Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer undichten Stelle in einem Wärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei das Wärmerückgewinnungssystem zumindest ein insbesondere brennbares Arbeitsmedium und einen Arbeitsmediumkreis mit zumindest einem Verdampfer, einer Pumpe und zumindest einer Expansionsmaschine aufweist, wobei der Verdampfer vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Wärmerückgewinnungssystem, welches zumindest ein insbesondere brennbares Arbeitsmedium und einen Arbeitsmediumkreis mit zumindest einem Verdampfer, einer Pumpe und zumindest einer Expansionsmaschine aufweist, wobei der Verdampfer stromabwärts eines SCR-Katalysators im Abgasströmungsweg der Brennkraftmaschine angeordnet ist, zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Betrieb eines Systems zur Wärmerückgewinnung mit einem brennbaren Arbeitsmedium in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine und einem Verdampfer, insbesondere einem EG-Verdampfer (EGR-Verdampfer: EGR = Exhaust Gas Recirculation) ist das Erkennen von Undichtheiten im System von hoher Priorität. Leckagen in einem Wärmerückgewinnungssystem können unter anderem zu folgenden kritischen Szenarien führen :

• Austritt des Arbeitsmediums in die Umgebung - führt zu Brandgefahr bei Verwendung eines brennbaren Arbeitsmediums wie beispielsweise Ethanol.

• Eintritt des brennbaren Arbeitsmediums in die Brennkraftmaschine - verursacht Schaden, wenn zum Beispiel das Arbeitsmedium über einen EGR- Verdampfer in den Brennraum gelangt.

• Überhitzung von Systemkomponenten durch zu geringen Füllstand des Arbeitsmediums - kann zum Beispiel zu Überhitzung des Abgasverdampfers bei zu geringem Arbeitsmedienmassenstrom führen.

Zur Feststellung einer Leckage in einem Wärmerückgewinnungssystem sind beispielsweise folgende Verfahren bekannt:

• Überwachung des Füllstandes des Arbeitsmediums im Ausgleichsbehälter mittels eines Füllstandssensors. Bei zu geringem Füllstand wird auf eine Undichtheit geschlossen. • Dichtheitsprüfung durch unter Druck setzen des deaktivierten, kalten Systems und anschließendes Beobachten des Druckgradientens. Ein zu rascher Druckabfall deutet auf eine Undichtheit hin.

• Messen der elektrischen Leitfähigkeit der Isolierung des Wärmerückgewinnungssystems. Eine Änderung der Leitfähigkeit ist ein Anzeichen für eine Undichtheit.

Die US 6,526,358 Bl beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Erkennung von Lecks und Blockaden in einem Fiuidkreisiauf, wobei Druck, Temperatur und Durchflussrate an verschiedenen Stellen des Kreislaufs gemessen und in Beziehung gesetzt werden.

Die JP 2010-156314 A offenbart ein Wärmerückgewinnungssystem für eine Brennkraftmaschine wobei zur Leckage- Detektion 0 ₂ -Sensoren im Kühlmittelkreis des Wärmerückgewinnungssystems angeordnet sind.

Bekannte Verfahren haben den Nachteil, dass sie entweder nur im deaktivierten Zustand des Fahrzeuges durchgeführt werden können und/oder dass Einrichtungen wie zusätzliche Sensoren erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise Undichtheiten im Verdampfer eines Wärmerückgewinnungssystems frühzeitig und zuverlässig erkennen zu können.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass zumindest ein NH ₃ -Sensor im Abgasströmungsweg stromabwärts des Verdampfers angeordnet wird und mit diesem NH ₃ -Sensor das Abgas - vorzugsweise im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine - gemessen wird, wobei bei Auftreten zumindest eines abnormal hohen NH 3- Messwertes - vorzugsweise nach Durchführen einer Plausibilitätsprüfung - auf eine Undichtheit des Verdampfers geschlossen wird. Der bei einem SCR-Ka- talysator ohnehin standardmäßig vorgesehene N H ₃ -Sensor wird also an einer Stelle im Abgasströmungsweg platziert, welche stromabwärts einer möglicherweise auftretenden Leckage des Verdampfers des Wärmerückgewinnungssystems liegt. Unter Leckage ist eine Undichtheit zu verstehen, wobei das Arbeitsmedium unkontrolliert aus dem Verdampfer entweicht.

