DE10013893A1 - Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Abgasreinigungskatalysators - Google Patents

Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Abgasreinigungskatalysators

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DE10013893A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Abgasreinigungskatalysators für Dieselmotoren, welcher eine Anspringtemperatur und einen Umsetzungsgrad r¶CO¶ für Kohlenmonoxid (CO) aufweist, durch direkte Messung der Kohlenmonoxidkonzentration in Kombination mit einer Temperaturmessung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Beurteilung der verbleibenen katalytischen Aktivität des Katalysators die Differenz DELTAT zwischen der aktuellen Katalysatoraustrittstemperatur T¶A¶ des Abgases und der als Funktion von Drehzahl und Last gespeicherten Anspringtemperatur T¶CO,50%,frisch¶ des frischen Katalysators für Kohlenmonoxid DOLLAR A DELTAT = T¶A¶ - T¶CO,50%,frisch¶ DOLLAR A bestimmt wird und der Umsetzungsgrad r¶CO¶ für Kohlenmonoxid ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Katalysators für die Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors. Besonders eig­ net sich das Verfahren für die Überwachung eines Dieseloxidationskatalysators. Die Funktionstüchtigkeit des Katalysators wird erfindungsgemäß durch Messen des Umsat­ zes von Kohlenmonoxid in Kombination mit einer Temperaturmessung überwacht. Das Verfahren eignet sich auch für die Überwachung der Funktionstüchtigkeit von Kataly­ satoren für das HC-DeNOx- und das Harnstoff-SCR-Verfahren sowie für NOx- Adsorber-Katalysatoren,.
Für Kraftfahrzeuge mit Benzinmotor ist es Pflicht, das Funktionieren aller abgasrele­ vanter Bauteile des Abgassystems während des Fahrzeugbetriebes durch ein On-Board- Diagnosesystem (OBD-System) zu überwachen. Fehlfunktionen eines oder mehrerer Bauteile des Abgassystems werden durch das Aufleuchten einer Warnlampe signali­ siert. Bei Fahrzeugen, die mit einem katalytischen Konverter zur Abgasnachbehandlung ausgerüstet sind, muß auch die Funktionsfähigkeit des Konverters durch das OBD- System überwacht werden.
Zukünftig wird es nötig werden, auch Dieselkraftfahrzeuge mit einem OBD-System auszurüsten. Neben der Abgasrückführung und dem Auspuffsystem wird das OBD- System auch die Überwachung von Dieselpartikelfiltern und insbesondere von Diesel­ oxidationskatalysatoren einschließen. Bei Fahrzeugen mit Benzinmotoren wird zur Überwachung von Dreiweg-Katalysatoren ein indirektes OBD-Verfahren eingesetzt, bei welchem die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators gemessen und bewertet wird. Dieses Verfahren ist bei Dieselmotoren nicht anwendbar, da diese immer mit Sauer­ stoffüberschuss, das heißt mit einem mageren Luft/Kraftstoffgemisch, betrieben wer­ den.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Abgasreinigungskatalysators anzugeben, welches auch für die Überprüfung der Funktion von Oxidationskatalysatoren für Dieselmotoren geeignet ist und die Bestimmung der Katalysatoraktivität direkt über die Messung der Umset­ zung von Kohlenmonoxid (CO) gestattet.
Das in dieser Erfindung beschriebene Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einer elektronischen Steuerung aus Motorelektronik und OBD- Elektronik ausgerüstet ist und zur Beurteilung der verbliebenen katalytischen Aktivität des Katalysators die Differenz ΔT der aktuellen Katalysatoraustrittstemperatur des Ab­ gases TA zur Anspringtemperatur für Kohlenmonoxid TCO,50%,frisch des frischen Kataly­ sators im jeweiligen Motorbetriebspunkt
ΔT = TA - TCO,50%,frisch (1)
bestimmt und der Umsetzungsgrad rCO für Kohlenmonoxid ermittelt werden.
