DE102010030635B4

DE102010030635B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufheizung eines Katalysators zur Abgasreinigung

Info

Publication number: DE102010030635B4
Application number: DE102010030635.5A
Authority: DE
Inventors: Kersten Wehmeier; Adam Pawlowski; Magnus Labbe; Andreas Koring; Ingmar Burak; Klaus Winkler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: DE102010030635A1

Abstract

Verfahren zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators (4) zur Reinigung eines Abgases einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Gemischbildung zur Festlegung einer Zusammensetzung eines der Brennkraftmaschine (2) zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und einer in Strömungsrichtung hinter einer Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde, wobei ein Ausgangssignal der Abgassonde einer Steuereinheit (7) zugeführt wird und wobei während einer Aufheizphase Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators (4) zur Erreichung seiner Betriebsbereitschaft vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer während der Aufheizphase durchgeführten Detektionsphase das der Brennkraftmaschine (2) zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Abgassonde derart geregelt wird, dass ein aus zumindest einem in der Steuereinheit (7) enthaltenen Regler, der Gemischbildung, der Brennkraftmaschine (2), einer Abgasstrecke mit dem Katalysator (4) und der Abgassonde bestehender Regelkreis frei schwingt und dass aus einer Änderung einer Periodendauer (24) einer Schwingung des Regelkreises das Anspringen des Katalysators (4) erkannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit einer Gemischbildung zur Festlegung der Zusammensetzung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und einer in Strömungsrichtung hinter der Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde, wobei ein Ausgangssignal der Abgassonde einer Steuereinheit zugeführt wird und wobei während einer Aufheizphase Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators zur Erreichung seiner Betriebsbereitschaft vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine mit einer Gemischbildung zur Festlegung der Zusammensetzung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und einer in Strömungsrichtung hinter der Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde, mit einer Steuereinheit zur Auswertung des Ausgangssignals der Abgassonde und zur Steuerung der Gemischbildung, in der ein Programmablauf zur Steuerung einer Aufheizphase des Katalysators zur Erreichung seiner Betriebsbereitschaft vorgesehen ist.
Stand der Technik
Zur Reduktion von Emissionen von Ottomotoren werden üblicherweise 3-Wege-Katalysatoren eingesetzt. Die Konvertierungsfähigkeit der Katalysatoren hängt in erster Linie von deren Temperatur ab. Um die gesetzlichen Auflagen zu erfüllen, werden die Katalysatoren zur Erreichung einer schnellen Betriebsbereitschaft bei einem Kaltstart daher zusätzlich aufgeheizt. Um auch bei älteren Katalysatoren, deren Konvertierungsfähigkeit bereits vermindert sein kann, die Abgasgrenzwerte einzuhalten, werden die Heizmaßnahmen bis zu Temperaturen durchgeführt, die höher sind als dies für einen neuen Katalysator erforderlich ist. Dies kann allerdings dazu führen, dass die der Brennkraftmaschine zugewandten Teile des Katalysators durch die hohen Temperaturen beziehungsweise Temperaturgradienten verstärkt altern. Die Alterung von Katalysatoren durch Vergiftung oder hohe Temperaturen erfolgt üblicherweise in Abgasrichtung von der der Brennkraftmaschine zugewandten Seite nach hinten. Daher sind die Heizmaßnahmen für einen gealterten Katalysator so ausgelegt, dass nicht nur dessen vorderer Teil sondern ein großer Teil des Katalysators aufgewärmt wird. Eine Verkürzung der Katalysator-Vorheizung könnte daher dessen Lebensdauer verlängern, würde aber auch die Emissionen der Brennkraftmaschine verringern, die durch die Heizmaßnahmen auftreten und auch den Kraftstoff-Verbrauch verringern.
