DE102006041479B4 - Method for determining the oxygen storage capacity of an exhaust gas cleaning system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit (23) einer Abgasreinigungsanlage (16) für eine Brennkraftmaschine (10), bei dem eine Differenzmenge zwischen einer in die Abgasreinigungsanlage (16) eingetragenen Sauerstoffmenge und einer aus der Abgasreinigungsanlage (16) ausgetragenen Sauerstoffmenge bestimmt und eine Integration der Differenzmenge durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzmenge für einen vorbestimmten Zeitraum bestimmt wird, dass aus der Differenzmenge ein Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage (16) gebildet wird und dass die Differenzmengen zweier oder mehrerer Zeiträume summiert oder integriert werden und hieraus ein Sauerstoff-Füllstand bestimmt wird, wobei die aus der Abgasreinigungsanlage (16) ausgetragene Sauerstoffmenge aus einem Modell für die Abgasreinigungsanlage bestimmt wird, wobei das Modell für die Abgasreinigungsanlage (16) die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von einer Menge an adsorbiertem Kohlenstoff oder adsorbierten kohlenstoffhaltigen Spezies oder adsorbierten Schwefelverbindungen beschreibt.

Figure DE102006041479B4_0000
Method for determining an oxygen storage capacity (23) of an exhaust gas cleaning system (16) for an internal combustion engine (10), in which a difference between an amount of oxygen introduced into the exhaust gas cleaning system (16) and an amount of oxygen discharged from the exhaust gas cleaning system (16) is determined and an integration the differential quantity is carried out, characterized in that the differential quantity is determined for a predetermined period of time, that an oxygen fill level of the exhaust gas cleaning system (16) is formed from the differential quantity and that the differential quantities of two or more periods of time are summed up or integrated and an oxygen fill level is determined, with the exhaust gas cleaning system (16) discharged oxygen quantity being determined from a model for the exhaust gas cleaning system, the model for the exhaust gas cleaning system (16) determining the discharged oxygen quantity as a function of a quantity of adsorbed carbon or adsorbed carbonaceous species or adsorbed sulfur compounds.
Figure DE102006041479B4_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for determining the oxygen storage capacity of an exhaust gas cleaning system for an internal combustion engine.

Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxydierbare 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 Konvertierungsfähigkeit, die zu unzulässiger Erhöhung der Abgaswerte führt, zu erkennen und beispielsweise über eine Kontroll-Lampe anzuzeigen.The storage capacity of an exhaust gas cleaning system for oxygen is used to absorb oxygen in lean phases and release it again in rich phases. This ensures that oxidizable noxious gas components of the exhaust gas can be converted. As the emission control system ages, its storage capacity for oxygen (OSC) decreases. As a result, sufficient oxygen can no longer be made available in the rich phases to clean the exhaust gas of the pollutant gas components and the lambda probe behind the exhaust gas cleaning system detects these components to be oxidized. Furthermore, during longer lean phases, this lambda probe detects the oxygen that can no longer be stored by the emission control system. In many countries, it is a legal requirement for the engine management system to check the emission control system while the vehicle is being driven (on-board diagnosis). An active catalytic converter diagnosis has the task of recognizing an impermissible drop in the conversion capacity, which leads to an impermissible increase in the exhaust gas values, and displaying it, for example, via a control lamp.

Ein bekanntes Diagnoseverfahren für die Konvertierungsfähigkeit besteht darin, die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen, da erfahrungsgemäß mit der Speicherfähigkeit auch das Konvertierungsvermögen abnimmt.A known diagnostic method for the conversion capability is to determine the oxygen storage capacity of the exhaust gas cleaning system, since experience has shown that the conversion capacity also decreases with the storage capacity.

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 condition of a catalytic converter, in which the lambda values are measured upstream and downstream of the catalytic converter. It is examined whether the lambda value behind the catalytic converter shows a corresponding transition during a control oscillation before the catalytic converter from rich to lean or vice versa, and if this is the case, the gas mass flow flowing through the catalytic converter is determined, the time integral of the product of the gas mass flow and lambda value is calculated upstream of the catalytic converter, the time integral of the product of gas mass flow and lambda value downstream of the catalytic converter is calculated and, as a measure of the aging state of the catalytic converter, 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. The disadvantage of the method described is that the lambda value must be measured before the exhaust gas cleaning system with a complex broadband lambda probe in order to determine the introduced or removed oxygen quantity by integrating the product of the current lambda value and the gas mass flow.

