DE102005050546A1 - Verfahren zur Diagnose eines Abgaskatalysators - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors (1) angeordneten Abgaskatalysators (3, 3') vorgeschlagen, bei dem von einem normalen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors (1) in einen Diagnosebetriebsmodus gewechselt wird, wobei im normalen Betriebsmodus und im Diagnosebetriebsmodus ein eine Temperatur des Abgaskatalysators (3, 3') charakterisierender Temperaturwert in der Abgasreinigungsanlage ermittelt wird und durch Bewerten einer durch den Betriebsmoduswechsel verursachten Änderung des Temperaturwerts ein Alterungszustand des Abgaskatalysators (3, 3') ermittelt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird im Diagnosebetriebsmodus der Verbrennungsmotor (1) mit einem periodisch schwingenden Motor-Lambda betrieben, wobei Amplitude und Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung derart eingestellt werden, dass sich bei einem ungealterten Abgaskatalysator (3, 3') eine Temperaturänderung des Abgaskatalysators (3, 3') gegenüber dem normalen Betriebsmodus ergibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgaskatalysators mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • In der WO 96/01364 ist ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgaskatalysators offenbart, bei welchem mittels eines Temperaturfühlers in einem Diagnosebetriebsmodus ein eine Temperatur des Abgaskatalysators charakterisierender Temperaturwert ermittelt wird. Dabei wird im Diagnosebetriebsmodus durch Einstellen eines geeigneten Motor-Lambda-Werts und mittels einer Luftpumpe eine Abgaszusammensetzung eingestellt, welche eine maximale Oxidation der im Abgas enthaltenen Reduktionsmittel ermöglicht. Ein Bordcomputer bewertet einen durch den Wechsel in den Diagnosebetriebsmodus verursachten Temperaturanstieg im Katalysator in Bezug auf die Aktivität des Katalysators. Ist der durch die exotherme Oxidationsreaktionen bedingte Temperaturanstieg zu niedrig, so wird der Betreiber des entsprechenden Fahrzeugs mittels einer Anzeige auf eine mangelnde Funktion des Katalysators hingewiesen.
  • Eine Luftzufuhr ins Abgas mittels einer Luftpumpe ist jedoch aufwändig und die zugeführte Luft nimmt Einfluss auf die Temperaturerhöhung im Katalysator. Daher weist die so durchgeführte Katalysatordiagnose nicht immer die gewünschte Zuverlässigkeit auf.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches eine zuverlässigere Diagnose eines Abgaskatalysators erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird der Verbrennungsmotor im Diagnosebetriebsmodus mit einem periodisch schwingenden Motor-Lambda betrieben, wobei Amplitude und Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung derart eingestellt werden, dass sich bei einem ungealterten Abgaskatalysator eine Temperaturänderung des Abgaskatalysators gegenüber dem normalen Betriebsmodus ergibt. Dabei wird unter dem Motor-Lambda wie üblich das Verhältnis von dem Motor zugeführter Luftmenge zu dem Motor zugeführter Kraftstoffmenge (Luft-Kraftstoffverhältnis) verstanden. Bei stöchiometrischen Verhältnissen ergibt sich ein Motor-Lambda-Wert von Eins. Ein Motor-Lambda-Wert von größer als Eins entspricht einer mageren Luft-Kraftstoffmischung mit einem Luftüberschuss, während ein Motor-Lambda-Wert von kleiner als Eins einer fetten Luft-Kraftstoffmischung mit einem Kraftstoffüberschuss entspricht. Ohne eine Quelle oder Senke für reduzierende oder oxidierende Abgasbestandteile entspricht der Lambdawert des Abgases (Abgas-Lambda) dem Wert des Motor-Lambda. In diesem Fall weist bei einem Motor-Lambda-Wert von größer als Eins das Abgas eine oxidierende Zusammensetzung mit einem mehr oder weniger großen Anteil an Restsauerstoff auf. Bei einem Motor-Lambda-Wert von kleiner als Eins weist das Abgas eine reduzierende Zusammensetzung mit einem mehr oder weniger großen Anteil an unverbrannten reduzierenden Bestandteilen auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Diagnose eines Abgaskatalysators mit Sauerstoffspeicherfähigkeit geeignet. Der Abgaskatalysator weist vorzugsweise einen Trägerkörper mit einer Vielzahl von Strömungskanälen für das Abgas auf, die mit einer katalytischen Beschichtung mit Sauerstoffspeicherfähigkeit versehen sind. Dies ermöglicht insbesondere eine Katalysierung von Redoxreaktionen. Wird dem Katalysator Abgas mit Sauerstoffüberschuss zugeführt, so kann Sauerstoff von der Beschichtung aufgenommen und eingespeichert werden. Der aufgenommene Sauerstoff steht für eine Oxidation von reduzierenden Abgasbestandteilen zur Verfügung, so dass diese gegebenenfalls aus dem Abgas entfernt und unschädlich gemacht werden können. Dabei werden entsprechende Wärmemengen infolge der exothermen Oxidationsreaktionen frei, welche eine Temperaturerhöhung des Abgaskatalysators zur Folge haben. Die Menge des im Katalysator eingespeicherten Sauerstoffs bestimmt, in welchem Ausmaß die Oxidationsreaktionen ablaufen können und damit das Ausmaß der Temperaturerhöhung.
  • Insbesondere infolge einer Beanspruchung durch erhöhte Temperaturen kann sich eine Alterung des Abgaskatalysators mit einer Verminderung seiner Sauerstoffspeicherfähigkeit ergeben. Es können jedoch auch andere alterungsbedingte Veränderungen wie beispielsweise ein Korngrößenwachstum von katalytisch wirksamen Edelmetallkristalliten oder Sinterungseffekte eintreten. Die Funktion des Abgaskatalysators wird dadurch beeinträchtigt, was durch das erfindungsgemäße Verfahren festgestellt werden kann.
  • Wenn also der Verbrennungsmotor im Diagnosebetriebsmodus mit einem periodisch schwingenden Motor-Lambda derart betrieben wird, dass sich bei einem ungealterten Abgaskatalysator eine Temperaturänderung des Abgaskatalysators gegenüber dem normalen Betriebsmodus ergibt, so ergibt sich bei einem gealterten Abgaskatalysator je nach Ausmaß einer Katalysatoralterung und je nach Ausführung der Motor-Lambda-Schwingung eine demgegenüber abweichende Temperaturänderung. Durch eine Bewertung einer durch den Betriebsmoduswechsel verursachten Änderung eines eine Temperatur des Abgaskatalysators charakterisierenden Temperaturwerts kann daher der Alterungszustand des Abgaskatalysators ermittelt und eine Diagnose des Abgaskatalysators durchgeführt werden. Die Bewertung der Temperaturänderung erfolgt zweckmäßigerweise durch einen Vergleich von Temperaturwerten vor und nach dem Wechsel vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus.
