DE10309422A1

DE10309422A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines NOx-Sensors

Info

Publication number: DE10309422A1
Application number: DE2003109422
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. Hahn; Axel Dipl.-Ing. Lang; Frank Dipl.-Ing. Schulze; Ekkehard Dr.-Ing. Pott; Michael Dipl.-Ing. Daetz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: DE10309422B4

Abstract

Bei dem Verfahren zur Kalibrierung eines in der Abgasanlage (2) eines Verbrennungsmotors (1) angeordneten NOx-Sensors (9, 10), welcher ein NOx-Signal abgibt, ist vorgesehen, dass zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor (1) abgestellt und für ein vorgegebenes Erfassungsintervall bis zu einem Zeitpunkt T₀ + Δ eine Abklingkurve des NOx-Signals ausgewertet wird. In Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis werden Korrekturparameter für das NOx-Signal ermittelt.
Ferner kann vor und/oder nach dem Zeitpunkt T₀ der Wert von zumindest einem abgasrelevanten Betriebsparameter ermittelt, nach Verstreichen einer Mindestabstellzeit T der Wert des NOx-Signals ermittelt und zur Bestimmung eines Offset-Wertes des NOx-Signals herangezogen werden, falls die ermittelten Werte in vorgegebenen Betriebsbereichen liegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Für moderne Verbrennungsmotoren, die im Mager- und Schichtladebetrieb einen relativ geringen Kraftstoffverbrauch aufweisen, ist zur Erfüllung der gesetzlichen Abgasvorschriften eine zusätzliche Nachbehandlung der Abgase zur Reduzierung von Stickoxid-Emissionen notwendig. Bevorzugt werden zur Lösung dieses Problems NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt, zu deren Überwachung NOx-Sensoren verwendet werden. Um eine hohe Emissionsstabilität des Motors zu erreichen, ist eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Messung der NOx-Konzentration im Abgas, insbesondere für eine präzise Regelung des Magerbetriebs und des Speicherzyklus des NOx-Katalysators erforderlich. Aus der EP 0892265 A1 ist in diesem Zusammenhang bereits ein Gas-Sensor für die Messung von Gasoxiden bekannt, bei dem Abgas zur Messung in ein Doppel-Messkammersystem geführt wird. Die Messkammern weisen für die Messung Nernst-Zellen auf. Während in der ersten Messkammer Sauerstoffmoleküle dem Gasgemisch entzogen werden, wird in der zweiten Messkammer das zu messende Gasoxid, beispielsweise Stickoxid, in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt. Eine an die erste Kammer angelegte Pumpzellenspannung wird auf einen konstanten Wert geregelt, der einer konstanten Sauerstoffkonzentration in dieser Kammer entspricht.
Idealerweise zeigt das Ausgangssignal eines NOx-Sensors exakt die tatsächliche NOx-Konzentration des Abgases an. Insbesondere sollte ein NOx-Sensor unter Bedingungen ohne NOx-Emission ein NOx-Signal = 0 liefern. Dies ist beispielsweise von Bedeutung für die Regelung des Speicherzyklus und für die Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators mit hoher Einspeicherfähigkeit im Magerbetrieb, bei dem stromab des Speicherkatalysators bei nicht geschädigtem Speicherkatalysator keine NOx-Emissionen auftreten. Hierzu ist es bekannt, die Ausgangssignale eines NOx-Sensors zu korrigieren. So aus der DE 19819462 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem die Ausgangssignale eines NOx-Sensors mit Hilfe von in Kennfeldern abgelegten Korrekturwerten korrigiert werden. Die Kennfelder sind insbesondere von der Sauerstoffkonzentration und deren Änderungsrate im Abgas sowie von der Temperatur des Sensors sowie des Abgases abhängig. Der Messwert der NOx-Konzentration wird hierbei mit einem mulitplikativen Korrekturwert und einem additiven Korrekturwert korrigiert.
