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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren
eines Abgaskatalysators, insbesondere eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen
in Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind,
machen es erforderlich die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb
der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann
zum einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert
werden, die während
der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen
Zylindern entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme
im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses
des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder erzeugt
werden, in unschädliche
Stoffe umwandeln. Insbesondere bei Benzin-Brennkraftmaschinen kommen
als Abgaskatalysatoren Dreiwege-Katalysatoren zum Einsatz. In diesem
Zusammenhang muss sichergestellt werden, dass die Komponenten des
Abgasnachbehandlungssystems auch in der gewünschten Art und Weise über eine
lange Betriebsdauer funktionieren und Fehler zuverlässig erkannt
werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Diagnostizieren eines Abgaskatalysators zu schaffen, das beziehungsweise die
eine zuverlässige
Diagnose ermöglichen.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Diagnostizieren eines Abgaskatalysators. Ein erstes Abgassensorsignal
eines ersten Abgassensors wird erfasst, der in einem Abgasstrang
stromaufwärts
des Abgaskatalysators angeordnet ist. Ein zweites Abgassensorsignal
eines zweiten Abgassensors wird erfasst, der in dem Abgasstrang
stromabwärts
des Abgaskatalysators angeordnet ist. Ein jeweiliger erster Schätzwert einer
Emission mindestens einer Abgaskomponente wird ermittelt in Bezug
auf eine Position des ersten Abgassensors in dem Abgasstrang abhängig von
dem ersten Abgassensorsignal. Ein jeweiliger zweiter Schätzwert einer
Emission der mindestens einen Abgaskomponente wird ermittelt in Bezug
auf eine Position des zweiten Abgassensors in dem Abgasstrang abhängig von
dein zweiten Abgassensorsignal. Eine Konvertierungsrate der mindestens
einen Abgaskomponente wird geschätzt
abhängig
von einem Verhältnis
des zweiten und des ersten Schätzwerts
der ermittelten Emission. Der Abgaskatalysator wird diagnostiziert
abhängig
von der ermittelten Konvertierungsrate.
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Der
Vorteil ist, dass die Diagnose einfach und zuverlässig und
unabhängig
voneinander für
einzelne Abgaskomponenten möglich
ist. Dadurch können
Beeinträchtigungen
und Fehler der Funktionsweise des Abgaskatalysators besonders zuverlässig und
präzise
erkannt werden. Eine Robustheit und Genauigkeit der Diagnose kann
so besonders hoch sein. Eine zuverlässige On-Board-Diagnose ist
möglich,
ohne dass zusätzliche
Komponenten in der Abgasanlage erforderlich sind und ohne dass für die Diagnose
ein aktiver Eingriff in das Luft/Kraftstoffverhältnis der Brennkraftmaschine
erforderlich ist. Die Diagnose kann dadurch emissionsneutral erfolgen. Die
mindestens eine Abgaskomponente umfasst insbesondere Kohlenmonoxid
und/oder Stickoxide und/oder Kohlenwasserstoffe.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden der erste und der zweite
Schätzwert
jeweils integriert über
eine vorgegebene Zeitdauer oder über
eine mit einem Kraftfahrzeug zurückgelegte
vorgegebene Wegstrecke. Die Konvertierungsrate der mindestens einen
Abgaskomponente wird geschätzt
abhängig von
einem Verhältnis
des integrierten zweiten und des integrierten ersten Schätzwerts
der ermittelten Emission. Der Vorteil ist, dass die Diagnose dadurch besonders
robust und präzise
erfolgen kann.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Größe, die
repräsentativ
ist für ein
Fahrprofil, in dem das Kraftfahrzeug aktuell gefahren wird, jeweils
integriert wird über
die vorgegebene Zeitdauer oder über
die mit dem Kraftfahrzeug zurückgelegte
vorgegebene Wegstrecke. Eine Übereinstimmung
des Fahrprofils mit mindestens einem Teil eines vorgegebenen Testzyklus
wird ermittelt abhängig
von der mindestens einen integrierten Größe. Die geschätzte Konvertierungsrate
wird mit einer jeweils für
den mindestens einen Teil des vorgegebenen Testzyklus vorgegebenen
Konvertierungsrate verglichen, falls die Übereinstimmung festgestellt wurde.
