DE102006046178B3

DE102006046178B3 - Verfahren zur Bestimmung der Konvertierungsleistung eines sauerstoffspeicherfähigen Katalysators einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006046178B3
Application number: DE102006046178A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-09-30
Also published as: US8065869B2; US20080082249A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Konvertierungsleistung eines sauerstoffspeicherfähigen Katalysators einer Brennkraftmaschine, wird vorgeschlagen, dass der Katalysator mit einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung beaufschlagt wird, dabei kurzzeitig eine bekannte Emissionsänderung vorgenommen wird und gleichzeitig die Signale einer dem Katalysator nachgeschalteten Lambdasonde erfasst werden, so dass basierend auf der Emissionsänderung und den Signalen der Lambdasonde eine differenzierte Aussage über die Konvertierungsleistung des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx geliefert wird. Vorschlagsgemäß wird ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Differenzierung der Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx und damit zur Durchführung eines verbesserten Diagnoseverfahrens bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konvertierungsleistung eines sauerstoffspeicherfähigen Katalysators einer Brennkraftmaschine.
Zur Erfüllung der immer strenger werdenden Abgasnormen ist es erforderlich, die Konvertierungsleistung bezüglich der Schadstoffe Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) zu differenzieren, um eine entsprechende Diagnose zu ermöglichen.
Eine solche Differenzierung ist beispielsweise durch die Einbringung von speziellen Schadstoffkonzentrationsaufnehmern in die Abgasanlage realisierbar. In der Druckschrift DE 198 11 574 A1 werden solche Schadstoffkonzentrationsaufnehmer erwähnt, welche als planare Abgassensoren ausgebildet sind und eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Metalloxids als Messsignal anzeigen oder einen Festkörperelektrolyten als Messelement verwenden. Die Einbringung solcher Schadstoffkonzentrationsaufnehmer für HC und NOx an Positionen stromauf und stromab eines Katalysators stellt jedoch eine sehr kostenintensive Lösung dar.
Darüber hinaus ist aus der Duckschrift DE 10 2004 008 172 A1 ein Verfahren zur Ermittlung des Gütegrads eines einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Abgaskatalysators bekannt. Dabei wird der Katalysator in mehrere axial hintereinander liegende Abschnitte unterteilt, wird die Aufheizung jedes Abschnittes mit einem Kennfeld bestimmt und wird zu sätzlich mit einer stromab des Katalysators angeordneten Lambdasonde die Sauerstoffspeicherfähigkeit jedes Abschnitts ermittelt. Die Aufheizung und die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abschnitte werden miteinander korreliert und daraus wird eine Information über die lokale Schädigung des Katalysators gewonnen. Diese Information liefert dann eine differenzierte Aussage über die Konvertierungsleitsung des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Konvertierungsleistung eines sauerstoffspeicherfähigen Katalysators einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe, indem der Katalysator mit einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung beaufschlagt wird, dabei kurzzeitig eine bekannte Emissionsänderung stromauf des Katalysators vorgenommen wird und gleichzeitig die Signale einer stromab des Katalysators angeordneten Lambdasonde erfasst werden, so dass basierend auf der Emissionsänderung und den Signalen der Lambdasonde eine differenzierte Aussage über die Konvertierungsleistung des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx geliefert wird. Dabei werden durch die stöchiometrische Abgaszusammensetzung erhaltene Sauerstoffbilanz die maximal möglichen Schadstoffkonvertierungen erreicht. Und durch die Vornahme der bekannten Emissionsänderung liefert die Lambdasonde ein wirklich aussagefähiges Signal zur Bestimmung der Konvertierungsleistungen.
Bleiben die Signale der Lambdasonde konstant oder bleibt die Signaländerung zumindest unterhalb einer vorgegebenen Schwelle, so werden gleichmäßige Konvertierungsleistungen des Katalysators für die verschiedenen Schadstoffe angenommen, das bedeutet insbesondere für die Konvertierung von Kohlenwasserstoff HC und von Stickoxiden NOx.
