DE102010033335B4 - Method for determining the oxygen storage capacity of an oxygen storage device assigned to a catalyst - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) zugeordneten Sauerstoffspeichers (4) in einer Anordnung, bei der in Ausströmrichtung des Abgases einer Brennkraftmaschine (1) vor dem Katalysator (3) eine Vorkatlambdasonde (5) und hinter zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) eine Nachkatlambdasonde (6) jeweils das Luft-Kraftstoff-Verhältnis misst, wobei bei dem Verfahren der Sauerstoffspeicher (4) zunächst unter Steuerung anhand der Vorkatlambdasonde (5) mit fettem Abgas beaufschlagt wird, um ihn so weit als möglich von Sauerstoff zu leeren, und wobei sodann ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem Abgas erfolgt, um ihn wieder mit Sauerstoff zu füllen, wobei die pro Zeitintervall eingetragene Sauerstoffmenge über ein Zeitintervall aufintegriert wird, welches mit dem Zeitpunkt (to) des Wechsels beginnt und mit einem Zeitpunkt (t3) endet, an dem sich ein Gefülltsein des Sauerstoffspeichers im Unterschreiten eines Schwellwerts in einem Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde (6) auswirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das so gewonnene Integral korrigiert wird, wobei zum Korrigieren ein Zeitversatz (t1- to) zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels und einem Wechsel in dem Vorzeichen der Steigung des Ausgangssignals der Nachkatsonde (6) gemessen wird und beim Korrigieren berücksichtigt wird.Method for determining the oxygen storage capacity of an oxygen storage device (4) assigned to a catalytic converter (3) in an arrangement in which, in the outflow direction of the exhaust gas of an internal combustion engine (1), a pre-catalytic converter (5) in front of the catalytic converter (3) and behind at least a section of the catalytic converter ( 3) a post-catalytic converter (6) measures the air-fuel ratio, in which case the oxygen storage (4) is initially charged with rich exhaust gas under control using the pre-catalytic converter (5) in order to empty it of oxygen as much as possible , and then there is a change to a loading of the oxygen storage with lean exhaust gas in order to fill it again with oxygen, the oxygen quantity entered per time interval being integrated over a time interval which begins with the time (to) of the change and with a time (t3) ends at which the oxygen reservoir is filled when it falls below an S. threshold value in an output signal of the post-cat lambda probe (6), characterized in that the integral obtained in this way is corrected, with a time offset (t1-to) between the point in time of the change and a change in the sign of the slope of the output signal of the post-cat probe ( 6) is measured and taken into account when making corrections.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for determining the oxygen storage capacity according to the preamble of claim 1.

Ausgegangen ist somit von der Situation, dass einer Brennkraftmaschine in Ausströmrichtung des Abgases ein Katalysator nachgeordnet ist, wobei dem Katalysator ein Sauerstoffspeicher zugeordnet ist; der Sauerstoffspeicher kann insbesondere in den Katalysator integriert sein, aber genauso auch als gesondertes Bauteil bereitgestellt sein. Vor dem Katalysator ist eine sog. Vorkatlambdasonde angeordnet, hinter dem Katalysator eine Nachkatlambdasonde. Lambdasonden messen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (im Abgas).The starting point is therefore the situation that a catalytic converter is arranged downstream of an internal combustion engine in the outflow direction of the exhaust gas, an oxygen storage device being assigned to the catalytic converter; the oxygen reservoir can in particular be integrated into the catalytic converter, but can also be provided as a separate component. A so-called pre-catalyst lambda probe is located in front of the catalytic converter, and a post-catalyst lambda probe is located behind the catalyst. Lambda sensors measure the air-fuel ratio (in the exhaust gas).

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffeinspeicherkapazität beschrieben. Zum Ermitteln der Sauerstoffausspeicherkapazität muss lediglich „fett“ durch „mager“ ausgetauscht werden und umgekehrt, und immer dann, wenn von dem Eintragen des Sauerstoffs die Rede ist, ist beim Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffausspeicherkapazität entsprechend von einem Austragen von Sauerstoff auszugehen.A method for determining the oxygen storage capacity is described below. To determine the oxygen storage capacity, all that needs to be done is to replace “rich” with “lean” and vice versa, and whenever oxygen is introduced, the procedure for determining the oxygen storage capacity is based on the assumption that oxygen will be discharged.