Ein erster Fehler wird erkannt abhängig von der geschätzten Konvertierungsrate
und der vorgegebenen Konvertierungsrate. Der Vorteil ist, dass dadurch
eine zuverlässige
Aussage darüber
ermöglicht wird,
ob der Abgaskatalysator hinreichend gut funktioniert, dass Emissionen,
die bei einem Betreiben des Kraftfahrzeugs gemäß des vorgegebenen Testzyklus entstehen,
vorgegebene Emissionsgrenzen und insbesondere vorgegebene gesetzliche
Emissionsgrenzen einhalten. Dadurch ist ein besonders zuverlässiges Diagnostizieren
möglich
mit hoher Aussagekraft. Der erste Fehler wird vorzugsweise erkannt,
wenn die geschätzte
Konvertierungsrate von der vorgegebenen Konvertierungsrate um einen
vorgegebenen Betrag oder Faktor abweicht, die geschätzte Konvertierungsrate
die vorgegebene Konvertierungsrate also insbesondere um den vorgegebenen
Betrag oder Faktor übersteigt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Temperatur
des Abgaskatalysators erfasst oder ermittelt und der jeweiligen
geschätzten
Konvertierungsrate zugeordnet. Eine zeitliche Folge der erfassten
oder ermittelten Temperaturen des Abgaskatalysators wird auf ein
Vorliegen eines vorgegebenen Temperaturverlaufs überprüft. Bei Vorliegen des vorgegebenen
Temperaturverlaufs wird eine der zeitlichen Folge der erfassten
oder ermittelten Temperaturen des Abgaskatalysators zugehörige zeitliche
Folge der jeweils geschätzten
Konvertierungsraten überprüft auf ein
Vorliegen eines für
einen zweiten Fehler charakteristischen Konvertierungsratenverlaufs.
Der Vorteil ist, dass dadurch eine Zonenschädigung, das heißt eine
ungleichmäßige Schädigung des
Abgaskatalysators, erkennbar ist, die bei einer Diagnose des Abgaskatalysators
basierend auf einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators unerkannt
bliebe. Die Diagnose des Abgaskatalysators kann daher besonders
zuverlässig
sein.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn abhängig von der zeitlichen Folge
der jeweils geschätzten
Konvertierungsraten eine lokale Schädigung des Abgaskatalysators
in einem vorderen Teil und/oder eine lokale Schädigung des Abgaskatalysators
in einem hinteren Teil des Abgaskatalysators als der zweite Fehler
erkannt wird. Dadurch ist eine genaue Aussage möglich über den Ort der Schädigung und,
aufgrund von dessen Bedeutung für
die Fähigkeit
des Abgaskatalysators, Abgaskomponenten in unschädliche Stoffe zu konvertieren, über die
Auswirkungen der Schädigung
auf die Emissionen. Der hintere Teil des Abgaskatalysators ist stromabwärts des vorderen
Teils des Abgaskatalysators angeordnet.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung repräsentiert der vorgegebene Temperaturverlauf eine
monoton steigende oder monoton fallende Temperatur des Abgaskatalysators.
Der Vorteil ist, dass der zweite Fehler so einfach und zuverlässig erkennbar
ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der vorgegebene
Temperaturverlauf einen Temperaturanstieg über oder einen Temperaturabfall unter
eine vorgegebene Mindestbetriebstemperatur des Abgaskatalysators.
Dadurch kann das Erkennen des zweiten Fehlers besonders einfach
und zuverlässig
sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der jeweilige Schätzwert der
Emission der mindestens einen Abgaskomponente abhängig von
einem Emissionsmodell geschätzt
abhängig
von dem ersten oder dem zweiten Abgassensorsignal, einem Gradientensignal,
das als zeitliche Ableitung des ersten oder zweiten Abgassensorsignals
ermittelt wird, und einem Luftmassenstromsignal. Durch ein solches
Emissionsmodell ist ein zuverlässiges
Schätzen der
Emission möglich.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Teil eines Abgasstrangs und ein Emissionsmodell,
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2 ein
Ablaufdiagramm für
ein Schätzen einer
Konvertierungsrate eines Abgaskatalysators,
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3 ein
erstes Ablaufdiagramm für
eine Diagnose des Abgaskatalysators,
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4 eine
Darstellung eines Vergleichs zweier unterschiedlich geschädigter Abgaskatalysatoren,
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5 eine
Darstellung von Temperaturverläufen
und Konvertierungsratenverläufen
bei Lastsprüngen
und
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6 ein
zweites Ablaufdiagramm für
eine Diagnose des Abgaskatalysators.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Ein
Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel
eines Kraftfahrzeugs, umfasst mindestens einen Abgaskatalysator mit
mindestens einem ersten Katalysatorvolumen V1 (1).
