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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Verzugszeit
einer Sauerstoffsonde zur Messung der Sauerstoffspeicherkapazität eines
Katalysators eines Kraftfahrzeugs und eine zugehörige Messeinrichtung.
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Um
Katalysatoren zu beurteilen, die in Kraftfahrzeugen verbaut sind
bzw. verbaut werden sollen, ist es üblich, die Sauerstoffkapazität des Katalysators zu
messen. Dies geschieht in der Regel so, dass die Verzugszeit zwischen
einem Sauerstoffsondensignal einer Sauerstoffsonde, die vor dem
Katalysator angeordnet ist, und dem Signal einer Sauerstoffsonde nach
dem Katalysator gemessen wird. Diese (gesamte) Verzugszeit hängt von
der Sauerstoffspeicherkapazität
des Katalysators ab.
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Darüber hinaus
wird die Änderung
des Signals der Sauerstoffsonde allerdings auch noch durch die dynamischen
Eigenschaften der Sauerstoffsonde beeinflusst, so dass sich die
insgesamt gemessene Zeit nicht nur aus der zu messenden Zeitverzögerung aufgrund
der Sauerstoffspeichereigenschaften des Katalysators ergibt, sondern
zudem von einer nicht beabsichtigt gemessenen Sondenverzugszeit
abhängig
ist.
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Dies
führt dazu,
dass in dem Fall, dass die Sauerstoffsonde eine sehr langsame Sonde
ist, zu große
(gesamte) Verzugszeiten gemessen werden, so dass dementsprechend
die Sauerstoffspeicherkapazität
des Katalysators als größer bzw.
besser beurteilt wird, als dies tatsächlich der Fall ist. Es ergeben sich
also zu gute Eigenschaften des Katalysators.
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Ist
nun aber tatsächlich
im Fall einer vergleichsweise langsamen Sonde die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators
eher gering, so besteht dementsprechend die Gefahr, dass aufgrund der
langsamen Sauerstoffsonde ein Katalysator, der eigentlich als schlecht
zu beurteilen ist und nicht mehr verwendet werden sollte oder dürfte, als
gut bzw. noch im Rahmen liegend beurteilt wird. Es kommt also zu
einer Fehldiagnose.
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Dies
soll, insbesondere in den USA, in den kommenden Jahren gesetzlich
verhindert werden.
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Damit
ergibt sich die Notwendigkeit, Daten, die auf die dynamischen Eigenschaften
der Sauerstoffsonde bezogen sind, und damit die durch die Sauerstoffsonde
selbst bedingte Verzugszeit bei der Sauerstoffspeicherkapazitätsbestimmung
des Katalysators zu berücksichtigen.
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Vor
diesem Hintergrund werden derzeit Analysen der steigenden bzw. fallenden
Flanke des Signals einer Sprungsonde bei einem Übergang zwischen einem fetten
und einem mageren Betrieb des Motors vorgenommen. Diese Analysen
ermöglichen aber
nur sehr eingeschränkte
Aussagen im Hinblick auf die Sondendynamik bzw. die reale sondenbedingte
Verzugszeit.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2005 024 872 A1 betrifft ein Verfahren
zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine.
Die betrachtete Abgassonde ist dabei im stromabwärtigen Teil eines Katalysators
angeordnet. Dort ist vorgesehen, zunächst einen ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswert zu
bestimmen, in dem der Katalysator zunächst mit Sauerstoff gesättigt wird
und dann bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entleert wird. Zur Bestimmung
eines zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerts wird anschließend der
Katalysator erneut beladen und bei einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entleert.
Abhängig
von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten
wird dann die Dynamik-Zeitdauer ermittelt.
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Die
DE 10 2005 016 075
A1 betrifft die Diagnose einer einem Abgaskatalysator zugeordneten Lambdasonde.