Die DE 19803828 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 19803828 A1 describes a method and a device for checking an exhaust gas catalytic converter in internal combustion engines, in which the oxygen content of the exhaust gas downstream of the catalytic converter is determined and in which the average oxygen content of the exhaust gas upstream of the catalytic converter is changed in a direction that leads away from the previously determined oxygen content downstream of the catalytic converter and in which the change in the oxygen fill level of the catalytic converter resulting from the change in the average oxygen content is determined and compared with a predetermined limit value and in which an error message is omitted if the predetermined limit value is exceeded before the oxygen content of the exhaust gas behind the catalytic converter changes.

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. Nachteilig ist dabei, dass Fehler bei der Vorsteuerung nicht erkannt werden. Zudem kann sich im weiteren Verlauf eine zusätzliche Abweichung der Vorsteuerung einstellen, die das Ergebnis zusätzlich verfälscht.With a two-point sensor in front of the catalytic converter, the oxygen content of the exhaust gas fed in cannot be determined quantitatively. This applies to both the rich mixture and the lean mixture. One approach to implementation is to assume correct pilot control and to model the oxygen content of the exhaust gas that is fed in. The disadvantage here is that errors in the pilot control are not detected. In addition, as the process progresses, an additional deviation in the pre-control can occur, which further falsifies the result.

In einer parallel laufenden Anmeldung DE 10 2005 058 524 A1 der Anmelderin werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems beschrieben, bei denen zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Katalysators mittels einer modellierten Lambda-Vorsteuerung zwischen einem fetten und einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch gewechselt wird, wobei ein Lambda-Wert in seinem zeitlichen Verlauf nach einem minimalen Lambda-Wert einen Bereich stetiger Zunahme oder nach einem maximalen Lambda-Wert einen Bereich stetiger Abnahme durchläuft. Hierdurch kann eine punktuelle Fehlertoleranz verschliffen werden und die Genauigkeit der Katalysator-Diagnose, insbesondere bei Verwendung einer Zweipunkt- oder Sprungsonde, verbessert werden.In a parallel application DE 10 2005 058 524 A1 The applicant describes a method and a device for monitoring an exhaust gas aftertreatment system, in which a switch is made between a rich and a lean fuel-air mixture to determine the oxygen storage capacity of a catalytic converter using a modeled lambda pilot control, with a lambda value in its time After a minimum lambda value, the course runs through a range of continuous increase or after a maximum lambda value, a range of continuous decrease. As a result, a punctual error tolerance can be smoothed out and the accuracy of the catalytic converter diagnosis, in particular when using a two-point or jump probe, can be improved.

