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Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer dem Katalysator nachgeschalteten Abgassonde als Nachkatsonde und einer den Wechsel zwischen Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen steuernden Motorsteuereinrichtung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) mittels der Motorsteuereinrichtung wird ein Fettbetrieb oder in einem alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgegeben,
b) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten fetten oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageren Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde wird von der Motorsteuereinrichtung ein Magerbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein Fettbetrieb vorgegeben und eine Zeitmessung gestartet,
c) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten mageren oder im alternativen Steuerungsbetrieb fetten Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde wird von der Motorsteuereinrichtung wieder ein Fettbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgegeben, und
d) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten fetten oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageren Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde wird von der Motorsteuereinrichtung die Zeitmessung gestoppt und die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende der Zeitmessung als Diagnosezeit zur Bestimmung des Katalysator-Alterungszustandes...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
  • Es ist allgemein bekannt, Motorsteuerungen von Kraftfahrzeugen mit Eigendiagnosesystemen, sogenannten On-Board-Diagnosesystemen, auszustatten, die alle abgasbeeinflussenden Systeme, Funktionen und Bauteile überwachen und den Fahrer informieren, falls ein Fehlverhalten dieser Bauteile eintritt. Für die Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine werden hierzu jeweils Messgrößen vor und nach dem Katalysator erfasst und ausgewertet. Die Erfassung der Messgrößen erfolgt mittels Abgassensoren, insbesondere mittels Lambdasonden. Beispielsweise ist ein derartiges Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine aus der DE 103 05 452 A1 bekannt, mit dem die Speicherfähigkeit für Sauerstoff mit höherer Genauigkeit bestimmt werden soll. Dazu wird der Sauerstoffspeicher des Katalysators nach einer Regenerationsphase zunächst nur verzögert befällt, so dass ein zeitlicher Verlauf eines die Speicherfähigkeit des Katalysators repräsentierenden Abgassensorsignals zeitlich gedehnt auszuwerten ist. Eine ähnliche Verfahrensführung ist auch aus der DE 103 09 421 A1 sowie aus der DE 102 57 059 A1 bekannt.
  • Weiter ist aus der DE 40 39 762 A1 ein Verfahren zum Überprüfen des Alterungszustandes eines Katalysators bekannt, bei dem untersucht wird, ob bei einem Übergang von einem Magerbetrieb zu einem Fettbetrieb, der innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne stattfindet, ein Überschwinger des Sondensignals auftritt, der eine vorgegebene Amplitude überschreitet. Aus einem derartigen, eventuell auftretenden Überschwinger wird auf den Alterungszustand des Katalysators geschlossen. Analoges ist bei einem Übergang von einem Fettbetrieb zum Magerbetrieb möglich.
  • All diesen zuvor genannten Verfahrensführungen ist gemeinsam, dass diese Aufbauten zwei Messsensoren erfordern, von denen einer vor und einer nach dem Katalysator angeordnet ist, um eine zuverlässige Diagnose des Alterungszustandes eines Katalysators zu ermöglichen. Dies ist relativ bauteilintensiv und damit auch teuer.
  • Aus der DE 103 19 983 B3 ist ein Verfahren zur Lambdaregelung und zur Katalysatordiagnose bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die üblicherweise verwendeten zwei Lambdasonden durch einen NOx-Sensor ersetzt werden. Dieser NOx-Sensor ist in dem Katalysator oder stromabwärts von diesem angeordnet und misst einen Wert für die Sauerstoffkonzentration und einen Wert für die NOx-Konzentration im Abgas und legt diese Messwerte an eine Motorsteuerung an. Die Motorsteuerung selbst gibt für eine Kraftstoffeinspritzung eine Zwangsanregung mit einem um einen mittleren Lambdawert schwankenden fetten und mageren Gemisch vor, der mit dem Messwert für die O2-Konzentration berechnet wird. Mit dem Messwert für die NOx-Konzentration wird dagegen der Zustand des Katalysators diagnostiziert.