Aus der DE 31 15 404 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem zur Kalibrierung einer Grenzstromsonde diese zeitweise von einem Messgas umspült und der sich dabei ergebende Sondenstrom gemessen wird. Aufgrund der Abweichung von einem Soll-Wert ist es möglich, die Sonde zu kalibrieren. Dabei wird die Bestimmung des Sondenstrom-Sollwertes frühestens nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Ausschalten des Gerätes vorgenommen. Es ist ferner ein Verfahren aus der DE 199 116 64 A1 bekannt, wonach zur Bestimmung der NOx-Konzentration einer Brennkraftmaschine mittels eines NOx-Sensors der Sensor mittels ausgewählter Betriebspunkte kalibriert wird. Dadurch kann der Offset der Kennlinie des NOx-Sensors korrigiert werden. Es ist auch aus der DE 199 261 39 A1 bereits ein Verfahren bekannt, bei dem ein hinter einem NOx-Speicherkatalysator angeordneter NOx-Sensor kalibriert wird, indem als Referenzpunkt zur Kalibrierung das Minimum der Sensorsignalkurve nach einer Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators verwendet wird.
Bei einem weiteren, aus der DE 198 104 83 A1 bekannten Verfahren zur Kalibrierung eines NOx-Sensors wird das Sensorsignal in Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine, in denen keine NOx-Emissionen auftreten, ausgelesen und als Offset-Signal gespeichert. Es ist vorgesehen, dass man das NOx-Signal des NOx-Sensors bei kalten Motoren und vor einem Startvorgang der Brennkraftmaschine ausliest.
Bei Betrieb und Alterung des NOx-Sensors oder im Falle eines Defektes oder von Serienstreuungen können sich auf Grund von dynamischen Prozessen im NOx-Sensor und in der Abgasanlage (2) Änderungen in der Charakteristik des Sensors ergeben, die zu einem deutlich von der Realität abweichenden NOx-Signal führen und mit den bisherigen Verfahren nicht ausreichend korrigiert werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, mit dem die Messgenauigkeit eines NOx-Sensors verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß der Erfindung wird zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor abgestellt und für ein vorgegebenes Erfassungsintervall bis zu einem Zeitpunkt T₀ + Δ eine Abklingkurve des NOx-Signals ausgewertet und in Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis zumindest ein Korrekturparameterwert für das NOx-Signal ermittelt. Damit kann vorteilhaft bereits vor Erreichen eines stationären Wertes des NOx-Signals die Kalibrierung beendet werden und damit die für die Durchführung einer Kalibrierung erforderliche Batteriebelastung reduziert werden.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, zu einem Zeitpunkt T₀ den Verbrennungsmotor abzustellen, nach Verstreichen einer Mindestabstellzeit T den Wert des NOx-Signals zu ermitteln und zur Bestimmung eines Offset-Wertes des NOx-Signals heranzuziehen, wobei vor T₀ oder nach T₀ Werte von zumindest einem vorgegebenen abgasrelevanten Betriebsparameter ermittelt und die Bestimmung eines Offset-Wertes des NOx-Signals nur erfolgt, falls die ermittelten Werte der abgasrelevanten Betriebsparameter innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche liegen. Durch eine derartige Koppelung der Bestimmung des Offset-Wertes an Freigabebedingungen kann der Einfluss von systematischen Verfälschungen des NOx-Signals ausgeschlossen werden, die sich im dynamischen Betrieb der Verbrennungsmaschine ergeben können.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind als Betriebsparameter zumindest eine NOx-Sensortemperatur, ein Abgasmassenstrom am NOx-Sensor, eine von dem NOx-Sensor gemessene NOx-Konzentration am NOx-Sensor und/oder ein Luftverhältnis am Sensor vorgesehen, da sich herausgestellt hat, dass das NOx-Signal gerade von diesen Betriebsparametern empfindlich beeinflusst werden kann.
Besonders günstig ist ferner eine integrierte Einrichtung zur Messung der NOx-Sensortemperatur und/oder einer Einrichtung zur Messung des Luftverhältnisses in dem NOx-Sensor.
Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Ausführung der angegebenen Verfahren mit den entsprechenden Vorteilen der Verfahren.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 einen Verbrennungsmotor mit zugeordneter Abgasanlage (2)
2 einen NOx-Sensor
3 ein NOx-Signal eines NOx-Sensors in Abhängigkeit von der NOx-Konzentration mit einem Offset-Anteil und einem Gain
4 eine Abklingkurve eines NOx-Signals nach abgestelltem Motor.
1 zeigt in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung verschiedener Einbaulagen von NOx-Sensoren eine Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein magerlauffähiger Ottomotor oder eine Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage 2 und einem Motorsteuergerät 3, vorzugsweise zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Anzahl von Zylinderbänken 4 auf (entsprechende Komponenten sind nur mit einem Bezugszeichen versehen), denen jeweils ein eigener Abgaspfad 5 nachgeschaltet ist. In der Abgasanlage 2 ist zur Konvertierung von schädlichen oder unerwünschten Komponenten des Abgases in andere Komponenten eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Vorkatalysator 6 und einem Hauptkatalysator 7 angeordnet. Der Vorkatalysator 6 ist als 3-Wege-Katalysator und der Hauptkatalysator 7 als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet. Stromabwärts der Zylinderbänke 4 sind in den Abgaspfaden 5 NOx-Sensoren 8 angeordnet, mit denen die NOx-Konzentration des durch die Abgasanlage 2 geführten Abgases der Brennkraftmaschine 1 gemessen werden kann. Stromaufwärts des Vorkatalysators 6 ist zudem ein weiterer NOx-Sensor 8' angeordnet. In einem Bereich der Abgasanlage 2 zwischen dem Vorkatalysator 6 und dem Hauptkatalysator 7, stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7, ist ein weiterer NOx-Sensor 9 angeordnet. Ein weiterer NOx-Sensor 10 ist stromabwärts des Hauptkatalysators 7 in der Abgasanlage 2 angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass bei einer Abgasreinigungsvorrichtung mit mehreren Teilen, Sensoren stromauf oder stromab der jeweiligen Teile angeordnet sein können.
Zusätzlich zu den erwähnten Sensoren sind stromaufwärts und stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7 zur Ermittlung eines Luftverhältnisses (Lambdawert) Lambda-Sonden 11 bzw. 12 sowie zur Ermittlung der Betriebstemperatur der Katalysatoren Temperatursensoren 13, 13' vorgesehen.
Es versteht sich von selbst, dass alternativ oder zusätzlich weitere Temperatursensoren zur Messung der Betriebstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung oder von Teilen dieser vorgesehen sein können. Zur Abgasrückführung weist die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrückführeinrichtung 14 mit einem steuerbaren Ventil auf.
Das Motorsteuergerät 3 erfasst in an sich bekannter Weise über nicht dargestellte weitere Sensoren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1, wie beispielsweise Drosselklappenstellung, Abgasrückführungsrate, Zündzeitpunkt, Einspritzzeitpunkt von Vor-/ Haupt-/ Nacheinspritzungen, Einspritzdruck, Tumble-Klappenstellung, Ladedruck, Phasensteller der Nockenwelle, Drehzahl, Fahrpedalstellung, Last, Fahrgeschwindigkeit und dergleichen, und kann diese über (nicht dargestellte) Stellglieder gegebenenfalls beeinflussen, wobei zur Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 3 und den Sensoren bzw. Stellgliedern ein Kabelsystem 15 oder dergleichen vorgesehen ist. Ferner umfasst das Motorsteuergerät 3 eine Lambda-Regeleinrichtung zur Regelung der Sauerstoffkonzentration im Abgas bzw. des Lambda-Werts. Das Motorsteuergerät 3 erhält von den NOx-Sensoren NOx-Signale mit denen die NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine 1 bzw. die NOx-Konzentration stromabwärts der Katalysatoreinrichtungen 6 und/oder 7 ermittelt werden können.
Der NOx-Speicherkatalysator 7 wird üblicherweise in einem Speicherzyklus betrieben, der zumindest einen Adsorptionsmodus und einen Regenerationsmodus umfasst. Die adsorptive Speicherung erfolgt dabei bei einem Lambda-Wert > 1, die Ausspeicherung zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Lambda-Wert < 1 oder = 1.
