DE102005015998A1 - Katalysatordiagnoseverfahren - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Katalysatordiagnoseverfahren mit den Schritten: wiederholt erfolgendes Messen (38) einer Ist-Temperatur hinter einem Katalysatorvolumen (24), wiederholt erfolgendes Berechnen (40) einer ersten Modell-Temperatur auf der Basis eines ersten Temperaturmodells und Beurteilen einer Konvertierungsfähigkeit des Katalysatorvolumens (24) auf der Basis einer ersten Differenz (D1), die von der Ist-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich eine zweite Modell-Temperatur auf der Basis eines zweiten Temperaturmodells berechnet (42) wird, eine zweite Differenz (D2) gebildet wird (46), die von der zweiten Modell-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt, und das Beurteilen (58, 62) der Konvertierungsfähigkeit auf der Basis eines von der ersten Differenz abhängigen Wertes erfolgt, der auf einen von der zweiten Differenz abhängigen Wert normiert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Katalysatordiagnoseverfahren mit den Schritten: wiederholt erfolgendes Messen einer Ist-Temperatur hinter einem Katalysatorvolumen, wiederholt erfolgendes Berechnen einer ersten Modell-Temperatur auf der Basis eines ersten Temperaturmodells und Beurteilen einer Konvertierungsfähigkeit des Katalysatorvolumens auf der Basis einer ersten Differenz, die von der Ist-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt.
- Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, das zur Anwendung dieses Verfahrens programmiert ist, ein Speichermedium einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung eines Verbrennungsmotors, auf dem ein Computerprogramm zur Anwendung des Verfahrens gespeichert ist, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung eines Verbrennungsmotors, die zur Anwendung in dem Verfahren programmiert ist.
- Ein solches Verfahren, ein solches Computerprogramm, ein solches Speichermedium und eine solche Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist aus der
DE 44 26 020 A1 bekannt. - Aufgrund von Gesetzen wird bei dem Betrieb von Verbrennungsmotoren eine Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten auf OBD-Grenzwerte, die meist als Vielfaches eines Emissionsgrenzwertes angegeben werden, im Rahmen einer On board Diagnose (OBD) gefordert. Auch katalytische beschichtete Abgasnachbehandlungskomponenten wie z.B. Oxidationskatalysatoren, NOx-Speicher-Katalysatoren oder beschichtete Partikelfilter müssen dabei auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Die meisten bekannten Ansätze verwenden Temperaturen, die für vor und hinter einem Katalysator liegende Stellen bestimmt werden, um ein Maß für die Vollständigkeit einer exothermen Reaktion im Katalysator abzuschätzen. Dieses Maß dient als Maß für die Funktionsfähigkeit der katalytischen Beschichtung, beziehungsweise des Katalysators.
- Um zuverlässige Diagnoseergebnisse zu erzielen, sieht die
DE 44 26 020 A1 eine Diagnose in einem vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, insbesondere einem Betriebszustand mit einem niedrigen Abgasmassenstrom vor. Die neben der gemessenen Temperatur verwendete Modelltemperatur kann entweder auf der Basis eines voll funktionsunfähigen Katalysators, eines voll funktionsfähigen Katalysators, oder eines sogenannten Grenzkatalysators gebildet werden, wobei der Grenzkatalysator eine zwischen diesen Extremen (volle Funktionsunfähigkeit, volle Funktionsfähigkeit) liegende Funktionsfähigkeit besitzt. Der Grenzkatalysator besitzt dann definitionsgemäß eine Funktionsfähigkeit, bei der gesetzliche Anforderungen an seine Konvertierungsfähigkeit gerade noch erfüllt werden oder gerade nicht mehr erfüllt werden. In jedem Fall sieht dieDE 44 26 020 A1 nur eine einzige Differenz von Werten einer gemessenen Temperatur und Werten einer einzigen Modelltemperatur vor. - Im Gegensatz dazu sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass zusätzlich eine zweite Modell-Temperatur auf der Basis eines zweiten Temperaturmodells berechnet wird, eine zweite Differenz gebildet wird, die von der zweiten Modell-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt, und das Beurteilen der Konvertierungsfähigkeit auf der Basis eines von der ersten Differenz abhängigen Wertes erfolgt, der auf einen von der zweiten Differenz abhängigen Wert normiert wird.