Unter der Anspringtemperatur für die Kohlenmonoxidoxidation wird im Rahmen dieser Erfindung diejenige Temperatur TCO,50% verstanden, bei der Kohlenmonoxid gerade zu 50% umgesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird also die nach einer gewissen Betriebsdauer noch verbliebene katalytische Aktivität des Katalysators direkt beurteilt. Als charakteristische Größen hierfür dienen der Umsetzungsgrad rCO für Kohlenmonoxid, die aktuelle Katalysa­ toraustrittstemperatur des Abgases TA und die Frischanspringtemperatur für CO, TCO,50%,frisch, die eine Funktion der Drehzahl und der Last ist und in der OBD-Elektronik vorab abgespeichert werden kann.
Der Umsatzgrad rCO für Kohlenmonoxid kann nach folgender Beziehung bestimmt wer­ den
wobei cCO,2 die gemessene Konzentration von Kohlenmonoxid im Abgas hinter dem Katalysator und cCO,1 die gemessene Konzentration von Kohlenmonoxid im Abgas vor dem Katalysator ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, den Umsatzgrad rCO für Kohlenmonoxid gemäß fol­ gender Beziehung zu bestimmen
wobei cCO,2 die gemessene Konzentration von Kohlenmonoxid im Abgas hinter dem Katalysator und cCO,Motor die in der OBD-Elektronik als Kennfeld abgespeicherte Koh­ lenmonoxidkonzentration für den aktuellen Motorbetriebspunkt ist.
In beiden Fällen kann die Messung der Kohlenmonoxid-Konzentrationen mit Hilfe von Kohlenmonoxidsensoren erfolgen.
Die Erfindung wird nur an Hand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 Temperaturabhängigkeit der Schadstoffumsetzung eines frischen Katalysators für die im Abgas eines Dieselmotors enthaltenen Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO)
Fig. 2 Temperaturabhängigkeit der Schadstoffumsetzung eines gealterten Katalysa­ tors für die im Abgas eines Dieselmotors enthaltenen Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO)
Fig. 3 CO-Emissionen während eines MVEG-A/2 Fahrzyklusses in Abhängigkeit von der Anspringtemperatur des Katalysators für Kohlenmonoxid
Fig. 4 HC-Emissionen während eines MVEG-A/2 Fahrzyklusses in Abhängigkeit von der Anspringtemperatur des Katalysators für Kohlenwasserstoffe
Fig. 5 Aufbau eines Abgasreinigungssystems für die Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens
Fig. 6 Flußdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren
Die Schadstoffumsetzung eines Katalysators ist, bis zu einem Maximum, von seiner Temperatur abhängig. Dabei zeigt ein Katalysator für jeden der drei gasförmigen Hauptschadstoffe CO, HC (Kohlenwasserstoffe)und NOx (Stickoxide) einen anderen Temperaturverlauf der Schadstoffumsetzung. In Fig. 1 sind als Beispiel die Konvertie­ rungsgrade für CO, HC und NOx eines frischen Dieseloxidationskatalysators in Abhän­ gigkeit von der Abgastemperatur vor dem Katalysator dargestellt.
Für Kohlenmonoxid und die Kohlenwasserstoffe steigt die Umsetzung in einem schmalen Temperaturbereich um die betreffende Anspringtemperatur TCO,50%, bezie­ hungsweise THC,50% stark an und nähert sich dann dem maximalen Umsetzungsgrad. Bei Dieseloxidationskatalysatoren liegt die Umsetzung für Stickoxide bei tiefen Temperatu­ ren nahe bei Null. Sie erreicht im Bereich der Anspringtemperatur für Kohlenwasserstoffe THC,50% ein Maximum und fällt bei hohen Katalysatortemperaturen wieder bis nahe auf Null ab.
