DE102004007591B4

DE102004007591B4 - Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators

Info

Publication number: DE102004007591B4
Application number: DE102004007591A
Authority: DE
Inventors: Paul Küper; Hartmut Geisslinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG; Daimler AG; Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: DE102004007591A1

Abstract

Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators (4) im Abgassystem einer Brennkraftmaschinen mit folgenden Schritten:
Messen des Temperaturverlaufs eines Referenzkatalysators an einer vorbestimmten Stelle in einem vorbestimmten Betriebszustand des Referenzkatalysators über einen vorbestimmten Zeitraum;
Nacheinspritzen einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff in den dem zu überprüfenden Katalysator (4) zugeordneten Brennraum (1) und/oder direkt in das Abgassystem der Brennkraftmaschine;
Messen des Temperaturverlaufs des zu überprüfenden Katalysators (4) an der vorbestimmten Stelle in dem vorbestimmten Betriebszustand über dem vorbestimmten Zeitraum; und
Vergleichen mindestens einer aus dem gemessenen Temperaturverlauf des zu überprüfenden Katalysators (4) ermittelten temperaturabhängigen Diagnosegröße mit der entsprechend zugeordneten temperaturabhängigen Diagnosegröße des Referenzkatalysators, wobei als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße die Zeitdauer Δt bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max während der Nacheinspritzung der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet wird und ein Schwellenzeitpunkt t_S definiert und als Referenz verwendet wird,
wobei ein Katalysator als mangelhafter Katalysator erkannt wird,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators im Abgassystem von Brennkraftmaschinen.
Obwohl in verschiedenen Bereichen anwendbar, werden die folgende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Aufgabe in Bezug auf eine Brennkraftmaschine im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere auf einen Oxidationskatalysator in einem Dieselmotor näher erläutert.
Die Überwachung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators ist notwendig, da Schäden am Katalysator die Abgas-Emissionen stark erhöhen können. Man ist aus diesem Grunde bestrebt, die Überwachung des Katalysators zu verbessern und damit den strengen Abgasnormen und der geforderten On-Board-Diagnose (OBD) gerecht zu werden.
Im Stand der Technik finden sich verschiedene Ansätze zur Überprüfung dieser Wirksamkeit. Beispielsweise wird das Mischungsverhältnis der Gaskomponenten des in den Katalysator einströmenden Gasgemisches mit dem Mischungsverhältnis der Gaskomponenten des aus dem Katalysator ausströmenden Gasgemisches verglichen und anhand dieses Ergebnisses eine Bewertung der Katalysatorfunktion vorgenommen. Hierbei wird beispielsweise die Katalysatorfunktion im Hinblick auf die Korrelation zwischen dem HC-Konvertierungsvermögen und der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ermittelt. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit wird mit Sauerstoffsonden, die vor und nach dem Katalysator angeordnet sind, gemessen. Auf der Grundlage des Verhältnisses der Schadstoffkonzentration vor und nach dem Katalysator wird eine sogenannte Umsetzungsrate bzw. Umwandlungsrate bestimmt. Bei einer Umwandlungsrate von annähernd 100 Prozent ist der Katalysator voll funktionstüchtig, während bei einer Umsetzungsrate unter einem bestimmten Prozentsatz der Katalysator als nicht mehr funktionstüchtig gilt.
Die Offenlegungsschrift DE 199 10 336 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung der Katalysatorfunktion in einer Brennkraftmaschine, bei welchem anhand erfaßter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gleichartige Betriebszustände ermittelt werden. Dabei wird aus einer definierten Anzahl gemessener Abgaswerte während eines gleichartigen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ein statistisch abgesicherter Abgasmittelwert berechnet und mit einem für diesen Betriebszustand gespeicherten zulässigen Abgaswert verglichen. Bei einer Abweichung des aktuell ermittelten Abgaswertes von dem zulässigen Abgaswert wird ein defekter Katalysator erkannt.
Ferner ist ein On-Board-Diagnose-Verfahren zur Überwachung der Konvertierungsfähigkeit von Kohlenwasserstoff HC und der Reduktionsfähigkeit von Stickstoffoxid NOx für 3-Wege-Katalysatoren in Otto-Motoren bekannt.
