DE102005062116A1 - Catalytic converter diagnosing method for internal combustion engine, involves changing lambda controller from rapid adaptation to long-term adaptation when catalytic converter diagnosis is completed - Google Patents

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Abstract

The method involves making possible a rapid adaptation of a lambda controller (121) if a diagnosis-request signal is present. The lambda controller is switched-off during catalytic converter diagnosis, and a diagnosis-mixture with a controlled diagnosis mixture-lambda-desired-signal path is introduced into an internal combustion engine (110). The lambda controller is changed from the rapid adaptation to a long-term adaptation when the catalytic converter diagnosis is completed. Independent claims are also included for the following: (1) a device for diagnosing a catalytic converter in an exhaust gas area of an internal combustion engine (2) a control device program for executing all steps of a method for diagnosing a catalytic converter in an exhaust gas area of an internal combustion engine (3) a control device-program product with a program code for executing a method for diagnosing a catalytic converter in an exhaust gas area of an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasreinigungsanlage hinter einem Katalysator angeordneten, mit einer Steuereinrichtung verbundenen Abgassonde mit Sprungcharakteristik, wobei zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators gezielt mittels einer modellierten Lambda-Vorsteuerung zwischen einem fetten (λ < 1) und einem mageren (λ > 1) Kraftstoff-Luft-Gemisch gewechselt wird.The The invention relates to a method for monitoring an exhaust gas purification system an internal combustion engine with a in the emission control system arranged behind a catalyst, with a control device connected exhaust probe with jump characteristic, wherein for determination the oxygen storage capacity the catalyst targeted by means of a modeled lambda precontrol between a fat (λ <1) and a lean one (λ> 1) fuel-air mixture is changed.

Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass die zu oxydierenden Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Mit zunehmender Alterung der Abgasreinigungsanlage nimmt deren Speichervermögen für Sauerstoff OSC (Oxygen Storage Capacity) 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 oxydierenden 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). Eine aktive Katalysator-Diagnose hat dabei die Aufgabe, ein unzulässiges Absinken der Konvertierung, die zu unzulässiger Erhöhung der Abgaswerte führt, zu erkennen und über eine Kontrolllampe MIL (Malfunction Indicator Lamp) anzuzeigen.The storage capacity an emission control system for Oxygen is used to absorb oxygen in lean phases and again in fat phases. This ensures that converts the pollutant gas components of the exhaust gas to be oxidized can be. As the emission control system ages, its storage capacity for oxygen decreases OSC (Oxygen Storage Capacity). This can be in the fat phases not enough anymore Oxygen available be set to purify the exhaust gas from the noxious gas components, and the lambda probe behind the emission control system detects this to oxidizing components. Furthermore, this lambda probe detects in longer Mealy phases the oxygen that is no longer from the emission control system can be stored. In many countries, a review of the Emission control system during driving required by the engine control by law (On-board diagnostics). An active catalyst diagnosis has the task of an inadmissible sinking the conversion that is too illegal increase the emission values leads, to recognize and over to display a warning light MIL (Malfunction Indicator Lamp).

Ein bekanntes Diagnoseverfahren besteht darin, die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen, da erfahrungsgemäß mit der Speicherfähigkeit auch das Konvertierungsvermögen abnimmt.One Known diagnostic method is the oxygen storage ability to determine the emission control system, as experience shows with the storage capacity also the conversion ability decreases.

Die sauerstoffmessende Katalysatordiagnose wird mit einer Breitbandsonde nach folgendem Verfahren durchgeführt:
Der Katalysator wird zunächst durch ein fettes Gemisch (λ < 1) von Sauerstoff befreit. Nach dieser als Konditionierung bezeichneten Phase wird anschließend ein mageres Abgas (λ > 1) eingetragen und dabei die eingetragene Sauerstoffmenge aufintegriert. Wenn während dieser Messphase die Sonde hinter dem Katalysator ein mageres, d.h. sauerstoffhaltiges Gemisch anzeigt, entspricht die aufintegrierte Menge der aktuellen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators, die ein Maß für die Güte darstellt. Dieses Verfahren wird mehrfach hintereinander angewendet.
The oxygen-measuring catalyst diagnosis is carried out with a broadband probe according to the following procedure:
The catalyst is first freed of oxygen by a rich mixture (λ <1). After this phase, referred to as conditioning, a lean exhaust gas (λ> 1) is subsequently introduced and the amount of oxygen introduced is integrated. If, during this measurement phase, the probe behind the catalyst indicates a lean, ie oxygen-containing, mixture, the integrated amount corresponds to the current oxygen storage capacity of the catalyst, which represents a measure of the quality. This procedure is applied several times in succession.

Die Anforderung an die Genauigkeit der Katalysator-Diagnose ist derart, dass ein so genannter GRENZKAT auch tatsächlich als GRENZKAT diagnostiziert wird. Als GRENZKAT wird ein Katalysator bezeichnet, der Abgaswerte gerade noch am gesetzlichen Grenzwert erreicht. Dieser wird in der Applikation als Referenz für die Abgasoptimierung und für die Diagnose verwendet.The Requirement for the accuracy of the catalyst diagnosis is such that a so-called GRENZKAT is actually diagnosed as a GRENZKAT becomes. As a CATEGORY, a catalyst is called the exhaust gas value just reached the legal limit. This one is in the Application as reference for the exhaust gas optimization and for the Diagnosis used.