Dabei wird bei einem bekannten ersten und zweiten Abgasmassenstrom
gemessen, wie groß die
jeweilige Zeitverzögerung
ist, bis sich ein Sprung des Lambdasignals vor dem Abgaskatalysator
bei dem Lambdasignal der dem Abgaskatalysator zugeordneten Lambdasonde
zeigt, woraufhin basierend auf diesen Zeitverzögerungen ein katalysatorbedingter
Anteil und ein sondenbedingter Anteil der Zeitverzögerung ermittelt
wird, welcher sondenbedingte Anteil als Diagnosekriterium verwendet
wird.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein diesbezüglich verbessertes
Verfahren anzugeben.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Bestimmung der Verzugszeit
einer Sauerstoffsonde zur Messung der Sauerstoffspeicherkapazität eines
Katalysators eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, dass die folgenden
Schritte aufweist:
- – Bestimmung wenigstens eines
bei einem bestimmten aktuellen relativen Sauerstoffbefüllungsgrad
des Katalysators zu erwartenden Wertes eines Spannungssignals einer
Sauerstoffsonde oder eines zu erwartenden Verlaufs des Spannungssignals,
- – Messung
des tatsächlichen
vom Sauerstoffbefüllungsgrad
abhängigen
Spannungssignals der Sauerstoffsonde bei Entleerung und/oder Befüllung des
Sauerstoffspeichers des Katalysators,
- – Bestimmung
der Differenz der einem identischen zu erwartenden und tatsächlichen
Wert der Spannungssignale zugeordneten Sauerstoffbefüllungsgrade
und
- – in
Abhängigkeit
von einer bekannten Änderungsgeschwindigkeit
für die
Entleerung und/oder Befüllung
des Sauerstoffspeichers Bestimmung der Verzugszeit der Sauerstoffsonde
aus der Differenz der Sauerstoffbefüllungsgrade.
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Erfindungsgemäß wird also
zum einen die Nachkatalysatorsondenspannung rechnerisch bestimmt,
wobei diese erwartete bzw. theoretische Spannung für einen
festen aktuellen relativen Sauerstoffbefüllungsgrad bestimmt werden
kann bzw. für mehrere
mögliche
Sauerstoffbefüllungsgrade
oder in ihrem Verlauf über
einen größeren Bereich
von Befüllungsgraden,
also als Kurve des Signalverlaufs. Hierbei wird der Effekt genutzt,
dass zwischen der relativen Sauerstoffbeladung des Katalysators
und dem Signal der nach dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsonde,
die zur Messung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators bei einem
Kraftfahrzeug verwendet werden soll, ein bekannter Zusammenhang
besteht, der sich rechnerisch ermitteln lässt.
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Ist
demgemäß ein relativer
Sauerstoffbefüllungsgrad
des Katalysators vorgegeben, so lässt sich das zugehörige zu
erwartende Spannungssignal angeben. Dabei kann zweckmäßigerweise
das Spannungssignal über
einen größeren Bereich
von Befüllungsgraden
(also als Verlaufskurve) berechnet wer den, insbesondere über einen
Bereich von Befüllungsgraden,
in denen die Signalkurve eine geringere Steigung aufweist und für den somit
sinnvollerweise ein Vergleich mit einem tatsächlichen Signalverlauf vorgenommen
wird.
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Des
Weiteren wird erfindungsgemäß das tatsächliche
Spannungssignal der nach dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsonde
bei einem Entleerungs- bzw.
Befüllungsvorgang
des Sauerstoffspeichers des Katalysators bestimmt. Dabei ist es
möglich,
diesen Signalverlauf lediglich für
einen Entleerungsvorgang oder einen Befüllungsvorgang aufzunehmen bzw.
eine Signalaufnahme für
beide Fälle, also
sowohl für
die Entleerung als auch für
die Befüllung
des Speichers, vorzunehmen.
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Anhand
dieser beiden Signalverläufe
wird nun für
einen identischen Spannungswert, also beispielsweise für einen
Wert von 650 mV, der zugehörige
Sauerstoffspeicherbefüllungsgrad
einmal für
die Kurve, die das zu erwartende Spannungssignal wiedergibt, andererseits
ebenso für
die Kurve, die das tatsächlich
gemessene Signal wiedergibt, bestimmt.
