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DE102011077251B3 - Diagnostic method for ammonia filter of nitrogen oxide sensor for exhaust system of diesel engine for motor car, involves deactivating filter when value of error is below threshold value - Google Patents

Diagnostic method for ammonia filter of nitrogen oxide sensor for exhaust system of diesel engine for motor car, involves deactivating filter when value of error is below threshold value Download PDF

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DE102011077251B3
DE102011077251B3 DE102011077251A DE102011077251A DE102011077251B3 DE 102011077251 B3 DE102011077251 B3 DE 102011077251B3 DE 102011077251 A DE102011077251 A DE 102011077251A DE 102011077251 A DE102011077251 A DE 102011077251A DE 102011077251 B3 DE102011077251 B3 DE 102011077251B3
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DE
Germany
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nox
filter
diagnostic method
linear
catalyst
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Application number
DE102011077251A
Other languages
German (de)
Inventor
Mario Balenovic
Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Abstract

Ein Diagnoseverfahren für einen Filter (5) eines NOx Sensors (4) eines Abgassystems (1) mit einen SCR Katalysator (3) umfaßt die folgenden Schritte:
– Betreiben (11) des Filters (5) einschließlich Berechnung (12) eines NOx Schätzwertes stromabwärts des Katalysators (3);
– Modellieren (13) eines linearen NOx Modells basierend auf dem NOx Schätzwert;
– Vergleichen (15) des NOx Schätzwertes und des linearen NOx Modells;
– Deaktivieren (18, 19) des Filters (5), wenn der Unterschied des Vergleichs (15) unter einem Schwellwert liegt.
A diagnostic method for a filter (5) of a NOx sensor (4) of an exhaust system (1) with an SCR catalytic converter (3) comprises the following steps:
- operating (11) the filter (5) including calculation (12) of a NOx estimate downstream of the catalyst (3);
- modeling (13) a linear NOx model based on the NOx estimate;
Comparing (15) the NOx estimate and the linear NOx model;
- Disabling (18, 19) of the filter (5) when the difference of the comparison (15) is below a threshold.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren und ein Diagnosemodul für einen Filter eines NOx Sensors eines Abgassystems, insbesondere eines Abgassystems mit SCR Katalysator für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges.The invention relates to a diagnostic method and a diagnostic module for a filter of a NOx sensor of an exhaust system, in particular an exhaust system with SCR catalyst for an internal combustion engine of a motor vehicle.

Für die Entfernung von NOx Emissionen speziell bei Abgasen von Dieselmotoren sind Systeme mit SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) gut geeignet. Bei einem aktiven SCR System wird Ammoniak (NH3) in den SCR Katalysator dosiert, wo es auf dem Katalysator adsorbiert und mit NO und NO2 aus dem Abgas reagiert. NH3 wird typischerweise nicht direkt dosiert sondern meist in Form einer Harnstofflösung, die sich nach der Injektion teilweise in NH3 umsetzt. Bei einem passiven SCR System findet keine aktive Injektion von NH3 oder Harnstoff stromaufwärts des Katalysators statt. Statt dessen wird NH3 von einer anderen Komponente stromaufwärts des Katalysators wie zum Beispiel einem LNT (Lean NOx Trap) erzeugt, nachdem sich der Motor im Fett-Betrieb befindet.Systems with SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction) are well suited for the removal of NOx emissions, especially for exhaust gases of diesel engines. In an active SCR system, ammonia (NH3) is metered into the SCR catalyst, where it is adsorbed on the catalyst and reacts with NO and NO 2 from the exhaust gas. NH3 is typically not dosed directly but usually in the form of a urea solution, which partially converts to NH3 after injection. In a passive SCR system, there is no active injection of NH3 or urea upstream of the catalyst. Instead, NH3 is produced by another component upstream of the catalyst, such as an LNT (Lean NOx Trap), after the engine is in rich operation.

Wenn nicht genügend NH3 dosiert wird oder in dem Katalysator gespeichert ist oder wenn die Temperatur nicht passend ist für eine vollständige NOx Konvertierung, wird nicht das gesamte NOx konvertiert und es wird einen NOx Schlupf durch den Katalysator geben. Falls jedoch zu viel NH3 dosiert und in dem Katalysator gespeichert worden ist, kann eine Desorption auftreten. Üblicherweise tritt eine NH3 Desorption nach einem schnellen Temperaturanstieg zum Beispiel in Folge einer ansteigenden Motorlast auf. Sie kann aber auch bei einer Überdosierung von NH3 bei stetiger Temperatur auftreten.If insufficient NH3 is being metered or stored in the catalyst, or if the temperature is not adequate for complete NOx conversion, then not all of the NOx will be converted and NOx will slip through the catalyst. However, if too much NH3 has been metered and stored in the catalyst, desorption may occur. Typically, NH3 desorption occurs after a rapid increase in temperature, for example as a result of an increasing engine load. However, it can also occur with an overdose of NH3 at steady temperature.

Um die Prozesse in dem SCR Katalysator genau zu kontrollieren, sind Informationen über die NOx und die NH3 Konzentration stromabwärts oder hinter dem Katalysator von Interesse. Für diesen Zweck existieren zwei Typen von Sensoren, NH3 Sensoren und NOx Sensoren. Während NH3 Sensoren nur NH3 Konzentrationen oder Mengen messen, sind NOx Sensoren empfindlich sowohl für NOx als auch für NH3. Dies führt insofern zu Schwierigkeiten bei der Messung, als es nicht einfach sein kann, festzustellen, ob der Sensor gerade NOx Werte oder NH3 Werte mißt.To precisely control the processes in the SCR catalyst, information about the NOx and NH3 concentration downstream or downstream of the catalyst is of interest. For this purpose there are two types of sensors, NH3 sensors and NOx sensors. While NH3 sensors measure only NH3 concentrations or quantities, NOx sensors are sensitive to both NOx and NH3. This results in difficulty in the measurement in that it can not be easy to determine if the sensor is currently measuring NOx or NH3 values.