In einem Zyklus zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird gemäß dem Stand der Technik entweder von einem vollständig mit Sauerstoff gefüllten oder vollständig entleerten Katalysator ausgegangen. Beginnt der Zyklus mit einem vollständig entleerten Katalysator, wird dieser so lange mit magerem Abgas bekannten Lambdawerts beaufschlagt, bis eine Abgassonde am Ausgang des Katalysators durchtretenden Sauerstoff feststellt. Die eingetragene Sauerstoffmenge entspricht dann der Sauerstoff-Speicherfähigkeit. Beginnt der Zyklus mit einem vollständig gefüllten Katalysator, wird dieser so lange mit fettem Abgas bekannten Lambdawerts beaufschlagt, bis die Abgassonde am Ausgang des Katalysators durchtretendes fettes Abgas feststellt. Die ausgetragene Sauerstoffmenge entspricht dann der Sauerstoff-Speicherfähigkeit. In beiden Fällen wird davon ausgegangen, dass am Ausgang des Katalysators das Abgas einen Lambdawert von 1 aufweist, solange der Katalysator Sauerstoff einspeichert beziehungsweise abgibt. Danach springt der Lambdawert und zeigt ein Ende des Messzyklus an. In der Realität treten schnelle und langsame Einspeicher- und Abgabe-Vorgänge auf, so dass die Abgassonde springen kann, obwohl die Speicherfähigkeit noch nicht ausgeschöpft ist. Weiterhin ist der Signalsprung der Abgassonde sehr stark von den Konzentrationen der übrigen Spezies im Abgas abhängig; beispielsweise beeinflusst die Wasserstoffkonzentration erheblich die Lage des Sondensprungs. Durch diese Verschiebungen des Sondensprungs wird der Zeitpunkt beeinflusst, zu dem der Zyklus zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit beendet wird. Hierdurch wird die eingespeicherte oder entnommene Sauerstoffmenge, dadurch die Sauerstoff-Speicherfähigkeit und letztlich die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators nicht korrekt bestimmt.In a cycle for determining the oxygen storage capacity, according to the prior art, either one is completely filled with acid material-filled or completely empty catalytic converter. If the cycle begins with a completely empty catalytic converter, lean exhaust gas of a known lambda value is applied to it until an exhaust gas probe at the catalytic converter outlet detects oxygen passing through. The amount of oxygen entered then corresponds to the oxygen storage capacity. If the cycle begins with a completely filled catalytic converter, this is subjected to rich exhaust gas with a known lambda value until the exhaust gas probe at the catalytic converter outlet detects rich exhaust gas passing through. The amount of oxygen that is discharged then corresponds to the oxygen storage capacity. In both cases, it is assumed that the exhaust gas at the outlet of the catalytic converter has a lambda value of 1 as long as the catalytic converter stores or releases oxygen. The lambda value then jumps and indicates the end of the measurement cycle. In reality, fast and slow storage and delivery processes occur, so that the exhaust gas probe can jump even though the storage capacity has not yet been exhausted. Furthermore, the signal jump of the exhaust gas probe is very strongly dependent on the concentrations of the other species in the exhaust gas; for example, the hydrogen concentration significantly influences the position of the probe jump. These shifts in probe jump will affect the time at which the oxygen storage capacity determination cycle is terminated. As a result, the amount of oxygen stored or removed, and thus the oxygen storage capacity and ultimately the conversion capacity of the catalytic converter, are not correctly determined.

Ferner zeigt die DE 102 26 456 A1 ein Verfahren, bei dem in einem Betriebsfall mit geringer Last („low space velocity“ und Entscheidung 100 in 2) zunächst in einer Phase mit Fettbetrieb der Sauerstoff aus der Abgasreinigungsanlage ausgetragen und dann auf Magerbetrieb umgeschaltet wird. Zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird eine Differenzmenge zwischen einer in die Abgasreinigungsanlage eingetragenen Sauerstoffmenge und einer aus der Abgasreinigungsanlage ausgetragenen Sauerstoffmenge bestimmt. Durch Integration der Differenzmenge wird in Schritt 700 ein Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage gebildet. In Schritt 800 wird geprüft, ob die Abgasreinigungsanlage das Abgas ohne Anreicherung oder Abreicherung von Sauerstoff passieren lässt. Nur wenn dies der Fall ist, enden die Differenzbildung und die Integration.Furthermore, the DE 102 26 456 A1 a method in which, in an operating case with a low load (“low space velocity” and decision 100 in 2 ) First, in a phase with rich operation, the oxygen is discharged from the emission control system and then switched to lean operation. In order to determine the oxygen storage capacity, a difference between an amount of oxygen introduced into the exhaust gas cleaning system and an amount of oxygen discharged from the exhaust gas cleaning system is determined. In step 700, an oxygen filling level of the exhaust gas cleaning system is formed by integrating the differential quantity. In step 800 it is checked whether the exhaust gas purification system allows the exhaust gas to pass through without enrichment or depletion of oxygen. Only when this is the case do differentiation and integration end.

Die DE 41 12 477 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Simulieren des zeitlichen Verhaltens des Lambdawerts am Auslass eines Abgaskatalysators an einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor. Mittels des Simulationsmodells werden Lambdawerte am Ausgang des Abgaskatalysators berechnet. Hierzu wird in dem Modell ein Speichervolumen des Abgaskatalysators angenommen und dessen Wert durch Vergleich der berechneten Lambdawerte mit am Ausgang des Abgaskatalysators gemessenen Werten präzisiert. Bei Gleichheit der gemessenen und in der Simulation bestimmten Lambdawerte wird davon ausgegangen, dass im Modell das Speichervolumen des Abgaskatalysators korrekt bestimmt wurde.The DE 41 12 477 A1 describes a method and a device for simulating the time behavior of the lambda value at the outlet of an exhaust gas catalytic converter on a motor vehicle with an internal combustion engine. Lambda values at the outlet of the exhaust gas catalytic converter are calculated using the simulation model. For this purpose, a storage volume of the exhaust gas catalytic converter is assumed in the model and its value is specified by comparing the calculated lambda values with values measured at the outlet of the exhaust gas catalytic converter. If the lambda values measured and determined in the simulation are identical, it is assumed that the storage volume of the exhaust gas catalytic converter was correctly determined in the model.