Mit zunehmender Gebrauchsdauer des Katalysators vermindert sich seine katalytische Aktivität durch thermische Überbelastungen und Vergiftung zum Beispiel durch Schwe­ fel- Phosphor- und Schwermetallverbindungen im Abgas, die entweder aus den ver­ wendeten Kraft- und Schmierstoffen stammen oder auf Abrieb im Motor zurückgehen. Die Alterung des Katalysators äußert sich durch eine schleichende Erhöhung seiner An­ springtemperaturen und bei fortschreitender Schädigung zusätzlich durch eine Vermin­ derung der maximalen Umsetzungen bei hohen Temperaturen. In Fig. 2 sind als Bei­ spiel die Umsatzkurven eines durch Dauerbetrieb gealterten Dieseloxidationskatalysa­ tors dargestellt.
Als besonders kritisch gegenüber Alterungseffekten bei Dieseloxidationskatalysatoren hat sich die CO-Oxidation erwiesen (Fig. 2). Die Beurteilung von Katalysatoren über die CO-Oxidationsfähigkeit ist deshalb so gut geeignet für Dieselanwendungen, weil derzeitige (Dieseloxidationskatalysator) und zukünftige Dieselabgasnachbehandlungs­ systeme (HC-DeNOx, NOx-Adsorber, Harnstoff-SCR) weitestgehend auf Platin als katalytisch aktives Material beruhen. Die Aktivität der Platinkatalysatoren hängt in allen Fällen sehr stark von der Platinpartikelgröße ab. Die Aktivitätsverschlechterung der Katalysatoren nach Alterung ist auf eine Vergrößerung der katalytisch aktiven Platin­ partikel und den einhergehenden Verlust an katalytisch wirksamer Oberfläche zurück­ zuführen. Die CO-Oxidation ist die Reaktion, die diese Veränderungen sehr genau er­ faßt. Wählt man die Temperaturdifferenz ΔT von Gleichung (1) groß genug um eine Fehldiagnose auszuschließen, ist die Verschlechterung der Kohlenmonoxidoxidations­ fähigkeit und damit der Anstieg der Anspringtemperatur TCO,50% für Kohlenmonoxid ein universelles Mittel zur Aktivitätsbestimmung von Dieselkatalysatoren.
Weiterhin hat die Wahl von CO als Indicatorschadstoff für die On-Board-Diagnose ge­ genüber HC den Vorteil, dass es sich um eine klar definierte, chemische Verbindung handelt, die bei allen Motorbetriebspunkten identisch ist. Bei HC handelt es sich um ein Stoffgemisch, wobei dessen Zusammensetzung vom Motorbetriebspunkt abhängig ist. Eine exakte messtechnische Erfassung ist somit im Vergleich zu CO komplizierter. Ein weiterer Vorteil von CO als Indikatorschadstoff gegenüber HC liegt in der Unterschied­ lichen Definition der Emissionsgrenzwerte gemäß der europäischen Emissionsgesetzge­ bung begründet. Während es für CO, NOx und Partikel separate Grenzwerte gibt, sind die Grenzwerte für HC nur für die Summe aus HC und NOx definiert. Daher hängen die tolerierbaren HC-Emissionen von den aktuellen NOx-Emissionen ab. Die Wahl von HC als alleinigem Indikatorschadstoff ist daher ungünstig.
Die Kohlenmonoxidkonzentration cCO,2 im Abgas hinter dem Katalysator wird erfin­ dungsgemäß durch einen hinter dem Konverter in den Abgasstrang eingebauten Koh­ lenmonoxidsensor bestimmt.
Die Kohlenmonoxidkonzentration cCO,1 vor dem Katalysator kann ebenfalls direkt mit einem Kohlenmonoxidsensor gemessen oder aus den zuvor in der OBD-Elektronik für jeden Motorbetriebspunkt als Kennfeld abgespeicherten Werten entnommen werden. Zu diesem Zweck werden die Rohemissionen des verwendeten Motortyps vorab für alle Motorbetriebspunkte bestimmt und als Konzentrationswerte als Funktion von Drehzahl und Last in der OBD-Elektronik abgespeichert. Die aus dem Speicher der OBD- Elektronik entnommenen Konzentrationswerte, die den Rohemissionswerten des Mo­ tors entsprechen, werden im folgenden mit cCO,Motor bezeichnet. Der Umsetzungsgrad des Schadstoffes berechnet sich also in diesem Fall gemäß Gleichung (3).