Aus der DE 41 124 78 C2 ist ein Verfahren zum Beurteilen des Alterungszustands eines Katalysators bekannt, dem das Abgas eines lambdageregelten Verbrennungsmotors zugeführt wird und bei dem die Lambdawerte vor und hinter dem Katalysator gemessen werden, untersucht wird, ob bei einer Regelschwingung des Lambdawerts vor dem Katalysator von fett nach mager oder umgekehrt der Lambdawert hinter dem Katalysator einen entsprechenden Übergang zeigt, und dann, wenn dies der Fall ist, der den Katalysator durchströmende Gasmassenstrom bestimmt wird, das zeitliche Integral des Produkts aus Gasmassenstrom und Lambdawert vor dem Katalysator berechnet wird, das zeitlichen Integral des Produkts aus Gasmassenstrom und Lambdawert hinter dem Katalysator berechnet wird und als Maß für den Alterungszustand des Katalysators entweder die Differenz zwischen den beiden Integralen oder der Quotient aus der Differenz und einem der beiden Integrale verwendet wird. Bei dem Verfahren wird dem Lambdawert eine erzwungene Schwingung aufgeprägt, deren Frequenz vorbestimmt ist.
Aus der Offenlegungsschrift US 5 896 743 A ist ein Verbrennungsmotor bekannt, in dessen Abgasstrang zwischen dem Motor und dem Katalysator ein Sauerstoffsensor angeordnet ist. Um eine optimale Effizienz des Katalysators zu erhalten, soll eine Lambda-Regelungsfrequenz des Motormanagementsystems über einem Schwellenwert gehalten werden.
Aus der Offenlegungsschrift US 5 351 484 A ist ein Verfahren zur Überwachung eines Light-Off-Katalysators vorgesehen, wobei ein Verhältnis der Häufigkeit des Umschaltens (Sondenfrequenz) der stromabwärts gelegenen Abgas-Sauerstoffsonde zur Häufigkeit des Umschaltens (Sondenfrequenz) der stromaufwärts gelegenen Abgas-Sauerstoffsonde bestimmt wird, wenn der Luftmassenstrom in den Motor so ist, dass die Katalysatorüberwachung nicht in die Sättigung geht und ein Hinweis auf die Gesamt-Kohlenwasserstoffwirksamkeit des Katalysators gegeben werden kann.
Aus der Offenlegungsschrift US 2006 / 0 101 808 A1 eine Bestimmung des Light-Offs aus einer Frequenzanalyse des Lambdasondensignals bekannt. Wenn eine Sauerstoffkonzentration oder das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Katalysators mit einer vorbestimmten Frequenz oszilliert wird, zeigt die Oszillation der Sauerstoffkonzentration oder des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts des Katalysators ein Verhalten, das sich von demjenigen stromaufwärts des Katalysators aufgrund der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators unterscheidet, wenn sich der Katalysator (Sauerstoffspeicherkapazität) im Light-off-Zustand befindet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verfahren bereitzustellen, welches das Anspringen eines Katalysators sicher erkennt.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in einer während der Aufheizphase durchgeführten Detektionsphase das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in Abhängigkeit von dem Ausgangsignal der Abgassonde derart geregelt wird, dass ein aus zumindest einem in der Steuereinheit enthaltenen Regler, der Gemischbildung, der Brennkraftmaschine, einer Abgasstrecke mit dem Katalysator und der Abgassonde bestehender Regelkreis frei schwingt und dass aus einer Änderung der Periodendauer der Schwingung des Regelkreises das Anspringen des Katalysators erkannt wird.
Die Frequenz und die Amplitude der sich während der Detektionsphase ausbildenden Dauerschwingung sind abhängig von den Transporteigenschaften der Regelstrecke und somit von der Konvertierungsfähigkeit des zu beurteilenden Katalysators. Im Vergleich zu einem nicht angesprungenen Katalysator führt ein angesprungener Katalysator zu einer gedämpften Amplitude und zu einer verlängerten Periodendauer der Schwingung. Durch Auswerten der Periodendauer der freien, nicht erzwungenen Schwingung kann daher erkannt werden, wann der Katalysator durch die Aufheizmaßnahmen so weit aufgeheizt ist, dass die Konvertierung des Abgases beginnt, wann also der Katalysator anspringt. Dabei erfolgt die Erkennung des Anspringens des Katalysators nicht indirekt, zum Beispiel zeitgesteuert durch eine vorgegebene Dauer der Aufheizphase oder durch eine Temperaturmessung des Katalysators, sondern direkt an Hand des von der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators abhängigen Schwingungsverhaltens des Regelkreises. Das Anspringen des Katalysators kann unabhängig von beispielsweise dem Alterungszustand des Katalysators bestimmt werden. Vorteilhaft ist dabei, dass das Verfahren mit bei modernen Brennkraftmaschinen ohnehin vorgesehenen Abgassonden und Regeleinrichtungen durchgeführt und entsprechend kostengünstig, beispielsweise durch eine entsprechende Anpassung der Software in der Steuereinheit, umgesetzt werden kann. Dabei ist das Verfahren weitestgehend unempfindlich gegenüber Störeinflüssen, beispielsweise von Vorsteuertoleranzen und temporären Lambdastörungen bei Verwendung einer Lambdasonde als Abgassonde. Mit dem Verfahren kann auch das Anspringen eines Teil-Katalysators, zum Beispiel bei einem Dreiwegekatalysator, erkannt werden, wenn die Abgassonde auf den von dem Teil-Katalysator konvertierten Inhaltsstoff des Abgases ausgelegt ist.
