DE102004008172A1

DE102004008172A1 - Verfahren zur Ermittlung des Gütegrads eines einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Abgas-Katalysators

Info

Publication number: DE102004008172A1
Application number: DE102004008172A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: DE102004008172B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Gütegrades eines einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Abgas-Katalysators. Erfindungsgemäß ist der Katalysator, in Axialrichtung als Abgas-Durchströmrichtung gesehen, in mehrere hintereinander liegende Katalysator-Axialabschnitte unterteilt, denen jeweils ein Sauerstoffspeicherabschnitt eines Sauerstoffspeichers des Katalysators zugeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von einer zeitlich gesehen nacheinander erfolgenden Aufheizung der einzelnen Katalysator-Axialabschnitte auf Betriebstemperatur ein Sauerstoffdurchgang durch den Katalysator für jeden einzelnen der auf Betriebstemperatur erwärmten Katalysator-Axialabschnitte erfasst wird. Damit kann in Abhängigkeit von einer Sauerstoffeinspeicherung eine, in Axialrichtung gesehen, örtliche Feststellung einer Sauerstoffspeicherschädigung vorgenommen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Gütegrads eines einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Abgas-Katalysators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, dass Abgas-Katalysatoren, die einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschaltet sind, im Laufe der Zeit einer Alterung unterliegen, die nach Überschreiten bestimmter vorgebbarer Schwellwerte den Austausch bzw. die Regeneration des Katalysators erfordert. Von besonderer Bedeutung ist dabei eine Schädigung des Sauerstoffspeichers eines Katalysators, da mit Hilfe des Sauerstoffspeichers erst eine vernünftige Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses um Lambda = 1 ermöglicht wird. Es herrscht also ein Bedürfnis, im Rahmen einer On-Board-Diagnose eine möglichst genaue Aussage über eine evtl. Sauerstoffspeicherschädigung eines Katalysators treffen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermittlung eines Gütegrads eines einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Abgas-Katalysators zur Verfügung zu stellen, mit dem eine möglichste genaue örtliche Feststellung einer Schädigung des Sauerstoffspeichers eines Abgas-Katalysators in Axialrichtung gesehen möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist der Katalysator in Axialrichtung gesehen in mehrere hintereinanderliegende, vorzugsweise aneinander angrenzende Katalysator-Axialabschnitte unterteilt, denen jeweils ein bestimmter Sauerstoffspeicherabschnitt eines Sauerstoffspeichers des Katalysators zugeordnet ist. In Abhängigkeit von einer zeitlich gesehen nacheinander erfolgenden Aufheizung der einzelnen Katalysator-Axialabschnitte auf Betriebstemperatur und damit einer axialen Wärmeeindringtiefe in den Katalysator, beginnend vom stromaufwärtsliegenden ersten Katalysator-Axialabschnitt wird für jeden einzelnen auf Betriebstemperatur erwärmten Katalysator-Axialabschnitt ein Sauerstoffdurchgang mittels einer geeigneten Messeinrichtung erfasst. Dadurch kann zur in Axialrichtung gesehen örtlichen Feststellung einer Sauerstoffspeicherschädigung entweder eine für den jeweils betrachteten Katalysator-Axialabschnitt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schwellwert festgestellte Einspeicherung von Sauerstoff in den zugeordneten Sauerstoffspeicherabschnitt als keine Schädigung des betreffenden Sauerstoffspeicherabschnittes und damit auch des betreffenden Katalysator-Axialabschnittes gewertet werden. Entsprechend umgekehrt, stellt eine für den jeweils betrachteten Katalysator-Axialabschnitt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schwellwert festgestellte fehlende oder mangelhafte Einspeicherung von Sauerstoff in den zugeordneten Sauerstoffspeicherabschnitt eine Schädigung des betreffenden Sauerstoffspeicherabschnittes und damit des betreffenden Katalysator-Axialabschnittes dar.

Mit einer derartigen Verfahrensführung kann somit eine genaue Aussage über die lokale Schädigung eines Sauerstoffspeichers des Katalysators getroffen werden, was insbesondere im Rahmen einer On-Board-Diagnose erwünscht ist. So kann z. B. bei einer erfassten lokalen Beschädigung des Sauerstoffspeicherabschnitts des stromaufwärts ersten Katalysator-Axialabschnitts im Rahmen der On-Board-Diagnose festgestellt werden, dass der Katalysator ggf. den Anforderung für eine HC- bzw. CO-Konvertierung im Kaltstart nicht mehr genügt und daher ggf. ausgetauscht werden muss. Entsprechend kann bei einer erfassten lokalen Beschädigung des Sauerstoffspeichers des stromabwärts letzten Katalysator-Axialabschnittes im Rahmen der On-Board-Diagnose festgestellt werden, dass der Katalysator gegebenenfalls den Anforderungen für eine NO_x-Konvertierung nicht mehr genügt. Somit ist es möglich, eine Diagnose bezüglich der HC- und NO_x-Emissionen differenziert durchzuführen.

