Eigendiagnose eines Abgaskatalysators durch Messung der

S-Parameter

Mit Verbrennungsmotoren betriebene Pkw oder Lkw sind zu einem festen Bestandteil der modernen Gesellschaft geworden. Die Automobilindustrie hat es sich zur Aufgabe gemacht Fahrzeuge zu entwickeln, die sich durch niedrige Schadstoffemissionen auszeichnen und gleichzeitig kostengünstig herstellbar sind. Insbesondere sind Stickoxidminderungstechnologien im Entwicklungsfokus .

Zur Reduktion der Stickoxidkonzentration (NOx) im Abgas werden deshalb neue Methoden zur Abgasreinigung entwickelt. Eine Ausführungsform hierbei ist die Verwendung eines Ammoni- ak-SCR-Systems . Dieses System ist insbesondere zur Senkung des NOx-Ausstoßes sowohl bei LKWs als auch bei PKWs vorteilhaft. In einer Ausführungsform des SCR-Systems wird eine Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel in die Abgasanlage des Fahrzeugs eingespritzt. Dieses flüssige Reduktionsmittel wird in der Abgasanlage verdampft und letztendlich in gasförmigen Ammoniak (NH3) umgewandelt. Mit Hilfe dieses Ammoniaks werden im Ammoniak-SCR-Katalysator die schädlichen Stickoxide (NOx) zu Stickstoff (N2) und Wasser (H20) umgewandelt. Damit die Am- moniak-SCR-Reaktion stattfinden kann, muss zunächst Ammoniak im SCR-Katalysator adsorbiert, also eingelagert, werden. Der NOx-Umsatz kann, insbesondere bei niedrige Katalysatortempe- raturen, stark von der Menge an eingespeicherten Ammoniak abhängen .

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Betrieb eines

SCR-Katalysators sicherzustellen . Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen .

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Katalysatormesssystem zur Eigendiagnose und zur Alterungszu- standsbestimmung eines SCR-Katalysators für ein Fahrzeug. Das Katalysatormesssystem weist folgende Bestandteile auf: einen SCR-Katalysator zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, eine Hochfrequenz-Messanordnung, welche wenigstens zwei Antennen zur Vermessung der Resonanzfrequenzen des SCR-Katalysators aufweist, wobei sich vorzugsweise die erste Antenne vor dem SCR-Katalysator befindet und sich vorzugsweise die zweite Antenne nach dem SCR-Katalysator befindet. Die Hochfre ^¬ quenz-Messanordnung ist ausgeführt die beiden Antennen anzuleiten gezielt elektromagnetische Signale auszusenden und zu empfangen. Die Hochfrequenz-Messanordnung ist weiter ausgeführt die gesendeten und die empfangenen elektromagnetischen Signale auszuwerten und mit einem vordefinierten Schwellwert zu vergleichen, um die Eigendiagnose und die Alterungszustandsbe- stimmung durchzuführen.

Das Katalysatormesssystem mit hochfrequenzgestützter Kataly- sator-/Filterdiagnose eröffnet viele Möglichkeiten, um Ab ^¬ gaskatalysator und -filter genauer zu regeln, wodurch die Effizienz und damit die NOx-Emissionen des SCR-Katalysators verbessert werden können. Durch die Einbringung mehrerer Antennen in den Abgasstrang entstehen aber ebenso neue Mög- lichkeiten für Störungen. Diese sicher zu diagnostizieren und zu kompensieren ist eine essentielle Anforderung an solche

Hochfrequenz-Messanordnungen und deren Anwendung auf der Straße, insbesondere in Bezug auf die Langzeitstabilität und die OBD-Anforderungen (OBD: On-Board-Diagnose) . Das Katalysatormesssystem sollte sich zu Beginn des Messvorgangs in einem definierten, stabilen Betriebspunkt befinden. Ein definierter, stabiler Betriebspunkt kann bei konstanter Temperatur, bei konstantem Abgasvolumenstrom und/oder bei gleichbleibender AGR-Rate (Abgasrückführungsrate) vorhanden sein. Die Ammoniak-Dosierung kann hierfür ausgeschaltet werden. Das Katalysatormesssystem kann ohne Ammoniak-Dosierung betrieben werden, bis die Hochfrequenz-Messanordnung einen konstanten Wert für die Ammoniakbeladung erfasst. Dann ist der SCR-Katalysator frei von Ammoniak. Die Hochfrequenz-Messanordnung kann über kleine Koppelelemente, z.B. Antennen, elektromagnetische Wellen in den Abgasstrang einkoppeln und die Reflexion oder die Transmission der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen kann gemessen werden. Die elektromagne- tischen Wellen korrelieren mit dem Beladungszustand des

SCR-Katalysators . Das metallische Katalysatorgehäuse stellt einen elektrischen Hohlraumresonator dar.