- Vorteile der Erfindung
- Durch die zusätzliche Berücksichtigung einer zweiten Modell-Temperatur, die vorzugsweise auf einer anderen Hypothese über die Funktionsfähigkeit des Katalysators basiert, als bei der Bildung der ersten Modelltemperatur verwendet wird, und durch das Merkmal der Normierung können zuverlässige Diagnoseergebnisse in einem größeren Betriebsbereich, insbesondere auch bei größeren Abgasmassenströmen erzielt werden. Die zweite Modelltemperatur dient dabei gewissermaßen als Referenztemperatur und damit als Maß für eine Referenzwärmemenge, die bei einem Modellkatalysator mit definierter Funktionsfähigkeit in einem bestimmten Betriebszustand durch exotherme Reaktionen freigesetzt wird.
- Wenn die Diagnose unter gesteuerter Erzeugung einer exotherm reaktionsfähigen Abgasatmosphäre, wie sie zum Beispiel durch eine Nacheinspritzung oder allgemein durch späte Einspritzungen in Brennräume des Verbrennungsmotors erzeugt werden kann, abläuft, reichen bereits kleine Temperaturamplituden und damit kleine Einspritzmengen zur Erzielung zuverlässiger Diagnoseergebnisse aus. Daher kann die Diagnose unter Umständen auch rein passiv, das heißt unter Ausnutzung von im normalen Fahrbetrieb auftretenden reduzierenden Abgasatmosphären, durchgeführt werden, was für die Summe der Emissionen und den Kraftstoffverbrauch günstig ist. Reduzierende Abgasatmosphären können zum Beispiel bei Beschleunigungsvorgängen und/oder bei Regenerationen eines hinter dem Katalysator angeordneten Dieselpartikelfilters auftreten.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 das technische Umfeld der Erfindung; -
2 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens - Beschreibung von Ausgestaltungen
-
1 zeigt eine Brennkraftmaschine10 , der über einen Ansaugtrakt12 Luft zugeführt wird. und deren Abgase in einen Abgaskanal14 abgegeben werden. Im Ansaugtrakt12 sind – in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen – ein Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser16 , beispielsweise ein Heissfilm-Luftmassenmesser, und eine Drosselklappe18 , gegebenenfalls mit einem Sensor20 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe18 angebracht. Im Abgaskanal14 sind – in Stromrichtung des Abgases gesehen – eine Abgassonde22 und ein Katalysator24 angeordnet. Am Auslass des Katalysators24 ist ein Temperatursensor26 angebracht. Der Katalysator24 ist zum Beispiel ein Dreiwege-Katalysator oder ein Oxidationskatalysator, der vor einem nicht dargestellten Dieselpartikelfilter angeordnet ist. - An der Brennkraftmaschine
10 sind ein Drehzahlsensor28 und ein Temperatursensor30 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine10 Einspritzventile32.1 ,32.2 , ...,32.n zur Dosierung von Kraftstoff in Brennräume des Verbrennungsmotors10 . Ausgangssignale mL des Luftmengenmessers oder Luftmassenmessers16 , alpha des Sensors20 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe18 , lambda der Abgassonde22 , T_ist des Temperatursensors26 , n des Drehzahlsensors28 und TBKM des Temperatursensors30 werden einem zentralen Steuergerät33 über entsprechende Verbindungsleitungen zugeführt. Das Steuergerät33 wertet die Sensorsignale aus und steuert über weitere Verbindungsleitungen die Einspritzventile32.1 , ...,32.n und ggf. nicht dargestellte Zündvorrichtungen an. - Weiterhin wird vom Steuergerät
33 das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Katalysators24 durchgeführt. Zu diesem Zweck arbeitet das Steuergerät unter anderem ein Computerprogramm ab, das zur Anwendung in einem der im Folgenden vorgestellten Verfahren programmiert ist. Ferner weist das Steuergerät33 zum genannten Zweck ein das Computerprogramm enthaltendes Speichermedium auf, so dass das Steuergerät33 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Verbrennungsmotors10 darstellt, die zur Anwendung in wenigstens einem der im Folgenden und in den Ansprüchen genannten Verfahren programmiert ist. -