Voraussetzung für eine Aussage über die Dichtheit des Wärmerückgewinnungssystems ist, dass der NH ₃ -Sensor auf ein aus dem Verdampfer austretendes Arbeitsmedium anspricht. Um dies zu erreichen wird als Arbeitsmedium eine chemische Substanz gewählt oder es wird dem Arbeitsmedium eine chemische Substanz beigesetzt, auf welche der NH ₃ -Sensor reagiert, wobei vorzugsweise der NH ₃ -Sensor in Bezug auf diese Substanz eine Querempfindlichkeit aufweist. Un- ter Querempfindlichkeit wird im Allgemeinen die Empfindlichkeit eines Sensors auf andere Größen als die zu messende Größe verstanden, wodurch es zu Verfäl ^¬ schungen im Messergebnis kommen kann. Im vorliegenden Fall bedeutet Querempfindlichkeit des NH3-Sensors, dass dieser eine Empfindlichkeit auf andere chemische Substanzen als Ammoniak aufweist. Es ist beispielsweise bekannt, dass NH3-Sensoren eine Querempfindlichkeit in Bezug auf NO _x , insbesondere N0 ₂ aufweisen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Nl- -Sensoren auch eine deutliche Querempfindlichkeit gegenüber weiteren chemischen Stoffen wie etwa Ethanol aufweist, welches üblicherweise als Arbeitsmedium Verwendung findet. Die vor ^¬ liegende Erfindung macht sich in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung die Tatsache zunutze, dass Nl- -Sensoren nicht nur auf Ammoniak, sondern auch zum Beispiel auf Ethanol reagieren. Somit kann auf eine Leckage des Wärmerückgewinnungssystems geschlossen werden, wenn ein abnormal hoher NH3-Messwert festgestellt wird. Abnormal bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der festgestellte NH3-Messwert höher ist, als ein dem momentanen Be ^¬ triebspunkt entsprechender Wert erlauben würde. Um dies zu verifizieren oder falsifizieren, wird vorteilhafterweise in Bezug auf den festgestellten Nh -Mess- wert eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt. Ist der Verdampfer stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordnet, so beinhaltet die Plausibilitätsprüfung, ob der erhöhte Nh -Messwert der Einspritzung eines Nh -hältigen Additives ge ^¬ schuldet werden kann.

Ein SCR-Katalysator (SCR=Selective Catalytic Reduction) im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine dient der Reduktion von bei der Verbrennung auftretenden Stickoxiden. Für die Reaktion wird beispielsweise NH3 benötigt, welches dem Ab ^¬ gas stromaufwärts des SCR-Katalysators in Form einer wässrigen Harnstofflö ^¬ sung beigemischt wird. Die Produkte der Reaktion sind H2O (Wasser) und N ₂ (Stickstoff). Zur Regelung der exakten Dosierung der Harnstofflösung ist üblicherweise stromabwärts des SCR-Katalysators im Abgasstrang zumindest ein NH3-Sensor verbaut. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dieser NH3-Sen- sor nicht - wie üblich - unmittelbar nach dem SCR-Katalysator oder einem dem SCR-Katalysator eventuell nachgeschalteten Ammoniak-Sperrkatalysator (ASC), sondern erst stromabwärts eines nach dem SCR-Katalysator bzw. Ammoniak- Sperrkatalysator angeordneten Verdampfers des Abwärmerückgewinnungs ^¬ systems angeordnet. Der Sperrkatalysator dient dazu um gegebenenfalls über ^¬ schüssiges NH3 stromabwärts des SCR-Speicherkatalysators 8 zu vermindern bzw. zu entfernen, wobei Ammoniak zu N ₂ und H ₂ 0 oxidiert wird.

Um Einflüsse der Abgasnachbehandlung auf den erhöhten NH3-Messwert ausschließen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgese- hen, dass im normalen Motorbetrieb der Brennkraftmaschine, bei Auftreten eines abnormal hohen Messwertes eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird, indem die Einspritzmenge eines N H3-hältigen Additives stromaufwärts des SCR- Speicherkatalysators - vorzugsweise unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises - reduziert oder gestoppt wird, und untersucht wird, ob nach Ablauf einer definierten ersten Wartezeit eine wesentliche Verminderung der gemessenen N H3-Konzentration eintritt, und falls weiterhin ein abnormal hoher N h -Mess- wert festgestellt wird, auf eine Undichtheit des Verdampfers geschlossen wird.

Alternativ oder zusätzlich zur Leckage Untersuchung m Motorbetrieb kann auch gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine die Einspritzung eines N H3-hältigen Additives stromaufwärts des SCR-Speicherkatalysators reduziert oder gestoppt wird, und untersucht wird, ob nach Ablauf einer definierten zweiten Wartezeit eine wesentliche Verminderung der gemessenen N h -Konzentration eintritt, und falls weiterhin ein abnormal hoher Nh -Messwert festgestellt wird, auf eine Undichtheit des Verdampfers geschlossen wird.

Die erste und/oder zweite Wartezeit sollte beispielsweise zumindest 30 bis 60 Sekunden betragen, damit sich ein Reaktionsgleichgewichtszustand einstellen kann.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Verdampfer im Abgasstrang stromabwärts des SCR-Katalysators kann in einer Abgasrückführleitung ein (weiterer) Verdampfer des Abwärmerückgewinnungssystems angeordnet sein. In diesem Fall können in den meisten Fällen bei Feststellen eines abnormal erhöhten N H3- Messertes andere Ursachen als eine Leckage des Verdampfers ausgeschlossen werden.