  • Aus der US 5 325 664 A ist eine Verfahrensführung bekannt, bei der eine erste Zeit TL bestimmt wird, bei der es sich um die Zeit handelt, die verstreicht, um einen Korrekturkoeffizienten von der fetten Seite auf die mageren Seite überzuführen, und zwar zum Zeitpunkt, zu dem die Sauerstoffkonzentration von fett auf mager übergeht. Entsprechend handelt es sich der einer zweiten Zeit um die Zeit, die verstreicht, um ebenfalls wiederum den Korrekturkoeffizienten von der mageren auf die fette Seite überzuführen, und zwar ebenfalls wiederum zu dem Zeitpunkt, zu dem die Sauerstoffkonzentration von mager auf fett übergeht. Weiter wird die Bestimmung der Güte des Katalysators erst dann vorgenommen, wenn die Anzahl der Messungen der zweiten Zeit eine vorgegebene Anzahl von Messungen übersteigt. Falls dies der Fall ist, wird in einem ersten Verfahrensschritt aus der Summe der beiden gemessenen Zeiten, jeweils geteilt durch die Anzahl ihrer jeweiligen Messungen, eine Gesamt-Zeitdauer ermittelt. Auf der Basis dieser Gesamt-Zeitdauer kann dann eine Aussage über die Güte des Katalysators getroffen werden. Die Ermittlung der Zeit basiert somit hier auf der schrittweisen Überführung des Korrekturkoeffizienten von der fetten auf die magere Seite bzw. von der mageren auf die fette Seite.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer insbesondere magerlauffähigen Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem bzw. der auf einfache Weise eine zuverlässige Diagnose des Alterungszustandes eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Gemäß Anspruch 1 wird mittels der Motorsteuereinrichtung ein Fettbetrieb oder in einem alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgegeben. Sobald mittels der Nachkatsonde ein in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten genauer definiertes fettes oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein mageres Abgas erfasst wird, wird von der Motorsteuereinrichtung auf einen Magerbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb auf einen Fettbetrieb umgeschalten und eine Zeitmessung gestartet. Sobald mittels der Nachkatsonde nunmehr ein wiederum schwellwertdefiniertes mageres oder im alternativen Steuerungsbetrieb fettes Abgas erfasst wird, wird von der Motorsteuereinrichtung wieder auf einen Fettbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb auf einen Magerbetrieb umgeschaltet. Anschließend wird dann, sobald mittels der Nachkatsonde ein schwellwertdefiniertes fettes oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageres Abgas erfasst wird, von der Motorsteuereinrichtung die Zeitmessung gestoppt und die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende der Zeitmessung als Diagnosezeit zur Bestimmung des Katalysator-Alterungszustandes ausgewertet.
  • Mit einer derartigen Verfahrensführung wird mit nur einer einzigen nach dem Katalysator angeordneten Nachkatsonde eine zuverlässige Diagnose des Alterungszustandes eines Katalysators ermöglicht, ohne dass dafür die Abgasgemischzusammensetzung am Katalysatoreingang erfasst werden muss. Dadurch kann somit eine Abgassonde vor dem Katalysator eingespart werden, was die Bauteilkosten erheblich reduziert.
  • Bevorzugt ist die Nachkatsonde durch eine Lambdasonde gebildet, so dass als Umschaltkriterium zwischen dem Fettbetrieb und dem Magerbetrieb jeweils Lambdaschwellwerte für die fette und magere Abgaszusammensetzung vorgegeben werden können. Dies sind für die fette bzw. magere Abgaszusammensetzung der unterschiedlichen Verfahrensstufen bevorzugt gleiche Werte. Grundsätzlich können aber auch für unterschiedliche Verfahrensschritte unterschiedliche Werte vorgegeben sein.
  • Weiter können die das Umschalten zwischen dem Fettbetrieb und dem Magerbetrieb freigebenden Werte für die fette oder magere Abgaszusammensetzung grundsätzlich jeden für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine geeigneten Wert von Lambda kleiner bzw. Lambda größer 1 aufweisen, z. B. ein Lambda von 1,1 für die magere und ein Lambda von 0,9 für die fette Abgaszusammensetzung.
  • Zur Bestimmung des Katalysators-Alterungszustandes wird die ermittelte Diagnosezeit bevorzugt mit in einem Kennfeld der Motorsteuereinrichtung abgelegten Vergleichszeiten für unterschiedliche Alterungszustände verglichen, die z. B. empirisch oder rechnerisch ermittelt worden sind. Sobald ein vorgegebener kritischer Alterungszustand des Katalysators erreicht ist, wird ein On-Board-Diagnosesignal ausgelöst und damit z. B. dem Fahrer eine Wartungsnotwendigkeit angezeigt.
  • Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
  • Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich die zuvor bereits in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung genannten Vorteile.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt schematisch ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sobald mittels einer Motorsteuereinrichtung im Rahmen einer On-Board-Diagnose ein Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine gestartet werden soll, wird eine magerlauffähige Brennkraftmaschine (Abkürzung: BKM im Flussdiagramm), z. B. ausgehend von einem Magerbetrieb oder einem stöchiometrischen Betrieb (Lambda gleich 1), in einen Fettbetrieb umgeschalten. Auch ein fetter Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann hier grundsätzlich den Ausgangspunkt für diese Verfahrensführung bilden. In diesem Fall kann dann sofort die nachfolgend beschriebene Umschaltung der Brennkraftmaschine und Aktivierung der Zeitmessung eingeleitet werden (analoges gilt beim alternativen Steuerungsbetrieb und „Vorgabe" eines Magerbetriebs).