Grundsätzlich können wenigstens zwei Katalysator-Axialabschnitte vorgesehen sein. Je mehr Katalysator-Axialabschnitte jedoch vorgesehen sind, desto genauer kann die Lokalisierung einer eventuellen Sauerstoffspeicherschädigung des Sauerstoffspeichers eines Abgas-Katalysators erfolgen. Bevorzugt weisen hierbei die einzelnen Katalysator-Axialabschnitte jeweils eine in etwa gleiche Länge auf, wie dies mit Anspruch 2 beansprucht ist. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, bestimmte Katalysator-Längsbereiche feiner zu unterteilen als andere, so z. B. den Abgaseintrittsbereich eines Katalysators feiner zu unterteilen als einen Katalysator-Längsmittenabschnittsbereich. Letzteres kann z. B. insbesondere im Hinblick auf eine Kaltstartüberwachung von Vorteil sein.

Nach Anspruch 3 ist der zeitliche Verlauf des Aufheizens des Katalysators und damit auch der einzelnen Katalysator-Axialabschnitte in einem Kennfeld einer Steuereinrichtung als Katalysator-Wärmeeindringtiefenmodell abgelegt. Mit einem derartigen Model kann dann im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahrensführung auf einfache Weise in Abhängigkeit von der jeweils vom Fahrer vorgegebenen Wärmeeintragsmenge über den Abgasstrom ein genauer Wert über die momentane örtliche und zeitliche Temperaturverteilung im Katalysator zu Verfügung gestellt werden, so dass in Verbindung mit dem gemessenen Sauerstoffdurchgang und der daraus abgeleiteten Befüllung des Sauerstoffspeichers eine funktionssichere erfindungsgemäße Verfahrensführung möglich ist.

Bevorzugt wird der Sauerstoffgehalt in dem den Katalysator verlassenden Abgasstrom mittels einer Lambdasonde erfasst, wie dies Gegenstand des Anspruchs 4 ist.

Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der Anzahl und/oder dem Ort der geschädigten Sauerstoffspeicherabschnitte und damit der Katalysator-Axialabschnitte mittels einer ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Auswerteeinrichtung ein Katalysatoraustausch im Rahmen einer On-Board-Diagnose ermittelt wird. So kann z. B. eine lediglich in einem mittleren Katalysator-Axialabschnitt ermittelte Sauerstoffspeicherschädigung weniger kritisch bewertet werden als eine eingangsseitige Sauerstoffspeicherbeschädigung.