Als Sensoren können zwei oder mehr einfache Antennen dienen, beispielsweise koaxiale Stiftkoppler, die in das Katalysa ^¬ torgehäuse eingebracht werden. Die di-/elektrischen Eigenschaften des SCR-Katalysators werden durch seinen keramischen Wabenkörper inkl. der Beschichtung und des Speichermaterials bestimmt und können durch die Hochfrequenz-Messanordnung ge- messen werden.

Bei Abgaskatalysatoren kann die Änderung des Resonanzverhaltens, beispielsweise die aus den Reflexionskoeffizienten erhaltene Resonanzfrequenz, als Signalmerkmal genutzt werden. Alternativ kann die Transmission als Signalmerkmal verwendet werden.

Werden durch wenigstens eine der Antennen hochfrequente elektromagnetische Wellen in einen Hohlraumresonator eingekoppelt, bilden sich in diesem mehrere stehende Wellen aus, die als Moden bezeichnet werden. Jede Mode weist ein eigenes Schwingungsbild bei der jeweiligen Resonanzfrequenz auf. Diese ausgeprägten Resonanzstellen ändern ihre Frequenz und Dämpfung in Abhängigkeit des Beladungszustandes des SCR-Katalysators . Somit kann es möglich sein, mit Hilfe dieser Hochfre ^¬ quenz-Messanordnung die Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators direkt zu messen.

Alterung kann sowohl eine tatsächliche Alterung der Materialien der Antenne und/oder des Katalysators sein oder auch zunehmende Verschmutzung der Antenne und/oder des Katalysators. Typische Alterungserscheinungen eines SCR-Katalysators sind beispiels ^¬ weise Umwandlung der Speicherzentren, De-Aktivierung der ka- talytisch aktiven Schicht, verursacht z.B. durch Oxidation oder Ablagerungen vornehmlich von Metall-Oxiden. Typische Verschmutzungserscheinungen sind beispielsweise Ablagerungen von Ammoniaksalzen, Ruß oder mittel- bis langkettige Kohlenwas ^¬ serstoffe . Für die Alterungserkennung und die Eigendiagnose können in verschiedenen Betriebspunkten des SCR-Katalysators die Reflexionen und die Transmissionen durch die wenigstens zwei Antennen gemessen werden. Somit können wenigstens vier Messgrößen erfasst und verglichen werden.

Die Katalysatoralterungszustandserkennung und die Eigendiagnose des Katalysatormesssystems basiert auf dem Vergleich der einzelnen Resonanzparameter für ein System mit wenigstens zwei Antennen, d.h. mit wenigstens vier messbaren Resonanzparametern . Die Resonanzparameter können in Reflexionen und Transmissionen unterteilt werden. Die Reflexions- und/oder Transmissionspa ^¬ rameter werden auch als S-Parameter bezeichnet, wobei Sil die Reflexion der von der ersten Antenne ausgesendeten Signale bezeichnet, das reflektierte Signal wird ebenfalls von der ersten _n

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Antenne empfangen. Die Reflexion der von der zweiten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der zweiten Antenne empfangen werden können, wird als S22 bezeichnet. Die von der ersten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der zweiten Antenne empfangen werden, werden als S21 bezeichnet und die von der zweiten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der ersten Antenne empfangen werden, werden als S12 bezeichnet. Bei den beiden Parametern S21 und S12 kann es sich um Transmissionen handeln, d.h. die Signale können durch den SCR-Katalysator hindurchgehen. Die Messung sollte bei bekannten und/oder definierten Betriebszuständen des SCR-Katalysators stattfinden, wie z.B. vor dem Start bei kaltem Katalysator, bei Erreichen der Betriebstemperatur nach einem Start, bei stationären Betriebspunkten oder nach einer Regeneration des SCR-Katalysators. Dabei können auch die Daten von verschiedenen Betriebspunkten herangezogen werden, um den Zustand des Gesamtsystems zu ermitteln.