Zur korrekten Bestimmung der Alterung der Abgasreinigungsanlage aus der Amplitude der Lambdaschwingung hinter der Abgasreinigungsanlage müssen der mittlere Lambdawert und die Amplitude der Lambdaschwingung vor der Abgasreinigungsanlage, der Abgasmassenstrom und inwiefern ein stationärer Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt mit berücksichtigt werden. Besondere Betriebszustände wie ein Schubbetrieb ohne Kraftstoffeinspritzung, bei dem die Abgasreinigungsanlage das 1,5 bis 2-fache Speichervermögen wie beim Magerbetrieb aufweist, müssen berücksichtigt werden.to correct determination of the aging of the emission control system the amplitude of lambda oscillation behind the emission control system have to the average lambda value and the amplitude of the lambda oscillation the exhaust gas purification system, the exhaust gas mass flow and to what extent a stationary operating state the internal combustion engine is present with consideration. Special operating conditions as a coasting operation without fuel injection, in which the exhaust gas purification system 1.5 to 2 times the storage capacity as in lean operation, must be considered.

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.In the DE 41 12 478 C2 describes a method for assessing the aging state of a catalyst, in which the lambda values are measured in front of and behind the catalyst. It is examined whether the lambda value behind the catalyst shows a corresponding transition in the case of a control oscillation in front of the catalyst from rich to lean or, conversely, if this is the case, the gas mass flow flowing through the catalyst is determined as the time integral of the product from gas mass flow and lambda value before the catalyst is calculated, the temporal integral of the product of gas mass flow and lambda value is calculated behind the catalyst and as a measure of the aging state of the catalyst either the difference between the two integrals or the quotient of the two integrals or the quotient of the difference and one of the two integrals is used. A disadvantage of the method described is that the lambda value must be measured before the emission control system with a complex broadband lambda probe in order to determine the introduced or extracted amount of oxygen via the integration of the product of current lambda values and gas mass flow.

Ein weiteres Verfahren 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.Another method for determining the oxygen storage capacity of an emission control system describes the EP 0546 318 B1 , The system is supplied with a Lambdaverlauf whose oxygen deficiency entry is initially higher than the oxygen storage capacity of the catalyst. The oxygen input is chosen so that the catalyst is filled in the lean phases each to its capacity limit. To determine the acid material storage capacity of the catalyst, the average lambda value before the catalyst during the lambda oscillations of the system is selectively shifted towards lean and thus reduces the oxygen removal from phase to phase. By determining the number of lean-to-rich transitions that the lambda probe located behind the catalytic converter indicates, the oxygen storage capability can be determined, with an increased number of phases resulting in reduced storage capability. A disadvantage of this method is that in the lean phases unpurified exhaust gas is discharged.

Die DE 198 03 828 A1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Abgaskatalysators bei Verbrennungsmotoren,

  • – bei dem der Sauerstoffgehalt des Abgases hinter dem Katalysator bestimmt und
  • – bei dem der mittlere Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Katalysator in eine Richtung verändert wird, die von dem zuvor bestimmten Sauerstoffgehalt hinter dem Katalysator wegführt und
  • – bei dem die aus der Änderung des mittleren Sauerstoffgehaltes resultierende Änderung des Sauerstofffüllstandes des Katalysators bestimmt wird und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird und
  • – bei der eine Fehlermeldung unterbleibt, wenn der vorbestimmte Grenzwert überschritten wird bevor sich der Sauerstoffgehalt des Abgases hinter dem Katalysator ändert.
The DE 198 03 828 A1 describes a method and a device for checking an exhaust gas catalytic converter in internal combustion engines,
  • - Determines the oxygen content of the exhaust gas behind the catalyst and
  • - In which the average oxygen content of the exhaust gas before the catalyst is changed in a direction which leads away from the previously determined oxygen content behind the catalyst and
  • - In which the resulting from the change in the average oxygen content change in the oxygen level of the catalyst is determined and compared with a predetermined limit and
  • - In which an error message is omitted when the predetermined limit is exceeded before the oxygen content of the exhaust gas changes behind the catalyst.

