DE102007007502A1

DE102007007502A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE102007007502A1
Application number: DE102007007502A
Authority: DE
Inventors: Magnus Labbé
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-08-21
Also published as: FR2914355B1; FR2914355A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer in zumindest einem Abgaszug einer Brennkraftmaschine angeordneten ein- oder mehrstufigen Abgasreinigungsanlage, wobei zumindest eine Rohabgasmenge der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Die Erfindung sieht vor, dass eine Konvertierungsfähigkeit für Einzelkomponenten der Abgasreinigungsanlage bestimmt wird und dass aus der zumindest einen, gegebenenfalls normierten, Rohabgasmenge und der Konvertierungsfähigkeit für Einzelkomponenten eine Abgasabgabe bestimmt und mit einer vorgegebenen Diagnoseschwelle verglichen wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Verringerung der Anzahl von fehlerhaft bewerteten Abgasreinigungsanlagen erreicht werden, die den Richtlinien noch entsprechen. Hierdurch kann eine Verringerung der Wartungs- und Reparaturkosten für ein mit der Brennkraftmaschine betriebenes Kraftfahrzeug erreicht werden. Die zumindest eine Rohabgasmenge kann dabei aus einem Modell für das Verhalten der Brennkraftmaschine unter den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen oder durch eine Messung bestimmt werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer in zumindest einem Abgaszug einer Brennkraftmaschine angeordneten ein- oder mehrstufigen Abgasreinigungsanlage, wobei zumindest eine Rohabgasmenge der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
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. Eine der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgas-Sonde dient dabei der Überwachung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage. Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit muss im Rahmen der On-Board-Diagnose überwacht werden, da sie ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage darstellt. Zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird entweder die Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Magerphase mit Sauerstoff belegt und anschließend in einer Fettphase mit einem Abgas bekannten Lambdas unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge entleert oder die Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Fettphase von Sauerstoff entleert und anschließend in einer Magerphase mit einem Abgas bekannten Lambdas unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge aufgefüllt. Die Magerphase wird beendet, wenn die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgas-Sonde den Sauerstoff detektiert, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. Ebenso wird eine Fettphase beendet, wenn die Abgassonde den Durchtritt von fettem Abgas detektiert. Die Dauer der Füllungs- und Entleerungsphasen kann zusammen mit der in der jeweiligen Phase durch die Brennkraftmaschine durchgetretene Luftmenge als Maß für die Sauerstoff-Speicherfähigkeit und damit den Alterungszustand der Abgasreinigungsanlage dienen.
In der DE 4112480 C2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, mit denen der Alterungszustand eines Katalysators bestimmt werden können. Hierzu wird zunächst in einer Magerphase der Katalysator mit Sauerstoff belegt und sobald sauerstoffreiches Abgas hinter dem Katalysator auftritt auf eine Fettphase umgestellt. Die Diagnose beginnt, wenn die Brennkraftmaschine sich zu diesem Zeitpunkt im Leerlauf befindet. Die Fettphase wird beendet, wenn fettes Abgas hinter dem Katalysator festgestellt wird. Während der Dauer der Fettphase wird die durch die Brennkraftmaschine tretende Luftmenge bestimmt. Ist während der Dauer der Fettphase die Brennkraftmaschine im Leerlauf, wird das Verhältnis der Dauer der Fettphase und der Luftmenge, multipliziert mit einem Faktor als Maß für die Sauerstoff-Speicherfähigkeit und damit den Alterungszustand des Katalysators verwendet. Der Vorteil der Durchführung des Verfahrens in einer Leerlaufphase liegt darin, dass die Dauer der Fettphase beispielhaft bei 11 bis 12 Sekunden liegt und daher mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann, während im Betrieb unter Last die Fettphase nur beispielhaft 0,5 Sekunden dauern würde. Für das Maß der Alterung wird ein Schwellwert festgelegt, unter dem ein Katalysator als nicht mehr ausreichend konvertierungsfähig gilt.