  • Zweckmäßig ist es dabei, mittels wenigstens eines Temperaturfühlers eine Temperatur im Abgassystem zu erfassen, welche mit der Temperatur des zu diagnostizierenden Katalysators korreliert. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Temperaturfühler im Katalysator und/oder ausgangsseitig des Katalysators vorgesehen.
  • Was die Art der Motor-Lambda-Schwingung betrifft, so ist es lediglich erforderlich, abwechselnd einen Lambdawert von größer und kleiner als Eins einzustellen, um die Voraussetzungen für einen Ablauf der genannten Oxidationsreaktionen zu schaffen. Es kann eine sowohl bezüglich der Motor-Lambda-Werte als auch hinsichtlich der Zeitanteile unsymmetrische Schwingung eingestellt werden. Bevorzugt sind jedoch diesbezüglich symmetrische Bedingungen. Die Motor-Lambda-Schwingung kann ansonsten prinzipiell beliebig gestaltet werden. Geeignet sind sinusförmige oder rampenförmige Schwingungen. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Rechteckschwingung.
  • In Ausgestaltung des Verfahrens werden im Diagnosebetriebsmodus eine im wesentlichen konstante Amplitude und/oder Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung eingestellt. Dadurch ergeben sich im Diagnosebetriebsmodus rasch stabile thermische Verhältnisse, was die Bewertung der Temperaturänderung verbessert. Vorzugsweise werden geeignete, vorab ermittelte Werte für Amplitude und Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung in einem Steuergerät abgelegt und beim Übergang vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus eingestellt.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird im Diagnosebetriebsmodus eine um einen Mittelwert von Eins schwingende Motor-Lambda-Schwingung eingestellt. Dem zu diagnostizierenden Abgaskatalysator werden somit abwechselnd „Abgaspakete" mit oxidierender und reduzierender Zusammensetzung zugeführt. Je nach Ausprägung der Sauerstoffspeicherfunktion wird durch Zufuhr eines jeweiligen sauerstoffhaltigen, oxidierend wirkenden Abgaspakets im Abgas enthaltener Sauerstoff in mehr oder weniger großem Ausmaß in das Beschichtungsmaterial eingespeichert. Der eingespeicherte Sauerstoff reagiert mit den im nachfolgenden, reduzierend wirkenden Abgaspaket enthaltenen Reduktionsmitteln unter Freisetzung von Reaktionswärme, welche zumindest teilweise auf den Katalysator übertragen wird und dessen Temperatur beeinflusst. Durch eine um den Mittelwert von λ = 1,0 schwingende Motor-Lambda-Schwingung tritt dieser Effekt besonders ausgeprägt in Erscheinung. Zudem kann zumindest bei einem ungealterten Katalysator auch im Diagnosebetriebsmodus eine sehr gute Abgasreinigung erzielt werden, da bei einer im Mittel um λ = 1,0 schwingenden Motor-Lambda-Schwingung sowohl reduzierende als auch oxidierende schädliche Bestandteile aus dem Abgas entfernt werden können. Da das Ausmaß der auf den Katalysator übertragenen Wärmemenge direkt mit dessen Sauerstoffspeicherfähigkeit korreliert, ist durch Auswertung der infolge der Motor-Lambda-Schwingung im Diagnosebetrieb bewirkten Temperaturänderung im Katalysator eine zumindest näherungsweise Ermittlung der Größe des wirksamen Sauerstoffspeichers und damit auch dessen alterungsbedingte Abnahme ermöglicht.
  • Je nach den zeitlich vor dem Diagnosebetriebsmodus im normalen Betriebsmodus eingestellten Bedingungen erfährt der Abgaskatalysator eine Temperaturerhöhung oder eine Temperaturverminderung. Wird beispielsweise im normalen Betriebsmodus ebenfalls eine Motor-Lambda-Schwingung durchgeführt, so vermindert sich der Wärmeeintrag in den Katalysator im Diagnosebetrieb, wenn dabei eine kleinere Amplitude der Motor-Lambda-Schwingung eingestellt wird. In einem solchen Fall sinkt daher die Temperatur des Katalysators nach einem Übergang vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus. Die Temperaturabnahme kann auch in diesem Fall im Hinblick auf eine Ermittlung einer Katalysatoralterung ausgewertet werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens der Verbrennungsmotor im normalen Betriebsmodus mit einem periodisch schwingenden Motor-Lambda betrieben wird und die Amplitude der Motor-Lambda-Schwingung im Diagnosebetriebsmodus größer als im normalen Betriebsmodus eingestellt wird. In diesem Fall ergibt sich eine Temperaturerhöhung des Katalysators nach einem Übergang vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus, welche umso größer ausfällt, je weniger der Katalysator gealtert ist. Somit kann durch eine Bewertung der ermittelten Temperaturerhöhung der Alterungszustand des Katalysators ermittelt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird im normalen Betriebsmodus eine um einen Mittelwert von Eins schwingende Motor-Lambda-Schwingung eingestellt. Der Abgaskatalysator wird somit als Dreiwege-Katalysator betrieben, was eine besonders effektive Abgasreinigung ermöglicht. Vorteilhaft ist hierbei eine vergleichsweise kleine Schwingungsamplitude von etwa +/– 0,3 % bis +/– 3 %. Besonders bevorzugt ist eine Einstellung einer Schwingungsamplitude von etwa +/– 1,5 %, d.h. einer zwischen λ = 0,985 und λ = 1,015 schwingenden Motor-Lambda-Schwingung.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird im Diagnosebetriebsmodus eine gegenüber dem normalen Betriebsmodus veränderte Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung eingestellt. Vorzugsweise wird im Diagnosebetriebsmodus eine im Vergleich zum normalen Betriebsmodus erhöhte Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung eingestellt. Dadurch erfolgen die entsprechenden Wärmefreisetzungen in rascherer Folge, wodurch eine vergleichmäßigende Wirkung erzielt wird. Es kann jedoch auch eine Verminderung der Frequenz vorgesehen sein. Vorteilhaft ist eine Frequenz von etwa 0,5 Hz bis 5 Hz im Diagnosebetriebsmodus. Besonders bevorzugt ist eine Einstellung einer Motor-Lambda-Schwingung mit etwa 2 Hz im Diagnosebetriebsmodus und von etwa 1 Hz im normalen Betriebsmodus.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Temperaturwert im hinteren Bereich des Abgaskatalysators und/oder ausgangsseitig des Abgaskatalysators ermittelt. Dies ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung einer durch einen Wechsel vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus verursachten Temperaturänderung des Abgaskatalysators. Besonders einfach ist es, einen Temperaturfühler mit geringem Abstand ausgangsseitig des Abgaskatalysators anzuordnen. Für eine Steigerung der Genauigkeit ist es vorteilhaft, wenn alternativ oder zusätzlich ein Temperaturfühler im Katalysator angeordnet ist, vorzugsweise in direktem Kontakt mit der Beschichtung.