Bei einer Zweipunktsonde vor dem Katalysator kann der Sauerstoffgehalt des eingetragenen Abgases nicht quantitativ bestimmt werden. Dies gilt sowohl für das fette Gemisch als auch für das magere Gemisch. Ein Ansatz für die Realisierung ist, von einer korrekten Vorsteuerung auszugehen und den Sauerstoffgehalt des eingetragenen Abgases zu modellieren. Dabei wirken sich die punktuellen Toleranzen des Systems ohne weitere Maßnahmen unzulässig aus, so dass die Bewertungsgüte nicht ausreichen kann, um einen Katalysator als besser oder schlechter als ein GRENZKAT zu diagnostizieren. Zudem kann sich im weiteren Verlauf eine zusätzliche Abweichung der Vorsteuerung einstellen, die das Ergebnis zusätzlich verfälscht. Bei Straßenmessungen wurden im gesteuerten Betrieb Gemischschwankungen beobachtet, die in der gleichen Größenordnung lagen wie der Lambda-Magersprung. Dies führt zu sehr großen Streuungen bei der OSC-Bestimmung.at a two-point probe in front of the catalyst can the oxygen content of the input exhaust gas can not be determined quantitatively. This applies to both the fat mixture as well the lean mixture. An approach for the realization is to start from a correct precontrol and to model the oxygen content of the input exhaust gas. The punctual tolerances of the system have no effect activities inadmissible out, so the evaluation quality can not be enough to make a catalyst better or worse to diagnose as a BORDER CAT. In addition, in the further Course an additional Set deviation of feedforward, which additionally falsifies the result. at road measurements were observed in controlled operation mixture fluctuations, the in the same order of magnitude lay like the lambda lean. this leads to very big Scattering in the OSC determination.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Genauigkeit der Vorsteuerung und damit die Bewertungsgüte der aktiven Katalysator-Diagnose insbesondere mit einer Zweipunkt- oder Sprungsonde wesentlich verbessert.It It is therefore an object of the invention to provide a method the accuracy of the feedforward control and thus the evaluation quality of the active catalyst diagnosis significantly improved especially with a two-point or jumping probe.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die modellierte Lambda-Vorsteuerung derart vorgegeben wird, dass die chronologischen Schritte

  • – Überprüfung der Einschaltbedingungen
  • – Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers
  • – Gesteuerte Fettphase
  • – Gesteuerte Magerphase
  • – Plausibilisierung eines modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator sowie
  • – Ermittlung und Ausgabe eines Mittelwertes
durchgeführt werden. Mit diesen Verfahrensschritten kann erreicht werden, dass eine deutlich verbesserte Genauigkeit der Lambda-Vorsteuerung erzielt werden kann, was insbesondere die Genauigkeit der Messung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators erhöht. Die aktive Katalysator-Diagnose kann dadurch im Hinblick auf vorhandene System-Toleranzen überprüft und bei Abweichungen adaptiert werden.The object is achieved in that the modeled lambda precontrol is specified such that the chronological steps
  • - Checking the switch-on conditions
  • - Determination of mean pilot control error
  • - Controlled fat phase
  • - Controlled lean phase
  • - Plausibilisierung a modeled probe jump before the catalyst as well
  • - Determination and output of a mean value
be performed. With these method steps can be achieved that a significantly improved accuracy of the lambda pilot control can be achieved, which in particular increases the accuracy of the measurement of the oxygen storage capacity of the catalyst. The active catalyst diagnosis can be checked with regard to existing system tolerances and adapted in case of deviations.

Dabei ist in einer Verfahrensvariante vorgesehen, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als ein Abbruchkriterium eine Abbruchschwelle für eine Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Luftmasse festgelegt wird. Es kann damit sichergestellt werden, dass die Diagnose bei einem quasistationären Betrieb durchgeführt werden kann.there is provided in a variant of the method that during the review of Switch-on conditions as an abort criterion an abort threshold for one Air mass change set as a relative deviation proportional to an air mass becomes. It can thus be ensured that the diagnosis is at a quasi-stationary one Operation performed can be.

Eine Variante sieht vor, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als Abbruchkriterium die Abbruchschwelle für die Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Kennlinie über die Luftmasse festgelegt wird. Dies erhöht die Genauigkeit für die Festlegung der Abbruchschwelle.A Variant provides that while the review of Switch-on conditions as a termination criterion the demolition threshold for the air mass change as a relative deviation proportional to a characteristic over the Air mass is set. This increases the accuracy for the determination the demolition threshold.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird zur Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers eine Schnelladaption durchgeführt und ein Lernwert eingefroren. Damit können punktuelle Toleranzen in kurzer Zeit über mehrere Perioden der Zweipunktregelung erlernt und, sobald die Adaption eingeschwungen ist, diese gespeichert werden.In A preferred variant of the method is used to determine the mean Pre-control error performed a quick adaptation and frozen a learning value. With that you can selective tolerances in a short time over several periods of the two-step control learned and, once the adaptation has settled, these stored become.

Dabei ist vorgesehen, dass die Schnelladaption dann erfolgt, wenn die allgemeinen Freigabebedingungen zu Beginn einer aktiven Katalysatordiagnose erfüllt sind. Dies stellt sicher, dass die Schnelladaption zu einem definierten Zeitpunkt erfolgt und damit ausgeschlossen werden kann, dass aufgrund von Fehlfunktionen zu Beginn der aktiven Katalysatordiagnose fehlerhafte Adaptionen durchgeführt und entsprechend falsche Lernwerte gespeichert werden.there it is envisaged that the rapid adaptation takes place when the general release conditions at the beginning of an active catalyst diagnosis Fulfills are. This ensures that the fast adaptation to a defined Time occurs and can be ruled out that due malfunctioning at the beginning of the active catalyst diagnosis faulty Adaptations performed and correspondingly incorrect learning values are stored.