Ein Filter bzw. Filterungsverfahren, angemeldet in der parallelen Anmeldung DE 10 2011 077 246.4 stellt fest, ob das von dem NOx Sensor gemessene Signal ein NOx Meßwert oder ein NH3 Meßwert ist. Dazu werden zwei verschiedene Modelle oder Modellierungen erstellt und/oder angepaßt. Ein Modell beschreibt die NOx Konvertierung in dem Katalysator und das zweite Modell beschreibt das Verhalten des NH3 Schlupfes durch den Katalysator.A filter or filtering process, logged in the parallel application DE 10 2011 077 246.4 Determines if the signal measured by the NOx sensor is a NOx reading or NH3 reading. For this purpose, two different models or models are created and / or adapted. One model describes the NOx conversion in the catalyst and the second model describes the behavior of the NH3 slip through the catalyst.

DE 10 2010 026 373 A1 offenbart ein System zur Identifikation von Ammoniakschlupfbedingungen in einer Anwendung für selektive katalytische Reduktion. Ein Filtermodul des Systems filtert ein erstes Signal, das eine Menge an NOx stromaufwärts eines Katalysators angibt, und ein zweites Signal, das Menge an NOx und NH3 stromabwärts des Katalysators angibt. Ein Schlupfbestimmungsmodul bestimmt auf Grundlage eines Frequenzansprechens des ersten und zweiten Signals, ob NH3 im Abgas stromabwärts des Katalysators vorhanden ist. DE 10 2010 026 373 A1 discloses a system for identifying ammonia slip conditions in a selective catalytic reduction application. A filter module of the system filters a first signal indicative of an amount of NOx upstream of a catalyst and a second signal indicative of amounts of NOx and NH3 downstream of the catalyst. A slip determination module determines whether NH3 is present in the exhaust downstream of the catalyst based on frequency response of the first and second signals.

Die Genauigkeit oder Effizienz des Filters hängt von den Eigenschaften des NOx Pegels oder Signals stromaufwärts des Katalysators ab. Um zwischen den NOx Werten und NH3 Werten im NOx Signal stromabwärts differenzieren zu können, muß das NOx Signal stromaufwärts des Katalysators eine gewisse Dynamik aufweisen.The accuracy or efficiency of the filter depends on the properties of the NOx level or signal upstream of the catalyst. In order to be able to differentiate downstream between the NOx values and NH3 values in the NOx signal, the NOx signal upstream of the catalytic converter must have a certain dynamics.

Im Fall eines NOx Durchbruchs bei dem Katalysator wird das NOx Signal dem Eingangs-NOx Signal dynamisch folgen, während der NH3 Wert dies typischerweise nicht tun wird. Daher kann die Entscheidung für ein eher stetiges NOx Signal stromaufwärts des Katalysators (zum Beispiel bei konstanter Fahrweise) nicht getroffen werden und das gefilterte NOx/NH3 Signal sollte nicht für eine rückgekoppelte Steuerung verwendet werden.In the case of a NOx breakthrough in the catalyst, the NOx signal will dynamically follow the input NOx signal, while the NH3 value typically will not. Therefore, the decision for a rather steady NOx signal upstream of the catalytic converter (for example, in steady state driving) can not be made, and the filtered NOx / NH3 signal should not be used for feedback control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Betrieb eines NOx Sensors in einem Abgassystem mit Katalysator zu verbessern.The invention is based on the object to improve the operation of a NOx sensor in an exhaust system with catalyst.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 beziehungsweise 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved with the features of claims 1 and 10, respectively. Advantageous developments of the invention are defined in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Diagnoseverfahren für einen Filter eines NOx Sensors eines Abgassystems aufweisend einen SCR Katalysator die folgenden Schritte:

  • – Betreiben des Filters einschließlich Berechnung eines NOx Schätzwertes stromabwärts des Katalysators;
  • – Modellieren eines linearen NOx Modells basierend auf dem NOx Schätzwert;
  • – Durchführen eines Vergleichs mittels einer Fehlerberechnung zwischen dem NOx Schätzwert und einem NOx Schätzwert des linearen NOx Modells;
  • – Deaktivieren des Filters, wenn der dadurch ermittelte Fehler unter einem Schwellwert liegt.
According to a first aspect of the invention, a diagnostic method for a filter of a NOx sensor of an exhaust system comprising an SCR catalyst comprises the following steps:
  • - operating the filter including calculating a NOx estimate downstream of the catalyst;
  • Modeling a linear NOx model based on the NOx estimate;
  • - making a comparison by means of an error calculation between the NOx estimated value and a NOx estimated value of the linear NOx model;
  • - Deactivate the filter if the error thus detected is below a threshold value.