Nach den bekannten Verfahren für die Aufheizung von Katalysatoren ist die Dauer der Aufheizphase fest vorgegeben und so ausgelegt, dass auch ein gealterter Katalysator noch sicher anspringt und zuverlässig die Emissionsgrenzwerte einhält. Die für einen gealterten Katalysator notwendige Dauer der Aufheizphase ist dabei länger als für einen neuen Katalysator. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Aufheizphase beendet wird, wenn während der Detektionsphase das Anspringen des Katalysators erkannt wird. Die Dauer der Aufheizphase kann so auf die Zeit begrenzt werden, die notwendig ist, um die Betriebsbereitschaft für den vorliegenden Katalysator zu erreichen. Für einen neuen Katalysator wird diese Dauer kürzer, für einen gealterten Katalysator entsprechend länger sein. Dadurch kann verhindert werden, dass bei einem neuen Katalysator die Aufheizmaßnahme unnötig lange durchgeführt wird, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und einem geringeren Kohlendioxid-Ausstoß führt. Weiterhin wird die thermische Belastung des Katalysators durch die Aufheizmaßnahmen auf das für den vorliegenden Katalysator mindest notwendige Maß begrenzt, was zu einer verlängerten Lebenserwartung des Katalysators führen kann.
Die Veränderung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs zur Erreichung einer freien Schwingung des Regelkreises beeinflusst den Abgasausstoß der Brennkraftmaschine. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Detektionsphase nach einem vorgegebenen Zeitraum nach Beginn der Aufheizphase des Katalysators gestartet wird und/oder das die Detektionsphase nach Erreichen einer Betriebsbereitschaft der Abgassonde gestartet wird. Während eines ersten Abschnitts der Aufheizphase, in dem sicher davon ausgegangen werden kann, dass der Katalysator noch nicht anspringt oder dass die Abgassonde noch nicht betriebsbereit ist, kann so ein normales Aufheizen des Katalysators ohne aufgeschaltete Dauerschwingung erfolgen. Das verzögerte Aufschalten der Dauerschwingung beeinflusst die Schadstoffemission positiv.
Eine weitere Reduzierung der Schadstoffemission kann dadurch erreicht werden, dass der Zeitraum, nach dem die Detektionsphase nach Beginn der Aufheizphase des Katalysators gestartet wird, aus der Dauer vorangegangener Aufheizphasen abgeleitet und festgelegt wird. Wird in Detektionsphasen in aufeinander folgenden Aufheizphasen festgestellt, dass der Katalysator auf Grund von Alterungserscheinungen eine längere Aufheizphase benötigt, so kann die Detektionsphase entsprechend verzögert gestartet werden. Das verzögerte Aufschalten der Dauerschwingung beeinflusst die Schadstoffemission positiv.
Ist es vorgesehen, dass die Detektionsphase während jeder Aufheizphase durchgeführt wird, so kann jede Aufheizphase mit dem Anspringen des Katalysators unabhängig von dessen Alterungszustand beendet werden.
Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass die Detektionsphase nach einer vorgegebenen Anzahl an Aufheizphasen durchgeführt wird, dass die restlichen Aufheizphasen nach einer vorgegebenen Aufheizdauer beendet werden und dass die vorgegebene Aufheizdauer auf eine während einer Detektionsphase ermittelte Dauer korrigiert wird. Die Alterung von Katalysatoren ist ein vergleichsweise langsamer Prozess, daher ändert sich die notwendige Dauer für die Aufheizphasen erst über einen längeren Zeitraum. Es genügt daher, die Dauer der Aufheizphasen vorzugeben, von Zeit zu Zeit, zum Beispiel nach einer vorgegebenen Anzahl an Aufheizphasen, mit Hilfe einer Detektionsphase zu überprüfen und bei Bedarf entsprechend zu adaptieren. Die Anzahl der Aufheizphasen, nach denen eine Überprüfung der Dauer der Aufheizphase durch eine Detektionsphase vorgesehen wird, kann fest vorgegeben sein oder beispielsweise in Abhängigkeit von dem Alterungsverhalten des Katalysators und der dadurch benötigten Korrektur der Dauer der Aufheizphase festgelegt werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Detektionsphase mit der für die Schwingung notwendigen Oszillation des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs nur vergleichsweise selten durchgeführt werden muss, was die Schadstoffemission positiv beeinflusst.
Es wird häufig beobachtet, dass ein System aus einem vollständig angesprungenen Katalysator und einer Regelung mit einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde, wie es dem beschriebenen Regelkreis entspricht, hochfrequente Schwingungen mit niedriger Sondenspannungsamplitude um die Regelschwelle ausführt. Um zu verhindern, dass dies als nicht angesprungener Katalysator interpretiert wird, können zusätzliche Parameter aus dem Signal der Abgassonde bestimmt und ausgewertet werden. Daher kann es vorgesehen sein, dass eine Amplitudenhöhe des Ausgangssignals der Abgassonde oder ein anderes Maß für die Dämpfung des Ausgangssignals der Abgassonde oder ein Integral über den Betrag der Differenz des Ausgangssignals der Abgassonde und einer Regelschwelle oder ein anderes aus dem Ausgangssignal der Abgassonde gebildetes Gütemaß jeweils für sich betrachtet oder in Kombination der Größen bei der Beurteilung des Anspringens des Katalysators aus der Änderung der Periodendauer berücksichtigt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Integral über den Betrag der Differenz des Ausgangssignals der Abgassonde und der Regelschwelle mit der Periodendauer normiert wird.
Neben dem Alterungszustand des Katalysators hat auch der durch die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine beschriebene Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen Einfluss auf die Periodendauer der Schwingung des Regelkreises. Je nach Massenstrom benötigt das Abgas mehr oder weniger Zeit, um von der Brennkraftmaschine über die Abgasstrecke und den Katalysator zu der Abgassonde zu strömen. Um einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit wechselndem Betriebspunkt berücksichtigen zu können, kann es vorgesehen sein, dass bei der Beurteilung des Anspringens des Katalysators aus der Änderung der Periodendauer Ergebnisse aus einem Modell des Abgasstrangs berücksichtigt werden. Das Modell des Abgasstrangs berechnet dabei zum Beispiel einen Abgasmassenstrom, eine Abgaslaufdauer und/oder ein Sauerstoff-Speichervermögen des Katalysators, was dann bei der Beurteilung des Anspringens des Katalysators aus der Änderung der Periodendauer der Schwingung berücksichtigt werden kann.
Notwendige Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist die Erzeugung einer freien Schwingung des Regelkreises. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Schwingung mit einer Zweipunktregelung und mit einer festen Regelschwelle oder mit unterschiedlichen Regelschwellen für eine Fett-Mager- und eine Mager-Fett-Umschaltung oder mit einer Hysterese um eine Regelschwelle erzeugt wird. Die Fett-Mager- und die Mager-Fett-Umschaltung erfolgt dabei bevorzugt so, dass die Dauerschwingungen des Kraftstoff-Luft-Gemischs um einen Wert von Lambda = 1 erfolgt.
Die Periodendauer der Schwingung ändert sich nicht sprunghaft zu einem Zeitpunkt, an dem der Katalysator anspringt, sondern verlängert sich kontinuierlich mit dem Erreichen der notwendigen Betriebstemperatur aufeinander folgender Katalysatorabschnitte. Daher kann es vorgesehen sein, dass aus der Periodendauer der Schwingung des Regelkreises ein Maß für die Vollständigkeit des Anspringens des Katalysators abgeleitet wird.