Ferner kann stromabwärts
des ersten Katalysatorvolumens ein zweites Katalysatorvolumen V2 vorgesehen
sein. Stromaufwärts
des ersten Katalysatorvolumens V1 ist ein erster Abgassensor AS1
angeordnet, der beispielsweise als eine lineare Lambdasonde ausgebildet
ist zum Erfassen eines Restsauerstoffgehalts in dem Abgas stromaufwärts des ersten
Katalysatorvolumens V1 und der beispielsweise für eine Lambdaregelung genutzt
wird. Der erste Abgassensor AS1 kann jedoch beispielsweise auch als
eine binäre
Lambdasonde ausgebildet sein. Stromabwärts des ersten Katalysatorvolumens
V1 und stromaufwärts
des zweiten Katalysatorvolumens V2 ist ein zweiter Abgassensor AS2
angeordnet, der beispielsweise als eine binäre Lambdasonde ausgebildet
ist, der jedoch auch anders ausgebildet sein kann, zum Beispiel
als lineare Lambdasonde. Der zweite Abgassensor AS2 kann beispielsweise
genutzt werden für
eine Diagnose des ersten Katalysatorvolumens V1.
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Das
erste und gegebenenfalls das zweite Katalysatorvolumen V1, V2 können in
dem Abgaskatalysator des Abgasnachbehand lungssystems ausgebildet
sein. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Katalysatorvolumen
V1, V2 jedoch in separaten Abgaskatalysatoren ausgebildet. Das erste
Katalysatorvolumen V1 ist vorzugsweise nahe an der Brennkraftmaschine
angeordnet, so dass es nach einem Start der Brennkraftmaschine in
kurzer Zeit eine für
die Abgasnachbehandlung erforderliche vorgegebene Mindestbetriebstemperatur
T_min erreichen kann. Das zweite Katalysatorvolumen V2 ist beispielsweise
in einem Unterbodenkatalysator ausgebildet und ist somit weiter
entfernt von der Brennkraftmaschine und erreicht daher gegebenenfalls
erst später
die erforderliche Betriebstemperatur als das erste Katalysatorvolumen
V1.
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Zum
Ermitteln einer Emission E mindestens einer Abgaskomponente ist
ein Emissionsmodell MOD vorgesehen. Die mindestens eine Abgaskomponente
umfasst insbesondere Kohlenmonoxid CO und/oder Stickoxide NOx und/oder
Kohlenwasserstoffe HC, kann jedoch auch andere oder weitere Stoffe
umfassen. Mit Hilfe des Emissionsmodells MOD wird abhängig von
einem ersten Abgassensorsignal vls_up des ersten Abgassensors AS1
die Emission E geschätzt
in Bezug auf eine Position des ersten Abgassensors AS1 in dem Abgasstrang.
Entsprechend wird mit Hilfe des Emissionsmodells MOD abhängig von
einem zweiten Abgassensorsignal vls_down des zweiten Abgassensors
AS2 die Emission E geschätzt
in Bezug auf eine Position des zweiten Abgassensors AS2 in dem Abgasstrang.
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Die
Emission E wird jeweils mittels des Emissionsmodells MOD bevorzugt
ermittelt als Produkt des ersten beziehungsweise des zweiten Abgassensorsignals
vls_up, vls_down, einer jeweiligen vorgegebenen Abgassensorsignal-Korrekturkennlinie fac_cor_vls,
eines jeweiligen Gradientensignals grd_vls_down, einer jeweils vorgegebenen
Gradientensignal-Korrekturkennlinie
fac_cor_grd_vls, eines Luftmassenstromsig nals MAF und eines vorgegebenen
Normierungsfaktors F_norm. Als weitere Faktoren sind vorzugsweise
eine vorgegebene Korrekturkennlinie fac_cor_ufc des mindestens einen
zweiten Katalysatorvolumens V2 und/oder eine Kenngrößen-Korrekturkennlinie
fac_cor_ts vorgesehen. Die jeweiligen Korrekturkennlinien können alternativ auch
als jeweiliges Korrekturkennfeld ausgebildet sein. Das Emissionsmodell
MOD kann auch anders ausgebildet sein und kann insbesondere auch
weitere, andere oder nur eine Untermenge der genannten Faktoren
umfassen.