Zum Ermitteln der Sauerstoff(ein-)speicherkapazität wird der Sauerstoffspeicher zunächst mit fettem Abgas beaufschlagt, um ihn von Sauerstoff zu leeren. Dass das Abgas fett ist, wird anhand von Signalen der Vorkatlambdasonde festgelegt, also unter Steuerung anhand selbiger.To determine the oxygen (storage) storage capacity, the oxygen storage tank is initially charged with rich exhaust gas in order to empty it of oxygen. The fact that the exhaust gas is rich is determined on the basis of signals from the pre-catalyst lambda probe, i.e. under control on the basis of the same.

Wenn der Sauerstoffspeicher so gut wie vollständig geleert wird (nach einem vorbestimmten Kriterium), erfolgt unmittelbar ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem Abgas hin, um ihn nach und nach mit Sauerstoff wieder zu füllen. Auch hier erfolgt das Festlegen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses „mager“ unter Steuerung anhand der Vorkatlambdasonde.When the oxygen storage tank is almost completely emptied (according to a predetermined criterion), there is an immediate change to loading the oxygen storage tank with lean exhaust gas in order to gradually fill it with oxygen again. Here too, the “lean” air-fuel ratio is set under control using the pre-catalytic converter.

Die pro Zeitintervall bei dem Wiederfüllen eingetragene Sauerstoffmenge wird dann aufintegriert. Es soll ja möglichst die gesamte Sauerstoffmenge erfasst werden. Demgemäß beginnt das Zeitintervall für die Integration mit dem Zeitpunkt des Wechsels (der ja durch eine Steuerung festgelegt ist und daher bekannt ist). Das Zeitintervall endet mit einem Zeitpunkt, an dem sich ein Gefülltsein des Sauerstoffspeichers im Unterschreiten eines Schwellwertes in einem (dem) Ausgangssignal der Nachkatsonde auswirkt. Solange der Sauerstoffspeicher noch nicht vollständig gefüllt ist, wird ja der Sauerstoff aus dem mageren Abgas durch den Sauerstoffspeicher dem Abgas entnommen, und das Abgas ist nicht mehr mager, wenn es zur Nachkatsonde gelangt. Ist der Sauerstoffspeicher aber dann irgendwann gefüllt, dann wird kein weiterer Sauerstoff mehr eingespeichert, und es kommt tatsächlich auch mageres Abgas an der Nachkatsonde an. Im Spannungssignal wird hierbei z. B. eine Spannung von typischerweise 0,4 V unterschritten.The amount of oxygen entered per time interval during refilling is then integrated. If possible, the entire amount of oxygen should be recorded. Accordingly, the time interval for the integration begins with the point in time of the change (which is determined by a controller and is therefore known). The time interval ends at a point in time at which the fact that the oxygen storage tank is full has an effect on the output signal of the post-cat probe falling below a threshold value. As long as the oxygen reservoir is not yet completely filled, the oxygen is taken from the lean exhaust gas by the oxygen reservoir from the exhaust gas, and the exhaust gas is no longer lean when it reaches the post-cat sensor. However, if the oxygen storage tank is filled at some point, then no more oxygen is stored and lean exhaust gas actually arrives at the post-cat probe. In the voltage signal, z. B. a voltage of typically 0.4 V falls below.

Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert hervorragend, solange die verwendeten Messeinrichtungen voll funktionsfähig sind.The method according to the invention works extremely well as long as the measuring devices used are fully functional.

Mit der Problematik, dass die Vorkatlambdasonde nicht voll funktionsfähig ist, beschäftigt sich die EP 05 96 635 B1 , deutsch als DE 693 27 148 T2 veröffentlicht. Eine Alterung der Vorkatlambdasonde wird dadurch ausgeglichen, dass mit Absicht eine Verzögerung eines Signals erfolgt.The problem is that the pre-catlambda probe is not fully functional EP 05 96 635 B1 , German as DE 693 27 148 T2 released. Aging of the pre-catlambda probe is compensated for by deliberately delaying a signal.