Wird bei einer eingeschwungenen Schnelladaption der Lernwert eingefroren und ein Regler abgeschaltet, können danach gezielt die Fettphasen für das Lambda vorgesteuert werden, bis der sauerstofffreie Referenzzustand des Katalysators hergestellt ist, gefolgt von der gesteuerten Magerphase für das Lambda, um die OSC-Messung bis zum Sondensprung hinter dem Katalysator durchzuführen.If a fast adaptation is used, the learning value is frozen and a controller is deactivated Thereafter, the fat phases for the lambda may be selectively pre-controlled until the oxygen-free reference state of the catalyst is established, followed by the controlled lean phase for the lambda to perform the OSC measurement until the probe jump past the catalyst.

Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Plausibilisierung des modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator durch einen Vergleich der Zeitpunkte für den modellierten Sondensprung und einem realen Sondensprung vor dem Katalysator erfolgt. Dadurch können System-Toleranzen, die zu Gemischfehlern bei der Lambda-Vorsteuerung und damit zu Veränderungen des Betriebspunktes führen können, ausgeblendet werden, sofern sie noch innerhalb der tolerierbaren Grenzen liegen.A preferred variant of the method provides that the plausibility of the modeled probe jump before the catalyst by comparison the dates for the modeled probe jump and a real probe jump the catalyst takes place. This allows system tolerances that to mixture errors in the lambda pilot control and thus to changes of the operating point can, if they are still within the tolerable range Limits are.

Bei einer zu großen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator kann die Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit abgebrochen werden, da dann im allgemeinen von einem Fehler bei der Gemischbildung ausgegangen werden muss.at one too big temporal deviation between the modeled probe jump and the real probe jump in front of the catalyst can diagnose the Oxygen storage capacity aborted, since then in general from an error the mixture formation must be assumed.

In bevorzugter Verfahrensvariante wird bei einer kleinen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator innerhalb der Plausi bilisierungsgrenzen ein Zeitmodell für die modellierte Lambda-Vorsteuerung entsprechend der Abweichung vorgezogen bzw. verzögert und/oder aktualisiert oder überschrieben. Dadurch wird sichergestellt, dass der reale Lambda-Magersprung mit dem modellierten Magersprung zusammenfällt. Bei kleineren, aber noch tolerierbaren System-Toleranzen kann damit das Katalysator-Diagnoseverfahren selbstständig adaptiert werden, was, in bestimmten Grenzen, einer selbstlernenden Fehlertoleranz entspricht.In preferred method variant is at a small temporal Deviation between the modeled probe jump and the real one Probe jump before the catalyst within the Plausi bilisierungsgrenzen a time model for the modeled lambda precontrol according to the deviation advanced or delayed and / or updated or overwritten. This will ensure that the real lambda lean skip with coincides with the modeled lean skip. At smaller, but still tolerable system tolerances can thus independently adapts the catalyst diagnostic procedure become, within certain limits, a self-learning fault tolerance equivalent.

Bei einer einfachen On-Board-Diagnose, bei denen der genaue OSC-Wert nicht ermittelt werden muss, kann mit dem modellierten Sondensprung vor dem Katalysator statt mit dem modellierten Sondensprung hinter dem Katalysator gestartet werden, was eine vereinfachte OSC-Bestimmung ermöglicht.at a simple on-board diagnosis, where the exact OSC value can not be determined can with the modeled probe jump behind the catalyst instead of with the modeled probe jump behind the catalyst can be started, which is a simplified OSC determination allows.

Werden nach mehreren Einzelmessungen Messausreißer eliminiert und wird anschließend eine Mittelwertbildung durchgeführt, so können damit statistische Schwankungen, wie sie in reellen Systemen vorkommen können, weitgehend kompensiert werden. Kurzzeitige Störungen haben damit nur einen sehr geringen Einfluss auf das Messergebnis für den OSC-Wert.Become after several individual measurements, measurement outlier is eliminated and then averaging carried out, so can thus statistical fluctuations, as they occur in real systems can, be largely compensated. Short-term disturbances have only a very little influence on the measurement result for the OSC value.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to one shown in the figure Embodiment explained in more detail. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine. 1 a schematic representation of an internal combustion engine.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

1 zeigt beispielhaft ein technisches Umfeld, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren abläuft. In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1, bestehend aus einem Motorblock 40 und einem Zuluftkanal 10, der den Motorblock 40 mit Verbrennungsluft versorgt, dargestellt, wobei die Luftmenge im Zuluftkanal 10 mit einer Zuluftmesseinrichtung 20 bestimmbar ist. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 wird dabei über eine Abgasreinigungsanlage geführt, welche als Hauptkomponenten einen Abgaskanal 50 aufweist, in dem in Strömungsrichtung des Abgases eine erste Abgassonde 60 vor einem Katalysator 70 und eine zweite Abgassonde 80 hinter dem Katalysator 70 angeordnet ist. Wie in der 1 angedeutet, kann die Abgasreinigungsanlage noch einen zweiten Katalysator 90 hinter der zweiten Abgassonde 80 aufweisen. 1 shows by way of example a technical environment in which the method according to the invention runs. In the figure is an internal combustion engine 1 consisting of an engine block 40 and a supply air duct 10 that the engine block 40 supplied with combustion air, shown, with the amount of air in the supply air duct 10 with a Zuluftmesseinrichtung 20 is determinable. The exhaust gas of the internal combustion engine 1 is guided through an exhaust gas purification system, which as main components an exhaust duct 50 in which, in the flow direction of the exhaust gas, a first exhaust gas probe 60 in front of a catalyst 70 and a second exhaust gas probe 80 behind the catalyst 70 is arranged. Like in the 1 indicated, the emission control system can still a second catalyst 90 behind the second exhaust gas probe 80 exhibit.