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Das
Gradientensignal grd_vls_down repräsentiert eine zeitliche Ableitung
des ersten beziehungsweise des zweiten Abgassensorsignals vls_up, vls_down.
Die jeweils vorgegebene Abgassensorsignal-Korrekturkennlinie fac_cor_vls
und die jeweils vorgegebene Gradientensignal-Korrekturkennlinie fac_cor_grd_vls
sind insbesondere vorgesehen zum Herausschneiden und gegebenenfalls
Skalieren von vorgegebenen Signalbestandteilen, zum Beispiel einem
jeweils vorgegebenen Wertebereich, aus dem ersten beziehungsweise
zweiten Abgassensorsignal vls_up, vls_down beziehungsweise dem jeweiligen Gradientensignal
grd_vls_down. Vorzugsweise sind die jeweilige vorgegebene Abgassensorsignal-Korrekturkennlinie
fac_cor_vls und die jeweils vorgegebene Gradientensignal-Korrekturkennlinie fac_cor_grd_vls
abhängig
von der jeweils zu ermittelnden Abgaskomponente vorgegeben, das
heißt, für jede Abgaskomponente,
für die
die Emission E geschätzt
werden soll, wird die jeweils zugehörige vorgegebene Abgassensorsignal-Korrekturkennlinie fac_cor_vls
und vorgegebene Gradientensignal-Korrekturkennlinie fac_cor_grd_vls
genutzt.
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Das
Luftmassenstromsignal MAF ist repräsentativ für einen Abgasdurchfluss durch
den Abgasstrang und somit durch das erste und zweite Katalysatorvolumen
V1, V2. Der vorgegebene Normie rungsfaktor F_norm ist beispielsweise
vorgesehen zum Bereitstellen der geschätzten Werte der Emission E
in einer Form und insbesondere einer Skalierung, die geeignet ist
für eine
Weiterverarbeitung und insbesondere für einen Vergleich mit zum Beispiel Emissionsgrenzwerten
und insbesondere gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerten.
Vorzugsweise wird die geschätzte
Emission E für
die jeweilige Abgaskomponente integriert und als integrierte Emission
EI bereitgestellt. Bei der Emission E und der integrierten Emission
EI handelt es sich im Wesentlichen um unterschiedliche Darstellungsweisen, so
dass Aussagen, die in Bezug auf die Emission E gemacht werden, grundsätzlich analog
auch für
die integrierte Emission EI gelten und umgekehrt. Es werden daher
im Folgenden nicht immer sowohl die Emission E als auch die integrierte
Emission EI explizit genannt, wenn Aussagen sich auf beide beziehen.
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Das
Emissionsmodell MOD ermöglicht
das Schätzen
der Emissionen E beziehungsweise der integrierten Emissionen EI
derart, dass ein geschätzter oder
simulierter Emissionsverlauf SIM im Wesentlichen einem tatsächlichen
oder gemessenen Emissionsverlauf MES entspricht.
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Ein
Diagnose eines Katalysatorwirkungsgrads, der auch als Konvertierungsrate
K bezeichnet werden kann, kann basierend auf einer Sauerstoffspeicherkapazität OSC oder
Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Abgaskatalysators erfolgen. Unterschiedliche Alterungsmechanismen
des Katalysators können
jedoch unterschiedliche Auswirkungen auf das Konvertierungsverhalten
des Katalysators bezüglich der
relevanten Abgaskomponenten haben. So kann sich beispielsweise ein
System durch Alterungsvorgänge
von einem HC- zu einem NOx-sensitiven System verändern und umgekehrt. Die Sauerstoffspeicherkapazität OSC ermöglicht diesbezüglich jedoch keine
zuverlässige
Aussa ge. Daher wird die Konvertierungsrate K abhängig von den mittels des Emissionsmodells
MOD geschätzten
Emissionen E stromaufwärts
und stromabwärts
des Abgaskatalysators geschätzt.