Der in 2 dargestellte bevorzugte NOx-Sensor 20 zur Messung der NOx-Konzentration im Abgas besteht aus einer Keramik 30 und ist als Doppelkammersensor mit einer ersten und zweiten Messkammer 22, 26 ausgebildet. Über eine Diffusionsbarriere 23 kann ein Teil des Abgases mit NOx-, O2- und weiteren Komponenten die erste Messkammer 22 erreichen. Die Messkammer 22 weist eine nach dem Nernst-Prinzip arbeitende Sauerstoff-Messpumpzelle 21 mit Pumpelektroden P1 auf. Mittels letzterer kann der Sauerstoffgehalt in der Messkammer 22 verändert werden. Über eine weitere Diffusionsbarriere 25 gelangt Abgas in die zweite Messkammer 26. Diese weist eine ebenfalls nach dem Nernst-Prinzip arbeitende NOx-Messpumpzelle 27 mit Pumpelektroden P2 auf. Die im Abgas enthaltenen Stickoxide werden durch ein spezielles Material der inneren P2-Elektroden katalytisch in die Komponenten N2 und O2 zerlegt. Zur Kalibrierung des Systems wird eine O2-Referenzzelle 24 mit Elektroden P3 verwendet.
An die Sauerstoff-Messpumpzelle 21 wird eine Pumpspannung UVS angelegt. Der Strom ICP wird so geregelt, dass ein konstanter, vorzugsweise stöchiometrischer Wert der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 22 resultiert. Aus dem Pumpstrom IP1 wird ein Breitband-Lambdawert UO2 berechnet. Die Spannung UVP entspricht einem Lambdasprungsignal. Über den Pumpzellenstrom IP2 der Messkammer 26 kann ein der NOx-Konzentration im Abgas entsprechendes Spannungssignal UNOX ermittelt werden.
Um eine für eine NOx-Messung erforderliche Mindesttemperatur von etwa 750 Grad zu gewährleisten, weist der NOx-Sensor 20 Heizelemente 28 auf, denen eine Heizspannung UH von einer nicht dargestellten Heizungseinrichtung zugeführt wird. Eine zugeordnete, nicht dargestellte Temperatur-Messeinrichtung gibt ein Temperatursignal ab, aus dem die NOx-Sensortemperatur ermittelbar wird.
Die Einregelung der Sauerstoffmesspumpzelle 21 erfolgt typischerweise über kürzere Zeiten (≤ 1 sec) als die der NOx-Messpumpzelle 27 (3 – 4 sec). Dabei hängt das NOx-Signal von vielen Einflussgrößen wie beispielsweise Temperaturschwankungen am Sensor, stationärer Gasdruck am Sensor, Sauerstoffkonzentration, NH3-Emission oder dergleichen ab. Der Effekt dieser Einflussgrößen kann in an sich bekannter Weise kompensiert werden, sobald es sich um stationäre Störungen handelt. Jedoch können die durch nicht stationäre Störungen oder Fluktuationen erzeugten Abweichungen des NOx-Signals vom exakten Messwert kurzzeitig größer sein als die durch stationäre Störungen bewirkten, da bei diesen dynamischen Vorgängen die Sauerstoffmesspumpzelle 21 und die NOx-Messpumpzelle 27 nicht ins Gleichgewicht eingeregelt sind. Nicht stationäre Fluktuationen des Sensor-Regelzustandes werden vor allem durch Fluktuationen in der Abgaszusammensetzung bewirkt. Weitere den Sensor-Regelzustand beeinflussende Größen sind vor allem der Abgasmassenstrom und die Abgasgeschwindigkeit in Sensornähe oder am Sensor, die Sensortemperatur und die Abgastemperatur. Da der Sauerstoffzustrom ICP der Sauerstoffmesspumpzelle 21 als Integral des Potentialgefälles über die gesamte Zelle eingestellt wird, kann es im Falle dynamischer Änderungen der Abgaszusammensetzung, insbesondere bei Änderungen in der Sauerstoffkonzentration in der Zelle zu gegenüber dem Regel-Sollwert höheren oder niedrigeren Sauerstoffdurchlässen in die NOx-Messpumpzelle 26 kommen.