Das Verfahren stabilisiert den Filter für den NOX Sensor und bestimmt, wann der Entscheidung des Filters vertraut werden kann. Eine Implementierung des Filters ist, kontinuierlich zwei verschiedene Modelle anzupassen und ihre Genauigkeit zu vergleichen. Ein Modell repräsentiert ein vereinfachtes kinetisches Modell der NOx Konvertierung. Das zweite Modell ist ein einfacher Linearzeit-Algorithmus, der das NH3 Schlupfverhalten gut über ein begrenztes Zeitfenster beschreiben kann. In einigen Fällen kann der Filter nicht zwischen NOx und NH3 unterscheiden. Dies passiert typischerweise, wenn das NOx Signal keine ausreichende Dynamik hat, zum Beispiel bei stationärem Betrieb. In diesem Fall kann das NOx stromabwärts des Katalysators ebenfalls durch einen Linearzeit-Algorithmus beschrieben werden. Durch das Feststellen dieser Bedingung kann verhindert werden, dass der Filter falsche Annahmen macht oder Entscheidungen trifft. Der Filter kann deaktiviert oder seine Entscheidung kann verworfen bzw. nicht verwendet werden, wenn zum Beispiel die absolute Differenz zwischen den beiden Signalen des Vergleichs unter einem Schwellwert liegt.The method stabilizes the filter for the NOX sensor and determines when the decision of the filter can be trusted. One implementation of the filter is to continuously adapt two different models and compare their accuracy. A model represents a simplified kinetic model of NOx conversion. The second model is a simple linear time algorithm that can well describe NH3 slip behavior over a limited time window. In some cases, the filter can not distinguish between NOx and NH3. This typically happens when the NOx signal does not have sufficient dynamics, for example in steady state operation. In this case, the NOx downstream of the catalyst may also be described by a linear time algorithm. By determining this condition, it can be prevented that the filter makes wrong assumptions or makes decisions. The filter may be disabled or its decision may be discarded or not used if, for example, the absolute difference between the two signals of the comparison is below a threshold.

Für den Vergleich kann eine Fehlerberechnung zwischen dem NOx Schätzwert und einem linearen NOx Schätzwert des linearen NOx Modells verwendet werden. Diese Fehlerberechnung ist einfach durchzuführen und liefert schnelle und zuverlässige Ergebnisse.For the comparison, an error calculation between the NOx estimation value and a linear NOx estimation value of the linear NOx model can be used. This error calculation is easy to perform and provides fast and reliable results.

Der Filter kann aktiviert werden, wenn der im Vergleich ermittelte Fehler über einem Schwellwert liegt. Dieser Schwellwert kann dem Schwellwert für die Deaktivierung entsprechen oder es können zwei verschiedene Schwellwerte verwendet werden. Aktiv oder aktivieren bedeutet, dass die Entscheidungen des Filters genutzt werden. Bei Deaktivierung läuft der Filter gewissermaßen im Hintergrund mit, allerdings werden die Ergebnisse nicht verwendet. Alternativ kann der Filter ausgeschaltet werden und bei Aktivierung wieder eingeschaltet werden.The filter can be activated if the error detected in comparison is above a threshold value. This threshold may be equal to the deactivation threshold, or two different thresholds may be used. Active or activate means that the decisions of the filter are used. If disabled, the filter will run in the background, but the results will not be used. Alternatively, the filter can be turned off and turned on again when activated.

Der Filter kann für einen definierten Zeitraum aktiv bleibt, wenn der im Vergleich ermittelte Fehler über dem Schwellwert liegt. Dieser Betriebsmodus kann als transiente Aktivierung bezeichnet werden. Bei der transienten Aktivierung wird angenommen, dass die „alte” Filter Entscheidung, das heißt am Anfang oder vor dem definierten Zeitraum, noch gültig ist, wenn kürzlich eine Entscheidung getroffen wurde und das NOx Sensorsignal sich nicht außerhalb von definierten Grenzen bewegt hat. Üblicherweise ändern sich NOx und NH3 stromabwärts des Katalysators nicht von einem Moment auf den anderen, so dass eine kürzlich getroffene Entscheidung immer noch gültig sein kann, sogar wenn von den aktuellen Daten her keine Entscheidung getroffen werden kann. Die transiente Aktivierung nimmt an, dass keine neue Entscheidung getroffen wurde, der Filter dennoch aktiviert ist und seine Ergebnisse für eine Rückkopplung oder Weiterverarbeitung verwendet werden. Die transiente Aktivierung wird nach einer vorbestimmten Zeitspanne deaktiviert oder wenn ein NOx Sensorsignal vorgegebene Grenzen über- oder unterschreitet.The filter can remain active for a defined period of time if the error determined in comparison is above the threshold value. This mode of operation may be referred to as transient activation. In transient activation, it is assumed that the "old" filter decision, that is, at the beginning or before the defined period of time, is still valid if a decision has recently been made and the NOx sensor signal has not moved outside defined limits. Typically, NOx and NH3 downstream of the catalyst do not change from one moment to another, so a recent decision may still be valid even if no decision can be made from the current data. The transient activation assumes that no new decision has been made, the filter is still activated, and its results are used for feedback or further processing. The transient activation is deactivated after a predetermined period of time or when a NOx sensor signal exceeds or falls below predetermined limits.

