DE102005059894A1 - Verfahren zur Messung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Messung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage mit einer vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde mit Sprungcharakteristik. DOLLAR A Wird in einem Zeitraum vor der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Regeleingriff der Abgassonde gemittelt und wird dieser Mittelwert während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage bei der Berechnung der Kraftstoffzumessung berücksichtigt oder wird dieser Mittelwert zur Korrektur des zur Berechnung der gespeicherten Sauerstoffmenge benutzten Lambawertes benutzt, so kann unter Verwendung einer kostengünstigen Sprungsonde eine bessere Messgenauigkeit erreicht werden. Dadurch, dass während des Fett- und Magerbetriebs des Zyklus zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Mittelwert des Regeleingriffs zur Berechnung benutzt wird, werden Vorsteuerfehler kompensiert, wie sie beispielsweise durch Streuung der Einspritzventile oder Fehler der Füllungserfassung vorkommen können. Wird der Mittelwert zur Korrektur des Lambdawertes benutzt, kann aufgrund der gemessenen Luftmasse die gespeicherte Sauerstoffmenge genauer bestimmt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine kostengünstige Sprungsonde vor der Abgasreinigungsanlage benutzt werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage mit einer vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde mit Sprungcharakteristik. Bei der Abgasreinigungsanlage kann es sich beispielsweise um einen Drei-Wege-Katalysator handeln, der in einem Fahrzeug mit Ottomotor eingesetzt wird, um schädliche Abgaskomponenten durch Oxidation oder Reduktion in unschädliche Gase umzuwandeln. Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass sowohl die zu oxidierenden Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Am Ausgang der Abgasreinigungsanlage wird dann dauernd der Lambdawert Eins, also ein stöchiometrisches Gleichgewicht der oxidierenden und reduzierenden Komponenten, gemessen. Mit zunehmender Alterung der Abgasreinigungsanlage nimmt deren Speichervermögen für Sauerstoff ab. Hierdurch kann in den Fettphasen nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas von den Schadgaskomponenten zu reinigen, und die Lambdasonde hinter der Abgasreinigungsanlage detektiert diese zu oxidierenden Komponenten. Weiterhin detektiert diese Lambdasonde in längeren Magerphasen den Sauerstoff, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. In vielen Ländern ist eine Überprüfung der Abgasreinigungsanlage während des Fahrbetriebs durch die Motorsteuerung gesetzlich vorgeschrieben (On-board-Diagnose). Ein bekanntes Diagnoseverfahren besteht darin, die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen, da erfahrungsgemäß mit der Speicherfähigkeit auch das Konvertierungsvermögen abnimmt.
  • Ein bekanntes Verfahren beruht darauf, zunächst den Lambdawert vor der Abgasreinigungsanlage zunächst in Richtung fett zu einem Lambdawert kleiner 1 zu verschieben und in dieser Phase sämtlichen Sauerstoff aus dem Katalysator zu entfernen. In einer anschließenden Magerphase mit Lambda größer 1 wird der Katalysator mit dem überschüssigen Sauerstoff beladen, bis an seinem Ausgang sauerstoffhaltiges Abgas auftritt. Die bis dahin eingelagerte Sauerstoffmenge ist die Speicherfähigkeit des Katalysators.
  • In der DE 41 12 478 C2 ist ein Verfahren zur Beurteilung des Alterungszustandes eines Katalysators beschrieben, bei dem
    die Lambdawerte vor und hinter dem Katalysator gemessen werden;
    untersucht wird, ob bei einer Regelschwingung vor dem Katalysator von Fett nach Mager oder umgekehrt der Lambdawert hinter dem Katalysator einen entsprechenden Übergang zeigt, und dann, wenn dies der Fall ist;
    der den Katalysator durchströmende Gasmassenstrom bestimmt wird;
    das zeitliche Integral des Produktes aus Gasmassenstrom und Lambdawert vor dem Katalysator berechnet wird;
    das zeitliche Integral des Produktes aus Gasmassenstrom und Lambdawert hinter dem Katalysator berechnet wird;
    und als Maß für den Alterungszustand des Katalysators entweder
    die Differenz zwischen den beiden Integralen
    oder der Quotient aus den beiden Integralen
    oder der Quotient aus der Differenz und einem der beiden Integrale verwendet wird.
  • Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist, dass der Lambdawert vor der Abgasreinigungsanlage mit einer aufwändigen Breitband-Lambdasonde gemessen werden muss, um über die Integration des Produktes aus aktuellem Lambdawerte und Gasmassenstrom die eingebrachte oder entnommene Sauerstoffmenge zu bestimmen.