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Wurde
bei der Ermittlung des zu erwartenden Spannungssignals lediglich
eine Bestimmung einzelner Wertepaare vorgenommen, so ist die Differenz
der Befüllungsgrade
entsprechend für
einen erwarteten Spannungswert zu bestimmen, für den der zugehörige Befüllungsgrad
des Katalysators berechnet wurde. Entsprechend ist bei den aufgenommenen
Messkurven bei Befüllung
bzw. Entleerung des Sauerstoffspeichers erforderlich, dass diese
den für die
Differenzbildung verwendeten Spannungswert umfassen. Es können also
zur Differenzbildung klarerweise lediglich Spannungswerte herangezogen werden,
zu denen die zugeordneten Sauerstoffbefüllungsgrade bekannt sind, entweder
aufgrund der Berechnung des zu erwartenden Signalverlaufs bzw. durch
Aufnahme der Messkurve der Sauerstoffsonde.
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Beispielsweise
kann der einem bestimmten Spannungswert, z. B. von 650 mV, zugeordnete
erwartete relative Sauerstoffbefüllungsgrad
50% betragen, während
sich aus der tatsächlich
gemessenen Kurve des Spannungssignals der Sauerstoffsonde bei diesem
Spannungswert ein Befüllungsgrad
des Katalysators von lediglich 30% ergeben würde. Nun wird erfindungsgemäß die Differenz
dieser Sauerstoffbefüllungsgrade
gebildet, die dementsprechend 20% betragen würde.
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Aus
dieser Differenz, die ein Maß für die Sondenverzugszeitzeit
darstellt, also für
den allein auf die Sondendynamik zurückgehenden Beitrag zur gesamten
Verzugszeit, wird in Abhängigkeit
von einer bekannten Änderungsgeschwindigkeit
für die Entleerung
bzw. Befüllung
des Sauerstoffspeichers die Verzugszeit der Sauerstoffsonde berechnet.
Die erforderliche Änderungsgeschwindigkeit
lässt sich aus
der Abgasmasse und dem Lambdawert vor dem Katalysator berechnen.
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Es
wird also zunächst
die Differenz der Befüllungsgrade
im Hinblick auf den zu erwartenden Kurvenverlauf und den tatsächlichen
Kurvenverlauf bestimmt, die einer Differenz der Sauerstoffspeicherfähigkeit
zugeordnet werden kann, die beispielsweise in Milligramm angebbar
ist. Mit einer bekannten Änderungsgeschwindigkeit
für den
Sauerstoffeintrag bzw. -austrag, zweckmäßigerweise in Milligramm/Sekunde
angegeben, lässt
sich daraus die Verzugszeit berechnen, die anschließend bei
der Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators z. B. im
Prüfbetrieb
berücksichtigt
werden kann.
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Somit
lässt sich
also die Sondendynamik und damit die sondenbedingte Verzugszeit
bei einer Sonde zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität berücksichtigen.
Die Sondendynamik umfasst neben der Totzeit der Sonde eine durch
die Filterung durch die Sonde bedingte Verzögerung. Derartige auf die Sondendynamik
zurückgehende
Zeitverzögerungen werden
hier insgesamt unter dem Begriff „Sondenverzugszeit" zusammengefasst.
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Erfindungsgemäß können der
wenigstens eine bei einem bestimmten aktuellen relativen Sauerstoffbefüllungsgrad
des Katalysators zu erwartende Wert des Spannungssignals der Sauerstoffsonde oder
der zu erwartende Verlauf des Spannungssignals in Abhängigkeit
von einem Katalysatorvolumen vor der Sauerstoffsonde und/oder der
Temperatur des Katalysators und/oder der Abgasmasse und/oder des
Lambdahubs und/oder eines Katalysatoralterungszustands bestimmt
werden. Es wird also berücksichtigt,
dass der Zusammenhang zwischen der relativen Sauerstoffbeladung
des Katalysators und dem Sondensignal, das eine Sauerstoffsonde liefert,
die nach dem Katalysator angeordnet ist, ein Zusammenhang ist, der
von dem Katalysatorvolumen vor der Sonde, der Katalysatortemperatur,
der Abgasmasse und/oder dem Lambdahub und dem Katalysatoralterungszustand
abhängt.