Die Abgassonden 60, 80 sind mit einer Steuereinrichtung 100 verbunden, die aus den Daten der Abgassonden 60, 80 und den Daten der Zuluftmesseinrichtung 20 das Gemisch berechnet und eine Kraftstoffzumesseinrichtung 30 zur Zudosierung von Kraftstoff mit entsprechenden Einspritzdüsen im Zuluftkanal 10 ansteuert. Die Steuereinrichtung kann zudem, wie in 1 gezeigt, mit einer Anzeige-/Speichereinheit 110 verbunden sein.The exhaust probes 60 . 80 are with a control device 100 connected from the data of the exhaust probes 60 . 80 and the data of the supply air measuring device 20 calculates the mixture and a fuel metering 30 for the metered addition of fuel with appropriate injectors in the supply air duct 10 controls. The control device can also, as in 1 shown with a display / storage unit 110 be connected.

Mit der im Abgaskanal 50 hinter dem Motorblock 40 angeordneten Abgassonde 60 kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 100 ein Lambdawert eingestellt werden, der für die Abgasreinigungsanlage zur Erzielung einer optimalen Reinigungswirkung geeignet ist. Die Abgassonde 60 kann als einfache Sprungsonde oder als aufwändige Breitbandsonde ausgeführt sein, durch die sich die Luftzahl Lambda in einem weiten Bereich bestimmen lässt. Ist die Abgassonde 60 als Sprungsonde ausgebildet, ist dies kostengünstiger, erlaubt aber lediglich eine Regelung auf einen Sollwert von λ = 1. Daher kann während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit keine Lambdaregelung aktiv sein. In dieser Betriebsphase erfolgt nur eine Vorsteuerung des Kraftstoffgemisches mit einem von der Steuereinrichtung 100 vorbestimmten Lambda-Wert. Die im Abgaskanal 50 hinter dem ersten Katalysator 70 angeordnete zweite Abgassonde 80 kann ebenfalls in der Steuereinrichtung 100 ausgewertet werden und dient dazu, in einem Verfahren nach dem Stand der Technik die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen.With the in the exhaust duct 50 behind the engine block 40 arranged exhaust gas probe 60 can with the help of the control device 100 a lambda value can be adjusted, which is suitable for the exhaust gas purification system for achieving an optimal cleaning effect. The exhaust gas probe 60 can be designed as a simple jumping probe or as a complicated broadband probe, through which the air ratio lambda can be determined in a wide range. Is the exhaust gas probe 60 formed as a jump probe, this is less expensive, but allows only a control to a setpoint of λ = 1. Therefore, no lambda control can be active during the determination of the oxygen storage capacity. In this operating phase, only a pilot control of the fuel mixture with one of the control device takes place 100 predetermined lambda value. The in the exhaust duct 50 behind the first catalyst 70 arranged second exhaust gas probe 80 can also be in the controller 100 be evaluated and serves, in a method according to the prior art, the sow To determine erstoffspeicherfähigkeit the emission control system.

Zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wird im Allgemeinen während der On-Board-Diagnose die Brennkraftmaschine 1 zunächst ausreichend lange mit Kraftstoffüberschuss betrieben („fettes Gemisch"), um sämtlichen Sauerstoff im Katalysator 70 zu reduzieren. Im anschließenden Magerbetrieb wird im Katalysator 70 Sauerstoff eingelagert, wobei mit der Abgassonde 80 festgestellt wird, wenn sauerstoffreiches Abgas auftritt, da die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC dann überschritten ist.In general, during the on-board diagnosis, the internal combustion engine is determined to determine the oxygen storage ability 1 initially operated for a sufficiently long time with excess fuel ("rich mixture") to all the oxygen in the catalyst 70 to reduce. In the subsequent lean operation is in the catalyst 70 Oxygen stored, with the exhaust probe 80 is detected when oxygen-rich exhaust gas occurs, since the oxygen storage capacity OSC is then exceeded.

Nach dem Stand der Technik wird ein sprunghafter Wechsel zwischen λ < 1 und λ > 1 vorgegeben. Bei dieser Vorsteuerung können Fehler auftreten, die beispielsweise durch eine Streuung der Einspritzventile oder Fehler in der Füllungserfassung herrühren. Diese verfälschen den Lambdawert und führen damit auch zu Fehlern bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit.To the prior art, a sudden change between λ <1 and λ> 1 is specified. at this pilot control can Errors occur, for example, due to a scattering of the injectors or errors in the fill detection. These distort the lambda value and lead thus also errors in the determination of oxygen storage capacity.