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Signal erzeugt, das auf einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators hinweist, wenn die durch den Betriebsmoduswechsel verursachte Änderung des Temperaturwerts einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet. Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, eine Mehrzahl von Grenzwerten, beispielsweise in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur und/oder von Amplitude und Frequenz der Lambdaschwingung im Diagnosebetriebsmodus und/oder im normalen Betriebsmodus vorzuhalten. Die entsprechenden Grenzwerte können jedoch auch in Form einer formelmäßigen Abhängigkeit verfügbar gemacht werden. Die Grenzwerte bzw. deren formelmäßige Abhängigkeiten werden zweckmäßigerweise vorab ermittelt, beispielsweise durch experimentelle Vermessung eines grenzwertig gealterten Abgaskatalysators unter praxisrelevanten Bedingungen.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Wechsel vom normalen Betriebsmodus zum Diagnosebetriebsmodus an das Vorliegen bestimmter Freigabebedingungen geknüpft, wobei die Freigabebedingungen das Vorliegen einer in einen vorgegebenen Temperaturbereich fallenden Größe für den ermittelten Temperaturwert und/oder das Vorliegen eines wenigstens annähernd stationären Motorbetriebszustands umfassen. Durch diese Randbedingungen wird eine verbesserte Zuverlässigkeit der Katalysatordiagnose erreicht, da ein Umschalten vom normalen Betriebsmodus zum Diagnosebetriebsmodus lediglich dann ermöglicht wird, wenn für eine Auswertung der zu erwartenden Temperaturänderung günstige Bedingungen vorliegen.
  • Was die Zeitpunkte für eine Katalysatordiagnose betrifft, so kann diese turnusmäßig, beispielsweise nach jedem Start des Verbrennungsmotors oder nach Fahrstreckenintervallen vorgegebener Länge oder jeweils nach dem Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Grenzwerts für die Katalysatortemperatur vorgesehen sein.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Alterungszustand des hinteren Katalysatorteils eines geteilten Abgaskatalysators mit einem vorderen und einen in Abgasströmungsrichtung mit geringem Abstand dahinter angeordneten größeren hinteren Teil bewertet. Vorzugsweise sind dabei die beiden Katalysatorteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Durch die Zweiteilung des Abgaskatalysators ist es auf einfache Weise möglich, den besonderen Beanspruchungen ausgesetzten vorderen Teil andersartig als den hinteren Teil auszuführen und/oder separat zu überwachen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens eingangsseitig des Abgaskatalysators bzw. dessen vorderen Teils eine erste Lambdasonde und zwischen dem vorderen und dem hinteren Teil eine zweite Lambdasonde angeordnet ist und die Lambdasonden jeweils einen Abgas-Lambdawert erfassen, wobei durch einen Vergleich der von der ersten Lambdasonde und von der zweiten Lambdasonde erfassten Abgas-Lambdawerte eine Sauerstoffspeicherfähigkeit für den vorderen Teil des Abgaskatalysators ermittelt wird. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Katalysatordiagnose. Dabei ist es vorteilhaft, den Verbrennungsmotor mit periodisch schwingendem Motor-Lambda zu betreiben und die von den Lambdasonden erfassten Lambdawerte bezüglich einer Phasenverschiebung und/oder Amplitudendämpfung der Abgas-Lambdawerte auszuwerten.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei Unterschreiten eines vorgebbaren Mindestwerts für die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit ein Signal erzeugt, das auf einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators hinweist. Da insbesondere die Leistungsfähigkeit des vorderen Katalysatorteils bei niedrigen Abgastemperaturen von Bedeutung ist, kann durch die separate Überwachung des vorderen Katalysatorteils mittels der Lambdasonden eine unzulässige Abnahme der Reinigungswirkung des Abgaskatalysators insbesondere bei niedrigen Abgastemperaturen rechtzeitig erkannt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Plausibilitätsprüfung der durch Bewerten der durch den Betriebsmoduswechsels verursachten Änderung des Temperaturwerts und der durch Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit gegebenenfalls erzeugten Signale für einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators vorgesehen. Dabei wird das Signal für einen unzulässig gealterten Abgaskatalysator nur dann gültig geschaltet, wenn beide Signale auf einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators hinweisen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des die Temperatur des Abgaskatalysators charakterisierenden Temperaturwerts durch Auswertung eines Signals eines in den Abgaskatalysator eingebrachten Temperaturfühlers und/oder durch Auswertung eines Widerstandswerts einer Nernst-Zelle oder eines Heizelements einer im Bereich des Abgaskatalysators in der Abgasreinigungsanlage angeordneten Lambdasonde erfolgt. Besonders kostengünstig ist es, die meist ohnehin vorgesehene Lambdasonde als Temperaturfühler einzusetzen, indem zur Temperaturermittlung der temperaturabhängige Widerstandswert der Nernst-Zelle der Lambdasonde oder des Lambdasondenheizelements ausgewertet wird.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 einen Verbrennungsmotor mit Abgasreinigungsanlage zur Verifizierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,
  • 2 ein Messwertdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3a einen schematisch dargestellten Abbau einer Lambdaschwingung in einem Abgaskatalysator und
  • 3b bis 3d sich ergebende Temperaturverhältnisse bei Beaufschlagung unterschiedlich gealterter Abgaskatalysatoren mit einer Lambdaschwingung gemäß 3a.
  • In 1 ist lediglich schematisch ein Verbrennungsmotor 1 mit zwei Zylinderbänken 1a, 1b und zwei daran angeschlossenen Abgassträngen 2, 2' dargestellt. Die Zylinderbänke 1a, 1b sowie die Abgasstränge 2, 2' sind gleichartig mit sich einander entsprechenden Komponenten ausgeführt, wobei die jeweiligen Komponenten des zweiten Abgasstrangs 2' zur Unterscheidung durch ein jeweils gestrichenes Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die nachfolgenden Erläuterungen beschränken sich überwiegend auf den ersten Abgasstrang 2, sind jedoch in gleicher Weise auf den zweiten Abgasstrang 2' übertragbar.