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Dabei
werden bei Kenntnis aller dieser Größen diese zweckmäßigerweise
in ihrer Gesamtheit für
die Bestimmung des Signalverlaufs berücksichtigt, um so eine möglichst
präzise
Bestimmung der Nachkatalysatorsondenspannung aus dem aktuellen relativen
Sauerstoffbefüllungsgrad
des Katalysators zu ermöglichen.
Sollten jedoch in Einzelfällen
einzelne dieser Größen nicht
bekannt sein bzw. nicht mit einer erforderlichen Genauigkeit bekannt
sein, so ist es ebenso denkbar, dass die Nachkatalysatorsondenspannung,
mit einer sich dann ergebenden bestimmten Unsicherheit bzw. innerhalb
einer gewissen Fehlertoleranz, lediglich in Abhängigkeit von einem Teil bzw.
einiger dieser Größen berechnet
wird.
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Die
Differenz der einem identischen zu erwartenden und tatsächlichen
Wert der Spannungssignale zugeordneten Sauerstoffbefüllungsgrade
kann im Rahmen der Bestimmung der Verzugszeit der Sauerstoffsonde
zu einer gesamten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators in
Bezug gesetzt werden.
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Die
Differenz der Sauerstoffbefüllungsgrade entsteht
dadurch, dass aufgrund der Sondendynamik das gemessene Signal dem
tatsächlichen,
bedingt durch die Filterung, die durch die Nachschaltung der Sauerstoffsonde
bewirkt wird, bzw. deren Totzeit, gleichsam hinterher hinkt. Die
unterschiedlichen Befüllungsgrade,
die identischen Spannungswerten einmal der Kurve des zu erwartenden
Signalverlaufs, einmal der tatsächlich
gemessenen Kurve, entsprechen, sind Differenzen in der Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators zuzuordnen, wobei eine solche Differenz bzw. Abweichung
zur gesamten Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators in Bezug gesetzt werden kann. Beträgt diese
beispielsweise 1000 mg, während
die Differenz der Befüllungsgrade, die
dem zu erwartenden Kurvenverlauf und dem tatsächlichen Kurvenverlauf zuzuordnen
ist, bei beispielsweise 20% liegt, so kann diese prozentuale Differenz
zu der Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators insgesamt in Bezug gesetzt werden, woraus sich
ergibt, dass die prozentuale Abweichung bzw. Differenz einer absoluten
Differenz der Sauerstoffspeicherfähigkeit von im genannten Beispiel
200 mg entspricht. Durch die Berücksichtigung
der gesamten Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators lässt sich
somit aus der relativen Differenz (der relativen Befüllungsgrade)
ein absoluter Wert für
die Abweichung der Befüllungswerte
bei gleichen Spannungswerten ermitteln.
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Die Änderungsgeschwindigkeit
für die
Entleerung und/oder Befüllung
des Sauerstoffspeichers kann in Abhängigkeit von der Abgasmasse
und eines Lambdawertes vor dem Katalysator bestimmt werden.
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Aus
der Abgasmasse bzw. dem Lambdawert vor dem Katalysator, bei denen
es sich um bestimmbare bzw. berechenbare Größen handelt, kann die Geschwindigkeit
eines Sauerstoffeintrages und auch eines Sauerstoffaustrags berechnet
werden. Diese Änderungsgeschwindigkeit
dient dann als Grundlage für
die Bestimmung der Verzugszeit, also der Sondentotzeit bzw. der
filterungsbedingten Verzögerung, so
dass sich beispielsweise bei einer Abweichung der absoluten Befüllung im
Vergleich der beiden Kurven von 200 mg und einer Änderungsgeschwindigkeit
von 400 mg/s eine Verzugszeit von 0,5 s ergibt.
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Die
Differenz der einem identischen Spannungswert zugeordneten Sauerstoffbefüllungsgrade für das zu
erwartende und das tatsächliche
Sauerstoffsondensignal kann für
einen zu erwartenden relativen Sauerstoffbefüllungsgrad von, zumindest im Wesentlichen,
50% bestimmt werden.