Das NOx-Signal bekannter NOx-Sensoren weist einen Offset-Anteil und einen weiteren Anteil auf, der sich, unter Vernachlässigung sonstiger Quereinflüsse in Abhängigkeit einer NOx-Konzentration ergibt, wie in 3 dargestellt ist. Der Offset-Anteil 0S entspricht dem Achsenabschnitt des Ausgangssignals S_out,welches dem Spannungssignal UNOX entspricht. Die Steigung des Ausgangssignals über der NOx-Konzentration im Punkt K, im folgenden als Gain bezeichnet, welches im interessierenden Bereich im wesentlichen linear verläuft, spiegelt die Aktivität des NOx-Sensors, d. h. die Änderung des NOx-Sensorsignals bei einer Änderung der NOx-Konzentration im Abgas, wieder. In einem linearen Bereich lässt sich aus der Aktivität der Gain des NOx-Sensors ermitteln.
Weiterhin wird die Charakteristik durch Querempfindlichkeiten des NOx-Sensors beeinflusst. So sind z.B. bei einer On-Bord-Diagnose Einflüsse, die die Zusammensetzung des Abgases betreffen, unvermeidlich, insbesondere beim Auftreten von NH₃, welches bei fetten Gemischzuständen in den Katalysatoren 6, 7 entstehen kann und im Sensor 20 dann zu NOx umgesetzt und detektiert wird. Hinzu treten die erwähnten dynamischen Änderungen der Sauerstoffkonzentration, die eine vorübergehend instationäre Pumpleistung der Sauerstoff-Messpumpzelle 21 bewirken. Diese führen zu einer Veränderung des Sollwertes von Sauerstoff, der in die NOx-Messkammer 26 gelangt und der dort fälschlicherweise als NOx detektiert wird.
Erfindungsgemäß wird zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor abgestellt. Dabei befindet sich das Motorsteuergerät 3 noch nach Ausschalten der Zündung in einem Nachlauf, in dem es weiterhin aktiv ist. Ein zu kalibrierender NOx-Sensor 8, 8-, 9, 10, 20 wird weiterhin betriebsbereit gehalten. Hierzu erfolgt weiterhin eine Beheizung des Sensors sowie eine Signalaufbereitung in dem Motorsteuergerät 3. Für die Durchführung der Kalibrierung ist in dem Motorgerät 3 eine Steuereinheit 3a vorgesehen, die bis zu einem Zeitpunkt T₀ + Δ eine Abklingkurve des NOx-Signals auswertet. Die Abklingkurve ergibt sich daraus, dass nach dem Zeitpunkt T₀ keine Proliferation von NOx-haltigen Abgas durch den Verbrennungsmotor erfolgt, abgesehen von gewissen Mengen, die sich aus der endlichen Laufzeit des Abgases in der Abgasanlage stromauf des jeweiligen NOx-Sensors ergeben.
In 4 ist eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines NOx-Signals A nach Abstellen des Motors zum Zeitpunkt T₀ wiedergegeben. Es ist zu erkennen, dass die Kurve A gegen einen Wert NOx⁰ strebt. Für den Fall, dass das NOx-Signal NOx⁰ verschieden ist, ist gewöhnlich eine Offsetwert-Korrektur erforderlich. Im Abklingverhalten der Kurve A sind zeitliche Fluktuationen des NOx-Signals überlagert.
Erfindungsgemäß wird nach der zum Zeitpunkt T₀ erfolgten Abstellen des Verbrennungsmotors für ein vorgegebenes Erfassungsintervall T₀ + Δ aus der Kurve A eine Einschwingkurve E ermittelt.
Erfindungsgemäß braucht der NOx-Sensor nur während des Erfassungsintervalls betrieben zu werden, da nach dem Zeitpunkt T₀ + Δ das weitere Verhalten des NOx-Signals extrapoliert wird.