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2 zeigt
ein Diagramm für
ein Schätzen der
jeweiligen Konvertierungsrate K der Abgaskomponenten. Mittels des
Emissionsmodells MOD wird abhängig
von dem ersten Abgassensorsignal vls_up beziehungsweise dem zweiten
Abgassensorsignal vls_down jeweils die Emission E oder integrierte Emission
EI ermittelt. Abhängig
von einem Verhältnis dieser
Emissionen E beziehungsweise integrierten Emissionen EI wird die
jeweilige Konvertierungsrate K ermittelt, insbesondere eine Kohlenmonoxid-Konvertierungsrate
K_CO und/oder eine Kohlenwasserstoff-Konvertierungsrate K_HC und/oder eine
Stickoxid-Konvertierungsrate
K_NOx. 2 zeigt beispielshaft Verläufe der jeweiligen integrierten
Emission EI und der Konvertierungsraten K über eine Zeit t.
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3 zeigt
ein erstes Ablaufdiagramm eines Programms zum Diagnostizieren des
Abgaskatalysators, insbesondere in Bezug auf dessen Konvertierungsrate
K der jeweiligen Abgaskomponente. Das Programm beginnt in einem
Schritt S1. In einem Schritt S2 wird überprüft, ob eine vorgegebene Diagnosebedingung
DIAG erfüllt
ist. Diese umfasst beispielsweise eine Betriebsbereitschaft des
ersten und des zweiten Abgassensors AS1, AS2. Ferner kann die vorgegebene
Diagnosebedingung DIAG auch umfassen, dass der Abgaskatalysator
seine vorgegebene Mindestbetriebstemperatur T_min aufweist und/oder
dass ein aktuelles Fahrprofil FP für eine Diagnose geeignet ist
oder ausgewertet werden soll. Beispielsweise kann vorgesehen sein,
bei Fahrprofilen FP auf eine Auswertung zu verzichten, die eine Autobahnfahrt
mit hoher Geschwindigkeit umfassen, da solche in einem vorgegebenen
Testzyklus TZ nicht vorgesehen sind.
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Liegt
die vorgegebene Diagnosebedingung DIAG vor, dann wird in einem Schritt
S3 überprüft, ob bereits
ein Diagnosezyklus DIAG_ZYK aktiv ist. Ist dies nicht der Fall,
dann wird in einem Schritt S4 der Diagnosezyklus DIAG_ZYK initialisiert.
In einem Schritt S5 wird die integrierte Emission EI durch Integration
der Emission E, die einer Rohemission entspricht, für den ersten
Abgassensor AS1 während des
Diagnosezyklus DIAG_ZYK ermittelt. In einem Schritt S6 wird die
integrierte Emission EI durch Integration der Emission E, die einer
Nach-Katalysator-Emission
entspricht, für
den zweiten Abgassensor AS2 während
des Diagnosezyklus DIAG_ZYK ermittelt. Bevorzugt erfolgt das Integrieren über eine vorgegebene
Zeitdauer, zum Beispiel etwa zehn Sekunden, oder über eine
vorgegebene Wegstrecke, zum Beispiel einhundert Meter. In einem
Schritt S7 wird mindestens eine Größe, die repräsentativ
ist für das
Fahrprofil FP, in dem das Kraftfahrzeug aktuell gefahren wird, analysiert
und integriert während
des Diagnosezyklus DIAG_ZYK, also während der vorgegebenen Zeitdauer
oder der vorgegebenen Wegstrecke. Die mindestens eine Größe kann
beispielsweise eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder eine
Drehzahl der Brennkraftmaschine umfassen. Das Programm wird in einem
Schritt S8 beendet und vorzugsweise zyklisch erneut ausgeführt, zum
Beispiel in einem vorgegebenen Zeitintervall.
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Ist
die Diagnosebedingung DIAG in dem Schritt S2 nicht erfüllt, dann
wird in einem Schritt S9 überprüft, ob der
aktuelle Diagnosezyklus DIAG_ZYK vollständig oder abgeschlossen ist.
Ist diese Bedingung nicht erfüllt,
dann wird das Programm in dem Schritt S8 beendet und bevorzugt erneut
ausgeführt.
Ist die Bedingung in dem Schritt S9 jedoch erfüllt, dann wird in einem Schritt
S10 das Fahrprofil FP, das während
des Diagnosezyklus DIAG_ZYK erfasst und analysiert wurde, auf eine Übereinstimmung überprüft wird
mit mindestens einem Teil des vorgegebenen Testzyklus TZ. Der vorgegebene
Testzyklus TZ ist beispielsweise vorgegeben durch Vorschriften und
insbesondere gesetzliche Vorschriften zur Überprüfung von Emissionen von Kraftfahrzeugen.