Die DE 10 2004 009 615 B4 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln der aktuellen Sauerstoffbeladung eines 3-Wege-Katalysators. Im Rahmen dieses Verfahrens wird berücksichtigt, dass der Lambda-Wert mit Messfehlern behaftet sein kann. Das Verfahren beinhaltet insbesondere auch eine Integration über die Zeit.The DE 10 2004 009 615 B4 describes a method for determining the current oxygen loading of a 3-way catalytic converter. This method takes into account that the lambda value can be subject to measurement errors. In particular, the method also includes an integration over time.

Ist die Nachkatlambdasonde gealtert, kann sie insbesondere verzögert reagieren. Wenn nun der Anfang des Zeitintervalls der Zeitpunkt des Wechsels ist, dann beginnt die Messung zum richtigen Zeitpunkt, endet aber wegen der Alterung der Nachkatlambdasonde verzögert, weil der Zeitpunkt, an dem das Intervall endet, durch Signale eben dieser Nachkatlambdasonde festgelegt wird.If the post-cat lambda probe has aged, it can react with a delay in particular. If the start of the time interval is the point in time of the change, then the measurement starts at the correct point in time, but ends with a delay due to the aging of the post-catlambda probe, because the point in time at which the interval ends is determined by signals from this post-catlambda probe.

Die DE 10 2004 062 408 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators, bei dem zunächst ein vorgegebenes erstes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine eingestellt wird, und ein erster Sauerstoffspeicherkapazitätswert ermittelt wird. Außerdem wird später ein vorgegebenes zweites fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Brennraum des Zylinders eingestellt, und es wird ein zweiter Sauerstoffspeicherkapazitätswert ermittelt. Unter Verwendung der beiden Sauerstoffspeicherkapazitätswerte wird sodann ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert ermittelt. Die DE 10 2004 062 408 A1 offenbart darüber hinaus, dass anhand der beiden Sauerstoffspeicherkapazitätswerte auch eine Dynamik-Zeitdauer berechnet werden kann, die der Verzögerungszeit in den Ansprechzeitdauern von zwei Abgassonden entspricht. In einer Formel für diese Verzögerungszeit ist die Differenz der beiden ermittelten Sauerstoffspeicherkapazitätswerte enthalten.The DE 10 2004 062 408 A1 describes a method for determining an oxygen storage capacity of an exhaust gas catalytic converter, in which a predetermined first rich air-fuel ratio is first set in a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine, and a first oxygen storage capacity value is determined. In addition, a predetermined second rich air-fuel ratio is set in the combustion chamber of the cylinder later, and a second oxygen storage capacity value is determined. A corrected oxygen storage capacity value is then determined using the two oxygen storage capacity values. The DE 10 2004 062 408 A1 discloses that a dynamic time period can also be calculated using the two oxygen storage capacity values, which corresponds to the delay time in the response time periods of two exhaust gas probes. A formula for this delay time contains the difference between the two determined oxygen storage capacity values.

Die US Patentanmeldung US 2009/0182490 A1 beschreibt, dass als Maß für das Schlecht-Funktionieren einer Lambdasonde die Zeitdauer verwendet werden kann, die zwischen einem herbeigeführten Wechsel im Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Zeitpunkt vergeht, in dem das Ausgangssignal der Lambdasonde einen Wendepunkt aufweist.The US patent application US 2009/0182490 A1 describes that as a measure of the poor functioning of a lambda probe, the time period between a brought about change in the air-fuel ratio and a point in time at which the output signal of the lambda probe has a turning point.