Die DE 10 2005 002 237 A1 beschreibt die Kinetik der Speicherung und Abgabe von Sauerstoff im Katalysator. Hierbei wird darauf eingegangen, dass in einem Übergangsbereich nicht sämtlicher Sauerstoff eingetragen oder ausgetragen wird und dass aufgrund von Diffusionsvorgängen der Verlauf der Sauerstoffkonzentration verschliffen ist.The DE 10 2005 002 237 A1 describes the kinetics of the storage and release of oxygen in the catalyst. In this context, it is discussed that not all of the oxygen is introduced or removed in a transition region and that the course of the oxygen concentration is smoother due to diffusion processes.

Die US 6 116 021A beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit eines Katalysators, bei dem erfindungsgemäß ein „rich rate modifier“ und ein „lean rate modifier“ verwendet werden. Auch hier wird als Beginn und Ende des Messzeitraums ein Umschlag des Lambdawerts nach dem Katalysator verwendet.The U.S. 6,116,021A describes a method for determining the oxygen storage capacity of a catalytic converter, in which, according to the invention, a “rich rate modifier” and a “lean rate modifier” are used. Here, too, a change in the lambda value after the catalytic converter is used as the beginning and end of the measurement period.

Die vorgenannten Überlegungen gehen davon aus, dass bei Einspeichern von Sauerstoff dieser im Katalysator adsorbiert wird, bis dessen Speichervermögen erreicht ist und die Sauerstoff-Konzentration am Ausgang sprunghaft ansteigt. In der Realität tritt jedoch stets bereits während der Einspeicherung ein Schlupf auf, der die Diagnose verfälscht.The above considerations are based on the assumption that when oxygen is stored, it is adsorbed in the catalytic converter until its storage capacity is reached and the oxygen concentration at the outlet suddenly increases. In reality, however, there is always slippage during storage, which falsifies the diagnosis.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage anzugeben, dass eine genauere Diagnose der Sauerstoff-Speicherfähigkeit und damit der Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage ermöglicht.The object of the invention is to specify a method for determining the oxygen storage capacity of an exhaust gas cleaning system that enables a more precise diagnosis of the oxygen storage capacity and thus the conversion capacity of the exhaust gas cleaning system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Differenzmenge zwischen einer in die Abgasreinigungsanlage eingetragenen Sauerstoffmenge und einer aus der Abgasreinigungsanlage ausgetragenen Sauerstoffmenge bestimmt wird und dass aus der Differenzmenge ein Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage gebildet wird. Durch dieses Verfahren wird ermöglicht, auch bei nicht vollständig von Sauerstoff geleertem oder mit Sauerstoff gefülltem Katalysator einen Messzyklus zu beginnen und anzugeben, ob der Katalysator eine ausreichende Konvertierungsfähigkeit aufweist. Weiterhin kann ein Durchtritt von Sauerstoff bei nicht vollständig gefüllter Abgasreinigungsanlage, der so genannte Schlupf, berücksichtigt werden.The object is achieved in that a difference between an amount of oxygen introduced into the emission control system and an amount of oxygen discharged from the emission control system is determined and that an oxygen filling level of the emission control system is formed from the difference. This method makes it possible to start a measurement cycle even when the catalytic converter is not completely empty of oxygen or filled with oxygen and to indicate whether the catalytic converter has sufficient conversion capacity. Furthermore, a passage of oxygen at not complete filled emission control system, the so-called slip, must be taken into account.

Es wird als Sauerstoffmenge die Menge der ein- und ausgetragenen Sauerstoffmoleküle verwendet.The quantity of oxygen molecules carried in and out is used as the quantity of oxygen.