  • Ein weiteres Verfahrens zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage beschreibt die EP 0546 318 B1 . Das System wird mit einem Lambdaverlauf beaufschlagt, dessen Sauerstoff-Mangeleintrag zu Beginn höher als die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ist. Der Sauerstoff-Eintrag wird so gewählt, dass der Katalysator in den Magerphasen jeweils bis an seine Kapazitätsgrenze gefüllt wird. Zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators wird der mittlere Lambdawert vor dem Katalysator während der Lambdaschwingungen des Systems gezielt in Richtung Mager verschoben und so die Sauerstoff Entnahme von Phase zu Phase verringert. Durch Bestimmung der Anzahl der Fett-Mager-Übergänge, die die hinter dem Katalysator angeordnete Lambdasonde anzeigt, kann die Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt werden, wobei eine vergrößerte Anzahl von Phasen eine verringerte Speicherfähigkeit bedeutet.
  • Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass in den Magerphasen ungereinigtes Abgas abgegeben wird.
  • Die DE 3816558 A1 offenbart ein Verfahren zum Regeln des Lambdawertes des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoff-Gemisches mit Hilfe eines Mittels zur Zweipunktregelung mit vorgegebenen Regelparametern, dem zum Bilden der Regelabweichung das Signal der Regel-Lambdasonde zuzuführen ist, die Sprungverhalten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
    • – für den jeweiligen vorliegenden Betriebszustand ein Lambda-Messsollwert bestimmt wird,
    • – der mittlere Lambdawert als Lambda-Messistwert verwendet wird,
    • – die Messabweichung zwischen Lambda-Messsollwert und Lambda-Messistwert berechnet wird und
    • – mindestens ein Regelparameter abhängig von der Messabweichung so verändert wird, dass sich ein Lambda-Messistwert einstellen sollte, der die genannte Messabweichung verringert.
  • Das Verfahren bezieht sich zwar auf eine Lambdasonde mit Sprungcharakteristik vor einer Abgasreinigungsanlage und erwähnt eine Mittelwertbildung des Lambdawertes, bezieht sich jedoch nicht auf die Steuerung des Lambdawertes zur Prüfung einer Abgasreinigungsanlage.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine höhere Genauigkeit der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage bei einfachem Aufbau ermöglicht.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem Zeitraum vor der Bestimmung der Sauerstoff speicherfähigkeit der Regeleingriff der Abgassonde gemittelt wird und dieser Mittelwert während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage bei der Berechnung der Kraftstoffzumessung berücksichtigt wird oder dieser Mittelwert zur Korrektur des zur Berechnung der gespeicherten Sauerstoffmenge benutzten Lambdawertes benutzt wird. Dadurch, dass während des Fett- und Magerbetriebs des Zyklus zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Mittelwert des Regeleingriffs zur Berechnung benutzt wird, werden Vorsteuerfehler kompensiert, wie sie beispielsweise durch Streuung der Einspritzventile oder Fehler der Füllungserfassung vorkommen können. Wird der Mittelwert zur Korrektur des Lambdawertes benutzt, kann aufgrund der gemessenen Luftmasse die gespeicherte Sauerstoffmenge genauer bestimmt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine kostengünstige Sprungsonde vor der Abgasreinigungsanlage benutzt werden.
  • Wird der Mittelwert multiplikativ in die Kraftstoffmengenberechnung einbezogen, ist die Berechnung der korrekten Kraftstoffzumessung aus der aus der Vorsteuerung bestimmten Kraftstoffzumessung besonders einfach.
  • Werden die Mittelwertbildung und die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage nur in einem stationären Betriebspunkt der Motorsteuerung eingeleitet, kann erreicht werden, dass die Mittelwertbildung sehr schnell erfolgen kann und weiterhin während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Brennkraftmaschine ein weitgehend konstantes Gemisch zugeführt wird, dessen Lambdawert nur geringen Schwankungen unterworfen ist.
  • Die Genauigkeit der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit kann weiter verbessert werden, indem die Mittelwertbildung und die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage im gleichen Betriebspunkt der Motorsteuerung eingeleitet werden, da die Fehler der Gemisch-Vorsteuerung im allgemeinen betriebspunktabhängig sind und somit bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens vermieden werden können.