Im Rahmen der On-Board-Diagnose muss die Funktionsfähigkeit eines Katalysators nachgewiesen werden. Dazu sind verschiedene Verfahren bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators stellt der Steuereinheit Informationen über den Katalysator zur Verfügung, die mit den bekannten Methoden nicht ermittelt werden können. Diese Informationen können für sich oder in Kombination mit weiteren, den Katalysatorzustand beschreibenden Informationen zu einer Diagnose des Katalysatorzustandes genutzt werden. Daher kann es vorgesehen sein, dass aus der Periodendauer der Schwingung nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn der Aufheizphase des Katalysators der Alterungszustand des Katalysators abgeleitet wird.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass aus der Dauer einer durch eine Detektionsphase beendeten Aufheizphase oder aus der Korrektur der vorgegebenen Aufheizdauer auf die Dauer einer durch eine Detektionsphase beendeten Aufheizphase ein Alterungszustand des Katalysators abgeleitet wird.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in der Steuereinheit ein zweiter Programmablauf für eine Detektionsphase vorgesehen ist, in der das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in Abhängigkeit von dem Ausgangsignal der Abgassonde derart geregelt wird, dass ein aus zumindest einem in der Steuereinheit enthaltenen Regler, der Gemischbildung, der Brennkraftmaschine, einer Abgasstrecke mit dem Katalysator und der Abgassonde bestehender Regelkreis frei schwingt und dass ein dritter Programmablauf zur Erkennung des Anspringens des Katalysators aus einer Änderung der Periodendauer der Schwingung des Regelkreises vorgesehen ist. Der vorgesehene Regelkreis beinhaltet Komponenten, die bei modernen Brennkraftmaschinen ohnehin vorgesehen sind. Das zuvor beschriebene Verfahren zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators lässt sich daher durch eine reine Softwareerweiterung in der Steuereinheit durch die beschriebenen Programmabläufe umsetzen. Es werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, was eine kostengünstige Umsetzung ermöglicht.
Die Regelung erfolgt an Hand des Ausgangssignals einer Abgassonde, welche zumindest für eine von dem Katalysator zu konvertierte Abgaskomponente empfindlich ist. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Abgassonde als Lambda-Sonde, Kohlenwasserstoff-Sonde, Stickoxid-Sonde oder Sauerstoff-Sonde ausgebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator in einem Abgaskanal,
2 ein Diagramm einer Ausgangsspannung einer Lambdasonde bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein erstes Zeitdiagramm der Periodendauer des Ausgangssignals einer Abgassonde und von Temperaturverläufen an dem Katalysator,
4 ein zweites Zeitdiagramm von Ausgangssignalen von Abgassonden und deren Periodendauer,
5 ein drittes Zeitdiagramm von Ausgangssignalen von Abgassonden und deren Periodendauer.

1 zeigt eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Luftzuführung 1 und einem in einem Abgaskanal 3 angeordneten Katalysator 4. In Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator 4 ist eine Lambdasonde 5 vorgesehen, deren Lambdasonden-Signal 12 einer Steuereinheit 7 zugeführt ist. Die Steuereinheit 7 bestimmt über ein Gemischbildungssignal 6 die Luftmenge in der Luftzuführung 1 und die der Brennkraftmaschine 2 zugeführte Kraftstoffmenge. Insgesamt wird so das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkaftmaschine 2 zugeführten Gemischs bestimmt.
2 zeigt ein Sondenspannungsdiagramm 10 mit einer ersten Zeitachse 14 und einer Sondenspannungs-Achse 11 entlang denen das Lambdasonden-Signal 12 aufgetragen ist. Das Lambdasonden-Signal 12 führt erfindungsgemäß eine freie Schwingung aus, da in der Steuereinheit 7 bei einem Lambdasonden-Signal 12 unter einer Regelschwelle von 450mV über das Gemischbildungssignal 6 der Brennkraftmaschine 2 ein fettes Gemisch zugeführt wird und bei einem Lambdasonden-Signal 12 über der Regelschwelle von 450mV über das Gemischbildungssignal 6 der Brennkraftmaschine 2 ein mageres Gemisch zugeführt wird. Durch die Laufdauer des Gemischs und des Abgases in der Brennkraftmaschine 2, dem Abgaskanal 3 und dem Katalysator 4 entsteht die dargestellte freie Schwingung des Lambdasonden-Signals 12. Springt der Katalysator 4 an, verlängert sich die Periode der freien Schwingung und deren Amplitude verringert sich; dies ist in dem Sondenspannungsdiagramm 10 in einer Anspringphase 13 sichtbar.