2 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei entspricht der Schritt34 einen Hauptprogramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors10 , das von dem Steuergerät33 abgearbeitet wird. Sobald vorbestimmte Bedingungen für die Durchführung einer Diagnose des Katalysators24 vorliegen, verzweigt das Hauptprogramm aus dem Schritt34 heraus in einen Schritt36 , in dem eine Zeit- oder Zähl-Variable t auf den Wert 0 gesetzt wird. Anschließend wird im Schritt38 die Ist-Temperatur T_ist durch Auswerten des Signals des Temperatursensors26 erfasst. Daran schließt sich zunächst ein Schritt40 an, in dem eine erste Modell-Temperatur T_m_1 auf der Basis eines ersten Temperaturmodells bestimmt wird. - Zu den vorbestimmten Bedingungen, unter denen eine Katalysatordiagnose durchgeführt wird, kann zum Beispiel zählen, dass der Verbrennungsmotor
10 betriebswarm ist und dass seit der letzten Durchführung der Katalysatordiagnose eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, oder eine vorbestimmte Anzahl von Fahrzyklen durchgeführt wurde. Eine weitere wesentliche Bedingung besteht darin, dass im Katalysator24 eine exotherme reaktionsfähige Abgasatmosphäre herrscht oder erzeugt wird. Dies kann sowohl aktiv als auch passiv geschehen. Unter einer passiven Erzeugung einer exothermen reaktionsfähigen Abgasatmosphäre wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass Betriebszustände, bei denen sowohl Sauerstoff als auch unverbrannter Kraftstoff im Abgas vorliegen, zur Diagnose ausgenutzt werden. Dies ist zum Beispiel bei einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters der Fall. Unter einer aktiven Erzeugung wird dagegen das gesteuerte Erzeugen einer solchen Abgasatmosphäre verstanden. Ein ausreichender Anteil von Sauerstoff im Abgas kann z.B. dadurch erzeugt werden, dass eine in Brennräume des Verbrennungsmotors10 eingespritzte Kraftstoffmenge mit Luftüberschuss (lambda > 1) verbrannt wird. Durch eine späte Einspritzung von Kraftstoff, der zumindest nicht mehr vollständig an der Verbrennung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors10 teilnimmt, ergibt sich in Verbindung mit dem Luft- oder Sauerstoffüberschuss eine reaktionsfähige Abgasatmosphäre, die vom Abgasmassenstrom in den Katalysator24 transportiert wird und dort exotherm reagieren kann. Die Menge der im Katalysator24 exotherm freigesetzten Wärme hängt dann u.a. vom Alterungszustand und von der Temperatur des Katalysators24 ab. - Das erste Temperaturmodell basiert bevorzugt auf der Hypothese, dass der Katalysator
24 die Funktionsfähigkeit eines sog. Grenzkatalysators besitzt. Ein solcher Grenzkatalysator zeichnet sich dadurch aus, dass seine Fähigkeit zur Konvertierung von Schadstoffen gerade noch oder gerade nicht mehr zur Erfüllung vorbestimmter, z.B. gesetzlicher Anforderungen, ausreicht. Ein solcher Grenzkatalysator setzt daher bei einer exotherm reaktionsfähigen Abgasatmosphäre weniger Wärme frei, als ein neuwertiger Katalysator mit optimaler Konvertierungsfähigkeit, was im Rahmen des ersten Temperaturmodells zu einer entsprechend geringeren ersten Modell-Temperatur führt. - Anschließend oder auch parallel wird im Schritt
42 die zweite Modell-Temperatur T_m_2 auf der Basis eines zweiten Temperaturmodells berechnet. Das zweite Temperaturmodell beruht bevorzugt auf der Hypothese, dass der Katalysator24 eine optimale Schadstoff-Konvertierungsfähigkeit besitzt und entsprechend viel Wärme freisetzt. - Im anschließenden Schritt