  • Sobald anschließend mit der dem Katalysator nachgeschalteten Abgassonde, z. B. einer Lambdasonde, ein Lambdawert des Abgasstromes von kleiner 0,9 erfasst ist, wird mittels der Motorsteuereinrichtung ein Brennkraftmaschinen-Magerbetrieb vorgegeben sowie gleichzeitig mittels einer Zeitmesseinrichtung eine Zeitmessung gestartet.
  • Sobald die Nachkatsonde dann einen Lambdawert der Abgaszusammensetzung von größer als 1,1 erfasst, wird mittels der Motorsteuereinrichtung wieder in einen Fettbetrieb der Brennkraftmaschine umgeschalten, und zwar so lange, bis die Nachkatsonde wieder einen Lambdawert der Abgaszusammensetzung erfasst, der kleiner als 0,9 ist. In diesem Fall wird dann die Zeitmessung der Zeitmesseinrichtung gestoppt und die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende der Zeitmessung als Diagnosezeit zur Bestimmung des Katalysator-Alterungszustandes ausgewertet. Hierzu wird die ermittelte Diagnosezeit mit in einem Kennfeld der Motorsteuereinrichtung abgelegten Vergleichszeiten für unterschiedliche Alterungszustände verglichen.
  • Sofern im Rahmen dieser Auswertung der ermittelten Diagnosezeit auf einen vorgegebenen kritischen Alterungszustand des Katalysators geschlossen werden kann, wird von der Motorsteuereinrichtung ein On-Board-Diagnosesignal ausgegeben, das z. B. dem Fahrer eine Wartungsnotwendigkeit anzeigt.
  • Die zuvor genannten Schwellwerte sind hier nur beispielhaft und können jederzeit an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst vorgegeben werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer dem Katalysator nachgeschalteten Abgassonde als Nachkatsonde und einer den Wechsel zwischen Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen steuernden Motorsteuereinrichtung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) mittels der Motorsteuereinrichtung wird ein Fettbetrieb oder in einem alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgegeben, b) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten fetten oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageren Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde wird von der Motorsteuereinrichtung ein Magerbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein Fettbetrieb vorgegeben und eine Zeitmessung gestartet, c) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten mageren oder im alternativen Steuerungsbetrieb fetten Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde wird von der Motorsteuereinrichtung wieder ein Fettbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgegeben, und d) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten fetten oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageren Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde wird von der Motorsteuereinrichtung die Zeitmessung gestoppt und die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende der Zeitmessung als Diagnosezeit zur Bestimmung des Katalysator-Alterungszustandes ausgewertet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachkatsonde eine Lambdasonde ist und als Umschaltkriterium zwischen dem Fettbetrieb und dem Magerbetrieb jeweils Lambdaschwellwerte für die fette und magere Abgaszusammensetzung vorgegeben werden, die in einem Kennfeld der Motorsteuereinrichtung abgelegt sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Diagnosezeit zur Bestimmung des Katalysator-Alterungszustandes mit in einem Kennfeld der Motorsteuereinrichtung abgelegten Vergleichzeiten für unterschiedliche Alterungszustände verglichen wird, und dass nach Erreichen eines vorgegebenen kritischen Alterungszustandes ein On-Board-Diagnosesignal ausgegeben wird.
  4. Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, mit einem im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysator, dem eine einzige Abgassonde zugeordnet ist, die als Nachkatsonde stromab des Katalysators im Abgasstrang angeordnet ist, und mit einer den Wechsel zwischen Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen steuernden Motorsteuereinrichtung sowie mit einer Zeitmesseinrichtung, wobei: a) mittels der Motorsteuereinrichtung ein Fettbetrieb oder in einem alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgebbar ist, b) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten fetten oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageren Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde von der Motorsteuereinrichtung ein Magerbetrieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein Fettbetrieb vorgegeben und mittels der Zeitmesseinrichtung eine Zeitmessung gestartet wird, c) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten mageren oder im alternativen Steuerungsbetrieb fetten Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde von der Motorsteuereinrichtung wieder ein Fettbe trieb oder im alternativen Steuerungsbetrieb ein Magerbetrieb vorgegeben wird, und d) nach der Erfassung einer schwellwertdefinierten fetten oder im alternativen Steuerungsbetrieb mageren Abgaszusammensetzung mittels der Nachkatsonde von der Motorsteuereinrichtung die Zeitmesseinrichtung gestoppt und die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende der Zeitmessung als Diagnosezeit zur Bestimmung des Katalysator-Alterungszustandes ausgewertet wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitmesseinrichtung Bestandteil der Motorsteuereinrichtung ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachkatsonde eine Lambdasonde ist.
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