Das Verfahren kann gestartet werden, sobald die Lambdasonde 5 ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Anstatt der Regelschwelle von 450mV zur Umschaltung der Gemischbildung kann auch eine andere Spannungsschwelle vorgegeben werden. Es sind auch unterschiedliche Schwellen für die Umstellung von fett nach mager und von mager nach fett vorgebbar.
3 zeigt in einem ersten Zeitdiagramm 20 entlang einer zweiten Zeitachse 26 und einer Signalachse 21 abgetragen eine erste Temperatur 22, eine zweite Temperatur 23, eine Periodendauer 24 und ein Spannungsintegral 25. Die erste Temperatur 22 stellt den Verlauf der Temperatur in einem der Brennkraftmaschine 2 zugewandten Teil des Katalysators 4 dar, der sich in einer Aufheizphase vergleichsweise schnell aufheizt. Die zweite Temperatur 23 stellt den Verlauf der Temperatur in einem von der Brennkraftmaschine 2 abgewandten Teil des Katalysators 4 dar, der sich langsamer aufheizt als der der Brennkraftmaschine 2 zugewandten Teil. Mit steigender Temperatur des Katalysators 4 vergrößert sich die Periodendauer 24 des Lambdasonden-Signals 12 und ist so ein Maß für das Anspringen des Katalysators 4. Das Spannungsintegral 25 ist das Integral der Differenz zwischen dem Lambdasonden-Signal 12 und der Regelschwelle, die im dargestellten Fall 450mV beträgt. Dieses Spannungsintegral 25 kann als weiterer Parameter für die Bewertung eines Anspringens des Katalysators 4 verwendet werden, beispielhaft um einen angesprungenen Katalysator zu erkennen, wenn das Lambdasonden-Signal 12 trotz angesprungenem Katalysator eine Regelschwingung geringer Amplitude ausführt.
4 zeigt in einem zweiten Zeitdiagramm 30 entlang der Signalachse 21 und der zweiten Zeitachse 26 den Verlauf der Periodendauer 24, eines Stickoxidsonden-Signals 31 und eines Kohlenwasserstoffsonden-Signals 32. Das Stickoxidsonden-Signal 31 zeigt eine Schwingung mit der Periodendauer 24 wie dies auch das Lambdasonden-Signal 12 zeigt. Mit steigender erster Temperatur 22 des Katalysators 4 steigt dessen Konvertierungsfähigkeit und die Gesamthöhe des Stickoxidsonden-Signals 31 nimmt ab. Das Kohlenwasserstoffsonden-Signal 32 zeigt einen geringere Amplitude der Regelschwingung als das Stickoxidsonden-Signals 31. Auch bei dem Kohlenwasserstoffsonden-Signal 32 ist sichtbar, dass mit zunehmender Konvertierungsfähigkeit des Katalysators 4 die Höhe des Signals abnimmt.
5 zeigt in einem dritten Zeitdiagramm 33 entlang der Signalachse 21 und der zweiten Zeitachse 26 den Verlauf der Periodendauer 24, ein Wasserstoffsonden-Signal 34 und ein Kohlenmonoxidsonden-Signal 35. Sowohl an dem Wasserstoffsonden-Signal 34 als auch an dem Kohlenmonoxidsonden-Signal 35 ist sichtbar, dass bei Anspringen des Katalysators, sichtbar durch eine Erhöhung der Periodendauer 24, die Schadstoffwerte im Abgas hinter dem Katalysator 4 zurückgehen.