44 wird eine Differenz D1 aus der gemessenen Ist-Temperatur T_ist und der ersten Modelltemperatur T_m_1 bestimmt. Analog wird im Schritt46 eine zweite Differenz D2 aus der gemessenen Ist-Temperatur T_ist und der zweiten Modelltemperatur T_m_2 bestimmt. Daran schließt sich im Schritt48 die Bildung eines von der ersten Differenz D1 abhängigen Wertes f(D1) und eines von der zweiten Differenz D2 abhängigen Wertes f(D2) an. Der Wert f(D1) ist bevorzugt das Produkt aus D1, dem Abgasmassenstrom durch den Katalysator24 und der spezifischen Wärmekapazität des Abgases, so dass f(D1) die Dimension einer Wärmemenge oder eines Wärmestroms besitzt. Der Wert f(D2) wird bevorzugt ebenfalls als Produkt von D2 mit dem Abgasmassenstrom und der spezifischen Wärmekapazität des Abgases gebildet und besitzt daher ebenfalls die Dimension einer Wärmemenge oder eines Wärmestroms. Dann entspricht der Wert f(D1) der Differenz aus einem tatsächlichen Wärmestrom und einem hypothetischen Wärmestrom, wie ihn ein Grenzkatalysator hinter dem Katalysator24 erzeugen würde. Der Wert f(D2) entspricht analog der Differenz eines hypothetischen, maximalen Wärmestroms und des hypothetischen Wärmestroms des Grenzkatalysators hinter dem Katalysator24 . Im Rahmen einer vereinfachten Ausgestaltung kann anstelle der jeweiligen Wärmeströme auch direkt die Differenz betrachtet werden, so dass f(D1) = D1 und f(D2) = D2 ist. - Im Schritt
50 wird zum Beispiel überprüft, ob die anfänglich auf null gesetzte Zeit oder Zähl-Variable t einen vorbestimmten Schwellenwert t_s überschreitet. Bei einer aktiv für Diagnosezwecke erzeugten reduzierenden Abgasatmosphäre wird der Schwellenwert zum Beispiel so vorbestimmt, dass die über einen bestimmten Zeitraum (z.B. 10 s) erzeugte reduzierende Abgasatmosphäre vollständig durch den Katalysator24 durchgelaufen ist und dort ihre potentiell Temperatur-steigernde Wirkung entfaltet hat. - Bei einer passiv während einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters verlaufenden Diagnose kann der Schwellenwert zum Beispiel ebenfalls so vorbestimmt werden, dass die reduzierende Abgasatmosphäre vollständig durch den Katalysator
24 geströmt ist. - Weiter kann die Bildung der Größen f über die Produktbildung hinaus eine Integration der gebildeten Produkte über der Zeit oder Zähl-Variablen t umfassen.
- Solange t_s nicht überschritten wird, verzweigt das Programm vom Schritt
50 zum Schritt52 , in dem die Zeit- oder Zähl-Variable t erhöht wird, worauf sich ein erneuter Durchlauf der Schritte38 bis50 anschließt. Die Schleife aus den Schritten38 bis52 wird daher wiederholt durchlaufen, bis die im Schritt50 überprüfte Abbruchbedingung für die Zeit- oder Zähl-Variable t erreicht ist. Für die Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators24 ist es nämlich sinnvoll, das die exothermen Reaktionen über eine bestimmte Zeit, z.B. über eine Zeitspanne in der Größenordnung von bis zu 15 Sekunden andauern, um ausreichende Temperaturamplituden zu erzielen. - Alternativ können die genannten Integrale hinsichtlich ihrer Änderungsrate bewertet werden, um einen Abbruch der Diagnose in einem zum Schritt
50 vergleichbaren Schritt auszulösen. - Beim Überschreiten des Schwellenwertes t_s durch die Zeit- oder Zähl-Variable t wird der Schritt