Ferner wird in dem Schritt S10 die Konvertierungsrate K der mindestens
einen Abgaskomponente ermittelt. Die Schritte S5, S6 und S10 entsprechen
diesbezüglich
der in 2 und 1 dargestellten Vorgehensweise.
In einem Schritt S11 wird überprüft, ob die
ermittelte Konvertierungsrate K einen vorgegebenen Grenzwert einhält, der
insbesondere für
den mindestens einen Teil des vorgegebenen Testzyklus TZ vorgegeben
ist, oder ob ein der vorgegebene Grenzwert überschritten ist. Ist der vorgegebene
Grenzwert überschritten,
dann ist in einem Schritt S12 vorzugsweise ein Filtern und Enprellen FILT
einer Fehlererkennung vorgesehen. In einem Schritt S13 wird ein
erster Fehler ERR1 erkannt und in einem Fehlerspeicher ein entsprechender
Fehlereintrag eingetragen und/oder eine Warnleuchte eingeschaltet.
Durch das Filtern und Enprellen FILT kann verhindert werden, dass
kurzzeitige Ausreißer in
den Emissionen E zu einem Fehlereintrag führen, obwohl die Funktionsfähigkeit
des Abgaskatalysators nicht beeinträchtigt ist. Das Programm wird
in dem Schritt S8 beendet. Ferner wird das Programm ebenfalls in
dem Schritt S8 beendet, wenn in dem Schritt S11 erkannt wurde, dass
der vorgegebene Grenzwert eingehalten wurde. Bevorzugt wird das
Programm zyklisch wiederholt ausgeführt. Mit dem Programm kann
insbesondere die Diagnose für
jede der mindestens einen Abgaskomponente separat durchgeführt werden
und ermöglicht
so eine besonders detaillierte und genaue Diagnoseaussage.
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Eine
räumlich
lokal begrenzte Schädigung des
Katalysators kann zu einer deutlichen Degradation der Schadstoffumsetzung
des Katalysators im vorgegebenen Testzyklus TZ führen, ohne dass diese Schädigung in
einer auf einer Sauerstoffspeicher fähigkeit OSC basierenden Diagnose
des Konvertierungsrate K erkennbar ist. Vergleicht man beispielsweise
zwei Abgaskatalysatoren, die den gleichen Alterungszustand, das
heißt
insbesondere die gleiche Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC besitzen, und bei denen
ein erster dieser Abgaskatalysatoren vornehmlich in einem hinteren
Teil V1_b geschädigt
ist – dieser
erste Abgaskatalysator ist in 2 auf der
linken Seite dargestellt – und
ein zweiter dieser Abgaskatalysatoren ist vornehmlich in einem vorderen
Teil V1_a geschädigt – in 2 auf
der rechten Seite dargestellt, so wird das Abgasnachbehandlungssystem mit
dem zweiten Abgaskatalysator in dem vorgegebenen Testzyklus TZ höhere HC-Emissionen
aufweisen als das Abgasnachbehandlungssystem mit dem ersten Abgaskatalysator.
Die vorgegebene Mindestbetriebstemperatur, die auch als ”light-off”-Temperatur
bezeichnet wird, also diejenige Temperatur, bei der die Konversion
der Abgaskomponenten im Abgaskatalysator einsetzt, wird bei dem
zweiten Abgaskatalysator später
erreicht als bei dem ersten Abgaskatalysator. Bei dem zweiten Abgaskatalysator
wird zuerst der katalytisch geschädigte vordere Teil V1_a erwärmt, bevor
es zu einer Erwärmung
des katalytisch aktiven hinteren Teil V1_b kommt.