Gute Ergebnisse lassen sich gemäß Anspruch 6 erzielen, wenn der Katalysator in wenigstens fünf Katalysator-Axialabschnitte unterteilt wird.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 bzw. des Anspruchs 8 sind zudem noch eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung bzw. ein Abgas-Katalysator zur Durchführung der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren beansprucht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 den zeitlichen Verlauf der Befüllung des Sauerstoffspeichers über den gesamten Wärmeeintrag in den Katalysator für unterschiedliche Schädigungszustände eines Sauerstoffspeichers des Katalysators,
2a bis d die zeitliche Änderung des Sauerstoffspeichers über der zeitlichen Änderung des Wärmeeintrags in den Katalysator für die in der 1 dargestellten unterschiedlichen Schädigungsfälle, und
3 beispielhaft ein zeitabhängiges Katalysator-Wärmeeindringtiefenmodell, wie es in einem Kennfeld einer Steuereinrichtung abgelegt ist.
In 1 ist schematisch und beispielhaft die zeitliche Befüllung eines Sauerstoffspeichers eines Abgas-Katalysators über den gesamten Wärmeeintrag in den Katalysator hinein dargestellt. Mit 1/5, 2/5, 3/5, 4/5 und 5/5 sind hier die einzelnen Katalysator-Axialabschnitte, in die der Katalysator in Axialrichtung als Abgas-Durchströmrichtung gesehen unterteilt ist, dargestellt.
Wie dies dem Diagramm der 1 zu entnehmen ist, kennzeichnet Kurve 1 den Verlauf der Befüllung des Sauerstoffspeichers eines neuen Abgas-Katalysators während des Aufheizens des gesamten Katalysators auf Betriebstemperatur. Die Kurve 1 zeigt, dass das Integral des Wärmeeintrags proportional, im hier gezeigten Beispielfall sogar linear-proportional zur Summe der in den Sauerstoffspeicher eingespeicherten Sauerstoffmenge ist, d. h. dass keiner der Sauerstoffspeicherabschnitte in den einzelnen Katalysator-Axialabschnitten eine Schädigung aufweist.
Kurve 2 verläuft bis zum letzten Katalysator-Axialabschnitt identisch mit Kurve 1, knickt dann aber in eine Gerade ab, d. h., dass im letzten Katalysator-Axialabschnitt keine Änderung des Sauerstoffspeichers bzw. keine Einspeicherung von Sauerstoff mehr in den Sauerstoffspeicher erfolgt, so dass dann in einem solchen Fall mit einer Auswerteeinrichtung ermittelt wird, dass der Sauerstoffspeicherabschnitt in diesem letzten Katalysator-Axialabschnitt beschädigt ist.
Kurve 3 zeigt den Fall, dass der Sauerstoffspeicherabschnitt des ersten Katalysator-Axialabschnittes beschädigt ist und Kurve 4 zeigt den Fall, dass die Sauerstoffspeicherabschnitte des dritten und vierten Katalysator-Axialabschnittes beschädigt sind, da dort jeweils keine Einspeicherung von Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher mehr erfolgt bzw. keine Änderung des Sauerstoffspeichers mehr erfasst werden kann.
Wie 1 zeigt, kann somit mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung auf einfache und funktionssichere Weise eine genaue örtliche Aussage darüber getroffen werden, welcher Bereich des Katalysators eine Schädigung des Sauerstoffspeichers aufweist.
In den 2a bis 2d ist die zeitliche Änderung des Sauerstoffspeichers über der zeitlichen Änderung des Wärmeeintrags dargestellt, wobei die den Kurven 1 bis 4 der 1 zugeordneten Fälle in den Diagrammen der 2a bis 2d mit 1', 2', 3' und 4' bezeichnet sind. Dem Diagramm der 2a bis 2d ist daher zu entnehmen, dass in den Schädigungsbereichen jeweils keine Änderung des Sauerstoffspeichers erfolgt, d. h., dass dort keine weiter Einspeicherung des Sauerstoffes in den Sauerstoffspeicher erfolgt und somit eine Schädigung der entsprechenden Sauerstoffspeicherabschnitte vorliegt.
In der 3 ist schematisch und beispielhaft ein in einem Kennfeld einer Steuereinrichtung abgelegtes zeitabhängiges Katalysator-Wärmeeindringtiefenmodell gezeigt, aus dem heraus der zeitliche Verlauf t₁, t₂, t₃, t₄ und t₅ der Aufheizung der einzelnen Katalysator-Axialabschnitte auf Betriebstemperatur und damit eine axiale Wärmeeindringtiefe in den Katalysator entnommen werden kann. Ein derartiges Wärmeeindringtiefenmodell kann z. B. empirisch ermittelt werden.

Claims

Verfahren zur Ermittlung des Gütegrades eines einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Abgas-Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in Axialrichtung als Abgas-Durchströmrichtung gesehen in mehrere hintereinanderliegende Katalysator-Axialabschnitte unterteilt ist, denen jeweils ein Sauerstoffspeicherabschnitt eines Sauerstoffspeichers des Katalysators zugeordnet ist, dass in Abhängigkeit von einer zeitlich gesehen nacheinander erfolgenden Aufheizung der einzelnen Katalysator-Axialabschnitte auf Betriebstemperatur ein Sauerstoffdurchgang durch den Katalysator für jeden einzelnen der auf Betriebstemperatur erwärmten Katalysator-Axialabschnitte erfasst wird dergestalt, dass zur in Axialrichtung gesehen örtlichen Feststellung einer Sauerstoffspeicherschädigung a) eine für den jeweils betrachteten Katalysator-Axialabschnitt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schwellwert festgestellte Einspeicherung von Sauerstoff in den zugeordneten Sauerstoffspeicherabschnitt keine Schädigung des betreffenden Sauerstoffspeicherabschnittes und damit des betreffenden Katalysator-Axialabschnittes darstellt, oder b) eine für den jeweils betrachteten Katalysator-Axialabschnitt in Abhängigkeit von einem vorgegebenem Schwellwert festgestellte fehlende oder mangelhafte Einspeicherung von Sauerstoff in den zugeordneten Sauerstoffspeicherabschnitt eine Schädigung des betreffenden Sauerstoffspeicherabschnittes und damit des betreffenden Katalysator-Axialabschnittes dargestellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysator-Axialabschnitte jeweils eine in etwa gleiche Länge aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Aufheizens des Katalysators und damit auch der einzelnen Katalysator-Axialabschnitte in einem Kennfeld einer Steuereinrichtung als Katalysator-Wärmeeindringtiefenmodell abgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt in dem den Katalysator verlassenden Abgasstrom mittels einer Lambdasonde erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auswerteinrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl und/oder dem Ort der geschädigten Sauerstoffspeicherabschnitte und damit der geschädigten Katalysator-Axialabschnitte ein Katalysatoraustausch im Rahmen einer On-Board-Diagnose ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in wenigstens fünf Katalysator-Axialabschnitte unterteilt wird.
Steuer- und/oder Auswerteinrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6.
Abgas-Katalysator zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7.