54 erreicht, in dem der Wert f(D1) durch Quotientenbildung auf den Wert f(D2) normiert wird. In der2 ist der so gebildete Quotient als r bezeichnet. Wenn der reale Katalysator24 die optimale Konvertierungsfähigkeit eines neuwertigen Katalysators besitzt, sind Zähler und Nenner des im Schritt54 gebildeten Quotienten gleich, so dass r = 1 ist. Entspricht die Konvertierungsfähigkeit des realen Katalysators24 dagegen der eingeschränkten Konvertierungsfähigkeit eines Grenzkatalysators, so ist die Differenz D1 im Extremfall = 0, so dass auch der Zähler des Quotienten r und damit der Wert von r = 0 ist. - Alternativ zu dem Abbruch der Diagnose nach einer vorbestimmten Zeit kann die Diagnose insbesondere bei passiv herbeigeführter reduzierender Abgasatmosphäre auch erst dann beendet werden, wenn diese Abgasatmosphäre verschwindet, zum Beispiel weil eine Regeneration eines Dieselpartikelfilters beendet wurde. Ergänzend kann auch bei dieser Alternative noch abgewartet werden, bis die reduzierende Abgasatmosphäre vollständig durch den Katalysator
24 durchgelaufen ist. - Im Rahmen einer weiteren Alternative kann die Regeneration auch abgebrochen werden, wenn sich bei den gerechneten Modellen zum Beispiel stabile Temperaturen eingestellt haben, deren Änderungsrate pro Zeiteinheit kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. In diesem Fall ist bei einer länger andauernden Diagnose keine signifikante Verbesserung der Diagnoseaussagen zu erwarten. Diese Alternative ist insbesondere bei aktiv herbeigeführter reduzierender Abgasatmosphäre sinnvoll, weil die verbrauchserhöhende Erzeugung der reduzierenden Abgasatmosphäre dann ebenfalls abgebrochen werden kann.
- Das Flussdiagramm der
2 und insbesondere die Prüfung einer speziellen Abbruchbedingung im Schritt50 ist daher lediglich als Beispiel dafür zu betrachten, dass die Diagnose bei der Erfüllung einer oder mehrerer vorbestimmter Bedingungen abgebrochen wird. - Ist die Konvertierungsfähigkeit des realen Katalysators
24 sogar schlechter als die eines Grenzkatalysators, so wird die Differenz D1 und damit letztlich der Quotient r negativ. In den Werten von r bildet sich also die tatsächliche Konvertierungsfähigkeit des realen Katalysators24 ab. Dies wird im Schritt56 zur Beurteilung der Konvertierungsfähigkeit des realen Katalysators24 , also zu seiner Diagnose, ausgenutzt, in dem r mit einem Schwellenwert S verglichen wird. Im beschriebenen Beispiel wäre S typischerweise zumindest geringfügig positiv, z.B. gleich 0,2. Wenn im Schritt56 festgestellt wird, dass r < S ist, verzweigt das Programm zum Schritt62 , in dem der Katalysator als ausreichend funktionsfähig beurteilt wird. Ist r dagegen negativ oder zumindest kleiner als der positive Wert S, wird aus dem Schritt56 in den Schritt58 verzweigt, in dem der Katalysator24 als nicht ausreichend funktionsfähig beurteilt wird. Dies führt, ggf. nach statistischer Absicherung über mehrere Katalysatordiagnosen, im Schritt60 zur Aktivierung einer entsprechenden Fehleranzeige (Malfunction Indicator Light MIL) oder zum Eintrag in einen entsprechenden Fehlerspeicher des Steuergerätes33 . - Man kann den Zähler des Quotienten r als Maß für die tatsächlich exotherm freigesetzte Wärmemenge und den Nenner als Maß für eine Referenzwärmemenge betrachten, die eine optimale Umsatzfähigkeit des beschichteten realen Katalysators
24 charakterisiert. Die Berechnung des Quotienten erfolgt damit in einem Zeitfenster, in dem sowohl Sauerstoff als auch unverbrannter Kraftstoff in den Katalysator gelangt. Wie bereits erwähnt, kann die Überwachung sowohl aktiv, also in Verbindung mit einer ausschließlich zu Katalysatordiagnose eingespritzten zusätzlichen Kraftstoffmenge, die unverbrannt den Katalysator erreicht, als auch passiv, d.h. zu Zeitpunkten zu denen beispielsweise zur Regeneration eines Partikelfilters ohnehin exotherme Abgasatmosphären erzeugt werden, erfolgen. Die Normierung erlaubt eine effektive Diagnose des Katalysators24 in weiten Teilen des Betriebskennfeldes mit einer hohen Robustheit des Überwachungsergebnisses, da die freigesetzte Wärme über ein Zeitfenster aufintegriert wird, und nicht das Ergebnis zu einem einzelnen Zeitpunkt entscheidend ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dieser Art der Katalysatordiagnose nur geringe zusätzliche Kraftstoffmengen erfordert. - Die Verwendung der integrierten Wärmeströme hinter dem Katalysator