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Es
werden also in diesem Fall identische Spannungswerte für den Vergleich
der Sauerstoffbefüllungsgrade
herangezogen, die bei dem zu erwartenden Kurvenverlauf in etwa oder
exakt einem relativen Sauerstoffbefüllungsgrad von 50% entsprechen.
Dieser mittlere Befüllungsgrad
des Katalysators ist einem Bereich im Verlauf der Spannungssignalkurve
zuzuordnen, der eine eher geringe Steigung aufweist (Wendebereich),
so dass dementsprechend die Fehler bei der Berechnung der Sondenverzugszeit,
insbesondere bei der Bestimmung der Differenz der Befüllungsgrade
zwischen den beiden Signalverläufen,
gering gehalten werden können.
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Selbstverständlich kann
eine Bestimmung der Sondenverzugszeit auch für abweichende Befüllungsgrade
bzw. abweichende identische Spannungswerte durchgeführt werden,
wobei jedoch darauf zu achten ist, dass die Bestimmung in einem
Bereich der Spannungskurven durchgeführt wird, der einem sinnvollen
nutzbaren Bereich im Hinblick auf die Korrelation der Sauerstoffspeicherbeladung
mit der Sondenspannung entspricht.
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Die
Differenz der einem identischen zu erwartenden und tatsächlichen
Wert der Spannungssignale zugeordneten Sauerstoffbefüllungsgrade
kann für
einen Bereich einer vergleichsweise geringen Änderung des Spannungssignals
bei Entleerung und/oder Befüllung
des Sauerstoffspeichers und/oder für einen Bereich eines näherungsweise parallelen
Verlaufs des zu erwartenden und des gemessenen Sauerstoffsondensignals
bestimmt werden.
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Die
Differenzbestimmung findet also in einem Bereich statt, in dem sich
das Spannungssignal in Abhängigkeit
von einer Veränderung
der Befüllung des
Katalysators nur geringfügig ändert, also
eine geringe Steigung aufweist.
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Weiterhin
kann die Differenzenbestimmung sinnvoll in einem Bereich stattfinden,
in dem die Kurven für
das zu erwartende Signal und die tatsächlich gemessenen Signale im
Wesentlichen parallel verlaufen.
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Letztlich
ausschlaggebend ist für
die Festlegung der Wertepaare zur Bestimmung der Differenz der Befüllungsgrade
zu einem identischen Spannungswert auf den jeweiligen Kurven die
Frage des nutzbaren Bereichs der Kurve, in dem eine definierte Abhängigkeit
zwischen der Sauerstoffspeicherfähigkeit
und der Sondenspannung besteht, die wiederum eine korrekte Bestimmung
der Verzugszeit der Sonde ermöglicht.
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Erfindungsgemäß kann die
Verzugszeit der Sauerstoffsonde sowohl für den Fall der Entleerung als
auch für
den Fall der Befüllung
des Sauerstoffspeichers bestimmt werden. Die Sondendynamik bedingt
einen Hystereseeffekt, so dass bei der Entleerung des Sauerstoffspeichers
das gemessene Signal unter dem theoretisch zu erwartenden Kurvenverlauf liegt,
während
andererseits bei der Befüllung
des Sauerstoffspeichers das gemessene Signal über dem theoretischen Kurvenverlauf
liegt. Dementsprechend kann es sinnvoll sein, zwei Verzugszeiten, nämlich einmal
für die
Entleerung des Sauerstoffspeichers, andererseits für die Befüllung des
Sauerstoffspeichers, zu bestimmen. Diese beiden Verzugszeiten können dann
getrennt für
die Bestimmung der Katalysatorgüte
berücksichtigt
werden oder auch im Rahmen einer Mittelwertbildung.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Verzugszeit
einer Sauerstoffsonde zur Messung der Sauerstoffspeicherkapazität eines
Katalysators eines Kraftfahrzeugs, die zur Bestimmung wenigstens
eines bei einem bestimmten aktuellen relativen Sauerstoffbefül lungsgrad
des Katalysators zu erwartenden Wertes eines Spannungssignals einer
Sauerstoffsonde oder eines zu erwartenden Verlaufs des Spannungssignals,
zur Messung des tatsächlichen
vom Sauerstoffbefüllungsgrad
abhängigen
Spannungssignals der Sauerstoffsonde bei Entleerung und/oder Befüllung des
Sauerstoffspeichers des Katalysators, zur Bestimmung der Differenz
der einem identisch zu erwartenden und tatsächlichen Wert der Spannungssignale
zugeordneten Sauerstoffbefüllungsgrade
und in Abhängigkeit
von einer bekannten Änderungsgeschwindigkeit
für die
Entleerung und/oder Befüllung des
Sauerstoffspeichers zur Bestimmung der Verzugszeit der Sauerstoffsonde
aus der Differenz der Sauerstoffbefüllungsgrade ausgebildet ist,
insbesondere gemäß einem
Verfahren wie vorstehend beschrieben.