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Zu
Beginn des vorgegebenen Testzyklus TZ befindet sich das System zur
Gemischaufbereitung zumeist in einem vorgesteuerten Zustand, das
heißt, es
findet noch keine Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses
statt. Dies führt
dazu, dass in der Regel ein zu kraftstoffreiches Gemisch eingestellt
wird, was zu erhöhten
HC-Rohemissionen zu Beginn des vorgegebenen Testzyklus TZ führt. Treffen
diese erhöhten HC-Rohemissionen
auf den zweiten Abgaskatalysator, der aufgrund seiner lokalen Schädigung im
vorderen Bereich erst verspätet
konvertiert, so steigt die Fahrzeugemission in dem vorgegebenen
Testzyklus TZ überproportional
an, so dass vorgegebene Emissionsgrenzwerte überschritten werden. Die Diagnose basierend
auf der Sau erstoffspeicherfährigkeit
OSC würde
jedoch sowohl den ersten als auch den zweiten Abgaskatalysator gleichermaßen als
funktionsfähig
diagnostizieren. 4 zeigt Verläufe einer Temperatur T_V1 des
ersten Katalysatorvolumens V1 und insbesondere einer Temperatur
T_V1_a des vorderen Teils V1_a des ersten Katalysatorvolumens V1 und
eine Temperatur T_V1_b des hinteren Teils V1_b des ersten Katalysatorvolumens
V1, sowie die Verläufe
der Konvertierungsrate K und insbesondere einer Konvertierungsrate
K_V1_a des vorderen Teils V1_a und einer Konvertierungsrate K_V1_b
des hinteren Teils V1_b des ersten Katalysatorvolumens V1 und einen
resultierenden Verlauf der integrierten Emission EI über die
Zeit t für
den ersten und den zweiten Abgaskatalysator.
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Aus
einem Verlauf der Konvertierungsrate K als Funktion der Temperatur
T_V1 des ersten Katalysatorvolumens V1 kann auf eine potentielle
ungleichmäßige Schädigung des
Abgaskatalysators geschlossen werden. Hierzu wird beispielsweise
ein Verhalten während
eines Lastsprungs untersucht. Zwei Lastsprünge sind in 5 durch
einen zeitlichen Verlauf des Luftmassenstromsignals MAF dargestellt.
Ferner sind die zugehörigen
Verläufe
der Temperaturen T_V1_a, T_V1_b des vorderen und des hinteren Teils
V1_a, V1_b des ersten Katalysatorvolumens V1 und der resultierenden
Konvertierungsrate K dargestellt. Die Temperatur T_V1 des ersten
Katalysatorvolumens V1 ist von einer Temperatur und Menge des durchströmenden Abgases
abhängig.
Während
einer Schubphase oder Leerlaufphase sinkt die Temperatur T_V1 des
ersten Katalysatorvolumens V1, da entsprechend weniger heißes Abgas
und im Schub kalte Ansaugluft durch dieses hindurchströmen. Dabei
bildet sich ein Temperaturgradient zwischen dem vorderen und dem
hinteren Teil V1_a, V1_b aus, so dass aus dem Verlauf der Konvertierungsrate
K während
des Abkühlens
oder Aufheizens auf eine lokale Schädigung geschlossen werden kann.
Ist der vordere Teil V1_a ge schädigt, so
wird eine Abkühlung
im vorderen Bereich nicht zu einer Verschlechterung der Konvertierungsrate
K beitragen. Ist der vordere Teil V1_a geschädigt, so wird ein verzögertes Einsetzen
der Konvertierung mit der Aufheizung des Abgaskatalysators zu beobachten sein.
Ist der hintere Teil V1_b des ersten Katalysatorvolumens V1 geschädigt, so
wird eine frühzeitige Verschlechterung
der Konvertierungsrate K zu beobachten sein, sobald die Temperatur
des Abgaskatalysators absinkt. Während
des Aufheizens des Abgaskatalysators ist hingegen eine instantane
Reaktion der Konvertierungsrate K zu sehen. Aus dem Verlauf der
Konvertierungsrate nach dem Lastsprung kann daher die lokal begrenzte
Schädigung
des Abgaskatalysators abgeleitet werden.
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Eine
Konvertierungsrate K1 eines gleichmäßig geschädigten Abgaskatalysators verläuft auf
einem niedrigeren Niveau als eine Konvertierungsrate K0 eines neuwertigen
Abgaskatalysators, verläuft
jedoch im Wesentlichen parallel zu dieser. Ein Verlauf einer Konvertierungsrate
K3 des im vorderen Teil V1_a geschädigten zweiten Abgaskatalysators
ist in Bezug auf einen Verlauf einer Konvertierungsrate K2 des im
hinteren Teil V1_b geschädigten
ersten Abgaskatalysators zeitlich verzögert. Dise kann für die Diagnose
genutzt werden.