Durch eine getrennte Diagnose von Verschmutzung und/oder Alterung der einzelnen Antennen und von den Alterungserscheinungen des SCR-Katalysators können alle systemrelevanten Einzelkomponenten getrennt voneinander diagnostiziert werden. Ferner kann vorgesehen sein, die hierdurch auftretenden Störeffekte zu kompensieren und die Funktionalität des Katalysatormesssystems zu gewährleisten. Zum einen ist eine Offsetkalibrierung und/oder eine Kopplungsanpassung durch numerische Kompensation der

Messwerte möglich und zum anderen die Anpassung der Schwellwerte der Messwerte (Kennfeldwerte) in Abhängigkeit der Alterung des SCR-Katalysators . Als Maß für die Alterungsbestimmungen können die Messwerte der S-Parameter Sil und S22 herangezogen werden. Das Verhalten des SCR-Katalysators und somit auch die Werte der S-Parameter ändern sich mit zunehmender Alterung des SCR-Katalysators bzw. mit abnehmender Aktivität des SCR-Katalysators. Zumeist ist dies sogar ein lineares Verhalten. Das Katalysatormesssystem kann ausgeführt sein, die Eigendiagnose und die Alterungserkennung in bestimmten, bspw. regelmäßigen Abständen durchzuführen, sodass der Alterungszustand des Katalysators überwacht werden kann. Wir durch das Katalysatormesssystem festgestellt, dass ein bestimmter Alterungszustand überschritten wurde, kann der Nutzer einen Hinweis über einen Austausch des Katalysators erhalten. Für das Katalysatormesssystem muss kein extra NOx-Sensor zur Alterungserkennung vorgesehen sein. Die Alterungsbestimmung erfolgt ausschließlich über die Hochfrequenz-Messanordnung mit den wenigstens zwei Antennen.

Ferner können die S-Parameter in konstanten Betriebspunkten eigenständig durch das Katalysatormesssystem ermittelt werden. Die Hochfrequenz-Messanordnung kann unter anderem auch die maximal mögliche Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators messen. Das Katalysatormesssystem kann die aktuellen Messwerte mit den Referenzwerten vergleichen. Sind keine Abweichungen der

S-Parameter festzustellen, kann davon ausgegangen werden, dass keine Änderungen im dem Katalysatormesssystem vorliegen. D.h. alle Antennen sind funktionstüchtig und der SCR-Katalysator ist im Vergleich zu den Referenzwerten nicht gealtert. Wird festgestellt, dass die S-Parameter im Vergleich zu den Refe ^¬ renzparametern Abweichungen aufzeigen, werden die beiden S-Parameter Sil und S22 mit ihren jeweiligen Referenzwerten verglichen. Zeigt sich hier, dass die S-Parameter Sil und S22 im Vergleich zu den Referenzwerten keine Änderungen aufweisen, kann eine Alterung und/oder Verschmutzung der Antennen ausgeschlossen werden, jedoch ist eine Alterung des SCR-Katalysators sehr wahrscheinlich. Zeigen die S-Parameter Sil und/oder S22 Abweichungen, kann die gestörte Antenne identifiziert werden. Durch Kenntnis der gestörten Antenne können die gemessenen S-Parameter S12 und S21 durch numerische Verfahren, z.B. durch das Newton-Verfahren, korrigiert werden. Nach der Korrektur der S-Parameter, werden die S-Parameter S12 und S21 mit ihren jeweiligen Referenzwerten verglichen. Zeigen sich keine Änderungen bei den S-Parametern S12 und S21 gegenüber den Referenzwerten, liegt eine Störung der Antennen vor und keine zusätzliche Alterung des SCR-Katalysators . Zeigen die

S-Parameter S12 und S21 Abweichungen gegenüber den Referenzwerten, liegt eine Störung an den Antennen und eine Alterung des SCR-Katalysators vor. Das Katalysatormesssystem kann nach erfolgter Eigendiagnose Maßnahmen ergreifen, z.B. eine ther- mische Regeneration, um die Antennen von Verschmutzungen zu befreien, falls eine solche festgestellt wurde, und/oder eine Neukalibrierung des Katalysatormesssystems anstoßen. Weiter kann das Katalysatormesssystem bei zu großer Alterung einen Austausch des SCR-Katalysators anzeigen.