24 erlaubt insbesondere bei dem genannten aktiven Ansatz eine Diagnose mit einer sehr sparsamen Dosierung von zusätzlichem Kraftstoff. Für zuverlässige Diagnoseergebnisse genügen Temperaturamplituden im Bereich von 50 bis 70 K, die bei direkter Auswertung der gemessenen und modellierten Temperaturen durch Toleranzen und Ungenauigkeiten keine zuverlässige Aussage zulassen würden. Dabei wird unter einer direkten Auswertung einer Auswertung von Momentanwerten ohne Integration über das Zeitfenster verstanden, in dem eine exotherm reaktionsfähige Abgasatmosphäre im Katalysator existiert. Der Katalysator24 kann ein üblicher 3-Wege-Katalysator, ein katalytischer beschichteter Partikelfilter, oder aber auch ein NOx-Speicherkatalysator sein. - Bei der Bildung der ersten Modell-Temperatur kann anstelle der Hypothese des Grenzkatalysators auch eine Hypothese für einen Katalysator verwendet werden, der eine nicht mehr ausreichende Konvertierungsfähigkeit besitzt. Dann muss lediglich der Schwellenwert S, mit dem Quotient r im Schritt
56 verglichen wird, entsprechend angepasst werden. Der im Rahmen der Ausgestaltung nach2 verwendete Abgasmassenstrom kann aus Messwerten für eine in Brennräume des Verbrennungsmotors10 strömende Luftmenge oder Luftmasse und eine zudosierte Kraftstoffmenge oder Kraftstoffmasse gebildet werden. - Die Modellierung von Temperaturen des Katalysators
24 unter der Zugrundelegung verschiedener Hypothesen über seine Konvertierungsfähigkeit kann z.B. dadurch erfolgen, dass ein vor der Erzeugung einer exothermen reaktionsfähigen Abgasatmosphäre im Katalysator24 hinter dem Katalysator messbarer Temperaturwert als Startwert oder initialer Basiswert verwendet wird, und zu diesem Basiswert ein Temperaturoffset addiert wird, der sich durch eine Bilanz, also eine Summe temperatursteigernder und temperatursenkender Effekte ergibt. Temperatursteigernd wirkt vor allem eine durch exotherme Reaktionen freigesetzte Wärme. Berücksichtigt wird auch der Einfluss des Abgaswärmestroms, dessen Vorzeichen davon abhängt, ob die Abgastemperatur vor dem Katalysator24 größer oder kleiner als die Katalysatortemperatur ist. Die Abgastemperatur vor dem Katalysator kann gemessen oder modelliert werden. Ferner wird vorteilhafterweise auch der Wärmeverlust durch Abstrahlung und Fahrtwindkühlung berücksichtigt, der von der Außentemperatur und der Fahrgeschwindigkeit abhängt. Diese Größen können ebenfalls gemessen werden oder aus anderen gemessenen Größen, zum Beispiel aus der Ansauglufttemperatur bestimmt werden. Die Fahrgeschwindigkeit ist eine ohnehin im Kraftfahrzeug erfasste und daher verfügbare Größe. - Der Wert des Beitrages exothermer Reaktionen ergibt sich dabei zum Beispiel durch Division einer im Katalysator
24 freigesetzten Wärmemenge Q_K durch seine konstante Masse m_K und seine Wärmekapazität c_K, wobei dieser Quotient noch mit einem hypothetisch angenommenen Wirkungsgrad η_K multipliziert wird, der die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators24 abbildet. Der Wirkungsgrad η_K ist z.B. für einen optimalen Katalysator24 nahe bei 1 und für einen Grenzkatalysator auf jeden Fall deutlich kleiner als 1. - Der Wärmestrom Q_K kann aus Messwerten für die in Brennräume des Verbrennungsmotors strömende Luftmasse mL, den vom Sensor