Der zeitliche Ablauf des Diagnoseverfahrens wird erfindungsgemäß in folgende Teilschritte definiert:

  • 1. Überprüfung der Einschaltbedingungen
  • 2. Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers
  • 3. Gesteuerte Fettphase
  • 4. Gesteuerte Magerphase
  • 5. Plausibilisierung eines modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator 70 sowie
  • 6. Ermittlung und Ausgabe eines Mittelwertes
The timing of the diagnostic procedure is defined according to the invention in the following sub-steps:
  • 1. Checking the switch-on conditions
  • 2. Determination of mean pilot control error
  • 3. Controlled fat phase
  • 4. Controlled lean phase
  • 5. Plausibility check of a modeled probe jump in front of the catalyst 70 such as
  • 6. Determination and output of a mean value

Im der ersten Phase werden wie bisher üblich die Voraussetzungen für den Ablauf der aktiven Katalysatordiagnose überprüft. So werden beispielsweise als Einschaltbedingungen die Parameter Katalysatortemperatur, -gradient, Drehzahl, Last, Massenstrom, und/oder -gradient überprüft. Bei bekannten Störungen erfolgt bereits in dieser Phase eine Abschaltung. Die Diagnose wird zeitlich beschränkt und bei quasistationärem Betrieb, d.h. in einem eingeschränkten Bereich eines Betriebskennfeldes bzw. bei Konstantfahrten durchgeführt. Während der Überprüfung der Einschaltbedingungen wird als ein Abbruchkriterium eine Abbruchschwelle für eine Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Luftmasse (z.B. 20 kg/h) festgelegt. Es kann damit sichergestellt werden, dass die Diagnose bei einem quasistationären Betrieb durchgeführt werden kann. Eine andere Variante sieht vor, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als Abbruchkriterium die Abbruchschwelle für die Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Kennlinie über die Luftmasse festgelegt wird. Dies erhöht die Genauigkeit für die Festlegung der Abbruchschwelle. Die Abbruchschwelle für Luftmassenänderungen kann in einem Kennfeld auch absolut konstant bleiben.in the In the first phase, as usual, the prerequisites for the procedure will be fulfilled active catalyst diagnostics. So be for example as switch-on conditions the parameters catalyst temperature, Gradient, speed, load, mass flow, and / or gradient checked. at known disorders a shutdown occurs already in this phase. The diagnosis will limited in time and at quasi-stationary Operation, i. in a restricted Area of an operating map or carried out at constant driving. While checking the Switch-on conditions become a termination criterion as a termination criterion for one Air mass change as a relative deviation proportional to an air mass (e.g., 20 kg / h). It can thus be ensured that the Diagnosis in a quasi-stationary Operation performed can be. Another variant provides that while checking the Switch-on conditions as a termination criterion the demolition threshold for the air mass change as a relative deviation proportional to a characteristic over the Air mass is set. This increases the accuracy for determining the Abort threshold. The demolition threshold for air mass changes can also remain absolutely constant in a map.

Während der zweiten Phase wird eine Schnelladaption durchgeführt und ein Lernwert eingefroren. Dabei kann die Schnelladaption dann erfolgen, wenn die allgemeinen Freigabebedingungen zu Beginn einer aktiven Katalysatordiagnose erfüllt sind.During the In the second phase, a quick adaptation is performed and a learning value is frozen. The fast adaptation can then take place if the general Release conditions at the beginning of an active catalyst diagnosis Fulfills are.

Wird bei einer eingeschwungenen Schnelladaption der Lernwert eingefroren und ein Regler abgeschaltet, können danach gezielt in der dritten Phase die Fettphasen für das Lambda vorgesteuert werden, bis der sauerstofffreie Referenzzustand des Katalysators 70 hergestellt ist, gefolgt von der gesteuerten Magerphase für das Lambda (vierte Phase), um die OSC-Messung bis zum Sondensprung der Abgassonde 80 hinter dem Katalysator durchzuführen. Die gesteuerte Fettphase in der dritten Phase erfolgt, wie bisher üblich, indem nach einer gewissen Wartezeit (typisch 1 s) für eine bestimmte Zeit das Lambda fett (beispielsweise λ = 0,96) vorgesteuert wird. Dies geschieht so lange, bis sicher gestellt ist, dass auch bei einem neuen Katalysator 70 der gesamte Sauerstoff ausgeräumt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass, wenn die Abgassonde 80 hinter dem Katalysator 70 den fetten Lambda-Wert anzeigt (d.h. die Sondenspannung > 600 mV beträgt), noch eine gewisse Zeit gewartet wird, die durch ein Integral aus Lambda-Abweichung und Luftmasse bestimmt wird.If the learning value is frozen and a controller is switched off in the case of a fast response, then the fat phases for the lambda can be selectively precontrolled in the third phase until the oxygen-free reference state of the catalyst is reached 70 followed by the controlled lean phase for the lambda (fourth phase) to the OSC measurement until probe exit of the exhaust gas probe 80 behind the catalyst. The controlled fat phase in the third phase is carried out, as hitherto customary, in that after a certain waiting time (typically 1 s) for a certain time, the lambda fat (for example, λ = 0.96) is piloted. This happens until it is ensured that even with a new catalyst 70 all the oxygen has been removed. This is achieved by having the exhaust gas probe 80 behind the catalyst 70 indicates the rich lambda value (ie, the probe voltage is> 600 mV), is still waiting for a certain time, which is determined by an integral of lambda deviation and air mass.