Weist die Abgasreinigungsanlage der Brennkraftmaschine mehrere Katalysatoren auf, wird nach dem Stand der Technik die Gesamt-Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage geprüft. Hierbei wird eine Schwelle für die Mindest-Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators in Stufen abhängig davon umgeschaltet, ob die Konvertierungsfähigkeit eines zweiten Katalysators in oder außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Dieses Verfahren lässt sich auch auf eine größere Anzahl von Katalysatoren ausdehnen. Hierbei können die Katalysatoren in einem Abgasstrang in Serie oder in mehreren Abgaszügen parallel angeordnet sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnete Abgasreinigungsanlage aus mehreren Einzel-Reinigungskomponenten bereitzustellen, das eine zuverlässige Bewertung der Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung betreffend des Verfahrens wird dadurch gelöst, dass eine Konvertierungsfähigkeit für Einzelkomponenten der Abgasreinigungsanlage bestimmt wird und dass aus der zumindest einen, gegebenenfalls normierten, Rohabgasmenge und der Konvertierungsfähigkeit für Einzelkomponenten eine Abgasabgabe bestimmt und mit einer vorgegebenen Diagnoseschwelle verglichen wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Verringerung der Anzahl von als fehlerhaft bewerteten Abgasreinigungsanlagen erreicht werden, die den Richtlinien noch entsprechen. Hierdurch kann eine Verringerung der Wartungs- und Reparaturkosten für ein mit der Brennkraftmaschine betriebenes Kraftfahrzeug erreicht werden. Die zumindest eine Rohabgasmenge kann dabei aus einem Modell für das Verhalten der Brennkraftmaschine unter den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen oder durch eine Messung bestimmt werden.
Das Diagnoseverfahren ist besonders einfach und kostengünstig umzusetzen und gleichzeitig ausreichend genau, indem die Konvertierungsfähigkeit für in der Abgasreinigungsanlage in Abgasstromrichtung nacheinander angeordnete Einzelkomponenten multiplikativ bewertet wird und indem die Abgasabgabe von parallel angeordneten Komponenten additiv bewertet wird.
Wird für jede Einzelkomponente der Abgasreinigungsanlage ein Alterungsmaß bestimmt und wird aus dem Alterungsmaß mittels einer Kennlinie die Konvertierungsfähigkeit bestimmt, kann das Verfahren besonders einfach umgesetzt werden. Wird aus dem Alterungsmaß mittels eines einen Abgaseingang berücksichtigenden Kennfelds die Konvertierungsfähigkeit einer nachfolgend angeordneten Einzelkomponente bestimmt, kann eine Nicht-Linearität der Konvertierungsfähigkeit berücksichtigt werden und die Konvertierungsfähigkeit kann besonders genau bestimmt werden. Als Alterungsmaß wird nach dem Stand der Technik beispielhaft die Sauerstoff-Speicherfähigkeit eines Katalysators verwendet.
Wird eine Abgaszusammensetzung zwischen in dem zumindest einen Abgaszug in Abgasstromrichtung nacheinander angeordnete Einzelkomponenten bestimmt, kann das Verfahren vereinfacht werden und insbesondere können die Alterungsmaße und Konvertierungsfähigkeiten für in Abgasstromrichtung nacheinander angeordnete Einzelkomponenten genauer bestimmt werden.
Eine Verfahrensvariante, mittels der die Diagnose der Abgasreinigungsanlage besonders genau durchgeführt werden kann und mit der besonders wenige Abgasreinigungsanlagen fälschlich als fehlerhaft diagnostiziert werden sieht vor, dass das Alterungsmaß für die Konvertierungsfähigkeit von gesetzlich begrenzten Abgaskomponenten wie Kohlenwasserstoffe und Stickoxide separat gebildet wird.
Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Diagnose der Abgasreinigungsanlage auf der Grundlage einer zuvor in einer Prüfung ermittelten Diagnoseschwelle durchgeführt wird und dass eine abgegebene Abgasmenge mit der Diagnoseschwelle verglichen wird. Die Diagnoseschwelle wird in einer Entwicklungsphase in einer Prüfung festgelegt. Ebenso werden in der Entwicklungsphase eine definierte Rohabgasmenge und eine definierte Konvertierung in einer Prüfung als Bezugspunkte bestimmt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine zuverlässige Diagnose einer fehlerhaften Abgasreinigung.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, mit der eine Anpassung an die jeweilige Abgasreinigungsanlage durchführbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch diese interne Schaltvorrichtung als Standardbauteil in größeren Stückzahlen hergestellt werden und für Abgasreinigungsanlagen mit unterschiedlichen Katalysatoranordnungen verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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 ein Diagnosesystem für eine Abgasreinigungsanlage.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose einer mehrzügigen und/oder mehrstufigen Abgasreinigungsanlage 20 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Verbrennungsluft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. In der Luftzuführung 11 ist weiterhin eine Drosselklappe 13 angeordnet. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen ersten Abgaszug 16 und einen zweiten Abgaszug 17 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 im ersten Abgaszug 16 eine erste Lambdasonde 31, ein erster Vorkatalysator 21, eine zweite Lambdasonde 32, ein erster Hauptkatalysator 23 und eine dritte Lambdasonde 33 vorgesehen sind. Nach dem ersten Hauptkatalysator 23 wird das Abgas über eine erste Abgasableitung 18 abgeführt. In dem zweiten Abgaszug 17 sind in Strömungsrichtung hinter der Brennkraftmaschine 10 eine vierte Lambdasonde 34, ein zweiter Vorkatalysator 22, eine vierte Lambdasonde 35, ein zweiter Hauptkatalysator 24 und eine sechste Lambdasonde 36 angeordnet. Nach dem zweiten Hauptkatalysator 24 wird das Abgas über eine zweite Abgasableitung 19 abgeführt.
Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 15 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 14 Kraftstoff zudosiert und die Drosselklappe 13 steuert und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 zugeführt werden. Über Lambdasondenzuleitungen 30 werden der Motorsteuerung 15 die Signale der Lambdasonden 31, 32, 33, 34, 35 und 36 zugeführt. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Lambdasonde 32 und die fünfte Lambdasonde 35 entfallen. Die erste Lambdasonde 31 und die vierte Lambdasonde 34 bestimmt einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs; sie können als Breitband-Lambdasonden ausgeführt sein. Die Lambdasonden 32, 33, 35 und 36 bestimmen die Abgaszusammensetzung nach den Vorkatalysatoren 21, 22 und den Hauptkatalysatoren 23, 24 und können als Sprungsonden ausgebildet sein.
2 zeigt schematisch ein Diagnosesystem 40 zur Bewertung der Konvertierungsfähigkeit einer mehrzügigen Abgasreinigungsanlage 20. Mittels einer ersten Schaltstufe 63 und einer zweiten Schaltstufe 66 kann das Diagnosesystem 40 an die Katalysatoranordnung der jeweiligen Abgasreinigungsanlage 20 angepasst werden. Für die in 1 beschriebene Abgasreinigungsanlage 20 mit zwei Vorkatalysatoren und zwei Hauptkatalysatoren wird die erste Schaltstufe 63 in die obere Stellung und die zweite Schaltstufe 66 in die untere Schaltstellung gebracht. Für den in 1 beschriebenen ersten Abgaszug 16 wird eine erste Rohabgasmenge 42 bestimmt. Weiterhin wird ein erstes Alterungsmaß 43 einem ersten Kennfeld 51 zugeführt und dort gemäß des augenblicklichen Abgasstroms und gegebenenfalls des zu bewertenden Abgasbestandteils bewertet. Als zu bewertende Abgasbestandteile kommen beispielhaft Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide in Betracht. Der Ausgangswert des ersten Kennfelds 51 wird zusammen mit der ersten Rohabgasmenge 42 einer ersten Multiplikationsstufe 61 zugeführt, in der der Abgaswert nach dem ersten Vorkatalysator 21 bestimmt wird. Von der ersten Multiplikationsstufe 61 wird das Signal der ersten Schaltstufe 63 zugeführt, von der aus es in einer oberen Schaltstellung zu einer zweiten Multiplikationsstufe 64 gelangt. Der zweiten Multiplikationsstufe 64 wird weiterhin ein in einem zweiten Kennfeld 52 bewertetes Alterungsmaß 44 zugeführt, das die Alterung des ersten Hauptkatalysators 23 aus 1 repräsentiert. Nach der zweiten Multiplikationsstufe 64 entspricht das Signal, bezogen auf den ersten Abgaszug 16, einem ersten Abgaswert nach dem Hauptkatalysator 72.