Bei deaktiviertem Filter kann eine Veränderung des NOx Werts stromaufwärts des Katalysators eingeleitet werden. So kann im Fall, wenn der Filter keine zuverlässige Entscheidung treffen kann, ein Flag oder eine Meldung für eine NOx (aus dem Motor) Störung gesetzt werden, um so den Basisalgorithmus des Filters neu anzuregen oder zuverlässig zu starten. Wenn der Filter deaktiviert ist, liefert er kein zuverlässiges Signal, weder NOx noch NH3. In diesem Fall läuft die Dosierung oder Injektion für den Katalysator ohne Rückkopplung, also in einem offenen Regelkreis. Solange das NOx Sensorsignal innerhalb gewisser erlaubter Grenzen verbleibt, kann dies akzeptabel sein. Wenn es jedoch diese Grenzen durchbricht, kann es wünschenswert sein, eine Bestimmung oder Berechnung des NOx Sensorsignals zu erzwingen. Dies kann durch gezielte Störungen oder Veränderungen des den Motor verlassenden NOx Anteils im Abgas erreicht werden, beispielsweise durch komplettes oder teilweises Ein- und/oder Ausschalten des Abgasrückführungsventils (EGR). Dieser Fall kann zum Beispiel während eines langen stationären Betriebs, beispielsweise durch eine Geschwindigkeitsregelanlage (Tempomat), auftreten. Sobald der Betrieb und damit das NOx Signal eine gewisse Dynamik gewinnt, startet der Filter automatisch mit dem normalen Betrieb.With the filter deactivated, a change in the NOx value upstream of the catalyst can be initiated. Thus, in the case where the filter can not make a reliable decision, a NO x (engine out) fault flag or message may be set so as to re-excite or reliably start the base algorithm of the filter. When deactivated, the filter does not provide a reliable signal, neither NOx nor NH3. In this case, the metering or injection for the catalyst runs without feedback, ie in an open loop. As long as the NOx sensor signal remains within certain allowable limits, this may be acceptable. However, if it breaks these limits, it may be desirable to force a determination or calculation of the NOx sensor signal. This can be achieved by targeted disturbances or changes in the NOx leaving the engine in the exhaust gas, for example by complete or partial switching on and / or off the exhaust gas recirculation valve (EGR). This case can occur, for example, during a long stationary operation, for example by a cruise control system (cruise control). As soon as the operation and thus the NOx signal gains a certain dynamic, the filter automatically starts with normal operation.

Für die Modellierung der NOx Konvertierung kann ein kinetisches Modell der NOx Konvertierung verwendet werden, dies kann bevorzugt ein vereinfachtes kinetisches Modell sein, um den Rechenaufwand und die spätere Verarbeitung der Daten zu reduzieren.For the modeling of NOx conversion, a kinetic model of NOx conversion can be used, this may preferably be a simplified kinetic model to reduce the computational effort and the subsequent processing of the data.

Die Schritte oder Berechnungen können zu Abtastzeitpunkten mit einer Abtastzeit von vorzugsweise einer Sekunde ausgeführt werden. Eine zu geringe Anzahl an Abtastzeitpunkten ermöglicht keine konsistenten Modelle während eine zu hohe Anzahl den Rechenaufwand unnötig erhöht. The steps or calculations may be performed at sampling instants with a sampling time of preferably one second. Too few sample times do not allow for consistent models, while too many increase the computational overhead unnecessarily.

Für die Berechnung der Schritte können zusätzlich Werte zeitlich zurückliegender Abtastzeitpunkte vorzugsweise in einem Zeitrahmen von zwanzig Sekunden verwendet werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Berechnung und der Festlegung, welche Meßwerte gerade gemessen werden. Für den Vergleich kann dann als Kriterium der durchschnittliche absolute Unterschied zwischen den beiden Signalen verwendet werden.In addition, for the calculation of the steps, values of past sampling times may preferably be used in a time frame of twenty seconds. This increases the reliability of the calculation and the determination of which measured values are being measured. For comparison, the average absolute difference between the two signals can then be used as a criterion.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Diagnosemodul für einen Filter eines NOx Sensors eines Abgassystems mit einem SCR Katalysator einen Signaleingang für Signale des Filters, eine Recheneinheit ausgebildet zur Durchführung des oben beschriebenen Diagnoseverfahrens und einen Signalausgang zur Ausgabe eines Ergebnisses des Diagnoseverfahrens. Es gelten die oben beschriebenen Vorteile und Modifikationen.According to a second aspect of the invention, a diagnostic module for a filter of a NOx sensor of an exhaust system with an SCR catalyst comprises a signal input for signals of the filter, a computing unit configured to carry out the diagnostic method described above, and a signal output for outputting a result of the diagnostic method. The advantages and modifications described above apply.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, in denen zeigen:In the following the invention will be described in more detail with reference to the drawing, in which:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Abgassystems mit Diagnosemodul gemäß der Erfindung. 1 a schematic block diagram of an exhaust system with diagnostic module according to the invention.

2 ein Blockschaltbild des Diagnoseverfahrens für einen Filter gemäß der Erfindung. 2 a block diagram of the diagnostic method for a filter according to the invention.

3 und 4 jeweils ein Diagramm einer Anwendung des Diagnoseverfahrens gemäß der Erfindung. 3 and 4 in each case a diagram of an application of the diagnostic method according to the invention.

Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.The drawings are merely illustrative of the invention and do not limit it. The drawings and the individual parts are not necessarily to scale. Like reference numerals designate like or similar parts.

1 zeigt einen Teil eines Abgasnachbehandlungssystems 1 für einen Verbrennungsmotor 2, zum Beispiel einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs. Das Abgasnachbehandlungssystem oder Abgassystem 1 umfaßt einen stromabwärts des Motors 2 angeordneten Katalysator 3 wie zum Beispiel einen SCR (Selective Catalytic Reduction) Katalysator. 1 shows a part of an exhaust aftertreatment system 1 for an internal combustion engine 2 , For example, a diesel engine of a motor vehicle. The exhaust aftertreatment system or exhaust system 1 includes a downstream of the engine 2 arranged catalyst 3 such as an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst.

Stromabwärts des Katalysators 3 ist ein NOx Sensor 4 zum Messen der NOx Konzentration bzw. der NOx Menge im Abgas angeordnet. Der NOx Sensor 4 muß nicht direkt hinter dem Katalysator 3 angeordnet sein, er kann sich auch weiter stromabwärts befinden.Downstream of the catalyst 3 is a NOx sensor 4 arranged to measure the NOx concentration and the amount of NOx in the exhaust gas. The NOx sensor 4 does not have to be directly behind the catalyst 3 be arranged, he may also be located downstream.