  • Im ersten Abgasstrang 2 ist motornah ein Abgaskatalysator 3 angeordnet, der in der Art eines Dreiwege-Katalysators mit Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgeführt ist. Zur Erzielung der Sauerstoffspeicherfähigkeit ist der Abgaskatalysator 3 mit einer Beschichtung versehen, welche oxidische Komponenten enthält, die in Verbindung mit einem Wertigkeitswechsel Sauerstoff aufnehmen können. Hierfür sind vorzugsweise Oxide der Seltenen Erden, insbesondere Oxide oder Mischoxide der Elemente Praseodym und Cer vorgesehen. Der Abgaskatalysator 3 weist zwei separate Teile 4, 5 auf, die mit geringem Abstand voneinander in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut sind. Der vordere Katalysatorteil 4 ist kleiner mit kürzerer Länge ausgeführt als der hintere Katalysatorteil 5 und stellt die Frontzone des Katalysators 3 dar. Eingangsseitig des vorderen Katalysatorteils 4 sind ein erster Temperaturfühler 6 sowie eine erste Lambdasonde 10 angeordnet, mit welchen die Temperatur bzw. der Lambdawert des in den Katalysator 3 eintretenden Abgases ermittelt werden können. Die erste Lambdasonde 10 dient dabei in an sich bekannter weise als Regelsonde zur Einstellung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (Motor-Lambda) der dem Verbrennungsmotor 1 zugeführten Luft-Kraftstoffmischung.
  • Ein zweiter und ein dritter Temperaturfühler 7 und 8 sind in den ersten Katalysatorteil 4 bzw. in den zweiten Katalysatorteil 5 eingebaut und ermöglichen die Erfassung der Temperatur in den jeweiligen Katalysatorteilen 4, 5. In dem Zwischenraum zwischen den Katalysatorteilen 4, 5 ist eine zweite Lambdasonde 9 angeordnet, welche einerseits ebenfalls der Einstellung des Motor-Lambdas, andererseits als Diagnosesonde für den ersten Katalysatorteil 4 dient.
  • Die Temperaturfühler 6, 7, 8 sowie die Lambdasonden sind in nicht näher dargestellter weise mit einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit verbunden, welche vorzugsweise als Teil eines Motorsteuergeräts ausgeführt ist. Auf diese weise können die entsprechenden Signale ausgewertet und der Betrieb des Verbrennungsmotors entsprechend gesteuert werden.
  • Auf Grund der zweiflutigen Ausführung ist der in 1 dargestellte Aufbau besonders gut zur Verifizierung des erfindungsgemäßen Katalysatordiagnoseverfahrens geeignet, da die Eigenschaften der in den Abgassträngen 2, 2' angeordneten Abgaskatalysatoren 3, 3' direkt miteinander verglichen werden können.
  • Im normalen Betriebsmodus wird der Verbrennungsmotor 1 mit einem um einen Mittelwert von Eins schwingenden Motor-Lambda betrieben, wobei der Mittelwert mit Hilfe der zweiten Lambdasonde 9 als Führungssonde eingestellt wird, während mit Hilfe der ersten Lambdasonde 10 u.a. die Lambdaschwingung vorgegeben wird. Dabei werden bevorzugt Lambdasonden mit stetiger Kennlinie eingesetzt. Diese Art von Lambdasonden sind zur Einstellung einer definierten Lambdaschwingung besonders gut geeignet. Die Lambdawerte des Abgases (Abgas-Lambda) eintrittseitig des im ersten Abgasstrang 2 als erster Katalysator angeordneten Abgaskatalysators 3 entsprechen dabei denen des Motor-Lambdas. Vorzugsweise wird möglichst genau um den Mittelwert von Eins schwingender Motor-Lambda-Wert eingestellt, da dann die Reinigungswirkung des Dreiwege-Katalysators 3 optimal ist. Die Amplitude der Motor-Lambda-Schwingung wird vorzugsweise vergleichsweise klein eingestellt. Typischerweise schwingen die Motor-Lambda-Werte symmetrisch etwa zwischen λ = 0,985 und λ = 1,015 mit einer Frequenz von etwa 1 Hz. Für den normalen Betriebsmodus können jedoch auch andere Werte für die Motor-Lambda-Schwingung eingestellt werden. Insbesondere kann die Amplitude auch kleinere Werte annehmen. Im Grenzfall ist ein nahezu konstanter Wert von λ ≈ 1,00 möglich. Ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor wird dabei vorzugsweise mit einer homogenen Luft-Kraftstoffmischung in den Brennräumen betrieben, wobei die entsprechende Kraftstoffmenge vorzugsweise durch jeweils eine einzelne Kraftstoffeinspritzung je Arbeitszyklus den Brennräumen zugeführt wird.
  • Die Eigenschaft der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC = oxygen storage capacity) des Abgaskatalysators 3 führt dazu, dass die Lambdaschwingung über die Länge des Abgaskatalysators 3 gedämpft bzw. abgebaut wird. Bei einem ungealterten Katalysator ist je nach Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit auch bei etwas stärker ausgeprägter Amplitude ausgangsseitig die Schwingung mehr oder weniger stark abgebaut oder gar nicht mehr erkennbar. Eine beispielsweise durch thermische Beanspruchung verursachte Katalysatoralterung äußert sich hauptsächlich in einer Verschlechterung des Umsatzvermögens, einer Erhöhung der Anspringtemperatur sowie in einer Verminderung der Sauerstoffspeicherfähigkeit, wobei die genannten Phänomene meist in Verbindung miteinander auftreten.