Solche Hochfrequenz-Messanordnungen eignen sich prinzipiell auch für die Bestimmung der Sauerstoffbeladung von Dreiwegekatalysatoren, Lean NOx Traps (LNT) , Dieseloxidationskataly- satoren (DOC) oder für die Rußbeladungsmessung von Partikel- filtern. Somit kann das vorhergehend und nachfolgend be ^¬ schriebene System auch bei diesen Katalysatoren / Partikelfiltern Anwendung finden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hoch- frequenz-Messanordnung ausgeführt ist, vier verschiedene

Messungen durchzuführen, wobei die erste Antenne ein Signal aussendet und dessen Reflexion misst, wobei die zweite Antenne ein Signal aussendet und dessen Reflexion misst, wobei die erste Antenne ein Signal aussendet und die zweite Antenne das aus- gesendete Signal misst und wobei die zweite Antenne ein Signal aussendet und die erste Antenne das ausgesendete Signal misst.

Durch den Einsatz von wenigstens zwei Antennen ergeben sich wenigstens vier verschiedene Messgrößen, welche betrachtet werden können. Diese Messgrößen werden auch als S-Parameter bezeichnet. Zwei der S-Parameter Sil und S22 entsprechen der Reflexionen und zwei der S-Parameter S12 und S21 entsprechen der Transmissionen. Bei den Reflexionen können elektromagnetische Signale von einer Antenne ausgesendet und wieder von der gleichen Antenne empfangen werden. Der Parameter Sil ist die Reflexion der ersten Antenne, der Parameter S22 ist die Reflexion der zweiten Antenne. Bei der Transmission werden die Signale von einer Antenne ausgesendet und von der jeweils anderen Antenne emp- fangen, die Signale gehen so zu sagen durch den SCR-Katalysator hindurch. S12 bezeichnet denjenigen S-Parameter, bei dem das Messsignal von der zweiten Antenne ausgesendet wird und von der ersten Antenne empfangen wird. Der S-Parameter S21 bezeichnet die von der ersten Antenne ausgesendeten Signale, welche von der zweiten Antenne empfangen werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die vordefinierten Schwellwerte eine der letzten Messungen, vorzugsweise der letzten Messung sind.

Die durch die Hochfrequenz-Messanordnung ermittelten Messwerte können mit vordefinierten Schwellwerten bzw. Referenzwerten verglichen werden, um Änderungen in dem Katalysatormesssystem feststellen zu können. Als mögliche Schwellwerte kommen vor- zugsweise unter anderem die Werte der letzten ausgeführten

Messung in Betracht, d.h. ob sich der SCR-Katalysator oder eine der Antennen im Vergleich zur letzten Messung verändert hat . Wird festgestellt, dass sich eine der Antennen im Vergleich zur dieser Messung verändert hat, können die Messwerte um den Einfluss der veränderten Antenne korrigiert werden. Mit den korrigierten Messwerten kann der Alterungszustand des SCR-Katalysators bestimmt werden. Somit kann eine Veränderung im System im Vergleich zu der letzten Messung festgestellt werden. Alternativ können die Messwerte des Katalysatormesssystems im Neuzustand als Referenzwerte dienen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die die Hochfrequenz-Mess- anordnung ausgeführt, unter Berücksichtigung der Messdaten eine Diagnose des Katalysatormesssystems durchzuführen und den Alterungszustand des SCR-Katalysators zu bestimmen.