Ergibt sich bei den Signalen der Lambdasonde hingegen eine sprungartige Änderung, die eine vorgegebene Schwelle überschreitet, so werden ungleichmäßige Konvertierungsleistungen des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx angenommen.
Dabei zeigt ein positiver Wert der Signaländerung, der einer Abmagerung der Abgaszusammensetzung entspricht an, dass die Oxidation der Schadstoffe besser bzw. schneller abläuft als die Reduktion, so dass insgesamt eine bessere Konvertierung des Kohlenwasserstoffs HC als der Stickoxide NOx vorliegt.
Umgekehrt zeigt ein negativer Wert der Signaländerung, der einer Anfettung der Abgaszusammensetzung entspricht an, dass die Oxidation schlechter bzw. langsamer abläuft als die Reduktion, so dass insgesamt eine schlechtere Konvertierung des Kohlenwasserstoffs HC als der Stickoxide NOx vorliegt.
Bevorzugt wird aus dem Wert der Signaländerung der jeweilige Grad der Konvertierungsleistung für Kohlenwasserstoff HC zum einen und für Stickoxide NOx zum anderen abgeleitet. Dieser jeweilige Grad der Konvertierungsleistung wird dann mit vorgegebenen maximal zulässigen Grenzwerten verglichen und für die Diagnose des Katalysators verwendet. Damit ist dann eine differenzierte Diagnose der Konvertierungsleistung des Katalysators für Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx realisiert.
Zweckmäßig wird die bekannte Änderung der Emissionen stromauf des Katalysators durch ein Abschalten oder ein Zuschalten der Abgasrückführung erreicht. Denn bei einem Abschalten oder Zuschalten der Abgasrückführung lässt sich die Veränderung der Anteile der Emissionen einfach bestimmen. Dabei bewirkt ein Abschalten der Abgasrückführung einen deutlichen Anstieg der Stickoxide NOx, wohingegen ein Zuschalten der Abgasrückführung einen deutlichen Abfall der Stickoxide NOx bewirkt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende Zeichnungsfigur näher erläutert.
Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung der Lambdawerte λ_vor, λ_nach stromauf und stromab eines zu diagnostizierenden Katalysators über der Zeit t für die Konvertierungsleistungen von Kohlenwasserstoff HC und Stickoxiden NOx.
Für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird der Katalysator mit einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung beaufschlagt, so dass eine dem Katalysator gegebenenfalls vorgeschaltete erste Lambdasonde einen Lambdawert λ_vor = 1,0 anzeigen würde. Alternativ könnte dieser Lambdawert unter Einbeziehung verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine auch aus einer Modellberechnung erhalten werden.
Handelt es sich bei dem Katalysator um einem neuen Katalysator, der im Idealfall eine gleichmäßige Konvertierungsleistung von ca. 99,9% unter anderem für Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx besitzt, so würden stromab des Katalysators 0,1% der Schadstoffe ankommen. Das bedeutet, dass die Abgaszusammensetzung stromab des Katalysators ebenfalls stöchiometrisch wäre und dass eine zweite dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde ebenfalls einen Lambdawert λ_nach = 1,0 anzeigen würde.
In dem Fall, dass der Katalysator nicht mehr neu ist bzw. dass der Katalysator eine ungleichmäßige Konvertierung für die ankommenden Schadstoffe aufweist, also beispielsweise eine Konvertierung von 99,8% für Stickoxide NOx und eine Konvertierung von 99,9% für die übrigen Schadstoffe, stellen sich stromab des Katalysators 0,2% der Stickoxide NOx und 0,1% der übrigen Schadstoffe ein. Entsprechend dieser Zusammensetzung würde die dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen Lambdawert λ_nach > 1,0 anzeigen. Dies entspricht einer geringfügigen Änderung zu einem mageren Gemisch hin.
Umgekehrt zeigt sich in dem Fall, dass der Katalysator eine Konvertierung für Kohlenwasserstoff HC von 99,8% und eine Konvertierung von 99,9% für die übrigen Schadstoffe aufweist, dass sich stromab des Katalysators 0,2 des Kohlenwasserstoffs HC und 0,1% der übrigen Schadstoffe einstellen. Und entsprechend dieser Zusammensetzung zeigt eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen Lambdawert λ_nach < 1,0 an. Dies entspricht einer geringfügigen Änderung zu einem fetteren Gemisch hin.