Meßwerte des NOx Sensors 4 gelangen zu einem Filter oder NH3 Filter 5 für den NOx Sensor 4. Dieser Filter 5 verarbeitet die Meßwerte oder bereitet sie auf, dass erkannt werden kann, ob die von dem NOx Sensor 4 gemessenen Werte NOx Werte oder NH3 Werte sind. Der Filter 5 gibt entsprechende Signale aus, zum Beispiel an eine Motorsteuerung oder eine Steuerung der Abgasnachbehandlung.Measured values of the NOx sensor 4 arrive at a filter or NH3 filter 5 for the NOx sensor 4 , This filter 5 processes the readings or prepares them to be able to detect if the of the NOx sensor 4 measured values are NOx values or NH3 values. The filter 5 outputs appropriate signals, for example to an engine control or exhaust aftertreatment control.

Der Filter 5 benötigt neben dem von dem NOx Sensor 4 gelieferten Meßwert stromabwärts des Katalysators 3 die NOx Konzentration oder NOx Menge, die vom Motor 2 produziert wird und diesen in Richtung des Katalysators 3 verläßt. Entweder ist ein zusätzlicher NOx Sensor 6 stromaufwärts des Katalysators 3 vorhanden oder die NOx Konzentration stromaufwärts des Katalysators 3 wird mit einem Modell 6 bestimmt, das die dem Motor 2 erzeugte Menge und/oder Konzentration von NOx bestimmt.The filter 5 needed next to that of the NOx sensor 4 supplied measured value downstream of the catalyst 3 the NOx concentration or NOx amount emitted by the engine 2 is produced and this in the direction of the catalyst 3 leaves. Either there is an additional NOx sensor 6 upstream of the catalyst 3 present or the NOx concentration upstream of the catalyst 3 comes with a model 6 That determines the engine 2 generated amount and / or concentration of NOx determined.

Zwischen dem optionalen NOx Sensor 6 stromaufwärts des Katalysators 3 und dem Katalysator 3 ist ein ebenfalls optionaler Injektionspunkt 7 für Harnstofflösung oder NH3 vorgesehen. Der NOx Sensor 6 bzw. die Modellierung ist stromaufwärts des Injektionspunkts 7 angeordnet, um eine NH3 Querempfindlichkeit zu vermeiden.Between the optional NOx sensor 6 upstream of the catalyst 3 and the catalyst 3 is also an optional injection point 7 intended for urea solution or NH3. The NOx sensor 6 or the modeling is upstream of the injection point 7 arranged to avoid NH3 cross-sensitivity.

Der Ausgang 5b des Filters 5 ist mit einem Diagnosemodul 8 verbunden. Das Diagnosemodul 8 kann eine eigenständige Einheit mit einem Signaleingang 8a für Signale des Filters 5, einer Recheneinheit zur Durchführung des Diagnoseverfahrens und einem Signalausgang 8b zur Ausgabe eines Ergebnisses des Verfahrens sein. Der Diagnosemodul 8 kann auch Bestandteil einer Steuerung, wie zum Beispiel einer Motorsteuerung oder einer Steuerung der Abgasnachbehandlung, oder des Filters 5 sein. Dies kann in Form einer Softwareroutine oder eines Softwaremoduls realisiert sein. Der Signalausgang 8b kann ebenfalls in Software realisiert sein. Das über den Signalausgang 8b ausgegebene Ergebnis kann eine eigenständige Bewertung oder Validierung des Ergebnisses des Filters 5 und/oder das freigegebene oder nicht freigegebene Ergebnis des Filters 5 sein.The exit 5b of the filter 5 is with a diagnostic module 8th connected. The diagnostic module 8th can be a stand-alone unit with a signal input 8a for signals of the filter 5 , a computing unit for performing the diagnostic method and a signal output 8b to output a result of the method. The diagnostic module 8th may also be part of a control, such as an engine control or exhaust aftertreatment control, or the filter 5 be. This can be realized in the form of a software routine or a software module. The signal output 8b can also be realized in software. That via the signal output 8b output can be an independent assessment or validation of the result of the filter 5 and / or the approved or not released result of the filter 5 be.

Anhand von 2 wird nun die Funktionsweise des Diagnosemoduls 8 bzw. des Diagnoseverfahrens beschrieben. Das Diagnoseverfahren geht von dem NOx Sensor 4 hinter dem Katalysator 3 aus.Based on 2 Now the functioning of the diagnostic module 8th or the diagnostic procedure described. The diagnostic procedure starts from the NOx sensor 4 behind the catalyst 3 out.

Der in 2 schematisch dargestellte Prozeß hat eine erste Stufe oder Schritt 10 der Modellierung eines linearen NOx Modells. In einem ersten Schritt oder Unterschritt 11 wird der Filter 5 betrieben, wobei in einem zweiten Schritt 11 als ein Ergebnis des Filters 5 der geschätzte NOx Wert stromabwärts des Katalysators 3 NOxPostEstV bestimmt wird.The in 2 schematically represented process has a first step or step 10 the modeling of a linear NOx model. In a first step or sub-step 11 becomes the filter 5 operated, in a second step 11 as a result of the filter 5 the estimated NOx value downstream of the catalyst 3 NOxPostEstV is determined.