Die DE 10 2008 023 893 A1 beschreibt ein Verfahren zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit einer Sprungsonde, die die Erkenntnis beschreibt, dass bei einem Wechsel von magerem zum fetten Abgasgemisch in einem kleinen Zeitintervall in der Nähe des Lambdasprungs einer Vorkat-Lambda-Sonde im Signalverlauf, den eine Nachkat-Lambda-Sonde misst, ein charakteristisches Verhalten sichtbar ist. Aus den Signalen in kleinen Intervallen um den Wechselzeitpunkt kann, ohne dass der eigentliche Sondensprung in den Kurven beachtet werden muss, auf die Funktionsfähigkeit der Lambda-Sonde zurückgeschlossen werden.The DE 10 2008 023 893 A1 describes a method for diagnosing the functionality of a step probe, which describes the knowledge that when there is a change from a lean to a rich exhaust gas mixture in a small time interval near the lambda jump of a pre-catalyst lambda probe in the signal profile measured by a post-catalyst lambda probe , a characteristic behavior is visible. The functionality of the lambda probe can be deduced from the signals at small intervals around the changeover time, without having to consider the actual probe jump in the curves.

Ferner offenbart die US 2009/0235726 A1 ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines katalytischen Wandlers für ein Kraftfahrzeug sowie eine zugeordnete Messeinrichtung.Furthermore, the US 2009/0235726 A1 a method for determining the oxygen storage capacity of a catalytic converter for a motor vehicle and an associated measuring device.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie bei der Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität eine Alterung der Nachkat-Lamdasonde explizit berücksichtigt werden kann.The object of the invention is to show a way in which aging of the post-cat lambda probe can be explicitly taken into account when determining the oxygen storage capacity.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The object is achieved by a method with the features according to patent claim 1.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß das gewonnene Integral korrigiert. Zum Korrigieren wird zunächst ein Zeitversatz zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels und einem Wechsel in dem Vorzeichen der Steigung des Ausgangssignals der Nachkatsonde gemessen. Dann wird dieser Zeitversatz beim Korrigieren berücksichtigt.The integral obtained is correspondingly corrected according to the invention. To correct this, a time offset is first measured between the point in time of the change and a change in the sign of the slope of the output signal of the post-cat probe. This time offset is then taken into account when making corrections.

Hier macht man sich die Erkenntnis zu Nutze, dass sich der Wechsel in der Beaufschlagung - deutlich wiedererkennbar am Ende des Zeitintervalls - bereits in ausreichendem Maße am Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde relativ unmittelbar feststellen lässt. Idealerweise erfolgt unmittelbar mit dem Wechsel in der Beaufschlagung ein Wechsel im Vorzeichen der Steigung (ersten zeitlichen Ableitung) des Ausgangssignals. Erfolgt ein solcher Wechsel jedoch zeitlich verzögert, so spricht dies für eine Alterung der Sonde.Here one makes use of the knowledge that the change in the exposure - clearly recognizable at the end of the time interval - can already be determined relatively directly to a sufficient extent on the output signal of the post-cat lambda probe. Ideally, immediately with the change in the application, there is a change in the sign of the slope (first time derivative) of the output signal. However, if such a change occurs with a time delay, this indicates that the probe is aging.

Die Zeitverzögerung („Sondendelay“) bleibt über die gesamte Zeit konstant. Daher kann man anhand des Zeitversatzes zum Zeitpunkt des Wechsels auch feststellen, wann die Messung an sich hätte enden müssen. Die Messung endet nämlich genau um den Zeitversatz zu spät.The time delay ("probe delay") remains constant over the entire time. Therefore, based on the time offset at the time of the change, you can also determine when the measurement should have ended. The measurement ends too late at exactly the time offset.

Im Falle, dass man viel Speicherkapazität zur Verfügung stellen kann (z. B. in einem Ringspeicher), können Zwischenwerte des Integrals bei der Integration über die Zeit vorgehalten werden, und dann kann vom Zeitpunkt des Endes des Zeitintervalls der Zeitversatz zur Erzielung eines Endwertes abgezogen werden. Der dem Endwert zugeordnete Zwischenwert kann hierbei als Korrekturwert verwendet werden. Man hebt sich bei dieser Variante gewissermaßen den korrekten Wert für das Integral auf.In the event that a large amount of storage capacity can be made available (e.g. in a ring memory), intermediate values of the integral can be retained during the integration over time, and the time offset to achieve a final value can then be deducted from the point in time at the end of the time interval will. The intermediate value assigned to the final value can be used as a correction value. With this variant, one cancels the correct value for the integral, so to speak.