Wird bei der Bestimmung der Sauerstoffmenge die Menge des in Form von Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Stickoxiden gebundenem ein- oder ausgetragenem Sauerstoff berücksichtigt, ist die Bilanz der ein- und ausgetragenen Sauerstoffmenge besonders genau. Durch dieses Verfahren wird in der Bilanz Sauerstoff erfasst, der die Abgasanlage als molekularer Sauerstoff, in Wasserdampf, in Kohlenmonoxid, in Kohlendioxid oder in Stickoxiden verlässt oder in diese eintritt. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass in der Abgasreinigungsanlage chemische Umsetzungen wie die Wassergas-Shift-Reaktion ablaufen, bei der Wasser ein Sauerstoff-Atom abgibt, dass von Kohlenmonoxid aufgenommen wird und wobei Kohlendioxid von der Abgasreinigungsanlage abgegeben wird.If, when determining the amount of oxygen, the amount of oxygen bound in the form of oxygen, water, carbon monoxide, carbon dioxide or nitrogen oxides that is taken in or out is taken into account, the balance of the amount of oxygen in and out is particularly accurate. With this method, oxygen is recorded in the balance which leaves or enters the exhaust system as molecular oxygen, in water vapour, in carbon monoxide, in carbon dioxide or in nitrogen oxides. It can be taken into account here that chemical reactions such as the water-gas shift reaction take place in the exhaust gas cleaning system, in which water releases an oxygen atom that is absorbed by carbon monoxide and carbon dioxide is released by the exhaust gas cleaning system.

Eine Ausführungsform zur besonders genauen Bestimmung der eingetragenen Sauerstoffmenge sieht vor, dass die in die Abgasreinigungsanlage eingetragene Sauerstoffmenge aus einem Lambdawert des Abgases der Brennkraftmaschine und der Luftfeuchte bestimmt wird. Zusätzlich zu der als molekularer Sauerstoff eingebrachten Sauerstoffmenge wird damit der in Form von Wasserdampf eingebrachte Sauerstoff berücksichtigt.An embodiment for particularly precise determination of the amount of oxygen introduced provides that the amount of oxygen introduced into the exhaust gas cleaning system is determined from a lambda value of the exhaust gas of the internal combustion engine and the air humidity. In addition to the amount of oxygen introduced as molecular oxygen, the oxygen introduced in the form of water vapor is also taken into account.

Wird die aus der Abgasreinigungsanlage ausgetragene Sauerstoffmenge durch Messung einer Sauerstoff-Konzentration oder aus einem Modell für die Abgasreinigungsanlage bestimmt, kann eine eigene der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Breitband-Abgassonde entfallen und es können somit Kosten gespart werden.If the amount of oxygen discharged from the exhaust gas cleaning system is determined by measuring an oxygen concentration or from a model for the exhaust gas cleaning system, a separate broadband exhaust gas probe downstream of the exhaust gas cleaning system can be omitted and costs can thus be saved.

Wird die Differenzmenge für einen vorbestimmten Zeitraum bestimmt und werden die Differenzmengen zweier oder mehrerer Zeiträume summiert oder integriert und hieraus ein Sauerstoff-Füllstand bestimmt, kann erreicht werden, dass zu jedem Zeitpunkt ein Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage angegeben werden kann. Dieser Sauerstoff-Füllstand kann zur Bewertung der Konvertierungsfähigkeit und/oder zur Berechnung von Regelparametern benutzt werden.If the differential amount is determined for a predetermined period of time and the differential amounts of two or more periods are summed or integrated and an oxygen fill level determined from this, it can be achieved that an oxygen fill level of the emission control system can be indicated at any time. This oxygen level can be used to evaluate the conversion capability and/or to calculate control parameters.

Wird eine Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Sauerstoff-Füllstands bestimmt und wird hieraus die Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage bestimmt, kann ein Sauerstoff-Eintrag oder -Austrag während eines Messintervalls bestimmt werden.If a difference between a maximum value and a minimum value of the oxygen fill level is determined and the oxygen storage capacity of the exhaust gas cleaning system is determined from this, an oxygen input or output can be determined during a measurement interval.