Für die NOX Modellierung wird hier ein 0D CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor) Modell mit Kinetiken erster Ordnung verwendet:

Figure 00100001
For NOX modeling, a 0D CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor) model with first-order kinetics is used:
Figure 00100001

Die Signale können entweder skalar (eine Probe oder Abtastung) oder vektoriell (Zeitfenster mit Elemente weiser Operation) sein. Für das Zeitfenster wird der Koeffizient der Reaktionsrate (kR) als konstant angenommen. Der optimale Koeffizient der Reaktionsrate kann analytisch nach dem Least-Squares-Abstiegsverfahren bestimmt werden:

Figure 00100002
wobei
Figure 00110001
The signals can be either scalar (a sample or sample) or vectorial (time window with elements of wise operation). For the time window, the coefficient of the reaction rate (k R ) is assumed to be constant. The optimum reaction rate coefficient can be determined analytically by the least squares descent method:
Figure 00100002
in which
Figure 00110001

Das Optimierungskriterium min (εT ε)
führt zu:

Figure 00110002
The optimization criterion min (ε T ε)
leads to:
Figure 00110002

In einem weiteren Schritt 13 wird basierend auf diesem NOX Schätzwert NOxPostEstV das lineare NOx Modell gebildet. Als ein Ergebnis des linearen NOx Modells steht im Schritt 14 ein linearer NOx Schätzwert stromabwärts des Katalysators 3 NOxLinPostEstV zur Verfügung.In a further step 13 Based on this NOX estimated value NOxPostEstV, the linear NOx model is formed. As a result of the linear NOx model stands in step 14 a linear NOx estimate downstream of the catalyst 3 NOxLinPostEstV available.

Der Linearzeit-Algorithmus für das lineare NOx Modell basierend auf dem NOX Modellsignal (NOxPostEstV – N Vektor (z. B. zwanzig Abtastwerte)) wird wie folgt berechnet: NOxLinPostEstV = an + b wobei a und b anzupassende Konstanten sind und n die Anzahl der Abtastungen von 0 bis zu dem Zeithorizont –1 ist.The linear time algorithm for the linear NOx model based on the NOX model signal (NOxPostEstV-N vector (eg twenty samples)) is calculated as follows: NO x LinPostEstV = an + b where a and b are constants to be fitted and n is the number of samples from 0 to the time horizon -1.

Berechnet werden a und b durch Minimierung des Least-Square Kriteriums:

Figure 00110003
wobei
Figure 00120001
A and b are calculated by minimizing the least-square criterion:
Figure 00110003
in which
Figure 00120001

Das Optimierungskriterium min (εT ε)
führt zu:

Figure 00120002
The optimization criterion min (ε T ε)
leads to:
Figure 00120002

In einer zweiten Stufe 15 werden der NOx Schätzwert und das linearen NOx Modell bzw. der lineare NOx Schätzwert miteinander verglichen.In a second stage 15 the NOx estimated value and the linear NOx model or the linear NOx estimated value are compared with each other.

Dies wird über eine Fehlerberechnung εNOxLin zwischen NOxLinPostEstV und NOxPostEstV in einem Schritt 16 gemäß folgender Formel erreicht:

Figure 00120003
This is done via an error calculation ε NOxLin between NOxLinPostEstV and NOxPostEstV in one step 16 achieved according to the following formula:
Figure 00120003

Je kleiner der Fehler ist desto linearer ist die NOx Schätzung und somit ist es schwieriger festzustellen, ob der Sensor 4 NOx oder NH3 mißt.The smaller the error, the more linear the NOx estimation and thus it is more difficult to determine if the sensor 4 NOx or NH3 measures.

In einer vierten Stufe 17 wird festgelegt oder bestimmt, ob die Signale des NOx Sensors 4 NOx oder NH3 Werte sind. Dazu wird in einem Schritt 18 das Fehlersignal εNOxLin mit einer vordefinierten Grenze oder einem Schwellwert εmin verglichen. Wenn das Fehlersignal εNOxLin kleiner als die Grenze ist, wird ein Flag oder Signal gesetzt, dass die Entscheidung des Filters 5 nicht gemacht oder berücksichtigt werden kann, oder anders ausgedrückt der Filter 5 deaktiviert wird. Da zu jedem Abtastzeitpunkt ein neues Fehlersignal berechnet wird, können für diese Entscheidung auch die letzten oder einige der letzten Werte für das Fehlersignal εNOxLin berücksichtigt werden.In a fourth stage 17 is determined or determined whether the signals of the NOx sensor 4 NOx or NH3 values are. This is done in one step 18 the error signal ε NOxLin compared with a predefined limit or threshold ε min . If the error signal ε NOxLin is smaller than the limit, a flag or signal is set that the decision of the filter 5 can not be made or taken into account, or in other words the filter 5 is deactivated. Since a new error signal is calculated at each sampling instant , the last or some of the last values for the error signal ε NOxLin can also be taken into account for this decision.

Ist das Fehlersignal εNOxLin größer als die Grenze, wird der Filter 5 gemäß Schritt 19 betrieben oder aktiviert. Ist dies nicht der Fall, kann der Filter 5 gemäß Schritt 20 für einen gewissen vordefinierten Zeitraum im Rahmen einer sogenannten transienten Aktivierung dennoch aktiviert bleiben. Bei der transienten Aktivierung wird angenommen, dass die „alte” Filter Entscheidung, das heißt am Anfang oder vor dem definierten Zeitraum, noch gültig ist, wenn kürzlich eine Entscheidung getroffen wurde und das NOx Sensorsignal sich nicht außerhalb von definierten Grenzen bewegt hat.If the error signal ε NOxLin is greater than the limit, the filter becomes 5 according to step 19 operated or activated. If this is not the case, the filter can 5 according to step 20 remain activated for a certain predefined period as part of a so-called transient activation. In transient activation, it is assumed that the "old" filter decision, that is, at the beginning or before the defined period of time, is still valid if a decision has recently been made and the NOx sensor signal has not moved outside defined limits.