Damit dieser Effekt verstärkt wird, das heißt deutlich messbar ist und vorgegebene Schwellwerte übersteigt, wird nun stromauf des Katalysators zum Zeitpunkt t₀ eine Änderung der Emissionen vorgenommen. Durch die Änderung der Emissionen ist jedoch eine Lambdaanpassung erforderlich, um den Katalysator weiterhin mit einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung zu beaufschlagen.
Wird als Änderung der Emissionen nun beispielsweise der Anteil der Stickoxide NOx erhöht, so zeigt die dem Katalysator mit ungleichmäßiger Konvertierung nachgeschaltete Lambdasonde eine sehr deutliche Veränderung des Spannungssignals. Es stellt sich dann nämlich bei einer verschlechterten Konvertierung für die Stickoxide NOx eine deutliche Abmagerung ein, so dass die Lambdasonde einen Lambdawert λ_nach > 1,0 anzeigt. Und es stellt sich bei einer verschlechterten Konvertierung für Kohlenwasserstoffe HC eine deutliche Anfettung ein, so dass die Lambdasonde einen Lambdawert λ_nach < 1,0 anzeigt.
Wird hingegen der Anteil des Kohlenwasserstoffs HC erhöht, so zeigt die dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde ebenfalls eine deutliche Veränderung des Signals. So stellt sich bei einer verschlechterten Konvertierung für die Stickoxide NOx eine deutliche Anfettung also ein Lambdawert λ_nach < 1,0 und bei einer verschlechterten Konvertierung für Kohlenwasserstoffe HC eine deutliche Abmagerung also ein Lambdawert λ_nach > 1,0 ein.
Aus der bekannten Änderung der Emissionen und aus der Änderung des Lambdasignals Δλ der dem Katalysator nachgeschalteten Lambdasonde lässt sich somit eine differenzierte Bestimmung der Konvertierungsleistung für die bei der Oxidation anfallenden Kohlenwasserstoffe HC und für die bei der Reduktion anfallenden Stickoxide NOx vornehmen.
Dabei lassen sich aus der Emissionsänderung stromauf und der Lambdaänderung Δλ stromab des Katalysators auch der Grad der jeweiligen Konvertierungsleistung bestimmen. Und dieser Grad der jeweiligen Konvertierungsleistung lässt sich mit vorgegebenen maximal zulässigen Grenzwerten vergleichen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Konvertierungsleistung eines sauerstoffspeicherfähigen Katalysators einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mit einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung beaufschlagt wird, dabei kurzzeitig eine bekannte Emissionsänderung stromauf des Katalysators vorgenommen wird und gleichzeitig die Signale einer dem Katalysator nachgeschalteten Lambdasonde erfasst werden, so dass basierend auf der Emissionsänderung und den Signalen der Lambdasonde eine differenzierte Aussage über die Konvertierungsleistungen des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx geliefert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem konstant bleibenden Signal der Lambdasonde gleichmäßige Konvertierungsleistungen des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx angenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer sprungartigen Signaländerung ungleichmäßige Konvertierungsleistungen des Katalysators für die Schadstoffe Kohlenwasserstoff HC und Stickoxide NOx angenommen werden, wobei ein positiver Wert der Signaländerung, der einer Abmagerung der Abgaszusammensetzung entspricht, eine bessere Konvertierung von Kohlenwasserstoff HC als Stickoxide NOx anzeigt, und wobei ein negativer Wert der Signaländerung, der einer Anfettung der Abgaszusammensetzung entspricht, eine schlechtere Konvertierung von Kohlenwasserstoff HC als Stickoxide NOx anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Wert der Signaländerung der jeweilige Grad der Konvertierung des Kohlenwasserstoffs HC und der Stickoxide NOx abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bekannte Änderung der Emissionen stromauf des Katalysators durch ein Abschalten oder ein Zuschalten der Abgasrückführung erreicht wird.