Eine besonders einfache Ausführungsform sieht vor, dass die Sauerstoff-Speicherfähigkeit dem Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage gleichgesetzt wird, wenn die ausgetragene Sauerstoff-Menge gleich der eingetragenen Sauerstoff-Menge ist. In diesem Zustand verlässt die gleiche Sauerstoffmenge die Abgasreinigungsanlage wie ihr zugeführt wird, so dass von einer vollständig mit Sauerstoff gefüllten Abgasreinigungsanlage ausgegangen werden kann.A particularly simple embodiment provides that the oxygen storage capacity is equated to the oxygen fill level of the exhaust gas purification system when the amount of oxygen discharged is equal to the amount of oxygen introduced. In this state, the same amount of oxygen leaves the exhaust gas cleaning system as is supplied to it, so that it can be assumed that the exhaust gas cleaning system is completely filled with oxygen.

Existiert ein Sondenmodell, welches die Sondenspannung abhängig von der Zusammensetzung des Abgases bestimmt, kann dieses Modell zur Parametrierung eines Katalysatormodells verwendet werden.If there is a probe model that determines the probe voltage depending on the composition of the exhaust gas, this model can be used to parameterize a catalyst model.

Eine Verbesserung der Diagnose wird ermöglicht, indem das Modell für die Abgasreinigungsanlage die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von dem Sauerstoff-Füllstand beschreibt, da die Adsorptionsfähigkeit von dem bereits belegten Anteil des Sauerstoff-Speichers abhängig ist.An improvement in the diagnosis is made possible by the fact that the model for the exhaust gas cleaning system describes the amount of oxygen discharged as a function of the oxygen level, since the adsorption capacity depends on the proportion of the oxygen store that is already occupied.

Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage ist abhängig von bereits durch andere Spezies belegte Adsorptions-Flächen. Eine Verbesserung des Modells ist daher erreichbar, indem das Modell für die Abgasreinigungsanlage die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von einem Speichermaterial der Abgasreinigungsanlage, von einer Menge an adsorbiertem Kohlenstoff und/oder adsorbierten kohlenstoffhaltigen Spezies und/oder adsorbierten Schwefelverbindungen und/oder einer Oxydation einer Edelmetall-Beschichtung der Abgasreinigungsanlage beschreibt.The oxygen storage capacity of the exhaust gas cleaning system depends on the adsorption surfaces already occupied by other species. The model can therefore be improved if the model for the exhaust gas cleaning system calculates the amount of oxygen discharged as a function of a storage material in the exhaust gas cleaning system, an amount of adsorbed carbon and/or adsorbed carbonaceous species and/or adsorbed sulfur compounds and/or an oxidation of a noble metal Coating of the emission control system describes.

Ein verbessertes Modell der Abgasreinigungsanlage sieht vor, dass das Modell für die Abgasreinigungsanlage die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit eines thermodynamischen Gleichgewichts unter Berücksichtigung von eingetragenen Sauerstoffkomponenten beschreibt.An improved model of the exhaust gas cleaning system provides that the model for the exhaust gas cleaning system describes the amount of oxygen discharged as a function of a thermodynamic equilibrium, taking into account the oxygen components introduced.