Solange die transiente Aktivierung in Betrieb ist, wird gemäß Schritt 19 der Filter 5 aktiviert, d. h. seine Ergebnisse berücksichtigt. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder wenn ein NOx Sensorsignal vorgegebene Grenzen über- oder unterschreitet wird die transiente Aktivierung deaktiviert und es wird zu Schritt 21 verzweigt.As long as the transient activation is in operation, according to step 19 the filter 5 activated, ie its results taken into account. After a predetermined period of time or when a NOx sensor signal exceeds or falls below preset limits, the transient activation is deactivated and it becomes step 21 branched.

In Schritt 21 wird der Filter 5 deaktiviert, d. h. entweder abgeschaltet oder seine Ergebnisse werden nicht berücksichtigt.In step 21 becomes the filter 5 deactivated, ie either switched off or its results are not considered.

Wenn der Filter 5 deaktiviert ist, liefert er kein zuverlässiges Signal, weder NOx noch NH3. In diesem Fall läuft die Dosierung oder Injektion für den Katalysator 3 ohne Rückkopplung, also in einem offenen Regelkreis. Solange das NOx Sensorsignal innerhalb gewisser erlaubter Grenzen verbleibt, kann dies akzeptabel sein.If the filter 5 is deactivated, it does not provide a reliable signal, neither NOx nor NH3. In this case, the dosage or injection for the catalyst is in progress 3 without feedback, ie in an open loop. As long as the NOx sensor signal remains within certain allowable limits, this may be acceptable.

Wenn in einem Schritt 22 festgestellt wird, dass das NOx Sensorsignal außerhalb gewisser erlaubter Grenzen ist, dies kann eine positive oder negative Abweichung sein, wird in einem Schritt 23 eine Bestimmung oder Berechnung des NOx Sensorsignals erzwungen. Dies kann durch gezielte Störungen oder Veränderungen des den Motor verlassenden NOx Anteils im Abgas erreicht werden, beispielsweise durch komplettes oder teilweises Ein- und/oder Ausschalten des Abgasrückführungsventils (EGR).If in one step 22 it is determined that the NOx sensor signal is outside certain allowable limits, this may be a positive or negative deviation, in one step 23 Forcing a determination or calculation of the NOx sensor signal. This can be achieved by targeted disturbances or changes in the NOx leaving the engine in the exhaust gas, for example by complete or partial switching on and / or off the exhaust gas recirculation valve (EGR).

Dieses Verfahren läuft in dem Diagnosemodul 8 ab. Durch das Verfahren wird entweder ein gültiger NOx oder NH3 Wert ausgegeben oder es wird ein Signal ausgegeben, das die Zuverlässigkeit des Filters 5 angibt. Das Diagnosemodul 8 ist in die Signalkette zwischen NOx Sensor 4, Filter 5 und weiterverarbeitender Steuerung (hier nicht dargestellt) geschaltet. Entsprechend kann das Diagnosemodul 8 auch in der Steuerung oder dem NOx Sensor 4 bzw. dem Filter 5 integriert sein.This procedure runs in the diagnostic module 8th from. The process either outputs a valid NOx or NH3 value or outputs a signal indicating the reliability of the filter 5 indicates. The diagnostic module 8th is in the signal chain between NOx sensor 4 , Filters 5 and further processing control (not shown here) switched. Accordingly, the diagnostic module 8th also in the control or the NOx sensor 4 or the filter 5 be integrated.

Die 3 und 4 zeigen Diagramme, die den Betrieb des Verfahrens bzw. des Diagnosemoduls 8 veranschaulichen. Es wird gezeigt, wie robust der Betrieb des Abgassystems 1 bzw. des Filters 5 durch das Diagnoseverfahren bzw. das Diagnosemodul 8 wird.The 3 and 4 show diagrams showing the operation of the method or the diagnostic module 8th illustrate. It shows how robust the operation of the exhaust system 1 or the filter 5 through the diagnostic method or the diagnostic module 8th becomes.

3 zeigt einen dynamischen Fahrzyklus, in dem die NOx und NH3 Werte gut separiert werden können. Der Fehler des linearen NOx Modells εNOxLin bleibt die meiste Zeit relativ hoch. Das Signal filter_enabled, was die Aktivierung des Filters 5 anzeigt, ist die meiste Zeit aktiv. In den beiden unteren Diagrammen von 3 sind die ermittelten NOx und NH3 Werte stromabwärts des Katalysators 3 sowie mit separaten Meßgeräten oder Sensoren ermittelten tatsächlichen Werte aufgetragen und es ist zu sehen, wie gut diese Werte übereinstimmen. Das Verfahren arbeitet also zuverlässig. 3 shows a dynamic driving cycle in which the NOx and NH3 values can be well separated. The error of the linear NOx model ε NOxLin remains relatively high most of the time. The signal filter_enabled, indicating the activation of the filter 5 indicates that most of the time is active. In the two lower diagrams of 3 are the determined NOx and NH3 values downstream of the catalyst 3 and actual values obtained with separate meters or sensors, and it can be seen how well these values match. The method works so reliable.

4 zeigt einen eher stationären Betrieb, bei dem das Diagnoseverfahren festlegt, dass keine verläßliche Entscheidung getroffen werden kann und der Filter 5 deaktiviert wird. Deshalb ist das Signal filter_enabled im zweiten zeitlichen Abschnitt der Diagramme inaktiv oder niedrig. Wie zuvor beschrieben, wird so die Rückkopplung deaktiviert, bis der Filter 5 wieder aktiviert wird. 4 shows a more stationary operation where the diagnostic procedure determines that no reliable decision can be made and the filter 5 is deactivated. Therefore, the filter_enabled signal is inactive or low in the second temporal portion of the graphs. As previously described, the feedback is disabled until the filter 5 is activated again.