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Die
Messeinrichtung weist hierzu zweckmäßigerweise eine Steuerungs- und/oder Berechnungseinrichtung
auf, die gegebenenfalls die Berechnungsvorgänge und die erforderlichen
Messvorgänge
vollautomatisch bzw. bedienergestützt ausführt.
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Hierzu
werden der Steuerungs- und/oder Berechnungseinrichtung der Messeinrichtung
gegebenenfalls automatisch bzw. bedienergeführt die erforderlichen Parameter,
die für
die Berechnung nötig sind,
zugeführt,
beispielsweise die Abgasmasse und der Lambdawert vor dem Katalysator
zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Sauerstoffeintrags und/oder
des Sauerstoffaustrags.
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Die
Messeinrichtung bzw. eine Steuerungs- und/oder Berechnungseinrichtung
der Messeinrichtung können
dann anhand dieser Daten den zu erwartenden Signalverlauf bestimmen
bzw., sofern dieser bereits bekannt ist, diesen aus einem Speicher abrufen,
und erhalten andererseits automatisch bzw. nach Abruf die Daten,
die das tatsächlich
gemessene Spannungssignal ergeben oder zu dessen Bestimmung erforderlich
sind, bzw. steuern die Aufnahme und Übermittlung dieser Daten.
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Aus
diesen Signalen kann dann seitens der Messeinrichtung die Differenz
der Sauerstoffbefüllungsgrade
berechnet und hieraus die Verzugszeit der Sauerstoffsonde unter
Berücksichtigung
der bekannten Änderungsgeschwindigkeit
bzw. einer vorab berechneten Änderungsgeschwindigkeit
bestimmt werden.
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Bei
der Messeinrichtung kann es sich um eine Messeinrichtung handeln,
die an einem Prüfstand
eingesetzt wird, aber auch um eine Messeinrichtung für den Bereich
der Fahrzeugentwicklung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung angegeben. Dabei zeigen:
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1 eine
Skizze zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
Darstellung zum für
die erfindungsgemäße Verzugszeitbestimmung
nutzbaren Bereich des vom Befüllungsgrad
des Katalysators abhängigen
Lambda-Signals und
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3 eine
Darstellung zum Vorgehen bei einer erfindungsgemäßen Verzugszeitbestimmung für eine Nachkatalysatorsonde.
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Die 1 zeigt
eine Skizze zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei zunächst
im Schritt a ein zu erwartendes Spannungssignal einer Sauerstoffsonde
anhand des Katalysatorvolumens vor der Sonde, der Katalysatortemperatur,
der Abgasmasse und dem Alterungszustands des Katalysators bestimmt
wird. Dieses Spannungssignal wird für Befüllungsgrade des Katalysators
mit Sauerstoff im Bereich von 30%–70% bestimmt. Selbstverständlich kann
in anderen Ausführungsbeispielen
eine Bestimmung über
einen größeren und kleineren
Bereich von Befüllungsgraden
bzw. nur für einzelne
Wertepunkte durchgeführt
werden.
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Gemäß Schritt
b findet dann eine Messung des tatsächlichen vom Sauerstoffbefüllungsgrad
abhängigen
Spannungssignals der Sauerstoffsonde nach dem Katalysator für die Entleerung
bzw. Befüllung
des Sauerstoffspeichers des Katalysators, vorzugsweise zumindest
einmal für
den Entleerungsvorgang und auch zumindest einmal für den Befüllungsvorgang,
statt.