Die Feststellung einer Leckage des zweiten Verdampfers kann - beispielsweise im Schubbetrieb - ebenfalls durch den stromabwärts des ersten Verdampfers angeordneten ersten NH ₃ -Sensor im Abgasstrang erfolgen, vorausgesetzt, dass das an der Leckagestelle des zweiten Verdampfers austretende Arbeitsmedium des Arbeitsmediumkreises nicht innerhalb der Brennräume oder im Abgasnachbehandlungssystem eine chemische Reaktion eingeht, dessen Endprodukt durch den N H3-Sensor nicht mehr erfasst werden kann. Um dieses Risiko auszuschließen, kann in Weiterführung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein zweiter N H3- Sensor stromabwärts des zweiten Verdampfers in der Abgasrückführleitung angeordnet ist, über welchen Leckagen des zweiten Verdampfers direkt festgestellt werden können. Ein abnormal hoher Nh -Messwert liegt beispielsweise dann vor, wenn der durchschnittliche Nh -Messwert über 10 ppm liegt.

Wenn unzweifelhaft eine Undichtheit des Verdampfers festgestellt wird, kann ein entsprechendes Warnsignal an den Fahrer ausgegeben und/oder ein entsprechender Eintrag im Fehlercode im On-Board-Diagnosesystem eingetragen werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen :

Fig. la schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante;

Fig. lb schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante;

Fig. 2 und Fig. 3 einen zeitlichen Verlauf der Last und der N H3-Messwerte für ein leckagefreies Wärmerückgewinnungssystem; und

Fig. 4 und Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf der Last und der N H3-Messwerte für ein leckagebehaftetes Wärmerückgewinnungssystem, bei Anwendung der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. la und Fig. lb zeigen jeweils eine Brennkraftmaschine 1 mit Abgasströmungswegen 2, welche durch einen Abgasstrang 3 und eine Abgasrückführlei- tung 4 gebildet sind. Die Abgasrückführleitung 4 dient zur externen Abgasrückführung zwischen Auslasssystem 22 und Einlasssystem 23 der Brennkraftmaschine 1.

Im Abgasstrang 3 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 angeordnet, welches im Ausführungsbeispiel einen Diesel-Oxidationskatalysator 6, einen Diesel- Partikelfilter 7, einen SCR-Katalysator 8 und einen Sperrkatalysator 9 aufweist. Stromaufwärts des SCR- Katalysators 8 kann ein N h -hältiges Additiv über eine Einspritzeinrichtung 10 zugeführt werden. Ein Mischer 11 dient zum Mischen und Verdampfen des eingespritzten Additivs im Abgasstrom .

Zur Rückgewinnung der Abgasabwärme ist ein Wärmerückgewinnungssystem 12 mit einem geschlossenen Arbeitsmediumkreis 13 für ein Arbeitsmedium, beispielsweise Ethanol, vorgesehen, welches zumindest einen ersten Verdampfer 14, eine Pumpe 15 und zumindest eine Expansionsmaschine 16 aufweist. Mit Bezugszeichen 17 ist ein Kondensator bezeichnet. Zur abgasseitigen Umgehung des ersten Verdampfers 14 ist eine Umgehungsleitung 18 vorgesehen, welche stromaufwärts des ersten Verdampfers 14 vom Abgasstrang 3 abzweigt und stromab- wärts des ersten Verdampfers 14 wieder in den Abgasstrang 3 einmündet. Mit Bezugszeichen 19 ist ein beispielsweise durch eine Umschaltklappe gebildetes Steuerorgan zum Umschalten der Abgasströmung zwischen den Strömungsweg durch den ersten Verdampfer 14 und die Umgehungsleitung 18 bezeichnet.

Optional kann ein zweiter Verdampfer 14a in der Abgasrückführleitung 4 vorgesehen sein, welcher stromaufwärts oder stromabwärts des ersten Verdampfers 14 in den Arbeitsmediumkreis 13 des Wärmerückgewinnungssystems 12 eingebunden sein kann. Bei der in Fig. la dargestellten ersten Ausführungsvariante ist der zweite Verdampfer 14a stromabwärts des ersten Verdampfers 14 in den Arbeitsmediumkreis 13 eingebunden. Alternativ dazu kann der zweite Verdampfer 14a aber auch in einen eine zweite Pumpe 15a, eine zweite Expansionsmaschine 16a und einen zweiten Kondensor 17a aufweisenden zweiten Arbeitsmediumkreis 13a des Wärmerückgewinnungssystems 12 angeordnet sein, wie in Fig. lb gezeigt ist.