Im Fahrzeugbetrieb werden die Motorbetriebsdaten, das heißt der bei der Messung und Berechnung vorliegende Betriebspunkt, kontinuierlich von der Motorelektronik an die OBD-Elektronik übermittelt.
Erfindungsgemäß wird zur Beurteilung des Zustandes des Katalysators die aktuelle Ab­ gastemperatur TA hinter dem Katalysator durch einen Temperatursensor gemessen und der Umsetzungsgrad rCO für Kohlenmonoxid für die entsprechende Temperatur ermit­ telt. Die Ermittlung von rCO nach Gleichung (3) aus cCO,2 und den als Kennfeld abge­ speicherten Daten cCO,Motor hat hier gegenüber der Messung beider Konzentrationswerte neben den günstigen Kosten den Vorteil, dass nicht der Quotient zweier sehr unter­ schiedlich großer Sensorsignale gebildet werden muss. Hinzu kommt, dass bei Verwen­ dung von zwei Sensoren der Sensor vor dem Katalysator ständig einer anderen Gasat­ mosphäre ausgesetzt ist wie der Sensor hinter dem Katalysator, was zu einer unter­ schiedlichen Alterung der Sensoren führen würde, die bei der Berechnung des Umset­ zungsgrades berücksichtigt werden müsste.
Die Temperaturmessung erfolgt hinter dem Katalysator, um im dynamischen Fahrbe­ trieb zu gewährleisten, dass die gemessene Abgastemperatur der tatsächlichen Kataly­ satortemperatur entspricht. Dies wäre bei Messung der Abgastemperatur vor dem Ka­ talysator aufgrund seiner thermischen Trägheit beim Kaltstart und bei schnellen Last­ wechseln nicht gewährleistet.
Für die Beurteilung des Katalysators ist nicht die absolute Höhe seiner Temperatur ent­ scheidend, sondern die Differenz ΔT zwischen der aktuellen Katalysatoraustrittstempe­ ratur und der CO-Anspringtemperatur des frischen Katalysators ΔT = TA - TCO,50%,frisch. Die Anspringtemperatur TCO,50%,frisch ist eine Funktion aller Schadstoffkonzentrationen, das heißt der Rohemissionen des Motors, und der Raumgeschwindigkeit im katalyti­ schen Konverter. Die Rohemissionen des Motors und die Raumgeschwindigkeit inner­ halb des Konverters sind Funktionen von Last und Drehzahl. Die Anspringtemperaturen TCO,50%,frisch für alle Motorbetriebspunkte werden daher als Funktion von Last und Dreh­ zahl in der OBD-Elektronik als Kennfeld abgespeichert.
Eine Fehlfunktion des Katalysators liegt vor, wenn die beiden folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:
  • 1. ΔT ist positiv und größer als ein für den betreffenden Motor- und Katalysatortyp festzulegender Grenzwert der Temperaturdifferenz ΔTG, das heißt die aktuelle Ab­ gastemperatur TA liegt um mehr als diesen Grenzwert über der Anspringtemperatur für CO des frischen Katalysators TCO,50%,frisch:
    TA < TCO,50%,frisch + ΔTG (4)
  • 2. der Umsetzungsgrad rCO für Kohlenmonoxid liegt unter einem für Motor- und Ka­ talysatortyp festzulegenden Grenzumsetzungsgrad rCO,G:
    rCO < rCO,G (5)
Der Grenzumsetzungsgrad rCO,G kann beispielsweise 50% betragen.
Die Registrierung einer einzelnen Fehlfunktion reicht aber für die Feststellung einer dauerhaften Schädigung des Katalysators noch nicht aus. Da der Austausch eines Kata­ lysators für den Halter des Fahrzeugs mit hohen Kosten verbunden ist, muss eine vorei­ lige Einstufung des Katalysators als schwerwiegend geschädigt so weit wie möglich vermieden werden.