In der vierten Phase erfolgt, wie bisher üblich, der gesteuerte Magersprung, beispielsweise auf einen Wert von λ = 1,04. Dadurch wird Sauerstoff in den Katalysator 70 eingetragen. Der Beginn der OSC-Messung erfolgt, wenn die Abgaswolke entsprechend einem Gaslaufzeitmodell (ohne Speicherwirkung des Katalysators 70) an der Abgassonde 80 hinter dem Katalysator 70 angekommen ist. Die Zeit ab Start der OSC-Messung bis zur verzögerten Reaktion der Abgassonde 80 hinter dem Katalysator 70 (Sondenspannung < 450 mV) liefert die Information für das Sauerstoffspeichervermögen.In the fourth phase, as hitherto customary, the controlled lean skip occurs, for example to a value of λ = 1.04. This turns oxygen into the catalyst 70 entered. The beginning of the OSC measurement takes place when the exhaust gas cloud according to a gas flow time model (without storage effect of the catalyst 70 ) on the exhaust gas probe 80 behind the catalyst 70 has arrived. The time from the start of the OSC measurement to the delayed response of the exhaust gas probe 80 behind the catalyst 70 (Probe voltage <450 mV) provides the information for the oxygen storage capacity.

Aufgrund von System-Toleranzen können Gemischabweichungen bei der Lambda-Vorsteuerung auftreten, die geringfügige Veränderungen des Betriebspunktes bewirken. Daher ist in der Phase 5 eine Plausibilisierung des Laufzeitmodells mit dem realen Sondensprung der Abgassonde 60 vor dem Katalysator 70 erforderlich, welches den Startpunkt bestimmt. Gemischfehler können mittels der Abgassonde 60 vor dem Katalysator 70 detektiert werden, wenn beispielsweise der Sondensprung zu früh gegenüber der modellierten Zeit erfolgt. In diesem Fall ist das Gemisch zu mager und das gemessene OSC-Vermögen wird als Folge davon als zu klein bzw. als zu schlecht bewertet. Erfolgt der Sondensprung zu spät, ist das Gemisch zu fett und das gemessene OSC-Vermögen wird als zu groß bzw. als zu gut bewertet.Due to system tolerances, mixture deviations in the lambda precontrol can occur, causing slight changes in the operating point. Therefore, in the phase 5 a plausibility check of the runtime model with the real probe jump of the exhaust gas probe 60 in front of the catalyst 70 required, which determines the starting point. Mixture errors can be detected by means of the exhaust gas probe 60 in front of the catalyst 70 detected, for example, if the probe jump is too early compared to the modeled time. In this case, the mixture is too lean and the measured OSC capacity is assessed as being too small or too poor as a result. If the probe jump is too late, the mixture is too rich and the measured OSC capacity is judged to be too large or too good.

Bei zu großen zeitlichen Abweichungen vom modellierten Startzeitpunkt wird die Diagnose abgebrochen. Bei einer kleinen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator 70 innerhalb der Plausibilisierungsgrenzen wird das Zeitmodell für die modellierte Lambda-Vorsteuerung entsprechend der Abweichung vorgezogen bzw. verzögert und/oder aktualisiert oder überschrieben. Die zeitliche Abweichung der realen Messung zum Laufzeitmodell kann symmetrisch abgelegt sein, wie zuvor beschrieben, oder auch unsymmetrisch sowie auch mittels zweier Kennlinien über die modellierte Laufzeit im Modell hinterlegt sein.If the time deviates too much from the modeled start time, the diagnosis is aborted. With a small time difference between the modeled probe jump and the real probe jump in front of the catalyst 70 Within the plausibility limits, the time model for the modeled lambda precontrol according to the deviation is advanced or delayed and / or updated or overwritten. The temporal deviation of the real measurement to the transit time model can be stored symmetrically, as described above, or also be stored asymmetrically as well as by means of two characteristics over the modeled running time in the model.

Das Laufzeitmodell kann dabei je nach Anforderung mehr oder weniger komplex gestaltet sein. Bei einfachen Systemen (z.B. für die European On-Board-Diagnostic EOBD), bei denen der genaue OSC-Wert nicht angegeben werden muss, kann die OSC-Messung einfacherweise mit dem modellierten Sondensprung vor dem Katalysator 70 gestartet werden.Depending on the requirement, the runtime model can be more or less complex. For simple systems (eg for the European On-Board-Diagnostic EOBD), where the exact OSC value need not be specified, the OSC measurement can easily be done with the modeled probe jump in front of the catalyst 70 to be started.

Abschließend werden in Phase 6 nach mehreren Einzelmessungen Messausreißer eliminiert und anschließend eine Mittelwertbildung durchgeführt. Damit können statistische Schwankungen, wie sie in reellen Systemen vorkommen können, weitgehend kompensiert werden. Kurzzeitige Störungen haben damit nur einen sehr geringen Einfluss auf das Messergebnis für den OSC-Wert.Finally, in phase 6 After several individual measurements, the measuring outliers were eliminated and then averaging was carried out. Thus, statistical fluctuations, as they can occur in real systems, are largely compensated. Short-term disturbances thus have only a very small influence on the measurement result for the OSC value.