Stromabwärts des ersten Verdampfers 14 ist im Abgasstrang 3 ein Nh -Sensor 20 angeordnet. Ein weiterer N h -Sensor 20a kann stromabwärts des zweiten Verdampfers 20a in der Abgasrückführleitung 4 angeordnet sein . Die N h -Sen- soren 20, 20a stehen mit einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit 21 in Verbindung.

Die N H3-Sensoren 20, 20a weisen jeweils eine Querempfindlichkeit zu dem Arbeitsmedium - im vorliegenden Fall also zu Ethanol -, bzw. zu einer Komponente des Arbeitsmediums auf. Dies bedeutet, dass die N h -Sensoren nicht nur N H3- Messwerte durch tatsächlich im Abgas enthaltenen Ammoniak, sondern auch durch die die Querempfindlichkeit initiierende Substanz erfassen. Kommt es zu einer Leckage im Bereich des Verdampfers 14 bzw. 14a, so schlägt sich dies also in den ausgegebenen erhöhten N H3-Messwerten der Nh -Sensoren 20 bzw. 20a nieder.

Bei Auftreten eines abnormal hohen NH 3- Messwertes des ersten N h -Sensors 20 während des normalen Motorbetriebes der Brennkraftmaschine 1 wird dieser Nh -Messwert einer Plausibilitätsprüfung unterzogen, indem die Einspritzmenge des N H3-hältigen Additives durch die Einspritzeinrichtung 10 stromaufwärts des SCR-Speicherkatalysators 8 beispielsweise unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises - reduziert oder gestoppt wird, und untersucht wird, ob nach Ablauf einer definierten ersten Wartezeit (zum Beispiel 30 bis 60 Sekunden) eine wesentliche Verminderung der gemessenen Nh -Konzentration eintritt. Wenn weiterhin ein abnormal hoher N h -Messwert festgestellt wird, kann auf eine Un- dichtheit am ersten Verdampfer 14 geschlossen werden. Alternativ zum Motorbetrieb kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen einer undichten Stelle im Wärmerückgewinnungssystem 12 auch während des Schubbetriebes bzw. beim Umschalten vom Motorbetrieb auf Schubbetrieb durchgeführt werden. Dabei wird im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 die Einspritzung eines N H3-hältigen Additives stromaufwärts des SCR-Speicherka- talysators 8 gestoppt und untersucht, ob nach Ablauf einer definierten zweiten Wartezeit von beispielsweise 30 bis 60 Sekunden eine wesentliche Verminderung der gemessenen Nh -Konzentration eintritt. Wenn keine wesentliche Verminderung des N H 3- Mess wertes festzustellen ist, kann auf eine Undichtheit am ersten 14 geschlossen werden. Kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein aus dem zweiten Verdampfer 14a eventuell austretendes Arbeitsmedium in der Brennkraftmaschine 1 oder im Abgasnachbehandlungssystem 5 eliminiert oder chemisch verändert wird, so ist es vorteilhaft, einen zweiten N h -Sensor 20a unmittelbar stromabwärts des zweiten Verdampfers 14a in der Abgasrückführlei- tung 4 einzusetzen, über welchen Leckagen des zweiten Verdampfers 14a direkt erfasst werden können.

Die Fig. 2 und Fig. 3 zeigen einen zeitlichen Verlauf der Last L und der N H3- Messwerte für ein leckagefreies Wärmerückgewinnungssystem 12 während einer Umschaltung der Brennkraftmaschine 1 auf Schubbetrieb. Üblicherweise wird während des Schubbetriebs die Einspritzung des NH ₃ -Additivs gestoppt. Deutlich ist erkennbar, dass der gemessene Nh -Messwert des ersten N h -Sensors 20 sich drastisch vermindert - es liegt somit keine Leckage vor.

Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen dagegen eine Umschaltung auf Schubbetrieb, wenn eine Leckage im ersten Verdampfer 14 vorliegt. In diesem Fall kommt es zu keiner Verminderung des N h -Messwertes. Im Gegenteil - auf Grund der unveränderten Leckage und des geringeren Gasdurchsatzes durch den Abgasströmungsweg im Schubbetrieb kann es sogar noch zu einer Steigerung des N h -Mess- wertes kommen, wie die strichiierte Linie zeigt. In diesem Fall kann eindeutig auf eine Leckage des Verdampfers 14 geschlossen und eine entsprechende Leckagewarnung an den Fahrer ausgegeben werden.

Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass keine zusätzlichen aufwändigen Leckagedetektoren verbaut werden müssen. Im Idealfall kann ein bereits serienmäßig im Abgasstrang angeordneter N h -Sensor 14 - allerdings an einer Stelle stromabwärts des Verdampfers im Abgasströmungsweg 2 - verwendet werden, um zuverlässige Leckageuntersuchungen durchzuführen.