-Schlupferkennung vorgenommen.

Eine lückenlose Überprüfung des Abgasnachbehandlungssystems erfordert die Durchführung sämtlicher Verfahrensschritte. Es sind jedoch auch Anwendungen denkbar, in denen die Überprüfung auf einzelne Komponenten beschränkt werden kann. Dann hängt die Durchführung und Abfolge der Verfahrensschritte vom jeweiligen Anwendungsfall ab.

Wird keine Fehlerquelle erkannt, aber eine fehlende Effizienz des HWL-Dosiersystems in Schritt c) festgestellt, kann hieraus auf eine unzureichende Qualität der HWL- Zusammensetzung geschlossen werden.

Nach erfolgter Überprüfung und/oder Reparatur muss das OBD-System zurückgesetzt werden C.Service Quality Healing"). Zu diesem Zweck wird heutzutage üblicherweise eine längere Testfahrt durchgeführt, während derer sich das OBD-System durch Heilung des Fehlers automatisch zurücksetzt, wenn der Fehler nicht mehr ansteht und/oder kein weiterer Fehler erkannt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch die Anwendung des Prinzips der aktiven SCR-Katalysatordiagnose innerhalb der Werkstattfunktion eine solche Testfahrt nicht mehr notwendig ist. Durch Einstellen definierter Betriebsparameter wird die OBD- Funktion freigegeben, so dass eine Überwachung und Durchführung der On-Board- Diagnose erfolgen kann.

Vorteilhafterweise wird daher das erfindungsgemäße Verfahren ferner zur Erkennung eines fehlerlosen Systems und/oder zur Rücksetzung einer On-Board-Diagnose- Einrichtung nach erfolgter Reparatur eingesetzt.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren unter zuvor definierten, konstanten Betriebsbedingungen, insbesondere bei konstanter Drehzahl, Temperatur und/oder Dosiermenge, durchgeführt. Dies ist möglich, da das Verfahren in einer Werkstatt oder zumindest unter werkstattähnlichen Bedingungen durchgeführt wird und kein manuelles Eingreifen eines Werkstattmitarbeiters erfordert. Auf diese Weise werden verlässliche Ergebnisse erzielt, die ein eindeutiges„pinpointing" ermöglichen. Des Weiteren bevorzugt erfolgt die Durchführung des Verfahrens nach Maßgabe eines Computerprogramms, das in einem Steuergerät oder einem Werkstatttester abläuft. Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um ein Motorsteuergerät oder ein Steuergerät des SCR-Katalysators handeln. Auf diese Weise kann ein hoher Grad der Automatisierung erreicht werden. Zudem ist die Reproduzierbarkeit gewährleistet.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher ferner ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches das Verfahren ausführt, wenn es in einem Steuergerät oder einem Werkstatttester abläuft.

Alternativ oder ergänzend wird ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode vorgeschlagen, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist und das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn das Programm in einem Steuergerät oder einem Werkstatttester abläuft.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüfbar ist und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In der Fig. 1 ist beispielhaft ein Abgasnachbehandlungssystem 1 dargestellt. Das System an sich ist nicht Gegenstand der Erfindung, da bekannt.

Beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) entstehen Abgase, die über ein Abgasrohr 11 abgeführt werden. Zur Reduzierung der im Abgas enthaltenen Stickoxide (ΝΟχ) ist im Abgasrohr 11 ein S CR- Katalysator 2 angeordnet. Im SCR- Katalysator 2 werden die Stickoxidmoleküle bei Vorhandensein von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel zu Stickstoff reduziert. Das Reduktionsmittel wird in Form einer Harnstoff- Wasser- Lösung (HWL) mittels eines HWL-Dosiersystems 3 zugeführt. Dieses umfasst ein Dosierventil, mittels dessen die Harnstoff- Wasser- Lösung vor dem SCR- Katalysator 2 in das Abgasrohr 11 eindosierbar ist. Die Bevorratung der Harnstoff- Wasser-Lösung erfolgt in einem HWL- Tank 7, an den das Dosierventil 5 über eine HWL- Leitung 6 angeschlossen ist. Nicht dargestellt, aber in der Regel vorhanden, ist eine Pumpe, mittels welcher die Harnstoff- Wasser- Lösung aus dem HWL- Tank 7 dem Dosierventil 5 zugeführt wird.

Stromabwärts des SCR- Katalysators 2 ist ein ΝΟχ-Sensor 4 angeordnet. Er steht stellvertretend für eine ΝΟχ-Sensorik, die darüber hinaus mindestens einen weiteren ΝΟχ- Sensor 4 stromaufwärts des SCR- Katalysators 2 umfassen kann.