22 gemessenen Lambda-Wert des Abgases und der Menge des zudosierten Kraftstoffs abgeschätzt werden. - So ist beispielsweise das Produkt aus der Differenz λ-1 und dem gesamten Luftstrom mL ein Maß für den Luftüberschuss. Die zu diesem Luftüberschuss hinzu dosierte Kraftstoffmenge mK kann mit einem Faktor 14,7 multipliziert werden und ergibt dann gewissermaßen ein Luftäquivalent der zusätzlich eingespritzten Kraftstoffmasse mK. Durch Minimalauswahl zwischen den Werten des Luftüberschusses und des genannten Luftäquivalenz ts der zusätzlich eingespritzten Kraftstoffmasse ergibt sich die Menge an stöchiometrisch reaktionsfähigem Gemisch im Katalysator
24 , die, z.B. über einen Kennlinienzugriff, in eine Wärmemenge umgerechnet werden kann.
Claims (10)
- Katalysatordiagnoseverfahren mit den Schritten: wiederholt erfolgendes Messen (
38 ) einer Ist-Temperatur hinter einem Katalysatorvolumen (24 ), wiederholt erfolgendes Berechnen (40 ) einer ersten Modell-Temperatur auf der Basis eines ersten Temperaturmodells und Beurteilen einer Konvertierungsfähigkeit des Katalysatorvolumens (24 ) auf der Basis einer ersten Differenz (D1), die von der Ist-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine zweite Modell-Temperatur auf der Basis eines zweiten Temperaturmodells berechnet (42 ) wird, eine zweite Differenz (D2) gebildet wird (46 ), die von der zweiten Modell-Temperatur und der ersten Modell-Temperatur abhängt, und das Beurteilen (58 ,62 ) der Konvertierungsfähigkeit auf der Basis eines von der ersten Differenz abhängigen Wertes erfolgt, der auf einen von der zweiten Differenz abhängigen Wert normiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Temperaturmodell die erste Modell-Temperatur durch Nachbilden einer von einem ersten Modellkatalysator freigesetzten ersten Wärmemenge bildet und das zweite Temperaturmodell die zweite Modell-Temperatur auf der Basis einer von einem zweiten Modellkatalysator freigesetzten zweiten Wärmemenge, bestimmt, wobei der zweite Modellkatalysator einen realen Katalysator (
24 ) mit voller Konvertierungsfähigkeit repräsentiert. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modellkatalysator einen realen Katalysator (
24 ) repräsentiert, der einen Übergang zwischen einem realen Katalysator (24 ) mit eingeschränkter, aber noch ausreichender Konvertierungsfähigkeit repräsentiert. - verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modellkatalysator einen realen Katalysator (
24 ) mit nicht mehr ausreichender Konvertierungsfähigkeit repräsentiert. - Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Modell-Temperatur und die zweite Modelltemperatur unter Berücksichtigung eines Abgasmassenstroms gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasmassenstrom aus einem Messwert für eine in Brennräume eines Verbrennungsmotors (
10 ) strömende Luftmenge und einer zudosierten Kraftstoffmenge gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Werte der Ist-Temperatur, der ersten Modell-Temperatur und der zweiten Modelltemperatur mit Werten des Abgasmassenstroms multipliziert werden und die erhaltenen Produkte über ein Zeitintervall integriert werden, in dem eine reaktionsfähige Abgasatmosphäre in dem Katalysatorvolumen (
24 ) herrscht. - Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem der Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen programmiert ist.
- Speichermedium einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Speichermedium ein Computerprogramm zur Anwendung in einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 7 gespeichert ist.
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in wenigstens einem der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 programmiert ist.
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