Der Katalysator wird daher erst dann als dauerhaft geschädigt beurteilt, wenn für meh­ rere Betriebspunkte des Motors eine Fehlfunktion festgestellt wird. In der Motorsteue­ rung sind in der Regel Kennfelder mit den Betriebsdaten des Motors für ein Raster von diskreten Betriebspunkten permanent abgespeichert. Nicht alle diese Betriebspunkte eignen sich gleich gut für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators. So sind zum Beispiel Betriebspunkte mit hohen Abgastemperaturen ungeeignet, da auch ein geschädigter Katalysator bei hohen Abgastemperaturen noch gute Umsätze für Kohlenmonoxid liefern kann. Für die Beurteilung des Katalysators wird daher bevor­ zugt nur eine Auswahl aus den möglichen Betriebspunkten herangezogen, die besonders kritisch sind. Die Anzahl der für die Beurteilung des Katalysators ausgewählten Be­ triebspunkte wird im folgenden mit na bezeichnet. Für die ausgewählten Betriebspunkte werden in der OBD-Elektronik Kennfelder mit den jeweiligen Anspringtemperaturen TCO,50%,frisch für Kohlenmonoxid für den frischen Katalysator abgespeichert.
Der Katalysator gilt dann als schwerwiegend geschädigt, wenn für eine bestimmte An­ zahl nF der ausgewählten Betriebspunkte eine Fehlfunktion festgestellt wird. Die Be­ triebspunkte, für die eine Fehlfunktion ermittelt wird und deren Anzahl können über mehrere Fahrzyklen hinweg gespeichert und aufsummiert werden. Erst wenn die Anzahl nF von Betriebspunkten mit Fehlfunktionen überschritten wird, wird ein Signal zum Auswechseln des Katalysators gesetzt.
Eine weitere Absicherung gegenüber einer voreiligen Einstufung des Katalysators als geschädigt kann gewonnen werden, wenn festgelegt wird, dass die Anzahl nF von Be­ triebspunkten mit Fehlfunktionen des Katalysators innerhalb eines vorzugebenden Zei­ tintervalls ΔtF anfallen muss.
Die zulässige Anzahl nF von Betriebspunkten mit einer Fehlfunktion des Katalysators, die Zahl der ausgewählten Betriebspunkte nA und deren Lage, das Zeitintervall ΔtF so­ wie die Größe der Parameter ΔtG und rCO,G richten sich neben dem Motor- und Kataly­ satortyp auch nach den OBD-Gesetzgebungsregelungen. Erfindungsgemäß ist es mög­ lich, die Parameter ΔTG und rCO,G nicht als konstante Werte festzuschreiben, sondern diese als Funktion von Last und Drehzahl in der OBD-Elektronik als Kennfeld abzule­ gen.
In Fig. 3 sind als Beispiel die typischen, gemessenen Kohlenmonoxidemissionen eines Fahrzeuges während eines definierten Fahrzyklus (MVEG-A/2) als Funktion der ge­ messenen CO-Anspringtemperatur TCO,50% eines Dieseloxidationskatalysators bei ver­ schiedenen Alterungsstufen im Dauerbetrieb angegeben. In der Emissionsgesetzgebung werden maximale Emissionen innerhalb eines Fahrzyklus vorgeschrieben. In Europa beträgt die maximal zulässige Emission von CO im MVEG-A/2 Zyklus ab dem Jahr 2005 (EU IV-Standard) 0,5 g/km. Durch die Alterung des Katalysators steigt die An­ springtemperatur TCO,50%,frisch des Katalysators, womit ein Anstieg der Emissionen im Fahr­ zyklus korreliert ist. Nach einer Fahrleistung von 40.000 km werden für das in Fig. 3 gezeigte Beispiel die EU IV-Grenzwerte nicht mehr erfüllt. Der Grenzwert ΔTG der Temperaturdifferenz ΔT kann nun so gewählt werden, dass der Katalysator nach obigen Bedingungen genau dann als schwerwiegend geschädigt gilt, wenn die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte überschritten werden. Alternativ können statt der Emissions­ grenzwerte auch vom Gesetzgeber zu definierende OBD-Grenzwerte verwendet wer­ den.