Die Alterung kann das Katalysatormesssystem berechnen, indem die gemessenen S-Parameter mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden. Abhängig von dem Vergleich können Rückschlüsse auf den Alterungszustand des SCR-Katalysators gezogen werden. Als ein möglicher Schwellwert können die Resonanzfrequenzen des SCR-Katalysators im Neuzustand dienen . Somit kann die Alterung des SCR-Katalysators in Bezug auf den Neuzustand ermittelt werden, bzw. eine prozentuale Alterung angegeben werden. Eine Alternative können die Resonanzfrequenzen der letzten gültigen Messung des Katalysatormesssystems sein. Somit kann die Alterung Schritt für Schritt nachvollzogen werden. Das Katalysatormesssystem können die gemessenen Resonanzfrequenzen mit den gespeicherten Resonanzfrequenzen vergleichen und aus diesem Vergleich Rückschlüsse auf den Alterungszustand des SCR-Katalysators ziehen. Je älter der SCR-Katalysator ist, desto weniger Ammoniak kann eingelagert werden, wodurch sich auch die Resonanzfrequenz verringert.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Hochfrequenz-Messanordnung ausgeführt ist, unter Berücksichtigung des Vergleichs der empfangenen Signale mit dem vordefinierten Schwellwert, Stör-Effekte in den gemessenen Daten zu erkennen und herauszurechnen.

Durch die Erhebung der von wenigstens vier Messgrößen kann jede Komponente des Katalysatormesssystems getrennt voneinander diagnostiziert werden. Wird festgestellt, dass eine der Antennen Alterung und/oder Verschmutzung aufweist, kann das Katalysatormesssystem die S-Parameter um diesen Effekt, mit Hilfe von numerischen Verfahren, korrigieren. Somit ist eine effiziente Diagnose des Katalysatormesssystems auch mit teilweise gestörten Antennen möglich.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hochfrequenz-Messanordnung ausgeführt ist, unter Berücksich- tigung der Katalysatormesssystem-Diagnose das Katalysa ^¬ tormesssystem neu zu kalibrieren.

Wird durch das Katalysatormesssystem festgestellt, dass die Antennen Alterungserscheinungen und/oder Verschmutzungen aufweisen, kann das Katalysatormesssystem eine Neukalibrierung des Systems anstoßen. Somit kann das Katalysatormesssystem für die nächste Messung in einen neuen Ausgangszustand gebracht werden . Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hochfrequenz-Messanordnung ausgeführt ist, unter Berücksichtigung der Katalysatormesssystem-Diagnose eine thermische Regeneration des SCR-Katalysators und der damit verbundenen Komponenten und Messeinrichtungen z.B. der Antennen durchzuführen.

Wird durch das Katalysatormesssystem festgestellt, dass die Antennen Alterungserscheinungen und/oder Verschmutzungen aufweisen, kann das Katalysatormesssystem eine thermische Regeneration des Systems anstoßen. Hierdurch können die Antennen von Verschmutzungen befreit werden. Somit kann das Katalysatormesssystem für die nächste Messung in einen neuen Ausgangszustand gebracht werden und die Antennen sollten wieder frei von Störungen sein. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Katalysatormesssystem zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators. Ein Fahrzeug kann mit dem Katalysatormesssystem ausgerüstet sein, um den NOx-Ausstoß des Fahrzeugs zu senken. Damit eine einwandfreie Funktionsweise des SCR-Katalysators sichergestellt werden kann, wird das Katalysatormesssystem verbaut. Das Katalysatormesssystem kann eine Eigendiagnose durchführen, den Alterungszustand des SCR-Katalysators bestimmen und die ein ^¬ gelagerte Menge an Ammoniak im SCR-Katalysator messen. Werden gewissen Grenzwerte über- oder unterschritten kann das Katalysatormesssystem diese melden oder gegebenenfalls die Regelung des Ammoniak-Dosiersystems anpassen. Des Weiteren kann das Katalysatormesssystem eine thermische Regeneration oder eine Neukalibrierung des Katalysatormesssystems durchführen. Das Fahrzeug kann ein Benzin-, Diesel-, Bio-Fuels, synthetische Kraftstoffe oder Gasfahrzeug sein. Auch kann die Erfindung in Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden.

Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein

Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie ein Helikopter oder ein Flugzeug.

Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators, folgende Schritte aufweisend:

Ermitteln von Referenzdaten.

- Initialisieren der Messung, indem der SCR-Katalysator in einem vordefinierten Betriebspunkt gefahren wird.

Durchführen von vier Messungen, aufweisend

erste Antenne sendet und misst die Reflexion, zweite Antenne sendet und misst die Reflexion, erste Antenne sendet und zweite Antenne misst die Transmission,

zweite Antenne sendet und erste Antenne misst die Transmission,

- Vergleichen der gemessenen Daten mit den Referenzdaten.