  • Konstante Betriebsverhältnisse der Brennkraftmaschine können geschaffen werden, indem vor der Mittelwertbildung und der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage ein Tankentlüftungsventil geschlossen wird und/oder Diagnosen mit aktivem Eingriff in die Motorsteuerung gesperrt werden. Somit kann die Genauigkeit der Bestimmung der Sauerstoff speicherfähigkeit verbessert werden.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Abgasreinigungsanlage
    •
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 20, die von einer Motorsteuerung 10 gesteuert wird und deren Abgas mit einer Abgasreinigungsanlage 23 gereinigt wird. Die Brennkraftmaschine 20 wird über einen Zuluftkanal 21 mit Verbrennungsluft versorgt, deren Masse mit einem Luftmassenmesser 11 bestimmt wird. Die gemessene Luftmasse wird an die Motorsteuerung 10 zur Berechnung einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge weitergeleitet. Zur Gemischbildung wird im Zuluftkanal 21 mittels einer Einspritzdüse 12 die von der Motorsteuerung 10 vorbestimmte Kraftstoffzumessung vorgenommen. In einem Abgasstrang 22 hinter der Brennkraftmaschine 20 ist eine Abgassonde 13 vorgesehen, mit deren Hilfe die Motorsteuerung 10 einen Lambdawert einstellen kann, der für die nachfolgende Abgasreinigungsanlage 23 zur Erzielung einer optimalen Reinigungswirkung geeignet ist. Diese Abgassonde 13 ist als einfache und kostengünstige Sprungsonde ausgeführt. Die Abgassonde 13 ist mit der Motorsteuerung 10 verbunden, um die für die Kraftstoffzumessung an der Einspritzdüse 12 erforderlichen Daten zu liefern. Weiterhin liefert sie Daten für die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Im Abgasstrang 22 hinter der Abgasreinigungsanlage 23 ist eine zweite Abgassonde 14 angeordnet, deren Daten in der Motorsteuerung ausgewertet werden und dazu dienen, in einem Verfahren nach dem Stand der Technik die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen. Hierzu wird die Brennkraftmaschine 20 zunächst ausreichend lange fett, also mit Kraftstoffüberschuss, betrieben, um sämtlichen Sauerstoff in der Abgasreinigungsanlage 23 zu reduzieren. Im anschließenden Magerbetrieb wird in der Abgasreinigungsanlage 23 Sauerstoff eingelagert, wobei mit der Abgassonde 14 festgestellt wird, wenn sauerstoffreiches Abgas auftritt da die Sauerstoffspeicherfähigkeit überschritten ist. Im Allgemeinen ist die Abgassonde 14 als Sprungsonde ausgebildet. Der Sauerstoffgehalt des in die Abgasreinigungsanlage 23 eingespeisten Gasgemischs wird dabei von der Motorsteuerung 10 auf einen vorbestimmten Wert vorgesteuert, die Gasmenge wird mit dem Luftmassenmesser 11 bestimmt.
  • Da die Abgassonde 13 als Sprungsonde ausgebildet ist, ist lediglich eine Regelung auf einen Sollwert von Lambda = 1 möglich. Daher kann während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit keine Lambdaregelung aktiv sein. In dieser Betriebsphase erfolgt nur eine Vorsteuerung des Kraftstoffgemisches mit einem von der Motorsteuerung 10 vorbestimmten Lambdawert. Hierzu wird die Kraftstoffzumessung mittels der Einspritzdüse 12 auf die mittels des Luftmassenmessers 11 bestimmte Luftmenge abgestimmt. Vorsteuerfehler wie eine Streuung der Einspritzventile oder Fehler in der Füllungserfassung verfälschen den Lambdawert und führen damit auch zu Fehlern bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird kurz vor der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage 23 der Regeleingriff der Abgassonde 13 gemittelt. Dieser Mittelwert des Regeleingriffs wird auch während des Fett- und Magerbetriebs bei der Berechnung der Kraftstoffzumessung berücksichtigt. Hierdurch werden Vorsteuerfehler kompensiert und der zur Berechnung der Sauerstoffspeicherfähigkeit benutzte Lambdawert liegt näher an dem sich real einstellenden Lambdawert.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage (23) mit einer vor der Abgasreinigungsanlage (23) angeordneten Abgassonde (13) mit Sprungcharakteristik, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zeitraum vor der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Regeleingriff der Abgassonde (13) gemittelt wird und dieser Mittelwert während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage (23) bei der Berechnung der Kraftstoffzumessung berücksichtigt wird oder dieser Mittelwert zur Korrektur des zur Berechnung der gespeicherten Sauerstoffmenge benutzten Lambdawertes benutzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert multiplikativ in die Kraftstoffmengenberechnung einbezogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwertbildung und die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage (23) nur in einem stationären Betriebspunkt der Motorsteuerung (10) eingeleitet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwertbildung und die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage (23) im gleichen Betriebspunkt der Motorsteuerung (23) eingeleitet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Mittelwertbildung und der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage (23) ein Tankentlüftungsventil geschlossen wird und/oder Diagnosen mit aktivem Eingriff in die Motorsteuerung (10) gesperrt werden.
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