Claims

Verfahren zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators (4) zur Reinigung eines Abgases einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Gemischbildung zur Festlegung einer Zusammensetzung eines der Brennkraftmaschine (2) zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und einer in Strömungsrichtung hinter einer Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde, wobei ein Ausgangssignal der Abgassonde einer Steuereinheit (7) zugeführt wird und wobei während einer Aufheizphase Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators (4) zur Erreichung seiner Betriebsbereitschaft vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer während der Aufheizphase durchgeführten Detektionsphase das der Brennkraftmaschine (2) zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Abgassonde derart geregelt wird, dass ein aus zumindest einem in der Steuereinheit (7) enthaltenen Regler, der Gemischbildung, der Brennkraftmaschine (2), einer Abgasstrecke mit dem Katalysator (4) und der Abgassonde bestehender Regelkreis frei schwingt und dass aus einer Änderung einer Periodendauer (24) einer Schwingung des Regelkreises das Anspringen des Katalysators (4) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizphase beendet wird, wenn während der Detektionsphase das Anspringen des Katalysators (4) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsphase nach einem vorgegebenen Zeitraum nach Beginn der Aufheizphase des Katalysators (4) gestartet wird und/oder das die Detektionsphase nach Erreichen einer Betriebsbereitschaft der Abgassonde gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum, nach dem die Detektionsphase nach Beginn der Aufheizphase des Katalysators (4) gestartet wird, aus der Dauer vorangegangener Aufheizphasen abgeleitet und festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsphase während jeder Aufheizphase durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsphase nach einer vorgegebenen Anzahl an Aufheizphasen durchgeführt wird, dass die restlichen Aufheizphasen nach einer vorgegebenen Aufheizdauer beendet werden und dass die vorgegebene Aufheizdauer auf eine während einer Detektionsphase ermittelte Dauer korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Amplitudenhöhe des Ausgangssignals der Abgassonde oder ein anderes Maß für die Dämpfung des Ausgangssignals der Abgassonde oder ein Integral über den Betrag der Differenz des Ausgangssignals der Abgassonde und einer Regelschwelle oder ein anderes aus dem Ausgangssignal der Abgassonde gebildetes Gütemaß jeweils für sich betrachtet oder in Kombination der Größen bei der Beurteilung des Anspringens des Katalysators (4) aus der Änderung der Periodendauer (24) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beurteilung des Anspringens des Katalysators (4) aus der Änderung der Periodendauer (24) Ergebnisse aus einem Modell des Abgasstrangs berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung mit einer Zweipunktregelung und mit einer festen Regelschwelle oder mit unterschiedlichen Regelschwellen für eine Fett-Mager und eine Mager-Fett-Umschaltung oder mit einer Hysterese um eine Regelschwelle erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Periodendauer (24) der Schwingung des Regelkreises ein Maß für die Vollständigkeit des Anspringens des Katalysators (4) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Periodendauer (24) der Schwingung nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn der Aufheizphase des Katalysators (4) der Alterungszustand des Katalysators abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Dauer einer durch eine Detektionsphase beendeten Aufheizphase oder aus der Korrektur der vorgegebenen Aufheizdauer auf die Dauer einer durch eine Detektionsphase beendeten Aufheizphase ein Alterungszustand des Katalysators (4) abgeleitet wird.
Vorrichtung zur Beurteilung des Anspringens eines Katalysators (4) zur Reinigung eines Abgases einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Gemischbildung zur Festlegung einer Zusammensetzung eines der Brennkraftmaschine (2) zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und einer in Strömungsrichtung hinter einer Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassonde, mit einer Steuereinheit (7) zur Auswertung eines Ausgangssignals der Abgassonde und zur Steuerung der Gemischbildung, in der ein Programmablauf zur Steuerung einer Aufheizphase des Katalysators (4) zur Erreichung seiner Betriebsbereitschaft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (7) ein zweiter Programmablauf für eine Detektionsphase vorgesehen ist, in der das der Brennkraftmaschine (2) zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch in Abhängigkeit von dem Ausgangsignal der Abgassonde derart geregelt wird, dass ein aus zumindest einem in der Steuereinheit (7) enthaltenen Regler, der Gemischbildung, der Brennkraftmaschine, einer Abgasstrecke mit dem Katalysator und der Abgassonde bestehender Regelkreis frei schwingt und dass ein dritter Programmablauf zur Erkennung des Anspringens des Katalysators (4) aus einer Änderung der Periodendauer der Schwingung des Regelkreises vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassonde als Lambda-Sonde, Kohlenwasserstoff-Sonde, Stickoxid-Sonde oder Sauerstoff-Sonde ausgebildet ist.