An diesen Ansätzen hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass Sensoren verwendet werden müssen, welche eine Messung der Abgaskonzentrationen ermöglichen. Diese Sensoren sind äußerst kostspielig und somit für einen Einsatz im Kraftfahrzeugbereich eher ungeeignet.
Aus der US 6,651,4221 B1 ist bereits ein Verfahren zur Effiziensbestimmung eines Katalysators bekannt, bei dem eine Temperaturcharakteristik des Katalysators in Abhängigkeit von einer Zeit gemessen wird. Dabei wird eine maximale mittlere Temperaturänderung einer korrespondierenden Abgastemperatur ermittelt. Ferner wird eine Zeitdauer für die Bestimmung der Katalysatoreffizienz gewählt, um ein akkurates Monitoring der Katalysatoreffiziens zu gewährleisten.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators in einer Brennkraftmaschine zu liefern, welches die oben genannten Nachteile beseitigt und mit welchem auf den Einsatz von Sensoren zur Messung der Abgaskonzentrationen verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass das Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators in einer Brennkraftmaschine folgende Schritte aufweist: Messen des Temperaturverlaufs eines Referenzkatalysators an einer vorbestimmten Stelle in einem vorbestimmten Betriebszustand des Referenzkatalysators über einen vorbestimmten Zeitraum; Nacheinspritzen einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff in den dem zu überprüfenden Katalysator zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine; Messen des Temperaturverlaufs des zu überprüfenden Katalysators an der vorbestimmten Stelle in dem vorbestimmten Betriebszustand über dem vorbestimmten Zeitraum; und Vergleichen mindestens einer aus dem gemessenen Temperaturverlauf des zu überprüfenden Katalysators ermittelten temperaturabhängigen Diagnosegröße mit der entsprechend zugeordneten temperaturabhängigen Diagnosegröße des vorab untersuchten Referenzkatalysators.
Erfindungsgemäß wird als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße die Zeitdauer bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten nach der Nacheinspritzung der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet. Ein gealterter Katalysator erreicht im Vergleich zu einem neuen Katalysator den maximalen Temperaturgradienten zu einem charakteristisch früheren Zeitpunkt als der neue Katalysator. Somit kann aus der Messung des Temperaturverlaufs und einer Auswertung der Zeitdauer bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten ein Aufschluss auf den Alterungszustand des zu überprüfenden Katalysators gewonnen werden. Dabei wird ein Schwellenzeitpunkt definiert und als Referenz verwendet, wobei ein zu überprüfender Katalysator dann als mangelhaft erkannt wird, falls die Zeitdauer des zu überprüfenden Katalysators ab der Nacheinspritzung bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten diesen Schwellenzeitpunkt unterschreitet.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße der maximale Temperaturunterschied des zu überprüfenden Katalysators vor und nach dem Nacheinspritzen der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet. Gealterte Katalysatoren weisen gegenüber neuen Katalysatoren einen charakteristisch geringeren maximalen Temperaturunterschied auf. Somit können durch Messen und Auswerten des maximalen Temperaturunterschieds zur Überprüfung des Katalysators in einem bestimmten Betriebszustand und durch Vergleichen des gemessenen maximalen Temperaturunterschieds mit einem entsprechenden Referenzwert eines Referenzkatalysators, der einen definierten Alterungszustand besitzt, Aufschlüsse über den Alterungszustand des zu überprüfenden Katalysators gewonnen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße der maximale Temperaturgradient nach dem Nacheinspritzen der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet. Ein gealterter Katalysator weist gegenüber einem neuen Katalysator einen charakteristisch geringeren maximalen Temperaturgradienten nach der Nacheinspritzung auf. Somit können aus der Messung des Temperaturverlaufs und Auswertung des maximalen Temperaturgradienten Kenntnisse über den Alterungszustand des zu überprüfenden Katalysators erlangt werden.
Vorzugsweise wird ein als mangelhaft erkannter Katalysator mittels einer Anzeigeeinrichtung dem Benutzer angezeigt. Eine derartige Anzeigeeinrichtung kann visueller oder akustischer Art sein.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine vorbestimmt. Dabei ist die Menge des in den Brennraum nacheingespritzten Kraftstoffs vorzugsweise derart an die Drehzahl und die Motorlast anzupassen, dass das Drehmoment des Motors nicht beeinflusst wird und eine ruckartige Bewegung des Kraftfahrzeuges verhindert wird. Alternativ kann auch Kraftstoff direkt in das Abgassystem vor dem Katalysator eingespritzt werden.