Nicht immer steht jedoch eine ausreichende Speicherkapazität zur Verfügung. Will man das Gewicht für einen Ringspeicher oder einen anderen Datenspeicher hoher Kapazität einsparen, kann man nicht alle Zwischenwerte des Integrals vorhalten und muss dann auf den Wert, der zum „richtigen Zeitpunkt“ berechnet war, schließen. Bevorzugt wird daher der Anteil an berechneter Sauerstoffspeicherkapazität rechnerisch abgeschätzt, der in einer Dauer von der Länge des Zeitversatzes vor dem Ende des Zeitintervalles in das Integral eingegangen ist. Genau dieser Anteil wird dann von dem Integral zur Erzielung eines Korrekturwerts abgezogen.However, sufficient storage capacity is not always available. If you want to save the weight for a ring memory or another high-capacity data memory, you cannot keep all intermediate values of the integral and then you have to deduce the value that was calculated at the “right time”. The proportion of calculated oxygen storage capacity which is included in the integral over a duration equal to the length of the time offset before the end of the time interval is therefore preferably calculated. Exactly this portion is then subtracted from the integral to achieve a correction value.

In einem einfachen Fall steigt die Sauerstoffbeladung des Sauerstoffspeichers kontinuierlich, dann kann man durch einfache Proportionalrechnung anhand der Zeitverhältnisse den Korrekturwert erhalten.In a simple case, the oxygen loading of the oxygen reservoir increases continuously, then the correction value can be obtained by simple proportional calculation based on the time relationships.

Es kann nun aber sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einer beliebigen Fahrt durchgeführt werden soll. Dann kann es sein, dass der Fahrzeugführer während der Messung den Abgasmassenstrom ändert oder dass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund einer Änderung im Last-Drehzahlpunkt ändert. In diesem Fall ist die Annahme einer Konstanz der Steigung in der Sauerstoffbeladung nicht mehr richtig.However, it can now be the case that the method according to the invention should be carried out during any journey. It is then possible that the vehicle driver changes the exhaust gas mass flow during the measurement or that the air-fuel ratio changes due to a change in the load speed point. In this case, the assumption that the slope in the oxygen charge remains constant is no longer correct.

Bevorzugt wird ein während des Zeitintervalls erfolgter Wechsel in der Abgasmasse oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der Abschätzung des Anteils berücksichtigt.A change in the exhaust gas mass or in the air-fuel ratio that occurred during the time interval is preferably taken into account when estimating the proportion.

Der Effekt einer Zeiterzögerung macht sich in einer Tiefpassfilterung bemerkbar. Insbesondere kann der Zeitversatz eine Filterkonstante für einen solchen (digitalen) Tiefpassfilter vorgeben oder insbesondere sein. Wird nun die Größe „Sauerstoffeintrag pro Zeit“ mit diesem digitalen Tiefpassfilter gefiltert, erhält man zum Ende dieses Zeitintervalls ein Ergebnis der Filterung, das man als Steigung einer Geraden verwenden kann. Multipliziert man diese Steigung mit dem Zeitversatz, erhält man den Anteil an berechneter Sauerstoffspeicherkapazität, der überschüssig ist.The effect of a time delay becomes noticeable in a low-pass filter. In particular, the time offset can predetermine or in particular be a filter constant for such a (digital) low-pass filter. If the parameter “oxygen entry per time” is filtered with this digital low-pass filter, a result of the filtering is obtained at the end of this time interval that can be used as the slope of a straight line. If you multiply this slope by the time offset, you get the proportion of the calculated oxygen storage capacity that is excess.