Im unbetriebenen Zustand ist der NOx-Sensor im Allgemeinen nicht bestromt und nicht geheizt. Nach Abstellen des Motors 1 bleibt der Sensor erfindungsgemäß aktiviert, was im allgemeinen eine Beheizung und Einregelung auf einen Solltemperaturwert, beispielsweise 740 Grad sowie das Anlegen und Auswerten der erwähnten Pumpspannungen und -ströme entsprechend einem Bestromungsprotokoll umfasst. Nachdem der Motor 1 abgestellt wurde beinträchtigen diese Sauerstoffdiffusionsprozesse in der Sensorkeramik und/oder den Sensorelektroden die Messgenauigkeit, bis ein stationärer Zustand erreicht ist.
Die Erfindung geht vorzugsweise von einem Modell der Verfälschung des NOx-Signals nach Beendigung des Motorbetriebs aus, das für das Abklingverhalten den aktuellen Zustand der Abgasanlage und des Sensors berücksichtigt und daraus eine Korrektur des NOx-Signals ableitet.
Die Einschwingkurve E wird mittels eines zeitabhängigen Kennfeldes bestimmt, das beispielsweise in einem Speicher im Motorsteuergerät 3 abgelegt wird. Das Kennfeld weist als Eingangsparameter mindestens den Lambdawert des Abgases bzw. den Sauerstoffpartialdruck auf. Ebenso ist es zweckmäßig als Eingangsparameter eine Sensor- oder Abgastemperatur zu verwenden. Vorzugsweise werden die Werte dieser Parameter zum Zeitpunkt T₀ gewählt. Alternativ kann die Einschwingkurve E durch eine vorgegebene parametrisierte Funktion, die von einem Mikroprozessor berechnet wird, dargestellt werden. Die Funktionsparameter sind zumindest von dem Sauerstoffpartialdruck, dem Lambdawert und/oder der Sensor- oder der Abgastemperatur abhängig. Beispiele für eine solche Funktion sind eine Exponentialfunktion oder ein Polynom. Alterungsprozesse des Sensors können zu einer Veränderung des Einschwingverhaltens führen, so dass in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Gesamtbetriebszeit des Sensors bei der Wahl der Einschwingkurve E mit einbezogen wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das NOx-Signal einer Filterung unterzogen, um ein Signal mit reduzierten Fluktuationen zu gewinnen und zur Berechnung der Einschwingkurve E herangezogen, Kurve B in 4. Hierbei wird vorzugsweise eine Tiefpassfilterung verwendet, die höher frequente Fluktuationen im NOx-Signal beseitigt. Ein einfaches Verfahren zur Filterung besteht in der Bildung eines gleitenden Mittelwertes, bei dem die Werte des Signals mit reduzierten Fluktuationen nach folgender Rechenvorschrift iterativ bestimmt werden: Aktuell ausgegebener Wert = vorheriger ausgegebener Wert + (aktueller NOx-Signalwert – vorheriger ausgegebener Wert) * F, F = Filterfaktor. Bei einem Filterfaktor F nahe 1 wird der jeweilige aktuelle NOx-Signalwert kaum gefiltert. Ein solcher Filterfaktor ist für NOx-Signale mit nur geringen Fluktuationen geeignet. Bei stärkeren Fluktuationen wird ein kleinerer Filterfaktor gewählt, der eine stärkere Glättung des NOx-Signals bewirkt. Da die Fluktuation des NOx-Signals von nicht stationären Fluktuationen des Lambdawertes abhängig sind, ist es zweckmäßig, den Wert des Filterfaktors in Abhängigkeit von der Größe der Lambdawertfluktuation zu wählen. Beispielsweise kann dies eine zeitliche Ableitung eines Zweipunkt- oder eines Breitbandlambdasignals sein.