Die in Fig. 3 als Beispiel gezeigte Kurve variiert je nach Katalysatorauslegung, Fahr­ verhalten, Fahrzeugtyp und Motortyp. Durch Variation des Grenzwertes ΔTG der Tem­ peraturdifferenz ΔT kann das hier vorgestellte OBD-Verfahren allen Fahrzeugtypen, Motortypen und Gesetzgebungsregelungen angepaßt werden.
Fig. 4 zeigt das zu Fig. 3 entsprechende Diagramm für das am selben Fahrzeug unter identischen Meßbedingungen aufgenommene Verhalten der Kohlenwasserstoffemissio­ nen bei gleicher Alterungsprozedur. Da in der europäischen Gesetzgebung kein fester Grenzwert für HC-Emissionen vorgegeben ist, sondern statt dessen zwei Grenzwerte jeweils für die Summe der NOx- und HC-Emissionen und für die NOx-Emissionen, ist in Fig. 4 als Grenzlinie für die HC-Emissionen die Differenz dieser beiden Grenzwerte eingezeichnet. Fig. 4 zeigt, dass die HC-Anspringtemperatur THC,50% des Katalysators bei Alterung im Dauerbetrieb nicht in dem Maße steigt wie die CO-Anspringtemperatur TCO,50%. Weiterhin ist der Anstieg der HC-Anspringtemperatur THC,50% nicht in dem Maße mit einem Anstieg der Emissionen verbunden wie dies bei Kohlenmonoxid der Fall ist; so wird beispielsweise selbst die Differenz der beiden Grenzwerte für HC + NOx und NOx auch nach einem Fahrzeugdauerbetrieb über 40.000 km nicht überschritten. Erfindungsgemäß wird zur Katalysatorprüfung daher CO als Indikatorschadstoff ge­ wählt.
Sind die obigen Bedingungen 1 und 2 innerhalb des Zeitintervalls ΔtF an den definierten Betriebspunkten erfüllt, und gilt der Katalysator somit als schwerwiegend geschädigt, kann dem Fahrer ein Signal als Fehlermeldung für den geschädigten Katalysator gege­ ben werden. Zusätzlich kann die Fehlerdiagnose, das heißt der Zeitpunkt des Fehlerauf­ tretens und die zugehörigen Motorbetriebspunkte in der OBD-Elektronik gespeichert werden. Das einzelne, gleichzeitige Erfülltsein der Bedingungen 1 und 2 über ein größe­ res Zeitintervall als ΔtF oder bei einer geringeren Anzahl an Betriebspunkten als nF, also bei nicht vorliegender schwerwiegender Schädigung, kann für spätere Werkstattdiagno­ sen ebenfalls in der OBD-Elektronik abgespeichert werden, ohne dass dem Fahrer ein Fehlersignal übermittelt wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient Fig. 5. Sie zeigt ein Blockschaltbild für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens. Bezugsziffer (1) bezeichnet den Dieselmotor bei dem die Kraftstoffeinleitung durch ein Injektorsystem (2) erfolgt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch geeignete Sensoren (3) gemessen und an die Motorelektronik (4), die über einen Datenport (I/O), einen Prozessor (CPU) und einen Speicher (RAM) verfügt, übermittelt. Die Motorelektronik erhält außerdem durch ein geeignetes Sensorsystem (5) ständig Information über die aktuelle Motordrehzahl, so dass aus der Kraftstoffeinspritzmenge und der Drehzahl durch Vergleich mit einem in der Motorelektronik abgespeicherten Kennfeld die Last errechnet werden kann. Diese aus Last und Drehzahl bestehenden Betriebspunktinformationen werden an die OBD- Elektronik (6), die ebenfalls über Datenport (I/O), Prozessor (CPU) und Speicher (RAM) verfügt, weitergeleitet. Das Abgas des Motors wird über die Abgasleitung (7) zum Abgasreinigungskonverter (8), in dem ein geeigneter Katalysator angeordnet ist, geleitet. Die Bezugsziffern (9) und (10) bezeichnen die Sensoren für Kohlenmonoxid, dessen Konzentration vor und hinter dem Katalysator zur Ermittlung