  • Im vorliegenden Fall ist vorgesehen, eine Diagnose speziell des vorderen Katalysatorteils 4 durch einen Vergleich der Signale der vor und hinter diesem Katalysatorteil 4 angeordneten Lambdasonden 10, 9 durchzuführen. Hierzu wird bei mit schwingendem Motor-Lambda betriebenem Verbrennungsmotor 1 vorzugsweise die Amplitude des Signals der zweiten Lambdasonde 9 mit der Amplitude des Signals der ersten Lambdasonde 10 verglichen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Auswertung hinsichtlich einer auftretenden Phasenverschiebung vorgesehen sein. wird festgestellt, dass eine Dämpfung der Amplitude der Lambdaschwingung und/oder die Phasenverschiebung über den ersten Katalysatorteil 4 geringer als ein jeweils vorgebbares Maß sind, so wird dies auf eine über mäßige Abnahme der Sauerstoffspeicherfähigkeit des vorderen Katalysatorteils 4 zurückgeführt. In einem solchen Fall wird daher eine unzulässig große Alterung des Abgaskatalysators 3 bzw. des vorderen Katalysatorteils 4 diagnostiziert und ein entsprechendes Signal ausgegeben. Besonders vorteilhaft ist es, die Signale der Lambdasonden 9, 10 einer Berechnungsroutine zuzuführen, in welcher unter Berücksichtigung wesentlicher Einflussgrößen wie z.B. Abgastemperatur, Katalysatortemperatur, Abgasmassenstrom, Frequenz und/oder Amplitude der Motor-Lambda-Schwingung und gegebenenfalls weiterer Einflussgrößen ein OSC-Wert in Form einer im vorderen Teil einspeicherbaren Sauerstoffmenge ermittelt wird. Durch Vergleich mit einem vorgegeben Grenzwert kann sodann festgestellt werden, ob eine kritische Alterungsgrenze erreicht ist. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine meist zunächst im Eingangsbereich des Abgaskatalysators eintretende Katalysatoralterung festzustellen. Infolge der motornahen Einbaulage ist der Eingangsbereich des Abgaskatalysators 3 besonderen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt und daher besonders alterungsgefährdet. Andererseits ist die Funktionsfähigkeit dieses Katalysatorbereichs für eine Umsetzung von Kohlenwasserstoffen bei niedrigen Temperaturen besonders wichtig.
  • Die Vergleiche der Lambdasonden-Signale können dabei während des normalen Motorbetriebs, gegebenenfalls in bestimmten vorgegebenen Betriebsbereichen durchgeführt werden. Insbesondere bei einer Motor-Lambda-Schwingung mit vergleichsweise kleiner Amplitude kann jedoch auch ein spezieller Diagnosebetriebsmodus vorgesehen sein, bei welchem der Verbrennungsmotor 1 mit einer gegenüber dem normalen Betriebsmodus erhöhten Amplitude der Motor-Lambda-Schwingung betrieben wird.
  • Eine auf die beschriebene Weise durchgeführte Katalysatordiagnose ermöglicht keine Aussage über den Alterungszustand des hinteren Katalysatorteils 5. Um die Genauigkeit der Diagnose des Abgaskatalysators in dieser Hinsicht zu verbessern, kann eine weitere Lambdasonde ausgangsseitig des hinteren Katalysatorteils 5 vorgesehen werden. Eine Diagnose des hinteren Katalysatorteils 5 erfolgt dann wie beschrieben durch einen Vergleich der Signale dieser Sonde mit denen der ersten Lambdasonde 10 und/oder der zweiten Lambdasonde 9. Erfindungsgemäß ist für eine Diagnose speziell des hinteren Katalysatorteils 5 jedoch eine Erfassung und Auswertung der durch eine Motor-Lambda-Schwingung bedingten Wärmefreisetzung im Abgaskatalysator 3 vorgesehen. Die mit jeder Lambda-Halbschwingung mit einem Lambdawert von λ < 1,0 in den Katalysator eingetragenen reduzierenden Abgasbestandteile reagieren im Abgaskatalysator 3 mit dem in dessen Beschichtung gegebenenfalls eingespeicherten Sauerstoff, wobei dieser mit jeder Lambda-Halbschwingung mit einem Lambdawert von λ < 1,0 für eine Einspeicherung zur Verfügung gestellt wird. Eine Veränderung der im normalen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 1 eingestellten Motor-Lambdaverhältnisse hat eine Veränderung des Katalysator-Wärmehaushalts zur Folge, welche sich in einer Temperaturveränderung äußert. Diese fällt im Allgemeinen umso größer aus, je größer die Sauerstoffspeicherfähigkeit ist, über welche der Abgaskatalysator 3 verfügt. Erfindungsgemäß wird die durch eine Veränderung der Motor-Lambdaverhältnisse bewirkte Temperaturänderung ermittelt und für eine Diagnose des Abgaskatalysators 3 und insbesondere von dessen hinteren Katalysatorteil 5 entsprechend ausgewertet, wie nachfolgend näher erläutert wird.
  • Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird davon ausgegangen, dass der Verbrennungsmotor im normalen Betriebsmodus mit einer mit vergleichsweise kleiner Amplitude um den Mittelwert von λ = 1,0 schwingenden Motor-Lambaschwingung betrieben wird. Erfindungsgemäß wird bei Vorliegen vorbestimmter Freigabebedingungen vom normalen Betriebsmodus in einen Diagnosebetriebsmodus umgeschaltet, in welchem der Verbrennungsmotor 1 mit einer Motor-Lambda-Schwingung mit einer demgegenüber vergrößerten Amplitude betrieben wird. Die Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung kann dabei ebenfalls verändert werden. Bei einem ungealterten oder lediglich geringfügig gealterten Abgaskatalysator führt dies infolge von verstärkt ablaufenden Redoxreaktionen zu einer Temperaturerhöhung, welche mit den Temperaturfühlern 7, 8 erfasst und anschließend ausgewertet wird. Dabei wird vorzugsweise die sich ergebende Erhöhung des mit ein und demselben Temperaturfühler erfassten Temperaturwerts ausgewertet. Es kann jedoch zusätzlich oder alternativ die sich im Vergleich zu einem mit einem andern Temperaturfühler ermittelten Temperaturwert ergebende Veränderung ausgewertet werden.
  • Nachfolgend werden die sich ergebenden Verhältnisse anhand des Diagramms der 2 und unter Bezug auf den in 1 dargestellten Aufbau veranschaulicht. Im Diagramm repräsentieren die Spuren 12 bis 16 verschiedene Temperaturverläufe, während die Spur 11 den vom Lambdasensor 9 erfassten Lambdaverlauf wiedergibt. Dabei repräsentiert die durchgezogene Spur 12 die mittels des dritten Temperaturfühler 8 im Abgaskatalysator 3 des ersten Abgasstrangs 2 ermittelte Temperatur, während die strichpunktiert dargestellte Spur 13 eine mittels des ersten Temperaturfühlers 6 vor dem Abgaskatalysator 3 ermittelte Temperatur repräsentiert. Die Spuren 14 und 15 repräsentieren die mittels der korrespondierenden Temperaturfühler 8' und 6' im zweiten Abgasstrang 2' ermittelten Temperaturen.