Um den Einfluss von insbesondere dynamischen Verfälschungen auf das NOx-Signal gering zu halten oder auszuschließen, ist es zweckmäßig, die Ermittlung des Offset-Wertes an verschiedene Freigabebedingungen zu koppeln. Die Freigabebedingungen werden bestimmt durch Werte von abgasrelevanten Betriebsparametern, durch die der aktuelle Zustand der Abgasanlage, insbesondere im lokalen Bereich des betreffenden NOx-Sensors, charakterisiert wird. Hierzu kommt insbesondere in Frage ein definierter Bereich für die Temperatur am NOx-Sensor, vorzugsweise unmittelbar vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors. Auch ein definierter Bereich für die vom NOx-Sensor gemessene NOx-Konzentration unmittelbar vor dem Abstellen des Motors ist zweckmäßigerweise einzuhalten. Darüber hinaus ist es günstig, auch für die Werte dieser Betriebsparameter im Nachlauf nach dem Abstellen des Motors die Einhaltung vorgegebener Bereiche zu überwachen. Insbesondere ist das Erreichen einer vorgegebenen Schwelle für den vom NOx-Sensor im Nachlauf gemessenen Lambdawert zweckmäßigerweise zu überprüfen, da sich hierin der Gasaustausch des Sensors bzw. seiner unmittelbaren Umgebung mit der weiteren Umgebung widerspiegelt.
Vorzugsweise sollte die Sensortemperatur unmittelbar vor dem Abstellen des Motors in einem Bereich zwischen 200°C und 600°C liegen, der Abgasmassenstrom unmittelbar vor dem Abstellen des Motors in einem Bereich 100 kg/h liegen.
Das Luftverhältnis sollte in einem Bereich zwischen 0,6 und 9 liegen, die vom NOx-Sensor gemessene NOx-Konzentration unmittelbar vor dem Zeitpunkt T₀ sollte in einem Bereich zwischen 0 und 200 ppm liegen. Die vorgegebene Schwelle für den vom NOx-Sensor im Nachlauf gemessenen Lambdawert liegt vorzugsweise bei 3.
Bei Vorliegen der vorgegebenen Freigabebedingungen ist es zweckmäßig, nach Verstreichen einer Mindestabstellzeit T den Wert des NOx-Signals zu ermitteln und zur Bestimmung eines Offset-Wertes des NOx-Signals heranzuziehen. Dies entspricht in der 4 den Bereich, in dem die Kurve A dem Wert NOx⁰ angenähert ist.
Erfolgt die Kalibrierung in der zuletzt beschriebenen Weise, ist damit zwar ein geringerer Aufwand zur Auswertung erforderlich, dafür ist allerdings die Gesamtzeit der Kalibrierung verlängert und damit gegebenenfalls die Batteriebelastung erhöht.
Da der kühlende Abgasmassenstrom nach Abstellen des Verbrennungsmotors fehlt und auch der Gasaustausch behindert wird, kann sich eine Abweichung des ermittelten Wertes von dem tatsächlichen Offset-Wert ergeben, der sich in einem gefeuerten Motorbetrieb einstellt. Eine entsprechende Korrektur kann daher entweder systematisch oder in Abhängigkeit von einem oder mehreren der oben genannten Betriebsparameter vorgenommen werden.

1: Verbrennungsmotor
2: Abgasanlage
3: Motorsteuergerät
3a: Steuereinheit
4: Zylinderbänke
5: Abgaspfad
6: Vorkatalysator
7: Hauptkatalysator
9: NOx-Sensor
10: NOx-Sensor
11: Lambdasonde
12: Lambdasonde
13: Temperatursensor
13': Temperatursensor
14: Abgasrückführeinrichtung
15: Kabelsystem
20: NOx- Sensor
21: Sauerstoffmesspumpzelle
22: Messkammer
23: Diffusionsbarriere
24: O2-Sauerstoffreferenzstelle
25: Diffusionsbarriere
26: Messkammer
27: Messpumpzelle
28: Heizung
30: Keramik

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines in der Abgasanlage (2) eines Verbrennungsmotors (1) angeordneten NOx-Sensors (9, 10), welcher ein NOx-Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor (1) abgestellt und für ein vorgegebenes Erfassungsintervall bis zu einem Zeitpunkt T₀ + Δ ein Abklingverhalten des NOx-Signals ausgewertet und in Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis zumindest ein Korrekturparameter für das NOx-Signal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrekturparameter ein Offset-Wert des NOx-Signals vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach dem Zeitpunkt T₀ Werte von zumindest einem vorgegebenen abgasrelevanten Betriebsparameter ermittelt werden und die Auswertung nur erfolgt, falls die ermittelten Werte innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche der Betriebsparameter liegen.