des Umsetzungs­ grades gemessen wird, wobei der Sensor (9) abhängig von der Ausführungsform des Verfahrens optional ist. (11) bezeichnet einen Temperaturfühler der in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Sensor (10) im Abgasstrang angeordnet ist. Die Signale der CO- Sensoren (9) und (10) und die des Temperaturfühlers (11) werden an die OBD- Elektronik (6) weitergeleitet. Die OBD-Elektronik erhält über weitere Sensoren und Signalleitungen (12) Informationen über alle anderen abgasrelevanten Bauteile des Motors, des Kraftstoffsystems und des Abgassystems. Anhand der Meßwerte und der zuvor beschriebenen Kriterien entscheidet die OBD-Elektronik ob der Katalysator noch eine ausreichende katalytische Aktivität aufweist oder schwerwiegend geschädigt ist und ausgewechselt werden muß. Fehlerdiagnosen werden im Speicher der OBD- Elektronik abgelegt und eine schwerwiegende Katalysatorschädigung durch eine Warnlampe (13) signalisiert.
Fig. 6 erläutert beispielhaft an Hand eines Flussdiagrammes, wie eine schwerwiegende Schädigung des Katalysators gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt werden kann. Im Rahmen der Patentansprüche sind weitere Varianten dieser Vorge­ hensweise möglich.
Bezugsziffer (100) bezeichnet den Start des Verfahrens, welches von einem in der OBD-Elektronik gespeicherten Ablaufprogramm überwacht und gesteuert wird. In Schritt (102) werden zunächst die Zeitmessung t und die Anzahl n der abgespeicherten, Betriebspunkte mit einer Fehlfunktion des Katalysators auf Null gesetzt. In Schritt (103) wird die Zeitmessung gestartet, worauf in Schritt (104) der aktuelle Motorbetriebspunkt (BP) aus Last und Drehzahl aufgenommen wird. Es wird in Schritt (105) geprüft, ob der aktuelle Betriebspunkt ein Element aus der Menge BPA (BP ∈ BPA?) der für die Beur­ teilung des Katalysators ausgewählten und in der OBD-Elektronik gespeicherten Be­ triebspunkte ist. Ist dies nicht der Fall, wird mit der Aufnahme eines neuen Be­ triebspunktes fortgefahren (104). Anderenfalls wird in Schritt (106) geprüft, ob der ak­ tuelle Betriebspunkt BP schon der Menge der bisher abgespeicherten Betriebspunkte BPF, für die eine Fehlfunktion des Katalysators festgestellt wurde, angehört oder sich davon unterscheidet. Wurde für diesen Betriebspunkt schon einmal eine Fehlfunktion festgestellt, so wird mit Schritt (104) fortgefahren. Ansonsten wird in Schritt (107) die Messung der aktuellen Abgastemperatur TA hinter dem katalytischen Konverter vorge­ nommen. In Schritt (108) wird dann geprüft, ob die aktuelle Abgastemperatur TA größer als die Summe aus der CO-Anspringtemperatur TCO,50%,frisch des frischen Katalysators und dem Grenzwert der Temperaturdifferenz ΔTG ist. Ist dies nicht der Fall, wird mit der Aufnahme eines neuen Betriebspunktes in Schritt (104) fortgefahren. Ansonsten wird in Schritt (109) die Messung der Kohlenmonoxidkonzentration vorgenommen. In Schritt (110) wird der Umsetzungsgrad rCO für CO bestimmt und geprüft, ob dieser un­ ter dem Grenzumsetzungsgrad rCO,G liegt. Ist dies nicht der Fall, wird ebenfalls mit der Aufnahme eines neuen Betriebspunktes in Schritt (104) fortgefahren. Andernfalls wird der aktuelle Betriebspunkt BP in Schritt (111) in der OBD-Elektronik gespeichert, das heißt er wird der Menge der Betriebspunkte BPF hinzugefügt (BPF = BPF + BP), für die schon vorher eine Fehlfunktion des Katalysators festgestellt wurde. Außerdem wird die Anzahl n der abgespeicherten