  • Der Katalysator 3 des ersten Abgasstrangs 2 weist in dem hier dargestellten Beispiel einen Alterungszustand derart auf, dass ein vorgebbares Mindestumsetzungsvermögen von Schadstoffen noch gewährleistet ist und somit ein kritischer Grenzalterungszustand noch nicht erreicht ist. Im Unterschied hierzu ist im zweiten Abgasstrang 2' ein Abgaskatalysator 3' verbaut, der diesen Ansprüchen nicht mehr genügt. Bei einer Diagnose der Abgaskatalysatoren 3, 3' muss daher gefordert werden, dass der Abgaskatalysator 3' als fehlerhaft erkannt wird, und sich das Diagnoseergebnis für den unkritisch gealterten Abgaskatalysator 3 signifikant von dem für den stärker gealterten Abgaskatalysator 3' unterscheidet.
  • Bei der hier veranschaulichten Umsetzung des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens wurde nun zum Zeitpunkt t1 der Motorbetrieb von einem normalen Betriebsmodus mit einer Motor-Lambda-Schwingung zwischen λ = 0,985 und λ = 1,015 und einer Frequenz von 1 Hz auf einen Diagnosebetriebsmodus mit einer symmetrische Rechteckschwingung der Motor-Lambda-Schwingung zwischen λ = 0,90 und λ = 1,10 und einer Frequenz von 2 Hz umgestellt. Wie den Kurvenverläufen entnommen werden kann, tritt bei dem unkritisch gealterten Abgaskatalysator 3 eine vergleichsweise starke Temperaturerhöhung auf (Spur 12). Im Unterschied hierzu ist die im stärker gealterten Abgaskatalysator 3' auftretende Temperaturerhöhung (Spur 14) deutlich geringer. Somit ist eine zuverlässige Katalysatordiagnose durch Vergleich der infolge des Betriebsartwechsels des Verbrennungsmotors 1 im Katalysator auftretenden Temperaturerhöhung mit einem vorgebbaren Grenzwert ermöglicht. Der Vergleich bzw. die Auswertung der ermittelten Temperaturerhöhung kann nach einer vorgebbaren Zeitspanne ab dem Umschalten in den Diagnosebetriebsmodus vorgenommen werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Auswertung erst dann vorgenommen wird, wenn sich der zeitliche Anstieg der Tempe raturerhöhung auf ein vorgebbares Maß vermindert hat und annähernd stationäre Verhältnisse vorliegen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Steilheit des Temperaturanstiegs, also der zeitliche Temperaturgradient nach dem Umschalten in den Diagnosebetriebsmodus ausgewertet werden.
  • Vorzugsweise werden Grenzwerte für eine Vielzahl von für den Diagnosebetriebsmodus infrage kommenden Betriebspunkten in einem bzw. mehreren Kennfeldern abgelegt. Dabei ist es zweckmäßig, diese vorab zu ermitteln bzw. festzulegen. Auf diese Weise können störende Beeinflussungen vermieden werden, die sich durch unterschiedliche Katalysatortemperaturen, Abgasströme und dergleichen ergeben. Die Grenzwerte können jedoch auch implizit durch ein rechnerisches Modellierungsverfahren ermittelbar sein, in welche diese wesentlichen Einflussgrößen berücksichtigt werden.
  • Die erfindungsgemäße Einstellung einer Motor-Lambda-Schwingung im Diagnosebetrieb derart, dass sich bei einem ungealterten Katalysator eine Temperaturerhöhung ergibt, ermöglicht es, nicht nur das Ausmaß einer Katalysatordeaktivierung zu ermitteln, sondern auch eine Katalysatordeaktivierung in axialer Richtung ortsaufgelöst zu ermitteln bzw. abzuschätzen. Hierzu werden zweckmäßigerweise im Diagnosebetriebsmodus Schwingungen des Motor-Lambda mit unterschiedlichen Amplituden eingestellt und die sich ergebenden Temperaturänderungen mit vorab ermittelten und abgespeicherten werten für die jeweilige Amplitudeneinstellung und den jeweiligen Motorbetriebszustand verglichen. Die unterschiedlichen Amplituden können in einer einzigen zusammenhängenden Phase des Diagnosebetriebsmodus eingestellt werden oder in zeitlich hintereinander eingestellten Diagnosebetriebsmodi.
  • Nachfolgend wird unter Bezug auf die 3a bis 3d eine hierfür besonders vorteilhafte Vorgehensweise näher erläutert. Dabei ist in 3a ein mit der Länge l ausgeführter Abgaskatalysator 3 dargestellt, der sich in x-Richtung (Abgasströmungsrichtung) erstreckt. Erreicht den Katalysator 3 ein Abgas mit einem beispielsweise um λ = 1,0 schwingenden Lambdawert, wie durch die Kurvenzüge 16, 17 schematisch dargestellt, so schwächt sich die Lambda-Schwingung im Katalysator 3 längs der x-Richtung ab. Bei den hierfür ursächlichen Redoxreaktionen werden entsprechende Wärmemengen freigesetzt. Eine dadurch verursachte Temperaturerhöhung kann mittels eines Temperaturfühlers 8, hier an einer mit xT bezeichneten Position angeordnet, erfasst werden. Die freigesetzten Wärmemengen und damit die zugeordneten Temperaturerhöhungen sind dabei abhängig von der Größe der Lambdaschwingungsamplitude und von der Stärke und örtlichen Verteilung einer gegebenenfalls vorhandenen Katalysatordeaktivierung, vereinfacht auch als Alterungsprofil bezeichnet.
  • Im Temperatur-Orts-Diagramm der 3b sind die sich für einen ungealterten Katalysator 3 ergebenden Verhältnisse dargestellt. Die Spuren T16 und T17 geben die nach einem Übergang in den Diagnosebetriebsmodus resultierenden Temperaturverteilungen in x-Richtung im eingeschwungenen Zustand wieder. Dabei bezieht sich die durchgezogen dargestellte Spur T16 auf eine Lambda-Schwingung mit vergleichsweise großer Amplitude gemäß des in 3a durchgezogen dargestellten Kurvenzugs 16. Entsprechend korrespondiert die Spur T17 mit der demgegenüber schwächer ausgeprägten Lambda-Schwingung 17 der 3a.