Insbesondere wird der gemessene bzw. die gemessenen Temperaturverläufe und die sich daraus ergebenden Werte bestimmter Diagnosegrößen eines Referenzkatalysators in einer Speichereinrichtung abgespeichert und mittels eines Steuergerätes mit den gemessenen Temperaturverläufen und den sich daraus ergebenden Diagnosegrößen des zu überprüfenden Katalysators verglichen. Dabei können vorteilhaft geänderte Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise die Umgebungslufttemperatur, durch Korrekturwerte mitberücksichtigt werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine graphische Darstellung der Temperaturverläufe von drei unterschiedlich gealterten Katalysatoren in Abhängigkeit der Zeit nach einer Nacheinspritzung von Kraftstoff;
3 eine graphische Darstellung der Emissionsrate von Kohlenwasserstoff von drei unterschiedlich gealterten Katalysatoren in Abhängigkeit des maximalen Temperaturunterschieds nach der Nacheinspritzung von Kraftstoff;
4 eine graphische Darstellung der Emissionsrate von Kohlenwasserstoff von drei unterschiedlich gealterten Katalysatoren in Abhängigkeit der Emissionsrate von Kohlenmonoxid;
5 eine graphische Darstellung der Emissionsrate von Kohlenwasserstoff von drei unterschiedlich gealterten Katalysatoren bei verschiedenen Stellen der Temperaturmessungen in Abhängigkeit des Zeitraums bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten nach der Nacheinspritzung; und
6 eine graphische Darstellung der Emissionsrate eines Katalysators in Abhängigkeit des Zeitraums bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten nach der Nacheinspritzung, wobei ein vorbestimmter Schwellenzeitpunkt definiert ist.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Bezeichnungen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 illustriert eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 ersichtlich ist, weist eine Brennkraftmaschine eine Brennkammer 1 auf, in welcher eine Einspritzeinrichtung 2 zum Einspritzen einer vorbestimmten Menge eines Kraftstoffs für einen Zündvorgang integriert ist. An die Brennkammer 1 schließt sich ein Abgastrakt an, in welchem ein zu überprüfender Katalysator 4 angeordnet ist. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass es sich bei dem zu überprüfenden Katalysator 4 beispielsweise um einen Oxidationskatalysator für Dieselmotoren handelt.
In dem zu überprüfenden Katalysator 4 ist wiederum mindestens eine Sensoreinrichtung 5 vorgesehen, welche beispielsweise als Temperatursensor 5, beispielsweise in Form eines Thermoelementes 5, vorgesehen ist. Der Temperatursensor 5 ist vorzugsweise in einem derartigen Bereich des zu überprüfenden Katalysators 4 angebracht, dass eine genaue Messung der Betriebstemperatur des Katalysators 4 an der vorgesehenen Messstelle möglich ist, beispielsweise im hinteren Bereich des zu überprüfenden Katalysators 4 vor und/oder hinter dem ausgangsseitigen Ende. Selbstverständlich können alternativ oder zusätzlich Temperaturmessungen vor und/oder im und/oder nach dem zu überprüfenden Katalysator 4 vorgenommen werden. Bei einer Messung der Temperatur außerhalb des Katalysators können die Temperatursensoren leichter an dem Katalysator 4 angebracht werden. Bei einer Messung innerhalb des Katalysators kann beispielsweise ein Thermoelement 5 in eine in den Katalysator gebohrte Öffnung derart eingesteckt werden, dass die Messstelle des Thermoelementes 5 mittig in dem Katalysator und somit mittig in der Gasströmung für eine äußerst akkurate Messung angeordnet ist. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass der Katalysator 4 beispielsweise in zwei Teile aufgeteilt wird und ein Thermoelement 5 zwischen die beiden Teile für eine Messung des Temperaturverlaufs angebracht wird.