Für den zweiten Abgaszug 17 ist ein entsprechender Teil des Diagnosesystems 40 vorhanden, der aus einer zweiten Rohabgasmenge 47, einem in einem dritten Kennfeld 54 bewerteten dritten Alterungsmaß 48 mittels einer dritten Multiplikationsstufe 65, der zweiten Schaltstufe 66 und einer vierten Multiplikationsstufe 67, bezogen auf den zweiten Abgaszug 17, einen zweiten Abgaswert nach dem Hauptkatalysator 73 bestimmt. Der erste Abgaswert nach Hauptkatalysator 72 und der zweite Abgaswert nach dem Hauptkatalysator 73 werden in einer zweiten Summationsstufe 68 summiert und die Summe in einer Vergleichsstufe 69 mit einer Diagnoseschwelle 45 verglichen. Als Ergebnis zeigt ein Diagnosesignal 70 an, ob die Konvertierungsfähigkeit der mehrzügigen Abgasreinigungsanlage 20 ausreichend ist.
Ist die Abgasreinigungsanlage mit zwei parallel geschalteten Vorkatalysatoren und einem Hauptkatalysator ausgebildet, wird das Diagnosesystems 40 an diese Ausführungsform angepasst, indem ein Vorkatalysator-Anwahlsignal 41 die erste Schaltstufe 63 in eine untere Schaltposition schaltet, so dass das Ausgangssignal der ersten Multiplikationsstufe 61 und das Ausgangssignal der zweiten Schaltstufe 66 in einer ersten Summationsstufe 62 addiert werden. Im Ausgangssignal der zweiten Summationsstufe 68 ist daher das Abgas von beiden Vorkatalysatoren berücksichtigt.
Ist die Abgasreinigungsanlage mit einem Vorkatalysator und einem Hauptkatalysator ausgebildet, kann das Diagnosesystem 40 daran angepasst werden, indem ein Umschaltsignal 46 die zweite Schaltstufe 66 in eine obere Schaltposition schaltet und somit den Eingang der zweiten Schaltstufe 66 mit einem Nullwert 53 verbindet. Hierdurch tritt am Ausgang der zweiten Schaltstufe 66 ebenfalls ein Nullwert auf, der auch nach der vierten Multiplikationsstufe 67 einen Nullwert ergibt. Das Ausgangssignal der zweiten Summationsstufe 68 ist dann gleich dem ersten Abgaswert nach Hauptkatalysator 72 und repräsentiert daher den ersten Abgaszug 16. Die Diagnoseschwelle 45 wird dabei an die jeweilige Betriebsart des Diagnosesystems 40 angepasst.
Das Diagnosesystem 40 kann für jede Einzelkomponente mehrere Alterungsmaße verwenden, wie beispielsweise für Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide oder eine Frontzone und für jede Abgaskomponente getrennt ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4112480 C2 [0003]

Claims

Verfahren zur Diagnose einer in zumindest einem Abgaszug (16, 17) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten ein- oder mehrstufigen Abgasreinigungsanlage (20), wobei zumindest eine Rohabgasmenge (42, 47) der Brennkraftmaschine (10) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konvertierungsfähigkeit für Einzelkomponenten der Abgasreinigungsanlage (20) bestimmt wird und dass aus der zumindest einen, gegebenenfalls normierten, Rohabgasmenge (42, 47) und der Konvertierungsfähigkeit für Einzelkomponenten eine Abgasabgabe bestimmt und mit einer vorgegebenen Diagnoseschwelle (45) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsfähigkeit für in der Abgasreinigungsanlage (20) in Abgasstromrichtung nacheinander angeordnete Einzelkomponenten multiplikativ bewertet wird und dass die Abgasabgabe von parallel angeordneten Komponenten additiv bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Einzelkomponente der Abgasreinigungsanlage (20) ein Alterungsmaß bestimmt wird und dass aus dem Alterungsmaß mittels einer Kennlinie oder eines einen Abgaseingang berücksichtigenden Kennfelds die Konvertierungsfähigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgaszusammensetzung zwischen in dem zumindest einen Abgaszug (16, 17) in Abgasstromrichtung nacheinander angeordnete Einzelkomponenten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Alterungsmaß für die Konvertierungsfähigkeit von gesetzlich begrenzten Abgaskomponenten wie Kohlenwasserstoffe und Stickoxide separat gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Diagnose der Abgasreinigungsanlage (20) auf der Grundlage einer zuvor in einer Prüfung ermittelten Diagnoseschwelle durchgeführt wird und dass eine abgegebene Abgasmenge mit der Diagnoseschwelle verglichen wird.
Vorrichtung zur Diagnose einer in zumindest einem Abgaszug (16, 17) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten ein- oder mehrstufigen Abgasreinigungsanlage (20), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, mit der eine Anpassung an die jeweilige Abgasreinigungsanlage (20) durchführbar ist.