  • Bei der vergleichsweise starken Lambda-Schwingung 16 liegt der Schwerpunkt der Wärmefreisetzung im in x-Richtung gesehen mittleren bis hinteren Katalysatorbereich. Demgegenüber wird die schwächer ausgeprägte Lambda-Schwingung T17 bereits im vorderen Katalysatorbereich abgebaut und der Schwerpunkt der Wärmefreisetzung liegt ebenfalls in diesem Katalysatorbereich. Dementsprechend ergeben sich die durch die Spuren T16, T17 dargestellten unterschiedlichen Temperaturprofile, welche an der Stelle xT des Temperaturfühlers 8 unterschiedliche Temperaturerhöhungen ΔT16 und ΔT17 gemäß den in 3b entsprechend gekennzeichneten Balken.
  • Liegt ein im Wesentlichen im vorderen Bereich deaktivierter Katalysator 3 vor, so ergeben sich bei ansonsten gleich bleibenden Bedingungen die in 3c dargestellten Verhältnisse. Dabei sind sich entsprechende Größen in zur 3b analoger Weise dargestellt. Infolge der Katalysatordeaktivierung im vorderen Bereich ist der Schwerpunkt der Wärmefreisetzung, insbesondere im Fall der schwächeren Lambda-Schwingung 17, gegenüber dem in 3b dargestellten Fall in x-Richtung nach hinten verlagert. Die bei den jeweiligen Lambda-Schwingungen 16, 17 resultierenden Temperaturerhöhungen ΔT16, ΔT17 weisen entsprechend geänderte Werte auf.
  • In analoger Weise sind in 3d die Verhältnisse dargestellt, die sich bei einem im Wesentlichen im hinteren Bereich deaktivierten bzw. gealterten Katalysator 3 ergeben.
  • Aus dem geschilderten Sachverhalt ergibt sich, dass durch Vergleich der im Diagnosebetriebsmodus bei unterschiedlichen Motor-Lambda-Schwingungsamplituden ermittelten Temperaturerhöhungen mit entsprechenden Bezugswerten das Ausmaß einer Katalysatordeaktivierung bzw. das Alterungsprofil örtlich aufgelöst ermittelt werden kann. Die Temperaturerfassung kann hierfür an beliebiger Stelle im Katalysatorbett erfolgen. Bevorzugt wird die Katalysatortemperatur jedoch in der hinteren Hälfte des Katalysators 3 ermittelt.
  • Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit kann durch einen Quervergleich des auf die oben beschriebene Weise auf der Basis der Lambdasondensignale erhaltenen Ergebnisses für den Alterungszustand des jeweiligen vorderen Katalysatorteils 4 erzielt werden, wobei es zweckmäßig ist, die Ergebnisse betreffend den jeweils ermittelten Alterungszustand auch im Sinne einer Plausibilitätsprüfung miteinander abzugleichen.
  • Werden zwei oder mehrere Temperaturfühler zur Ermittlung der Katalysatortemperatur eingesetzt, so kann eine weitere Verbesserung der Katalysatordiagnose erreicht werden. Die Temperaturfühler werden vorzugsweise axial gegeneinander versetzt ins Innere des hinteren Katalysatorteils 5 eingesetzt. Durch getrennte Auswertung der von ihnen erfassten Temperaturveränderungen im Zusammenhang mit einem Wechsel der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 kann die Alterung des Abgaskatalysators 3 ortsaufgelöst bestimmt werden. Dabei ist es vorteilhaft, bei der Bewertung der jeweils ermittelten Temperaturerhöhung die Katalysatoraktivität des jeweils stromauf liegenden Katalysatorteilvolumens zu berücksichtigen. Hierfür ist es wiederum zweckmäßig, ein kalorisches Modell für das Katalysatorverhalten einzusetzen, welches diese Effekte mit in die Berechnungen einbezieht. Auf diese Weise kann bei der Bewertung eines jeweiligen Katalysatorteilvolumens oder Katalysatorabschnitts beispielsweise der hinsichtlich einer Temperaturerhöhung nicht mehr voll wirksame Anteil von bereits stromauf umgesetzten reduzierenden Abgasbestandteilen auf die ermittelte Temperaturerhöhung angerechnet werden.
  • Weiter kann eine Vereinfachung der Vorrichtung zur Katalysatordiagnose erreicht werden, wenn zur Ermittlung eines eine Temperatur des Abgaskatalysators 3 charakterisierenden Temperaturwerts anstelle eines separaten Temperaturfühlers die zweite Lambdasonde 9 zur Temperaturermittlung eingesetzt wird. Zu diesem Zweck kann der elektrische Widerstand oder die Leitfähigkeit eines vorzugsweise als sauerstoffsensitives Element in der Lambdasonde eingesetzten Feststoffelektrolyten oder einer Nernst-Zelle erfasst und dessen Temperaturabhängigkeit zur Temperaturermittlung ausgenutzt werden. Alternativ kann auch eine Erfassung eines temperaturabhängigen elektrischen Widerstands eines Sondenheizers zwecks Temperaturermittlung erfolgen. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die zweite Lambdasonde 9 im hinteren Katalysatorteil 5 oder ausgangsgangsseitig des Abgaskatalysators 3 angeordnet ist. Zur Temperaturermittlung wird zweckmäßigerweise eine gegebenenfalls vorgesehene Beheizung der Lambdasonde 9 ausgeschaltet oder in ihrer Leistung reduziert, um einen Fremdeinfluss zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Es kann auch vorgesehen sein, den Einfluss einer Temperaturveränderung des Katalysators auf die zur Erhaltung einer vorgegebenen Lambdasondentemperatur notwendige Heizleistung auszuwerten.