Mit dem Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung kann erreicht werden, dass eine höhere Genauigkeit der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage bei einfachem Aufbau ermöglicht wird. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Kostenreduzierung für eine On-Board-Diagnose.With the method and the corresponding device can be achieved that a higher accuracy the determination of the oxygen storage capacity of the emission control system with a simple structure allows becomes. This is particularly advantageous in terms of cost reduction for one On-board diagnostics.

Claims (11)

Verfahren zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine (1) mit einer in der Abgasreinigungsanlage hinter einem Katalysator (70) angeordneten, mit einer Steuereinrichtung (100) verbundenen Abgassonde (80) mit Sprungcharakteristik, wobei zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators (70) gezielt mittels einer modellierten Lambda-Vorsteuerung zwischen einem fetten (λ < 1) und einem mageren (λ > 1) Kraftstoff-Luft-Gemisch gewechselt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die modellierte Lambda-Vorsteuerung derart vorgegeben wird, dass die chronologischen Schritte – Überprüfung der Einschaltbedingungen – Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers – Gesteuerte Fettphase – Gesteuerte Magerphase – Plausibilisierung eines modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator (70) sowie – Ermittlung und Ausgabe eines Mittelwertes durchgeführt werden.Method for monitoring an exhaust gas purification system of an internal combustion engine ( 1 ) with a in the exhaust gas purification system behind a catalyst ( 70 ), with a control device ( 100 ) connected exhaust gas probe ( 80 ) with jump characteristics, wherein for determining the oxygen storage capacity of the catalyst ( 70 ) is selectively changed by means of a modeled lambda pilot control between a rich (λ <1) and a lean (λ> 1) fuel-air mixture, characterized in that the modeled lambda precontrol is specified such that the chronological steps - Checking the switch-on conditions - Determining the mean pilot control error - Controlled rich phase - Controlled lean phase - Plausibility check of a modeled probe jump in front of the catalytic converter ( 70 ) as well as - determination and output of an average value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als ein Abbruchkriterium eine Abbruchschwelle für eine Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Luftmasse festgelegt wird.Method according to claim 1, characterized in that that while the review of Switch-on conditions as an abort criterion an abort threshold for one Air mass change set as a relative deviation proportional to an air mass becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als Abbruchkriterium die Abbruchschwelle für die Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Kennlinie über die Luftmasse festgelegt wird.Method according to claim 1, characterized in that that while the review of Switch-on conditions as a termination criterion the demolition threshold for the air mass change as a relative deviation proportional to a characteristic over the Air mass is set. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers eine Schnelladaption durchgeführt und ein Lernwert eingefroren wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that a fast adaptation is carried out to determine the average pilot control error and a learning value is frozen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnelladaption dann erfolgt, wenn die allgemeinen Freigabebedingungen zu Beginn einer aktiven Katalysatordiagnose erfüllt sind.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the quick adaptation then occurs when the general release conditions are fulfilled at the beginning of an active catalyst diagnosis. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eingeschwungenen Schnelladaption der Lernwert eingefroren und ein Regler abgeschaltet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the learning value is frozen in the case of a settled fast adaptation and a regulator is turned off. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung des modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator (70) durch einen Vergleich der Zeitpunkte für den modellierten Sondensprung und einem realen Sondensprung vor dem Katalysator (70) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the plausibility of the modeled probe jump before the catalyst ( 70 ) by comparing the times for the modeled probe jump and a real probe jump before the catalyst ( 70 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 7, dass bei einer zu großen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator (70) die Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit abgebrochen wird.Method according to claim 7, characterized in that if there is too great a time difference between the modeled probe jump and the real probe jump in front of the catalytic converter ( 70 ) the oxygen storage ability diagnosis is aborted. Verfahren nach Anspruch 7, dass bei einer kleinen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator (70) innerhalb der Plausibilisierungsgrenzen ein Zeitmodell für die modellierte Lambda-Vorsteuerung entsprechend der Abweichung vorgezogen bzw. verzögert und/oder aktualisiert oder überschrieben wird.Method according to claim 7, characterized in that with a small temporal deviation between the modeled probe jump and the real probe jump in front of the catalytic converter ( 70 ) within the plausibility limits a time model for the modeled lambda precontrol according to the deviation is preferred or delayed and / or updated or overwritten. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer einfachen On-Board-Diagnose mit dem modellierten Sondensprung vor dem Katalysator (70) statt mit dem modellierten Sondensprung hinter dem Katalysator (70) gestartet wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that in a simple on-board diagnosis with the modeled probe jump in front of the catalyst ( 70 ) instead of the modeled probe jump behind the catalyst ( 70 ) is started. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach mehreren Einzelmessungen Messausreißer eliminiert werden und anschließend eine Mittelwertbildung durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized that after several individual measurements, measurement outliers are eliminated and then one Averaging performed becomes.
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