Nachfolgend wird die Erfindung gemäß bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der

  • 1 eine Anordnung zeigt, bei der ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens sinnvoll ist,
  • 2A das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda zeigt, wie es beim erfindungsgemäßen Verfahren festgelegt ist,
  • 2B Antwortsignale einer voll funktionsfähigen und einer mit Zeitverzug behafteten Nachkatlambdasonde auf die Beaufschlagung gemäß 2A,
  • 2C die Sauerstoffbeladung, wie sie bei Gegebensein dieser beiden Antwortsignale jeweils berechnet werden würde,
  • 3A und 3B den 2A und 2B entsprechende Darstellungen sind,
  • 3D ein beispielhafter Abgasmassenstrom ist, wie er durch den Fahrzeugführer eingestellt werden kann, und
  • 3C eine der 2C für den Fall der 3D entsprechende Darstellung ist,
  • 4A und 4B den 2A und 2B entsprechende Darstellungen sind,
  • 4D ein Abgasmassenstrom in einem weiteren Beispiel ist, wie er durch den Fahrzeugführer eingestellt werden kann, und
  • 4C eine der 2C für den Fall der 4D entsprechende Darstellung ist,
  • 5A und 5B den 2A und 2B entsprechende Darstellungen sind,
  • 5D eine der 4D entsprechende Darstellung ist,
  • 5E der einer digitalen Tiefpassfilterung unterzogene Sauerstoffeintrag ist, und
  • 5C für den Fall der 5D und 5E eine den 2C, 3C und 4C entsprechende Darstellung ist.
The invention is described in accordance with preferred embodiments with reference to the drawing in which
  • 1 shows an arrangement in which use of the method according to the invention is useful,
  • 2A shows the air-fuel ratio lambda as it is determined in the method according to the invention,
  • 2 B Response signals of a fully functional post-catlambda probe and a post-catalytic converter with a time delay to the application according to 2A ,
  • 2C the oxygen load as it would be calculated if these two response signals were given,
  • 3A and 3B the 2A and 2 B corresponding representations are,
  • 3D is an exemplary exhaust gas mass flow as it can be set by the vehicle driver, and
  • 3C one of the 2C in case of 3D corresponding representation is
  • 4A and 4B the 2A and 2 B corresponding representations are,
  • 4D is an exhaust gas mass flow in a further example, as it can be set by the vehicle driver, and
  • 4C one of the 2C in case of 4D corresponding representation is
  • 5A and 5B the 2A and 2 B corresponding representations are,
  • 5D one of the 4D corresponding representation is
  • 5E is the oxygen input subjected to digital low-pass filtering, and
  • 5C in case of 5D and 5E one the 2C , 3C and 4C corresponding representation is.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 2. Der Abgasstrang 2 umfasst einen Abgaskatalysator 3, der z. B. als Drei-Wege-Katalysator, als NOx-Speicherkatalysator oder als ein aktiver Partikelfilter ausgebildet ist, sowie einen integrierten Sauerstoffspeicher 4 beinhaltet. Der Abgasstrang 2 umfasst ferner eine stromauf des Abgaskatalysators 3 angeordnete Vorkatlambdasonde, die als Führungssonde dient, sowie eine dem Abgaskatalysator 3 zugeordnete Nachkatlambdasonde 6, die als Regelsonde dient. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 with an exhaust line 2 . The exhaust system 2 includes a catalytic converter 3 , the z. B. is designed as a three-way catalyst, as a NOx storage catalyst or as an active particle filter, as well as an integrated oxygen storage 4th includes. The exhaust system 2 further comprises an upstream of the catalytic converter 3 arranged pre-catalytic converter, which serves as a guide probe, and one for the catalytic converter 3 associated post-catlambda probe 6 that serves as a control probe.

Die Nachkatlambdasonde 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromab des Abgaskatalysators 3 angeordnet. Genauso gut könnte diese Nachkatlambdasonde jedoch auch direkt im Abgaskatalysator 3, d. h. nach einem Teilvolumen des Sauerstoffspeichers 4, angeordnet sein.The post-katlambda probe 6 is in the present exemplary embodiment downstream of the catalytic converter 3 arranged. This post-catalytic converter could just as well be installed directly in the catalytic converter 3 , ie according to a partial volume of the oxygen storage 4th , be arranged.

Es ist im Folgenden davon ausgegangen, dass sich das Abgas der Brennkraftmaschine 1 zumindest mit einer vorgegebenen Genauigkeit auf ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda einstellen lässt.It is assumed below that the exhaust gas from the internal combustion engine 1 can be adjusted to a predetermined air-fuel ratio lambda at least with a predetermined accuracy.