Das Thermoelement 5 ist vorzugsweise mit einem Steuergerät 3 über eine Verbindung 6 verbunden, wobei das Steuergerät 3 wiederum mit einer Speichereinrichtung 7 vorteilhaft für eine Abspeicherung von beispielsweise gemessenen Referenzdaten eines neuen Katalysators verbunden ist. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass mehrere Sensoren 5 an unterschiedlichen Stellen im und/oder vor und/oder nach dem Katalysator verwendet werden können, welche jeweils über zugeordnete Verbindungen mit dem Steuergerät 3 für eine Auswertung der jeweils gemessenen Temperaturdaten verbunden sind.
Das Steuergerät 3 ist wiederum vorzugsweise mit einer Anzeigeeinrichtung 8 verbunden, welche einen mangelhaften Katalysator 4 im Anschluss an eine Auswertung und Überprüfung desselben dem Benutzer anzeigt. Eine derartige Anzeige kann beispielsweise akustischer, visueller oder anderer Art sein.
Ferner ist die Einspritzeinrichtung 2 vorzugsweise ebenfalls über eine Verbindung mit dem Steuergerät 3 verbunden, welches die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs nach dem eigentlichen Zündvorgang in Abhängigkeit von beispielsweise der Motordrehzahl und/oder der Motorlast entsprechend einstellt. Dabei ist durch das Steuergerät vorzugsweise die nacheingespritzte Kraftstoffmenge derart einzustellen, dass das Drehmoment des Motors durch die nacheingespritzte Kraftstoffmenge nicht beeinflusst wird.
Anhand der 2 und 3 wird im folgenden ein Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines zu überprüfenden Katalysators 4 in einer Brennkraftmaschine erläutert, wobei 2 eine graphische Darstellung der Temperaturverläufe von drei unterschiedlich gealterten Katalysatoren in Abhängigkeit der Zeit nach der Nacheinspritzung zum Zeitpunkt t₁ und 3 eine graphische Darstellung einer HC-Emissionsrate der drei unterschiedlich gealterten Katalysatoren aus 2 in Abhängigkeit des maximalen Temperaturunterschieds ΔT_max zwischen einem Zustand während und nach der Nacheinspritzung illustrieren.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass in den Figuren durchgängig ”neu” einen frischen Katalysator, ”mittel” einen zu überprüfenden mittel gealterten Katalysator und ”alt” einen definiert gealterten Referenzkatalysator bezeichnen.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden vorab an vorbestimmten Stellen eines Referenzkatalysators die Temperaturverläufe in bestimmten Betriebszuständen über bestimmte Zeiträume mittels Temperatursensoren gemessen und ausgewertet. In 2 ist ein derartiger gemessener Temperaturverlauf exemplarisch dargestellt und mit ”alt” bezeichnet. Beispielsweise wurde der Referenzkatalysator im warmen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei einer vorbestimmten Drehzahl und/oder Motorlast betrieben, wobei an einer vorbestimmten Messstelle, beispielsweise genau in der Mitte des Referenzkatalysators, mittels eines Thermoelementes 5 die Temperatur desselben aufgenommen und ausgewertet wurde. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der in 2 dargestellte Temperaturverlauf lediglich einen exemplarischen Temperaturverlauf für einen bestimmten Betriebszustand und für eine Messung an einer bestimmten Stelle des Referenzkatalysators darstellt. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass der Referenzkatalysator in verschiedensten Betriebszuständen und an unterschiedlichsten Stellen vermessen und die Messwerte ausgewertet bzw. aufgenommen werden können.
Die Referenztemperaturverläufe des Referenzkatalysators werden anschließend vorzugsweise als Referenzwerte in der Speichereinrichtung 7 abgespeichert.