Bestimmen der Eigendiagnose und des Alterungszustandes des SCR-Katalysators unter Berücksichtigung des Vergleichs der Messdaten mit den Referenzdaten. Das Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alte ^¬ rungszustandes eines SCR-Katalysators weist mehrere Schritte auf. Zu Beginn des Verfahrens können die Referenzparameter für einen späteren Vergleich generiert werden. Hierfür können sowohl das Verhalten eines SCR-Katalysators im Neuzustand oder die letzte gültige Messung herangezogen werden. Anschließend wird mit der eigentlichen Messung begonnen, hierzu kann ein konstanter Betriebspunkt des SCR-Katalysators angefahren werden. In diesem konstanten Betriebspunkt sollten die Temperatur, der Volumenstrom und die AGR-Rate konstant gehalten werden. Anschließend erfolgt die Messung der vier S-Parameter. Es können auch

Messdaten aus unterschiedlichen Betriebspunkten herangezogen werden. Die Reflexionen der ersten bzw. der zweiten Antenne werden von der ersten bzw. von der zweiten Antenne gemessen. Die Transmissionen werden ebenfalls von den beiden Antennen erfasst. Hierbei sendet die erste Antenne ein elektromagnetisches Signal aus und die zweite Antenne misst das elektromagnetische Signal und umgekehrt. Die gemessenen S-Parameter können anschließend mit den Referenzparametern verglichen werden. Aus dem Vergleich können Rückschlüsse über den Zustand der Antennen der Hoch- frequenz-Messanordnung und den Alterungszustand des

SCR-Katalysators gezogen werden. Ein SCR-Katalysator kann mit zunehmenden Alterung weniger Ammoniak aufnehmen, zudem erreicht der SCR-Katalysator die aufnehmbare Menge an Ammoniak auch schneller. Somit können für den Vergleich sowohl die absolute ₁

Höhe der Messparameter, als auch der zeitliche Verlauf herangezogen werden. Durch das Verfahren können alle Komponenten des Katalysatormesssystems einzeln analysiert und auf Störungen überprüft werden. Ferner können gegebenenfalls die Messdaten mit Hilfe von numerischen Verfahren um die Störeinflüsse korrigiert werden. Wird eine Störung an einer der Antenne diagnostiziert, kann das Verfahren vorsehen, das Katalysatormesssystem neu zu kalibrieren oder eine thermische Regeneration durchzuführen. Des Weiteren kann die Alterungsbestimmung des SCR-Katalysators ohne zusätzliche Sensoren erfolgen. Dieses bedeutet jedoch nicht, dass keine weiteren Sensoren eingebaut werden können, um beispielsweise weitere Funktionen sicherzustellen.

Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Alterung des SCR-Katalysators, insbesondere bezüglich seiner Ammoniak- Speicherfähigkeit, die maßgeblich Einfluss auf dessen

Konvertierungsrate und somit auf dessen Funktionsweise hat. Die Alterungsbestimmung erfolgt ohne die Einbeziehung weiterer Sensoren in der Abgasanlage bei definierten Betriebsbedingungen. Durch Kenntnis des Systemzustandes kann im transienten Betrieb des SCR-Katalysators auf eine ideale Speichermenge geregelt werden. Dadurch werden hohe Konvertierungsraten sichergestellt, sowie unnötige Ammoniak-Durchbrüche vermieden. Damit kann die Gesamtfunktion eines SCR-Systems grundsätzlich verbessert werden und ohne Ammoniak-Schlupf gefahren werden. Der Ammo ^¬ niakverbrauch wird somit auf das erforderliche Minimum redu ^¬ ziert .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es von einer Hochfrequenz-Mess ^¬ anordnung eines Katalysatormesssystems ausgeführt wird, das Katalysatormesssystem anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es von einer Hochfrequenz-Messanordnung eines Katalysatormesssystems ausgeführt wird, das Katalysa- tormesssystem anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und Figuren.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Katalysa ^¬ tormesssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors mit einer Abgasanlage und dem Katalysatormesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines

SCR-Katalysators und den Messstellen zur Erfassung der

S-Parameter .

Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Alterungsbestimmung eines SCR-Katalysators gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug mit einem verbauten Katalysa ^¬ tormesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm in welchem das Verfahren zur Eigendiagnose des SCR-Katalysators durch Messung der S-Parameter dargestellt ist. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eins Katalysa ^¬ tormesssystems 100. Um eine bestmögliche Umwandlung des NOx zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die gespeicherte Ammoni ^¬ akmenge im SCR-Katalysator 110 zu bestimmen. Die Ammoniakbeladung kann mit Hilfe von Modellen berechnet werden, die auf Signalen verschiedenster Sensoren und Aktoren der Abgasanlage basieren. Weiterhin gehen Motorbetriebszustandsdaten als Eingangsgröße in die Modelle ein. Da die Genauigkeit der Modelle begrenzt ist und sich die Parameter auch mit der Zeit ändern, wird häufig eine Ammoniak-Schlupf-Strategie angewendet. Die hierbei entstehenden Probleme sind vor allem die Ungenauigkeit des Modelles, da eine Fehlerkette der einzelnen Bestandteile existiert, z.B. in der Motorsteuerung, der Temperaturmessung, der Sensorungenauigkeiten und der Bestimmung der verschiedenen Aktorpositionen. Um den oben beschriebenen Problemen der in- direkten Messung und der Modelle zu begegnen, kann zur Bestimmung der Ammoniakbeladung eines SCR-Katalysators 110 die direkte Messung des Beladungszustandes mit Hilfe von einer Hochfre ^¬ quenz-Messanordnung 120, das als Mikrowellenverfahren bezeichnet wird, durchgeführt werden.

Das Katalysatormesssystem 100 weist einen SCR-Katalysator 110 und eine Hochfrequenz-Messanordnung 120 auf, welche wenigstens zwei Antennen 121, 122 aufweist. Die Antennen 121, 122 befinden sich in dem Gehäuse des SCR-Katalysators 110, wobei eine Antenne 121 vor dem SCR-Katalysator 110 und die andere Antenne 122 nach dem SCR-Katalysator 110 eingebaut ist. Der SCR-Katalysator 110 dient der Reinigung des Abgases des Fahrzeugs von schädlichen NOx-Emissionen . Zur Reinigung des Abgases von NOx-Emissionen wird zusätzlich Ammoniak benötigt. Dieser wird in flüssiger Form in die Abgasanlage des Fahrzeugs eingespritzt. Der eingespritzte Ammoniak verdampft und wandelt im SCR-Katalysator 110 das NOx in Stickstoff und Wasser um. Die beiden Antennen 121, 122 senden elektromagnetische Wellen aus und messen deren Reflexionen bzw. Transmissionen. Durch diese Messwerte kann eine Eigendiagnose des Katalysatormesssystems 100 und die Bestimmung des Alte ^¬ rungszustandes des SCR-Katalysators 110 durchgeführt werden.

Durch einen Vergleich der Messwert können unter anderem auch Störungen in den Antennen 121, 122 erkannt werden und gegebenenfalls können die von dieser gestörten Antenne 121, 122 erhobenen Messwerte korrigiert werden. Die Hochfre ^¬ quenz-Messanordnung 120 ist in der Lage, die Resonanzfrequenz und die dielektrischen Verluste des SCR-Katalysators 110 zu messen. Beide gemessenen Parameter verändern sich abhängig von der Menge des eingelagerten Ammoniaks im SCR-Katalysator 110. Die

Hochfrequenz-Messanordnung 120 kann die gemessenen Parameter mit den Referenzparametern vergleichen. Die Referenzparameter können sich auf den Neuzustand des SCR-Katalysators 110 beziehen oder auf die letzte gültige Messung durch das Katalysa ^¬ tormesssystem 100. Durch den Vergleich kann auf den Alterungszustand des SCR-Katalysators 110 geschlossen werden. Mit zunehmender Alterung nimmt die maximal gelagerte Menge an Ammoniak ab.