Es soll die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Sauerstoffspeichers 4 ermittelt werden.It should increase the oxygen storage capacity of the oxygen storage system 4th be determined.

Die Sauerstoffspeicherkapazität kann während des Einspeicherns von Sauerstoff ermittelt werden oder während des Ausspeicherns. Nachfolgend wird ein Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität während des Einspeicherns beschrieben.The oxygen storage capacity can be determined while oxygen is being stored or while it is being withdrawn. Determination of the oxygen storage capacity during the storage is described below.

Damit die Sauerstoffspeicherkapazität während des Einspeicherns gemessen werden kann, muss der Sauerstoffspeicher 4 zunächst vollständig geleert werden. Zu diesem Zweck wird die Brennkraftmaschine 1 so betrieben, dass das in den Katalysator 3 hineingelangende Abgas fett ist, und eine entsprechende Kurve 10 ist in 2A gezeigt: Es gibt zunächst einen Kraftstoffüberschuss im Abgas. Der überschüssige Kraftstoff verbrennt unter Entnahme von Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher, der somit nach und nach geleert wird.So that the oxygen storage capacity can be measured during the storage, the oxygen storage 4th first be completely emptied. For this purpose the internal combustion engine 1 operated so that that in the catalyst 3 exhaust gas entering is rich, and a corresponding curve 10 is in 2A shown: There is initially an excess of fuel in the exhaust gas. The excess fuel burns, removing oxygen from the oxygen reservoir, which is thus gradually emptied.

Irgendwann ist der Sauerstoffspeicher dann so gut wie vollständig leer, und es kann auf die Beaufschlagung mit magerem Abgas gewechselt werden, also mit Abgas, in dem sich zum Verhältnis zum Kraftstoff ein Luftüberschuss und somit auch ein Sauerstoffüberschuss befindet. Der Wechsel von Fett zu Mager erfolgt zum Zeitpunkt t0. Ein solcher Wechsel wirkt sich im Signal der Nachkatlambdasonde 6 gemäß Kurve 12 dahingehend aus, dass genau zum Zeitpunkt t0 ein Wechsel im Vorzeichen der zeitlichen Ableitung erfolgt. Ist die Nachkatlambdasonde 6 nicht voll funktionsfähig, sondern reagiert mit Zeitversatz („Sondendelay“), dann gilt z. B. die Kurve 14, dergemäß der Wechsel im Vorzeichen der zeitlichen Ableitung erst zu einem Zeitpunkt t1 nach dem Zeitpunkt t0 erfolgt.At some point, the oxygen reservoir is almost completely empty, and it is possible to switch to the application of lean exhaust gas, i.e. with exhaust gas in which there is an excess of air in relation to the fuel and thus also an excess of oxygen. The change from fat to lean takes place at time t 0 . Such a change has an effect on the signal of the post-catlambda probe 6 according to curve 12 to the effect that exactly at time t 0 there is a change in the sign of the time derivative. Is the post-Katlambda probe 6 not fully functional, but reacts with a time delay ("probe delay"). B. the curve 14th , according to which the change in the sign of the time derivative only takes place at a point in time t 1 after the point in time t 0 .

Es soll ja die Sauerstoffspeicherkapazität während des Einspeicherns von Sauerstoff ermittelt werden, also ab dem Zeitpunkt t0. Vorausgesetzt ist vorliegend zunächst, dass der Abgasmassenstrom konstant gehalten wird. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda konstant gehalten wird, wird pro Zeitintervall eine konstante Menge an Sauerstoff eingetragen. Somit steigt die Sauerstoffbeladung OSC monoton mit der Zeit, siehe die Kurve 16.The oxygen storage capacity is to be determined during the storage of oxygen, that is to say from time t 0 . In the present case, it is initially a prerequisite that the exhaust gas mass flow is kept constant. Since the air-fuel ratio lambda is kept constant, a constant amount of oxygen is entered per time interval. The oxygen loading OSC thus increases monotonically with time, see the curve 16 .