Bei der Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines zu überprüfenden Katalysators 4 wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie folgt vorgegangen. Das Steuergerät 3 steuert die Einspritzeinrichtung 2 nach dem eigentlichen Zündvorgang vorzugsweise derart an, dass die nacheingespritzte Menge an Kraftstoff an die Motordrehzahl und/oder die Motorlast der Brennkraftmaschine derart angepasst ist, dass eine Veränderung des Drehmoments verhindert wird. Die Nacheinspritzung von Kraftstoff erfolgt vorzugsweise mittels der in einer Brennkraftmaschine standardmäßig vorgesehenen Einspritzeinrichtung, wobei der Zeitpunkt der Nacheinspritzung, wie oben bereits erläutert nach dem Zündvorgang gewählt wird, so dass der nacheingespritzte Kraftstoff nicht von dem Zündvorgang mitumfasst wird. Dadurch erfolgt eine Anreicherung von unverbrannten Komponenten im Abgas, die in dem zu überprüfenden Katalysator 4 nachreagieren und das Temperatursignal entsprechend der Katalysatoraktivität des zu überprüfenden Katalysators 4 erhöhen. Der Nullpunkt der Messung wird vorzugsweise auf den Zeitpunkt der Nacheinspritzung gelegt, welcher in 2 mit dem Bezugszeichen t₁ versehen ist.
Anschließend wird über einen vorbestimmten Zeitraum der Temperaturverlauf des zu prüfenden Katalysators 4 mittels einer oder mehrerer speziell an vorbestimmten Stellen angebrachten Temperatursensoren 5 gemessen und über jeweils eine Verbindung 6 an das Steuergerät 3 geleitet. Das Steuergerät 3 wertet die empfangenen Temperaturmessdaten aus, wobei für einen mittel gealterten Katalysator beispielsweise ein wie in 2 mit ”mittel” gekennzeichneter Temperaturverlauf und für einen frischen Katalysator ein beispielsweise in 2 mit ”neu” gekennzeichneter Temperaturverlauf aufgenommen und ausgewertet wird.
Anschließend werden die Temperaturverläufe jeweils mit in der Speichereinrichtung 7 abgespeicherten Referenzdaten des vorab gemessenen Referenzkatalysators verglichen, wobei Katalysatoren in gleichen Betriebszuständen und Temperaturverläufe, welche an gleichen Messstellen des Katalysators aufgenommen wurden, vorzugsweise miteinander verglichen werden, um zuverlässige und aussagekräftige Aussagen über die Konvertierungsfähigkeit des zu überprüfenden Katalysators zu erhalten.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als temperaturabhängige Diagnosegröße aus den aufgenommenen Temperaturverläufen der maximale Temperaturunterschied ΔT_max verwendet, welcher den maximalen Temperaturunterschied eines Katalysators zwischen dem Katalysatorzustand während der Nacheinspritzung und dem Zustand vor der Nacheinspritzung angibt.
Wie in 3 ersichtlich ist, besteht in etwa eine lineare Abhängigkeit der Emissionsrate von Kohlenwasserstoff von dem maximalen Temperaturunterschied ΔT_max. Dies bedeutet, dass ein neuer Katalysator mit einer geringeren Emissionsrate aufgrund einer hohen Umwandlungsaktivität, wie auch aus 2 ersichtlich, einen größeren maximalen Temperaturunterschied ΔT_max besitzt als ein gealterter Katalysator mit einer höheren Emissionsrate aufgrund einer geringeren Umwandlungsaktivität.
4 illustriert eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der HC-Emission von der Emissionsrate für Kohlenmonoxid, woraus ersichtlich ist, dass auch für die Kohlenmonoxid-Emission der maximale Temperaturunterschieds ΔT_max ein Maß für den Alterungszustand des entsprechenden Katalysators und somit ein Maß für die Umwandlungsaktivität von Kohlenmonoxid ist.