Betriebspunkte mit Fehlfunktion um eins erhöht. In Schritt (112) wird geprüft, ob die seit Schritt (103) verstrichene Zeit kleiner als das Zei­ tintervall ΔtF ist. Ist das Zeitintervall überschritten, wird mit Schritt (102) fortgefahren, das heißt die Zeitzählung und die abgespeicherten Betriebspunkte mit Fehlfunktion werden zurückgesetzt. Ist dagegen das Zeitintervall noch nicht überschritten, wird in Schritt (113) geprüft, ob die zulässige Anzahl nF von Betriebspunkten mit Fehlfunktion bereits erreicht ist. Wenn dies noch nicht der Fall ist, wird mit der Aufnahme weiterer Betriebspunkte in Schritt (104) fortgefahren. Ist die zulässige Anzahl an Betriebspunk­ ten überschritten, so wird dies in Schritt (114) in der OBD-Elektronik als schwerwie­ gende Schädigung des Katalysators gespeichert und in Schritt (115) ein Fehlersignal ausgegeben.

Claims (7)

1. Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Katalysators für die Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors während des Betriebs des Mo­ tors, wobei der Katalysator eine Anspringtemperatur und einen Umsetzungsgrad rCO für Kohlenmonoxid (CO) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einer elektronischen Steuerung aus Motorelek­ tronik und OBD-Elektronik ausgerüstet ist und zur Beurteilung der verbliebenen katalytischen Aktivität des Katalysators die Differenz ΔT der aktuellen Katalysa­ toraustrittstemperatur des Abgases TA zur Anspringtemperatur für Kohlenmon­ oxid TCO,50%,frisch des frischen Katalysators im jeweiligen Motorbetriebspunkt
ΔT = TA - TCO,50%,frisch
bestimmt und der Umsetzungsgrad rCO für Kohlenmonoxid ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsatzgrad rCO für Kohlenmonoxid ermittelt wird als
wobei cCO,2 die gemessene Konzentration von Kohlenmonoxid im Abgas hinter dem Katalysator und cCO,1 die gemessene Konzentration von Kohlenmonoxid im Abgas vor dem Katalysator ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsatzgrad rCO für Kohlenmonoxid ermittelt wird als
wobei cCO,2 die gemessene Konzentration von Kohlenmonoxid im Abgas hinter dem Katalysator und cCO,Motor die in der OBD-Elektronik als Kennfeld abgespei­ cherte Kohlenmonoxidkonzentration für den aktuellen Motorbetriebspunkt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschreiten der Temperaturdifferenz ΔT über einen Grenzwert ΔTG an einem Betriebspunkt bei gleichzeitigem Vorliegen eines Umsetzungsgrades rCO für Kohlenmonoxid unter einem Grenzwert rCO,G des Umsetzungsgrades für Koh­ lenmonoxid in der OBD-Elektronik als Fehlfunktion des Katalysators aufgezeich­ net wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als schwerwiegend geschädigt eingestuft wird, wenn die An­ zahl von Betriebspunkten, für die eine Fehlfunktion festgestellt wurde, eine vor­ gegebene, zulässige Anzahl nF von Betriebspunkten mit einer Fehlfunktion des Katalysators überschreitet.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als schwerwiegend geschädigt eingestuft wird, wenn die An­ zahl von Betriebspunkten, für die eine Fehlfunktion festgestellt wurde, eine vor­ gegebene, zulässige Anzahl nF von Betriebspunkten mit einer Fehlfunktion des Katalysators in einem ebenfalls vorgegebenen Zeitintervall ΔtF überschreitet.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einstufung des Katalysators als schwerwiegend geschädigt ein Signal zum Auswechseln des Katalysators gesetzt wird.
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