Es ist festzustellen, dass der Filter 5 während der ersten etwa 260 Sekunden aktiv bleibt, obwohl der Fehler des linearen NOx Modells εNOxLin niedrig ist. Dies folgt der Tatsache, dass der NOx Sensor sehr niedrige Werte mißt und daher das Ergebnis des Filters 5 sowieso korrigiert wird.It should be noted that the filter 5 during the first approximately 260 seconds remains active, although the error of the linear NOx model ε NOxLin is low. This follows the fact that the NOx sensor measures very low values and therefore the result of the filter 5 anyway corrected.

Das Verfahren bzw. das Diagnosemodul 8 können in jedem Abgassystem mit Katalysator insbesondere SCR Katalysator (passiv und aktiv) eingesetzt werden.The procedure or the diagnostic module 8th can be used in any exhaust system with catalyst in particular SCR catalyst (passive and active).

Claims (10)

Diagnoseverfahren für einen Filter (5) eines NOx Sensors (4) eines Abgassystems (1) aufweisend einen SCR Katalysator (3), mit den folgenden Schritten: – Betreiben (11) des Filters (5) einschließlich Berechnung (12) eines NOx Schätzwertes stromabwärts des Katalysators (3); – Modellieren (13) eines linearen NOx Modells basierend auf dem NOx Schätzwert; – Durchführen eines Vergleichs (15) mittels einer Fehlerberechnung (16) zwischen dem NOx Schätzwert und einem NOx Schätzwert des linearen NOx Modells; – Deaktivieren (18, 19) des Filters (5), wenn der dadurch ermittelte Fehler unter einem Schwellwert liegt.Diagnostic procedure for a filter ( 5 ) of a NOx sensor ( 4 ) of an exhaust system ( 1 ) comprising an SCR catalyst ( 3 ), with the following steps: - operating ( 11 ) of the filter ( 5 ) including calculation ( 12 ) of a NOx estimate downstream of the catalyst ( 3 ); - Modeling ( 13 ) a linear NOx model based on the NOx estimate; - carrying out a comparison ( 15 ) by means of an error calculation ( 16 ) between the NOx estimated value and a NOx estimated value of the linear NOx model; - Deactivate ( 18 . 19 ) of the filter ( 5 ), if the error thus determined is below a threshold value. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, wobei für den Vergleich (15) eine Fehlerberechnung (16) zwischen dem NOx Schätzwert und einem linearen NOx Schätzwert des linearen NOx Modells verwendet wird. Diagnostic method according to claim 1, wherein for the comparison ( 15 ) an error calculation ( 16 ) is used between the NOx estimate and a linear NOx estimate of the linear NOx model. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Filter (5) aktiviert wird, wenn der im Vergleich (15) ermittelte Fehler über einem Schwellwert liegt.Diagnostic method according to claim 1 or 2, wherein the filter ( 5 ) is activated when compared ( 15 ) detected error is above a threshold. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei der Filter (5) für einen definierten Zeitraum aktiv bleibt, wenn der im Vergleich (15) ermittelte Fehler über dem Schwellwert liegt.Diagnostic method according to claim 1 to 3, wherein the filter ( 5 ) remains active for a defined period of time when compared ( 15 ) detected error is above the threshold. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei bei deaktiviertem Filter (5) eine Veränderung (23) des NOx Werts stromaufwärts des Katalysators eingeleitet wird.Diagnostic method according to claims 1 to 4, wherein when the filter is deactivated ( 5 ) a change ( 23 ) of the NOx value is introduced upstream of the catalyst. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei für die Berechnung (12) des NOx Schätzwertes ein kinetisches Modell der NOx Konvertierung verwendet wird.Diagnostic method according to claims 1 to 5, wherein for the calculation ( 12 ) of the NOx estimate a kinetic model of NOx conversion is used. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei für die Modellierung (13) des linearen NOx Modells ein Linearzeit-Algorithmus verwendet wird.Diagnostic method according to claims 1 to 6, wherein for the modeling ( 13 ) of the linear NOx model a linear time algorithm is used. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei die Schritte zu Abtastzeitpunkten mit einer Abtastzeit von vorzugsweise einer Sekunde ausgeführt werden.Diagnostic method according to claim 1 to 7, wherein the steps are performed at sampling times with a sampling time of preferably one second. Diagnoseverfahren nach Anspruch 8, wobei für die Schritte Werte zeitlich zurückliegender Abtastzeitpunkte vorzugsweise in einem Zeitrahmen von zwanzig Sekunden verwendet werden.The diagnostic method according to claim 8, wherein the steps use values of past sampling times preferably in a time frame of twenty seconds. Diagnosemodul für einen Filter (5) eines NOx Sensors (4) eines Abgassystems (1) mit einem SCR Katalysator (3), aufweisend einen Signaleingang (8a) für Signale des Filters (5), eine Recheneinheit ausgebildet zur Durchführung des Diagnoseverfahrens nach Anspruch 1 bis 9 und einen Signalausgang (8b) zur Ausgabe eines Ergebnisses des Diagnoseverfahrens.Diagnostic module for a filter ( 5 ) of a NOx sensor ( 4 ) of an exhaust system ( 1 ) with an SCR catalyst ( 3 ), having a signal input ( 8a ) for signals of the filter ( 5 ), a computing unit designed to carry out the diagnostic method according to claims 1 to 9 and a signal output ( 8b ) for outputting a result of the diagnostic procedure.
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