Wird der Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage nach den vorgenannten Merkmalen bestimmt, kann er besonders vorteilhaft für eine Bewertung der Güte der Abgasreinigungsanlage und/oder eine Bestimmung eines Regelparameters und/oder einer Temperatur und/oder eines Lambdawerts in einer Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden.If the oxygen filling level of the exhaust gas cleaning system is determined according to the aforementioned features, it can be used particularly advantageously for evaluating the quality of the exhaust gas cleaning system and/or determining a control parameter and/or a temperature and/or a lambda value in a controller of the internal combustion engine.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
  • 2 eine Darstellung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage.
The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the figures. Show it:
  • 1 a schematic representation of the technical environment in which the method according to the invention can be used,
  • 2 a representation of the oxygen storage capacity of an exhaust gas cleaning system.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Beurteilung der Güte einer Abgasreinigungsanlage 16 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 15 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 die Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist, an deren Ausgang die Abgase über eine Abgasableitung 18 abgeführt werden. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 19 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 Kraftstoff zuführt und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 und einer in dem Abgaskanal 15 angeordneten ersten Lambdasonde 14 sowie einer in der Abgasableitung 18 angeordneten zweiten Lambdasonde 17 zugeführt werden. Die erste Lambdasonde 14 bestimmt einen Lambda-Istwert, mit dem eine der Abgasreinigungsanlage 16 zugeführte Sauerstoff-Menge bestimmt werden kann; sie kann als Breitband-Lambdasonde ausgeführt sein. Die zweite Lambdasonde 17 bestimmt die Sauerstoff-Konzentration nach der Abgasreinigungsanlage 16 und kann der Bestimmung eines Endes eines Zyklus dienen, bei dem die Abgasreinigungsanlage mit Sauerstoff gefüllt wird oder des Endes eines Zyklus bei dem die Angasreinigungsanlage von Sauerstoff entleert wird. Die zweite Lambdasonde 17 kann als Sprungsonde ausgebildet sein. Die Kraftstoff-Zudosierung 13 kann auch in der Luftzuführung 11 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet sein. 1 shows schematically the technical environment in which the method according to the invention for assessing the quality of an exhaust gas cleaning system 16 can be used. Air is supplied to an internal combustion engine 10 via an air supply 11 and its mass is determined using an air mass meter 12 . The air-mass meter 12 can be designed as a hot-film air-mass meter. The exhaust gas of the internal combustion engine 10 is discharged via an exhaust gas duct 15 , with the exhaust gas cleaning system 16 being provided downstream of the internal combustion engine 10 in the direction of flow of the exhaust gas. Engine control 19 is provided to control internal combustion engine 10, which on the one hand supplies fuel to internal combustion engine 10 via a fuel metering device 13 and, on the other hand, receives the signals from air mass meter 12 and a first lambda probe 14 arranged in exhaust gas duct 15 and a second lambda probe arranged in exhaust gas discharge line 18 Lambda probe 17 are supplied. The first lambda probe 14 determines an actual lambda value with which an amount of oxygen supplied to the exhaust gas purification system 16 can be determined; it can be designed as a broadband lambda probe. The second lambda probe 17 determines the oxygen concentration after the exhaust gas cleaning system 16 and can be used to determine the end of a cycle in which the exhaust gas cleaning system is filled with oxygen or the end of a cycle in which the exhaust gas cleaning system is emptied of oxygen. The second lambda probe 17 can be designed as a jump probe. The fuel metering device 13 can also be arranged in the air supply 11 of the internal combustion engine 10 .

2 zeigt ein Diagramm 20 mit einer Betriebspunktabhängigkeit einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit 23 der Abgasreinigungsanlage 16. Die Betriebspunkte sind durch Werte auf einer Massenstrom-Achse 22 und einer Temperatur-Achse 24 gekennzeichnet. Die Sauerstoff Speicherfähigkeit 23 ist entlang einer Sauerstoffmengen-Achse 21 abgetragen. Aus dem Diagramm 20 ist beispielhaft zu entnehmen, dass bei einem geringen Massenstrom unterhalb einer Temperatur von 600 °C die Sauerstoff-Speicherfähigkeit 23 einer intakten Abgasreinigungsanlage 16 stark abnimmt. Wird die Brennkraftmaschine 10 in einem solchen Bereich von Betriebspunkten betrieben, muss daher das Diagnosekriterium für eine korrekte Funktion angepasst werden. Weiterhin ist dem Diagramm 20 zu entnehmen, dass bei hohen Massenströmen die speicherbare Sauerstoff-Menge abnimmt. 2 shows a diagram 20 with an operating point dependency of an oxygen storage capacity 23 of the exhaust gas purification system 16. The operating points are characterized by values on a mass flow axis 22 and a temperature axis 24. The oxygen storage capacity 23 is plotted along an oxygen quantity axis 21 . Diagram 20 shows, for example, that at a low mass flow below a temperature of 600° C., the oxygen storage capacity 23 of an intact exhaust gas purification system 16 decreases sharply. If internal combustion engine 10 is operated in such a range of operating points, the diagnostic criterion must therefore be adjusted for correct functioning. Diagram 20 also shows that the amount of oxygen that can be stored decreases at high mass flows.