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Im
Schritt c wird dann für
jeweils gleiche Lambda-Signale, also für gleiche Spannungswerte, der
beiden Kurven der zugehörige
Sauerstoffbefüllungsgrad
ermittelt und es wird die Differenz dieser beiden Sauerstoffbefüllungsgrade,
sinnvollerweise als Betrag der Differenz, bestimmt.
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Hieraus
kann im Schritt d bei einer bekannten Änderungsgeschwindigkeit für die Entleerung bzw.
Befüllung
des Sauerstoffspeichers des Katalysators, die vorab aus der Abgasmasse
und dem Lambdawert vor dem Katalysator bestimmt werden kann, die
Verzugszeit der Nachkatalysatorsonde berechnet werden.
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Dies
geschieht zweckmäßigerweise
mittels einer hier nur angedeuteten dargestellten Messeinrichtung 1,
deren wesentlicher Bestandteil eine Steuerungs- und/oder Berechnungseinrichtung 2 mit
einem zugehörigen
Bildschirm 3 ist. Diese Steuerungs- und/oder Berechnungseinrichtung 2 berechnet
zum einen den zu erwartenden Verlauf für das Lambdasignal, steuert
zum anderen die Aufnahme des tatsächlichen Signalverlaufs.
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Hierzu
besteht gemäß dem Doppelpfeil 4 eine
Datenverbindung zur Nachkatalysatorsauerstoffsonde 5 und
gegebenenfalls insgesamt für
die Steuerung der Messung und die Ermittlung weiterer Daten zum
Katalysator 6 sowie zu der diesem vorgeschalteten Sauerstoffsonde 7.
Die Ermittlung der Sauerstoffsondenverzugszeit erfolgt hier vollautomatisch
nach einem durch einen Bediener initiierten Start. In anderen Ausführungsbeispielen
kann die Verzugszeit von weiteren Bedienereingaben begleitet sein,
beispielsweise, indem der Bediener manuell geeignete identische
Spannungswerte oder dergleichen auswählt. Der vollautomatische Betrieb
ermöglicht
jedoch eine besonders einfache Bestimmung der Sondenverzugszeit
und damit auch der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 6 unter
Berücksichtigung
der Verzugszeit der dem Katalysator 6 nachgeschalteten
Sauerstoffsonde 5.
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Die 2 zeigt
eine Darstellung zum für
die erfindungsgemäße Verzugszeitbestimmung
nutzbaren Bereich des vom Befüllungsgrad
des Katalysators abhängigen
Lambda-Signals. Dabei ist das Lambda-Signal des Katalysators, bei
dem es sich um ein hier in mV angegebenes Spannungssignal handelt,
auf der y-Achse 8 aufgetragen, während der Befüllungsgrad
des Katalysators mit Sauerstoff auf der x-Achse 9 dargestellt
ist.
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Die
hier aufgetragenen Werte bzw. der Verlauf der Spannungskurve 10,
die dem zu erwartenden Spannungssignalverlauf entspricht, ist lediglich beispielhaft
für einen
typischen Kurvenverlauf gezeigt. Selbstverständlich können in Abhängigkeit von der speziellen
Art der Sonde und natürlich
den Eigenschaften des Katalysators Kurvenverläufe berechnet werden bzw. zu
Grunde zu legen sein, die unter Umständen größere Abweichungen vom hier
gezeigten Verlauf zeigen.