Somit kann aus dem in 2 dargestellten und mittels der Sensoreinrichtung erfassten Temperaturverlauf der maximale Temperaturunterschied ΔT_max des zu überprüfenden Katalysators 4 mittels des Steuergerätes 3 bestimmt und mit dem maximalen Temperaturunterschied ΔT_max des in der Speichereinrichtung 7 abgespeicherten Referenzkatalysators verglichen werden. Nach diesem Vergleich können Rückschlüsse auf den Alterungszustand des zu überprüfenden Katalysators 4 geschlossen werden. Das Steuergerät 3 analysiert diesen Alterungszustand und gibt vorzugsweise im Falle eines Erkennens eines mangelhaften Katalysators ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 8 aus. Somit wird der Benutzer darüber informiert, dass der augenblicklich verwendete Katalysator 4 ausgetauscht und/oder beispielsweise eine Werkstatt aufgesucht werden sollte.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der sich aus dem Temperaturverlauf gemäß 2 ergebende maximale Temperaturgradient (ΔT/Δt)_max nach der Nacheinspritzung als temperaturabhängige Diagnosegröße verwendet. Wie in 2 ersichtlich ist, weist ein gealterter Katalysator im Vergleich zu einem neuen Katalysator einen geringeren maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max, d. h. eine geringere maximale Steigung, im Anschluss an die Nacheinspritzung zum Zeitpunkt t₁ auf. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel berechnet das Steuergerät 3 aus dem aufgenommenen Temperaturverlauf bzw. den aufgenommenen Temperaturverläufen die jeweiligen maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max nach der Nacheinspritzung und vergleicht diese mit dem entsprechenden maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max des Referenzkatalysators, der als Referenz in der Speichereinrichtung 7 abgespeichert ist. Bei diesem Vergleich kann wiederum auf den Alterungszustand des zu überprüfenden Katalysators 4 geschlossen werden und im Falle eines Erkennens eines mangelhaften Katalysators dem Benutzer mittels der Anzeigeeinrichtung 8 ein solcher signalisiert werden.
Nicht ausführlicher beschriebene Komponenten und Funktionsweisen entsprechen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
Anhand der 2 und 5 wird im folgenden ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, wobei 5 eine graphische Darstellung der Kohlenwasserstoff-Emissionsrate in Abhängigkeit des Zeitpunktes t bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max illustriert. In 5 sind Messwerte für drei unterschiedlich gealterte Katalysatoren „alt”, „mittel” und „neu” an jeweils fünf unterschiedlichen Messstellen 1 bis 5 graphisch dargestellt. Messwerte an gleichen Messstellen und bei gleichen Betriebszuständen der Katalysatoren sind in 5 mit dem gleichen geometrischen Symbol gekennzeichnet und beispielsweise mittels einem Thermoelement 5 aufgenommen.
Aus dem Verlauf der Temperatur T über der Zeit t gemäß 2 und der Abhängigkeit der Emissionsrate der verschieden gealterten Katalysatoren von der Zeit t bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max gemäß 5 ist ersichtlich, dass ein gealterter Katalysator mit zunehmender Alterung an allen Messstellen charakteristisch zu einem früheren, Zeitpunkt den maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max erreicht.
Somit kann analog zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel das Steuergerät 3 den Zeitpunkt t bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max des zu überprüfenden Katalysators erfassen und mit den entsprechenden zugeordneten und abgespeicherten Referenzdaten des Referenzkatalysators für den gleichen Betriebszustand und für die gleiche Messstelle vergleichen und auswerten. Der Zeitpunkt t des Erreichens des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max ist dabei ein charakteristisches Maß für den Alterungszustand des jeweiligen zu überprüfenden Katalysators 4, wie aus 5 in Verbindung mit 2 ersichtlich ist.
Danach kann das Steuergerät 3 im Falle eines Erkennens eines mangelhaften Katalysators wiederum ein Signal an die Anzeigeeinrichtung 8 für eine Anzeige senden, dass der Benutzer den verwendeten Katalysator austauschen bzw. in einer Werkstatt austauschen lassen sollte.
Nicht ausführlicher beschriebene Komponenten und Funktionsweisen entsprechen denjenigen des ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.
6 illustriert eine schematische graphische Darstellung einer Emissionsrate des zu überprüfenden Katalysators in Abhängigkeit des Zeitraumes t bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max des Katalysators.