Verfahren zur Kalibrierung eines in der Abgasanlage (2) eines Verbrennungsmotors (1) angeordneten NOx-Sensors (9, 10), welcher ein NOx-Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor (1) abgestellt, vor und/oder nach dem Zeitpunkt T₀ Werte von zumindest einem vorgegebenen abgasrelevanten Betriebsparameter ermittelt, nach Verstreichen einer Mindestabstellzeit T der Wert des NOx-Sensorsignals ermittelt und, falls die ermittelten Werte der Betriebsparameter innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche liegen, zur Bestimmung eines Offset-Wertes des NOx-Signals herangezogen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter zumindest eine NOx-Sensortemperatur, ein Abgasmassenstrom am NOx-Sensor (9, 10), eine von dem NOx-Sensor (9, 10) gemessene NOx-Konzentration am NOx-Sensor (9, 10) und/oder ein Luftverhältnis am NOx-Sensor (9, 10) sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Sensor (9, 10) eine Einrichtung zur Messung der NOx-Sensortemperatur aufweist und die NOx-Sensortemperatur mittels dieser Einrichtung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Sensor (9,10) eine Einrichtung zur Messung eines Luftverhältnisses aufweist und das Luftverhältnis mittels dieser Einrichtung gemessen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertungsergebnis zur Bestimmung einer Einschwingkurve (E) des NOx-Signals herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Einschwingkurve (E) ein Offset-Wert des NOx-Sensors (9,10) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Fluktuationen eines Sensor-Regelzustandes erfasst werden, ein die Größe der Fluktuationen charakterisierendes Zustandssignal gebildet wird und in Abhängigkeit von dem Zustandssignal eine Filterung des NOx-Signals zur Bildung eines Signals (B) mit reduzierten Fluktuationen erfolgt, welches zur Ermittlung der Einschwingkurve (E) herangezogen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschwingkurve (E) mittels eines Kennfeldes bestimmt wird, welches als Eingangsparameter einen Abgas-Sauerstoffpartialdruck, einen Lambdawert des Abgases, einen Abgasmassenstrom, eine Abgasgeschwindigkeit, vorzugsweise jeweils einen Nahbereich des NOx-Sensors (9, 10) gemessen, und/oder eine NOx-Sensor- oder Abgastemperatur aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrekturfunktion eine vorgegebene parametrisierte Funktion, insbesondere einer Exponentialfunktion oder ein Polynom gewählt wird, und die Funktionsparameter zumindest von dem Abgas-Sauerstoffpartialdruck, dem Lambdawert ein Abgasmassenstrom, eine Abgasgeschwindigkeit, vorzugsweise jeweils einen Nahbereich des NOx-Sensors (9, 10) gemessen, und/oder der Sensor- oder Abgastemperatur abhängig gewählt werden.
Vorrichtung zur Kalibrierung eines in der Abgasanlage (2) eines Verbrennungsmotors (1) angeordneten NOx-Sensors (9, 10), welcher ein NOx-Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (3a) vorgesehen ist mittels der, falls zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor (1) abgestellt wird, für ein vorgegebenes Erfassungsintervall bis zu einem Zeitpunkt T₀ + Δ ein Abklingverhalten des NOx-Signals ausgewertet und in Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis zumindest ein Korrekturparameter für das NOx-Signal ermittelt wird.
Vorrichtung zur Kalibrierung eines in der Abgasanlage (2) eines Verbrennungsmotors (1) angeordneten NOx-Sensors (9, 10), welcher ein NOx-Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (3a) vorgesehen ist mittels der, falls zu einem Zeitpunkt T₀ der Verbrennungsmotor (1) abgestellt wird, vor und/oder nach dem Zeitpunkt T₀ Werte von zumindest einem vorgegebenen abgasrelevanten Betriebsparameter ermittelt, nach Verstreichen einer Mindestabstellzeit T der Wert des NOx-Sensorsignals ermittelt und, falls die ermittelten Werte der Betriebsparameter innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche liegen, zur Bestimmung eines Offset-Wertes des NOx-Signals herangezogen wird.