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Für eine sinnvolle
erfindungsgemäße Verzugszeitbestimmung
wird nicht der gesamte Bereich des Kurvenverlaufs von sehr niedrigen
zu sehr hohen Befüllungsgraden
des Katalysators bzw. von sehr niedrigen zu sehr hohen Spannungen
des Lambda-Signals verwendet, sondern es muss eine Beschränkung auf
einen nutzbaren Bereich 11 für die Korrelation der Sauerstoffbeladung
und der Sondenspannung stattfinden. Dieser für die Bestimmung der Verzugszeit
nutzbare Bereich umfasst ein Fenster von Spannungen, das in dargestellten
Fall zwischen 600 und 700 mV liegt und Befüllungsgraden um 50% entspricht,
begrenzt durch einen unteren Befüllungs grad
von etwa 30% und einen oberen Befüllungsgrad von etwa 70%. Es
wird also für
die Bestimmung der Verzugszeit zweckmäßigerweise ein mittlerer Bereich
um den Befüllungsgrad
von 50% bzw. mit einem Spannungswert von etwa 650 mV verwendet.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann, z. B. je nach Art des Katalysators, auch ein Fenster von Spannungen
zwischen 300 und 800 mV betrachtet werden bzw. nutzbar sein.
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Allgemein
ist bei anderen Verläufen
darauf zu achten, dass die Verzugszeitbestimmung in einem Bereich
der Kurve erfolgt, in dem diese eine vergleichsweise geringe Steigung
aufweist bzw. ein mittlerer Befüllungsgrad
des Katalysators in einem Wendepunktbereich der Kurve vorliegt.
Ein besonders geeigneter Ausgangspunkt im Hinblick auf den erwarteten
Kurvenverlauf gemäß der Spannungskurve 10 ist somit
in diesem Beispiel der Spannungswert von 650 mV, der einem theoretischen
Befüllungsgrad
des Katalysators von 50% entspricht, der mitten im nutzbaren Bereich
liegt, wie hier anhand der Hilfslinien 12 und 13 nachvollzogen
werden kann.
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Die 3 zeigt
schließlich
eine Darstellung zum Vorgehen bei einer erfindungsgemäßen Verzugszeitbestimmung
für eine
Nachkatalysatorsonde, wobei wiederum auf der y-Achse 14 das
Lambda-Signal nach dem Katalysator in mV, auf der x-Achse 15 der
Befüllungsgrad
des Katalysators mit Sauerstoff aufgetragen ist. Das zu erwartende
Spannungssignal gemäß der Kurve 16,
also der theoretische Kurvenverlauf, befindet sich zwischen den
Messkurven 17 und 18, die bei einer Entleerung
des Sauerstoffspeichers bzw. bei einer Befüllung des Sauerstoffspeichers
gemessen werden. Die Abweichungen der Messkurven 17 bzw. 18 vom
theoretisch zu erwartenden Kurvenverlauf gemäß dem Spannungssignal 16 sind
auf die zu bestimmende Sondenverzugszeit, die sich aus der Sondentotzeit
und der filterungsbedingten Verzögerung
ergibt, zurückzuführen.
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Dementsprechend
kann für
einen identischen Spannungswert, im hier dargestellten Fall 650 mV,
einmal des Spannungssignals gemäß der Kurve 16,
andererseits auf den Messkurven 17 und 18, der jeweils
zugehörige
Befüllungsgrad
des Katalysators angegeben werden. Aus der Differenz zwischen dem sich
aus dem theoretischen Kurvenverlauf ergebenden Befüllungsgrad,
hier im Beispiel 50%, und den Befüllungsgraden, die einer Spannung
von 650 mV auf den Messkurven 17 und 18 zugeordnet
sind, hier 30% bzw. 70%, kann die Sondenverzugszeit berechnet werden.
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Die
Differenz der Befüllungsgrade
zum Spannungswert von 650 mV beträgt im hier dargestellten Fall
20%. Bei einer insgesamt vorhandenen Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators von 1000 mg und einer bekannten, gegebenenfalls
vorab ermittelten, Änderungsgeschwindigkeit
des Sauerstoffspeichers von 400 mg/s lässt sich dann mit einer dem
Unterschied der Befüllungsgrade
von 20% entsprechenden absoluten Abweichung von 200 mg die Verzugszeit
der Sonde zu 200 mg/ 400 mg/s = 0,5 s ermitteln.
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Diese
Verzugszeit der Sonde kann dann bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität berücksichtigt
werden, wodurch falsche Beurteilungen der Güte eines Kraftfahrzeugkatalysators
beispielsweise aufgrund einer besonders langsamen Nachkatalysatorsonde
vermieden werden.