Der Darstellung der Fig. 1 sind ferner ein Partikelfilter 8 sowie mindestens ein Drucksensor 10 sowie mehrere Temperatursensoren 9 zu entnehmen. Die Sensoren liefern Messdaten an ein Steuergerät (nicht dargestellt), das den Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 1 steuert und überwacht.

Wird bei Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 1 ein Fehler detektiert, erfolgt der Hinweis an den Fahrer, eine Werkstatt aufzusuchen. In der Werkstatt kann unter Zuhilfenahme des Steuergeräts oder eines Werkstatttesters das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung des Abgasnachbehandlungssystems 1 durchgeführt werden. Der Ablauf wird nachfolgend anhand der Fig. 2 erläutert.

Fig. 2 lässt erkennen, dass der Ablauf des Verfahrens nicht über alle Verfahrensschritte fest vorgegeben ist. Zwingend erforderlich ist der Verfahrensschritt der Konditionierung, der als Schritt a gekennzeichnet ist. Ziel der Konditionierung ist vor allem die Entleerung des SCR- Katalysators 2. Denn ein leerer S CR- Katalysator 2 ist Voraussetzung für alle weiteren Schritte.

Gemäß der Fig. 2 kann auf die Konditionierung der Verfahrensschritt der Ablagerungsdiagnose folgen. Dieser Verfahrensschritt ist optional bzw. zusammen mit Schritt a ausführbar. Er dient der Erkennung etwaiger Ablagerungen im Abgasrohr 11 stromaufwärts des SCR-Katalysators 2, die durch HWL- Einspritzungen entstanden sind. An die Ablagerungsdiagnose schließt sich als weiterer Verfahrensschritt die Plausibilisierung der ΝΟχ-Sensorik an. Je nach Konfiguration muss die Plausibilisierung zumindest des ΝΟχ-Sensors 4 stromabwärts des SCR-Katalysators 2 erfolgen. Die als Schritt b gekennzeichnete Plausibilisierung bzw. Überprüfung dient der Sicherstellung einer funktionsfähigen ΝΟχ-Sensorik, so dass diese als Fehlerquelle ausgeschlossen und bei der weiteren Überprüfung zur Auswertung genutzt werden kann.

Auf Schritt b kann in Schritt c eine Bestimmung der Dosiermenge des HWL- Dosiersystems 3 folgen. Dabei kann zugleich die Effizienz des Systems getestet werden, so dass in Schritt c das HWL- Dosiersystem 3 als Fehlerquelle erkannt oder ausgeschlossen werden kann.

Alternativ oder ergänzend kann in Schritt c eine bauteilgenaue Überprüfung des HWL- Dosiersystems 3 vorgenommen werden, um durch„pinpointing" das die Fehlerquelle darstellende Bauteil des HWL-Dosiersystems 3 zu identifizieren.

Ferner kann in einem Schritt d der S CR- Katalysator 2 überprüft werden.

Je nach Anwendungsfall, werden alle Schritte oder nur einige Schritte ausgeführt, wobei die Schritte a und b obligatorisch sind.

Soll lediglich die ΝΟχ-Sensorik überprüft werden, kann dies anhand der Schritte a bis b erfolgen.

Sofern lediglich eine Überprüfung des HWL-Dosiersystems 3 erwünscht ist, reichen die Schritte a bis c aus, wobei anstelle der Dosiermengenbestimmung gleich eine bauteilgenaue Diagnose zwecks„pinpointing" durchgeführt werden kann.

Gilt es lediglich den S CR- Katalysator 2 zu überprüfen, kann sich an die Schritte a und b gleich Schritt d anschließen. Das heißt, dass ein Schritt c auch entfallen kann.

Zur In-Ordnung- Erkennung nach erfolgter Reparatur und/oder zur Rücksetzung des OBD-Systems kann auf die Schritte a und b ein Schritt c folgen, welcher der Bestimmung der Effizienz und/oder der Dosiermenge des HWL-Dosiersystems 3 dient. Es zeigt sich somit, dass die einzelnen Verfahrensschritte modulartig kombinierbar sind, um unterschiedliche Anwendungsfälle abzudecken. Im Standardfall, wenn es einen Effizienzfehler zu erkennen und zu beseitigen gilt, werden sämtliche Schritte durchgeführt, um auf diese Weise zu einer lückenlosen Diagnose zu gelangen.