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In 6 ist
ein zweites Ablaufdiagramm des Programms zum Diagnostizieren des
Abgaskatalysators dargestellt. Das Programm beginnt in einem Schritt
S20. In einem Schritt S21 wird überprüft, ob ein
Integrationszyklus INT_ZYK aktiv ist. Falls dies nicht der Fall
ist, dann wird in einem Schritt S22 der Integrationszyklus INT_ZYK
initialisiert. Die Schritte S23 bis S25 entsprechen im Wesentlichen
den Schritten S5 bis S7 des in 3 dargestellten
Programms. In einem Schritt S26 wird überprüft, ob eine Genauigkeit der
erfassten oder ermittelten Daten ausreichend ist. Beispielsweise
kann durch Er mitteln einer Variabilität VAR, zum Beispiel einer Standardabweichung,
festgestellt werden, ob ein Ausreißer vorliegt. Ist die Genauigkeit
ausreichend, dann wird in einem Schritt S27 der Integrationszyklus
INT_ZYK beendet und in einem Schritt S28 die Konvertierungsrate
K entsprechend Schritt S10 ermittelt. Ferner wird die Temperatur
T_V1 des ersten Katalysatorvolumens V1 für den Integrationszyklus INT_ZYK
erfasst oder ermittelt und der Konvertierungsrate K zugeordnet vorzugsweise
in einem Ringspeicher RSP gespeichert. Durch zyklisch wiederholtes
Ausführen
der Schritte S21 bis S28 ist so ein Temperturverlauf des Abgaskatalysators
und ein zugehöriger
Konvertierungsratenverlauf in dem Ringspeicher RSP gespeichert.
Das Speichern in dem Ringspeicher RSP erfolgt nicht, wenn die Genauigkeit
gemäß Schritt
S26 nicht ausreichend ist.
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In
einem Schritt S29 erfolgt eine Aktivierung einer Zonenschädigungserkennung
dadurch, dass der in dem Ringspeicher RSP gespeicherte Temperaturverlauf
mit mindestens einem vorgegebenen Temperaturverlauf, zum Beispiel
nach einem Lastsprung, verglichen wird und eine hinreichende Üebereinstimmung
festgestellt wird. Insbesondere erfolgt die Aktivierung, wenn ein
Abkühlen
des Abgaskatalysators unterhalb der vorgegebenen Mindestbetriebstemperatur
T_min erkannt wird, zum Beispiel bei einer lang anhaltenden Schubphase
oder Leerlaufphase, zum Beispiel vor einer Ampel, oder wenn ein
Aufheizen über
die vorgegebene Mindestbetriebstemperatur T_min erkannt wird. In
einem Schritt S31 wird dann der zugehörige Konvertierungsratenverlauf
als Funktion der Temperatur T_V1 gemäß dem Temperaturverlauf mit
mindestens einem Referenzverlauf REF verglichen. Dies erfolgt vorzugsweise
für jede der
mindestens einen Abgaskomponente separat.
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In
einem Schritt S32 wird überprüft, ob der Konvertierungsratenverlauf
in Bezug auf den Referenzverlauf einen weiteren vorgegebenen Grenzwert einhält oder
ob der weitere vorgegebene Grenzwert überschritten ist. Ist der vorgegebene
Grenzwert überschritten,
dann ist in einem Schritt S33 entsprechend Schritt S12 vorzugsweise
das Filtern und Enprellen FILT der Fehlererkennung vorgesehen. In
einem Schritt S34 wird entsprechend Schritt S13 ein zweiter Fehler
ERR2 erkannt und in einem Fehlerspeicher ein entsprechender Fehlereintrag
eingetragen und/oder eine Warnleuchte eingeschaltet. Durch das Filtern
und Enprellen FILT kann verhindert werden, dass kurzzeitige Ausreißer zu einem
Fehlereintrag führen,
obwohl keine lokal begrenzte Zonenschädigung des Abgaskatalysators
vorliegt. Das Programm wird in einem Schritt S30 beendet. Ferner wird
das Programm ebenfalls in dem Schritt S30 beendet, wenn in dem Schritt
S32 erkannt wurde, dass der weitere vorgegebene Grenzwert eingehalten wurde.
Bevorzugt wird das Programm zyklisch wiederholt ausgeführt. Mit
dem Programm kann insbesondere die Diagnose für jede der mindestens einen Abgaskomponente
separat durchgeführt
werden und ermöglicht
so eine besonders detaillierte und genaue Diagnoseaussage. Die Schritte
S21 bis S29 werden vorzugsweise fortlaufend wiederholt während des Betriebs
des Kraftfahrzeugs ausgeführt.