Wie in 6 ersichtlich ist, wird vorzugsweise ein Schwellenzeitpunkt t_S derart definiert, dass Katalysatoren, bei denen der Zeitpunkt t des Erreichens des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max vor dem Schwellenzeitpunkt t_S liegt, als mangelhafte Katalysatoren deklariert werden. Hingegen werden Katalysatoren, bei denen der Zeitpunkt t bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max nach dem Schwellenzeitpunkt t_S liegt, als noch funktionsfähige Katalysatoren deklariert. Vorzugsweise ist der Schwellenzeitpunkt t_S derart definiert, dass er den Referenzkatalysator bestimmt, wobei die Emissionen des Referenzkatalysators im Abgastest die gesetzlich vorgegebenen Abgas-Schwellenwerte erreichen. In 6 ist der Startzeitpunkt der Nacheinspritzung im Nullpunkt ebenfalls durch t₁ gekennzeichnet, analog zu den vorhergehenden Figuren.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass für eine Verbesserung der Aussagesicherheit bezüglich der Konvertierungsfähigkeit eines zu überprüfenden Katalysators 4 mehrere Messungen für einen vorbestimmten Zeitraum zusammen miteinander ausgewertet werden können. Ebenfalls können vorzugsweise die drei verschiedenen temperaturabhängigen Diagnosegrößen der oben beschriebenen drei Ausführungsbeispiele einzeln erfasst und ausgewertet und für eine Bestimmung der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators zusammen berücksichtigt und ausgewertet werden. Ebenfalls können mehrere Messungen in verschiedenen Betriebszuständen und an verschiedenen Messstellen des zu überprüfenden Katalysators vorgenommen und eine bzw. mehrere temperaturabhängige Diagnosegrößen einzeln oder in Verbindung miteinander erfasst und ausgewertet werden, um eine möglichst zuverlässige Bestimmung des Alterungszustandes bzw. der Funktionsfähigkeit des zu überprüfenden Katalysators zu erzielen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielsweise können geänderte Umgebungsbedingungen durch Korrekturwerte berücksichtigt werden. Insbesondere können Temperaturschwankungen der Umgebungsluft auf diese Weise mitberücksichtigt werden.

Claims

Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators (4) im Abgassystem einer Brennkraftmaschinen mit folgenden Schritten: Messen des Temperaturverlaufs eines Referenzkatalysators an einer vorbestimmten Stelle in einem vorbestimmten Betriebszustand des Referenzkatalysators über einen vorbestimmten Zeitraum; Nacheinspritzen einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff in den dem zu überprüfenden Katalysator (4) zugeordneten Brennraum (1) und/oder direkt in das Abgassystem der Brennkraftmaschine; Messen des Temperaturverlaufs des zu überprüfenden Katalysators (4) an der vorbestimmten Stelle in dem vorbestimmten Betriebszustand über dem vorbestimmten Zeitraum; und Vergleichen mindestens einer aus dem gemessenen Temperaturverlauf des zu überprüfenden Katalysators (4) ermittelten temperaturabhängigen Diagnosegröße mit der entsprechend zugeordneten temperaturabhängigen Diagnosegröße des Referenzkatalysators, wobei als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße die Zeitdauer Δt bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max während der Nacheinspritzung der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet wird und ein Schwellenzeitpunkt t_S definiert und als Referenz verwendet wird, wobei ein Katalysator als mangelhafter Katalysator erkannt wird, falls die Zeitdauer Δt des zu überprüfenden Katalysators (4) ab der Nacheinspritzung bis zum Erreichen des maximalen Temperaturgradienten (ΔT/Δt)_max zur Unterschreitung des Schwellenzeitpunkts t_S führt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße der maximale Temperaturunterschied ΔT_max zwischen der Temperatur zum Zeitpunkt vor der Nacheinspritzung und der maximalen Temperatur während der Nacheinspritzung der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße der maximale Temperaturgradient (ΔT/Δt)_max während der Nacheinspritzung der vorbestimmten Menge an Kraftstoff verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraftmaschine vorbestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur vor und/oder im und/oder nach dem Katalysator (4) in vorbestimmten Betriebszuständen gemessen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zu überprüfenden Katalysators (4) mittels einem Temperatursensor gemessen wird, welcher an vorbestimmten Stellen in den Katalysator eingesetzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Temperaturverläufe des Referenzkatalysators in einer Speichereinrichtung als Referenz abgespeichert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturverläufe der Katalysatoren in vorbestimmten, betriebswarmen Zuständen gemessen werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine temperaturabhängige Diagnosegröße des zu überprüfenden Katalysators (4) mittels eines Steuergerätes mit der entsprechend zugeordneten temperaturabhängigen Diagnosegröße des Referenzkatalysators verglichen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein als mangelhaft erkannter Katalysator mittels einer Anzeigeeinrichtung (8) dem Benutzer angezeigt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass geänderte Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Umgebungslufttemperatur, durch Korrekturwerte berücksichtigt werden.