Claims (8)

Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit (23) einer Abgasreinigungsanlage (16) für eine Brennkraftmaschine (10), bei dem eine Differenzmenge zwischen einer in die Abgasreinigungsanlage (16) eingetragenen Sauerstoffmenge und einer aus der Abgasreinigungsanlage (16) ausgetragenen Sauerstoffmenge bestimmt und eine Integration der Differenzmenge durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzmenge für einen vorbestimmten Zeitraum bestimmt wird, dass aus der Differenzmenge ein Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage (16) gebildet wird und dass die Differenzmengen zweier oder mehrerer Zeiträume summiert oder integriert werden und hieraus ein Sauerstoff-Füllstand bestimmt wird, wobei die aus der Abgasreinigungsanlage (16) ausgetragene Sauerstoffmenge aus einem Modell für die Abgasreinigungsanlage bestimmt wird, wobei das Modell für die Abgasreinigungsanlage (16) die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von einer Menge an adsorbiertem Kohlenstoff oder adsorbierten kohlenstoffhaltigen Spezies oder adsorbierten Schwefelverbindungen beschreibt.Method for determining an oxygen storage capacity (23) of an exhaust gas cleaning system (16) for an internal combustion engine (10), in which a difference between an amount of oxygen introduced into the exhaust gas cleaning system (16) and an amount of oxygen discharged from the exhaust gas cleaning system (16) is determined and an integration the differential quantity is carried out, characterized in that the differential quantity is determined for a predetermined period of time, that an oxygen filling level of the exhaust gas cleaning system (16) is formed from the differential quantity and that the differential quantities of two or more periods of time are summed or integrated and an oxygen fill level is determined, with the exhaust gas cleaning system (16) discharged oxygen quantity being determined from a model for the exhaust gas cleaning system, the model for the exhaust gas cleaning system (16) determining the discharged oxygen quantity as a function of a quantity of adsorbed carbon f or adsorbed carbonaceous species or adsorbed sulfur compounds. Verfahren Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Abgasreinigungsanlage (16) ausgetragene Sauerstoffmenge zudem durch Messung einer SauerstoffKonzentration bestimmt wird.Proceedings claim 1 , characterized in that the amount of oxygen discharged from the exhaust gas cleaning system (16) is also determined by measuring an oxygen concentration. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Sauerstoff-Füllstands bestimmt wird und hieraus die Sauerstoff-Speicherfähigkeit (23) der Abgasreinigungsanlage (16) bestimmt wird.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that a difference between a maximum value and a minimum value of the oxygen fill level is determined and from this the oxygen storage capacity (23) of the exhaust gas cleaning system (16) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoff Speicherfähigkeit (23) dem Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage (16) gleichgesetzt wird, wenn die ausgetragene Sauerstoff-Menge gleich der eingetragenen Sauerstoff-Menge ist.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the oxygen storage capacity (23) is equated to the oxygen fill level of the exhaust gas purification system (16) when the amount of oxygen discharged is equal to the amount of oxygen introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell für die Abgasreinigungsanlage die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von dem Sauerstoff Füllstand beschreibt.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the model for the emission control system describes the discharged amount of oxygen as a function of the oxygen filling level. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell für die Abgasreinigungsanlage (16) die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von einem Speichermaterial der Abgasreinigungsanlage, von einer Menge an adsorbiertem Kohlenstoff und adsorbierten kohlenstoffhaltigen Spezies und adsorbierten Schwefelverbindungen und einer Oxydation einer Edelmetall-Beschichtung der Abgasreinigungsanlage (16) beschreibt.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the model for the emission control system (16) the discharged amount of oxygen as a function of a Spei chermaterial of the emission control system, of an amount of adsorbed carbon and adsorbed carbonaceous species and adsorbed sulfur compounds and an oxidation of a noble metal coating of the emission control system (16). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell für die Abgasreinigungsanlage (16) die ausgetragene Sauerstoffmenge in Abhängigkeit eines thermodynamischen Gleichgewichts unter Berücksichtigung von eingetragenen Sauerstoffkomponenten beschreibt.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the model for the exhaust gas purification system (16) describes the discharged amount of oxygen as a function of a thermodynamic equilibrium, taking into account the oxygen components introduced. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Füllstand der Abgasreinigungsanlage (16) für eine Bewertung der Güte der Abgasreinigungsanlage (16) und/oder eine Bestimmung zumindest eines Regelparameters und/oder einer Temperatur und/oder eines Lambdawerts in einer Motorteuerung (19) der Brennkraftmaschine (10) verwendet wird.Application of a method according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the oxygen filling level of the exhaust gas cleaning system (16) for an evaluation of the quality of the exhaust gas cleaning system (16) and/or a determination of at least one control parameter and/or a temperature and/or a lambda value in an engine controller (19) of the internal combustion engine (10) is used.
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