Fig. 2 zeigt das Katalysatormesssystem 200 eingebaut in einer Abgasanlage 220 eines Fahrzeugs. Der Verbrennungsmotor 210 erzeugt bei der Verbrennung von Kraftstoff Energie und Abgase. Als Bestandteil der Abgase treten unter anderem auch Stickoxide (NOx) auf. Die Abgase werden durch die Abgasanlage 220 in die Umwelt entlassen. Damit nicht alle schädlichen Abgase in die Umwelt gelangen, werden in der Abgasanlage 220 Abgasreinigungssysteme, wie z.B. ein SCR-Katalysator 110, eingebaut. Des Weiteren wird in die Abgasanlage 220 das Katalysatormesssystem 100 verbaut, um eine Eigendiagnose des Katalysatormesssystems durchzuführen und die Alterung des SCR-Katalysators 110 zu überwachen. Ferner kann die Regelung des SCR-Katalysators 110 optimiert werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Katalysa ^¬ tormesssystems 100. Eine erste Antennen 121 ist vor oder im Anfangsbereich des SCR-Katalysators 110 und eine zweite Antenne 122 ist nach oder im Endbereich des SCR-Katalysators 110 eingebaut. Die Abgase fließen in Fig. 3 von links nach rechts. Die beiden Antennen 121, 122 werden an die Hochfrequenz-Messanordnung 120 angeschlossen. Die Hochfrequenz-Messanordnung 120 steuert die beiden Antennen 121, 122 und wertet die von den Antennen 121, 122 empfangenen Daten aus. Die erste Antenne 121 senden die Signale für die S-Parameter Sil und S21 aus und empfängt die Signale für die S-Parameter Sil und S12. Die zweite Antenne sendet die Signale für die S-Parameter S22 und S12 aus und empfängt die Signale für die S-Parameter S22 und S21. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Eigendiagnose und zur Bestimmung des Alterungszustandes eines SCR-Katalysators. In Schritt 401 erfolgt die Ermittlung der Referenzparameter für einen späteren Vergleich. Die Initialisierung der Messung erfolgt in Schritt 402. Hierfür wird der SCR-Katalysator in einem konstanten Betriebspunkt betrieben . Die Messung der vier S-Parameter erfolgt in Schritt 403. Der Vergleich der gemessenen S-Parameter und der Referenzparameter erfolgen in Schritt 404. Zuletzt wird in Schritt 405 aus dem Vergleich der gemessenen S-Parameter und der Referenzparameter die Eigendiagnose erstellt und der Alterungszustand des

SCR-Katalysators bestimmt. Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 500 mit einem SCR-Katalysator 110 und einem Katalysatormesssystem 100. Das Katalysatormesssystem 100 kann den Alterungszustand des SCR-Katalysators 110 erfassen. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm, mit welchem das Verfahren zur Eigendiagnose und zur Alterungsbestimmung eines

SCR-Katalysators erläutert wird. Das Katalysatormesssystem führt in bestimmten Betriebszuständen des Motors/Katalysators/Gesamtsystems eine Messung der vier Reso ^¬ nanzparameter Sil, S22, S12, S21 (S-Parameter) durch. Durch den Vergleich der gemessenen S-Parameter mit den Referenzparametern, z.B. den Werten der letzten Diagnose, kann bei keiner Änderung der gemessenen Parameter festgestellt werden, dass sich sowohl die Antennen als auch der SCR-Katalysator im gleichen Zustand befinden. Liegt eine Änderung vor, erfolgt eine genauere Spezifizierung. Durch einen Vergleich der beiden Reflexionsparameter Sil und S22 der neuen Messung mit den Referenzparametern kann festgestellt werden, ob eine oder beide Antennen ihr Verhalten verändert haben, z.B. durch Verschmutzung oder Alterung. Verhalten sich beide Antennen immer noch gleich, so kann die zuvor festgestellte Änderung als Änderung im Katalysatormaterial interpretiert werden, z.B. hervorgerufen durch Alterung. Liegt eine Änderung im Verhalten von einer und/oder beiden Antennen vor, so kann diese Störung durch numerische Verfahren herausgerechnet werden. Durch Vergleich der kom- pensierten Transmissionsparameter S21 und S12 mit den Referenzparametern kann eine mögliche Änderung im Katalysatormaterial erfasst und bewertet werden. Alle Einzelkomponenten des Katalysatormesssystems können somit getrennt und präzise di ^¬ agnostiziert werden. Die möglichen Alterungs- und/oder Ver- schmutzungserscheinungen der Antennen können kompensiert werden und das Katalysatormesssystem kann gegebenenfalls neu kalibriert werden. Ebenso ist das Einleiten einer thermischen Regeneration möglich, um die Antennen von Verschmutzungen zu befreien.