  • Vorzugsweise vorzusehende Freigabebedingungen für einen Wechsel vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus betreffen zweckmäßigerweise das Vorliegen möglichst gering veränderlicher Verhältnisse sowohl hinsichtlich des Motorbetriebszustands, als auch der Temperaturen im Abgaskatalysator 3 bzw. im Abgasstrang 2. Ein hierfür besonders bevorzugter quasistätionärer Motorbetriebszustand ist bei zumindest annähernd zeitlich konstanter Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 gegeben. Als Kriterium für das Vorliegen von quasistationären Verhältnissen kann beispielsweise das Ausmaß der Streuungen oder Veränderungen von Werten der betreffenden Größen herangezogen werden. Schwankungen bzw. Veränderungen der Motorlast und/oder des Motordrehmoments, sollten sowohl vor einem Wechsel in den Diagnosebetriebsmodus als auch im Diagnosebetriebsmodus selbst vorzugsweise nur wenige Prozent betragen. Als Toleranzgrenze können Änderungen von Motorlast und/oder Motordrehmoment von etwa 5 % innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs von einigen Sekunden vorgesehen sein. Bei größeren Veränderungen ist vorzugsweise vorgesehen, einen Wechsel in den Diagnosebetriebsmodus zu sperren bzw. den Diagnosebetrieb abzubrechen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Freigabebedingungen für das Umschalten in den Diagnosebetriebsmodus einen zeitlich zumindest annähernd konstanten Wert für die auszuwertende Temperatur umfassen. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Datenbasis für die Ermittlung einer im Diagnosebetriebsmodus eintretenden Temperaturänderung gewonnen werden. Vor einem Übergang in den Diagnosebetriebsmodus sollte zudem sichergestellt sein, dass die beispielsweise durch den dritten Temperaturfühler 8 erfasste Katalysatortemperatur in einem geeigneten Bereich von vorzugsweise 250 °C bis 700 °C und besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 300 °C und 600 °C liegt. Bei Temperaturen unterhalb dieser Bereiche besteht die Gefahr einer zu geringen Katalysatoraktivität, während bei Temperaturen oberhalb der Bereiche die resultierenden Temperaturänderungen zu gering sein können. Weiterhin sollten vor einem Übergang in den Diagnosebetriebsmodus annähernd stabile Temperaturverhältnisse vorliegen. Falls Änderungen von mehr als etwa 5 °C innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs von einigen Sekunden auftreten, so ist vorzugsweise vorgesehen, den Übergang vom normalen Betriebsmodus in den Diagnosebetriebsmodus zu sperren.
  • Schließlich kann das Ergebnis der Katalysatordiagnose außer zur Anzeige eines Katalysatordefekts zur Anpassung der Lambdaregelung des Verbrennungsmotors 1 eingesetzt werden. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit des ermittelten Ausmaßes der Katalysatoralterung die Regelparameter der Lambdaregelung des Verbrennungsmotors 1 im normalen Betriebsmodus an die Katalysatoralterung angepasst werden. Beispielsweise können Amplitude und/oder Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung im normalen Betriebsmodus mit zunehmender Katalysatoralterung verändert, vorzugsweise erhöht werden. Es kann auch eine Veränderung des Mittelwerts der Motor-Lambda-Schwingung vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine infolge einer Katalysatoralterung eingetretene Aktivitätsverminderung wenigstens teilweise ausgeglichen werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgaskatalysators, bei dem von einem normalen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors (1) in einen Diagnosebetriebsmodus gewechselt wird, wobei – im normalen Betriebsmodus und im Diagnosbetriebsmodus ein eine Temperatur des Abgaskatalysators (3, 3') charakterisierender Temperaturwert in der Abgasreinigungsanlage ermittelt wird und – durch Bewerten einer durch den Betriebsmoduswechsels verursachten Änderung des Temperaturwerts ein Alterungszustand des Abgaskatalysators (3, 3') ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetriebsmodus der Verbrennungsmotor (1) mit einem periodisch schwingenden Motor-Lambda betrieben wird, wobei Amplitude und Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung derart eingestellt werden, dass sich bei einem ungealterten Abgaskatalysator (3, 3') eine Temperaturänderung des Abgaskatalysators (3, 3') gegenüber dem normalen Betriebsmodus ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetriebsmodus eine im wesentliche konstante Amplitude und/oder Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung eingestellt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetriebsmodus eine um einen Mittelwert von Eins schwingende Motor-Lambda-Schwingung eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Betriebsmodus der Verbrennungsmotor (1) mit einem periodisch schwingenden Motor-Lambda betrieben wird, wobei die Amplitude der Motor-Lambda-Schwingung im Diagnosebetriebsmodus größer als im normalen Betriebsmodus eingestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Betriebsmodus eine um einen Mittelwert von Eins schwingende Motor-Lambda-Schwingung eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Diagnosebetriebsmodus eine gegenüber dem normalen Betriebsmodus veränderte Frequenz der Motor-Lambda-Schwingung eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturwert im hinteren Bereich des Abgaskatalysators (3, 3') und/oder ausgangsseitig des Abgaskatalysators (3, 3') ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal erzeugt wird, das auf einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators (3, 3') hinweist, wenn die durch den Betriebsmoduswechsel verursachte Änderung des Temperaturwerts einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel vom normalen Betriebsmodus zum Diagnosebetriebsmodus an das Vorliegen bestimmter Freigabebedingungen geknüpft ist, die das Vorliegen einer in einen vorgegebenen Temperaturbereich fallenden Größe für den ermittelten Temperaturwert und/oder das Vorliegen eines wenigstens annähernd stationären Motorbetriebszustands umfassen.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Diagnose eines Abgaskatalysators (3, 3') mit einem vorderen Teil (4) und einen in Abgasströmungsrichtung mit geringem Abstand dahinter angeordneten größeren hinteren Teil (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungszustand des hinteren Katalysatorteils (5) bewertet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10 für eine Abgasreinigungsanlage mit einer eingangsseitig des Abgaskatalysators (3, 3') angeordneten ersten Lambdasonde (10) und einer zwischen dem vorderen Teil (4) und dem hinteren Teil (5) des Abgaskatalysators (3, 3') angeordneten zweiten Lambdasonde (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdasonden (9, 10) jeweils einen Abgas-Lambdawert erfassen, wobei durch einen Vergleich der von der ersten Lambdasonde (10) und von der zweiten Lambdasonde (9) erfassten Abgas-Lambdawerte eine Sauerstoffspeicherfähigkeit für den vorderen Teil (4) des Abgaskatalysators (3, 3') ermittelt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines vorgebbaren Mindestwerts für die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit ein Signal erzeugt wird, das auf einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators (3, 3') hinweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plausibilitätsüberprüfung der durch Bewerten der durch den Betriebsmoduswechsels verursachten Änderung des Temperaturwerts und der durch Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit gegebenenfalls erzeugten Signale für einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators (3, 3') durchgeführt wird und das Signal für den unzulässig gealterten Abgaskatalysator (3, 3') nur dann gültig geschaltet wird, wenn beide Signale auf einen unzulässigen Alterungszustand des Abgaskatalysators (3, 3') hinweisen.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des die Temperatur des Abgaskatalysators (3, 3') charakterisierenden Temperaturwerts durch Auswertung eines Signals eines in den Abgaskatalysator (3, 3') eingebrachten Temperaturfühlers (7, 7'; 8, 8') und/oder durch Auswertung eines Widerstandswerts einer Nernst-Zelle oder eines Heizelements einer im Bereich des Abgaskatalysators (3, 3') in der Abgasreinigungsanlage angeordneten Lambdasonde (9, 9') erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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