Die Sauerstoffspeicherkapazität OSC berechnet sich allgemein nach folgender Formel: O S C = t 0 t E n d 0,23 ( 1 λ ( t ) ) d t * m ˙ ( t ) d t ,

Figure DE102010033335B4_0001
wobei über die gesamte Zeit der Sauerstoffeintrag von t0 bis tEnd integriert wird. Wenn λ = cst. und ṁ = est., steigt OSC linear mit dem Integralende tEnd, wie anhand der Kurve 16 auch ersichtlich.The oxygen storage capacity OSC is generally calculated using the following formula: O S. C. = t 0 t E. n d 0.23 ( 1 - λ ( t ) ) d t * m ˙ ( t ) d t ,
Figure DE102010033335B4_0001
the oxygen input from t 0 to t end being integrated over the entire time. If λ = cst. and ṁ = est., OSC increases linearly with the end of the integral t End , as shown by the curve 16 also evident.

Es ist nun fraglich, wann die Integration beendet werden soll.It is now questionable when the integration should end.

Herkömmlicherweise endet die Integration dann, wenn die Nachkatsonde eine Spannung misst, die kleiner als ein bestimmter Schwellwert ist, z. B. als 0,4 V. In diesem Fall gelangt nämlich das magere Abgas, ohne weiter Sauerstoff abzugeben, unmittelbar zur Nachkatsonde, was also heißt, dass der Sauerstoffspeicher vollständig gefüllt ist.Conventionally, the integration ends when the post-cat probe measures a voltage that is less than a certain threshold value, e.g. B. as 0.4 V. In this case, namely, the lean exhaust gas goes directly to the post-cat sensor without releasing any further oxygen, which means that the oxygen storage tank is completely full.

Im Falle einer voll funktionsfähigen Sonde ist der Zeitpunkt t2 genau der richtige Zeitpunkt. Im Fall einer nicht voll funktionsfähigen Sonde wird die Spannung von 0,4 V zu spät unterschritten, nämlich erst zum Zeitpunkt t3.In the case of a fully functional probe, time t 2 is exactly the right time. If the probe is not fully functional, the voltage falls below 0.4 V too late, namely only at time t 3 .

Integriert man ab dem Zeitpunkt des Wechsels in der zeitlichen Ableitung, so ist das Integral im Falle eines konstanten Lambdas und Abgasmassenstroms unabhängig davon, ob die Nachkatlambdasonde 6 voll funktionsfähig ist oder nicht: Das Integral t0 bis t2 ist genau gleich dem Integral von t1 bis t3.If the time derivative is integrated from the point in time of the change, the integral in the case of a constant lambda and exhaust gas mass flow is independent of whether the post-catalytic converter is used 6 is fully functional or not: the integral t 0 to t 2 is exactly the same as the integral from t 1 to t 3 .

Anders stellt es sich dar, wenn sich der Lambdawert und der Abgasmassenstrom während des Zeitintervalls ändert: Anhand der 3A bis 3D ist zu erkennen, dass bei einem Wechsel in dem Abgasmasstenstrom ṁ gemäß der Kurve 18 bei der Integration gemäß der vorliegenden Formel keine konstante Steigung mehr vorliegt: Zwischen dem Zeitpunkt t0 und t1 ist im vorliegenden Beispiel die Steigung größer als nachfolgend zwischen t1 und t2 bzw. t3. Der „richtige“ Wert für die Sauerstoffspeicherkapazität wäre der am Punkt 20 gemessene. Hat man es mit einer gealterten, nicht voll funktionsfähigen Nachkatlambdasonde 6 zu tun, misst man jedoch eine Sauerstoffspeicherkapazität gemäß dem Punkt 22.The situation is different if the lambda value and the exhaust gas mass flow change during the time interval: using the 3A to 3D it can be seen that with a change in the exhaust gas mass flow ṁ according to the curve 18th in the integration according to the present formula, there is no longer a constant slope: between time t 0 and t 1 , the slope is greater in the present example than subsequently between t 1 and t 2 or t 3 . The "correct" value for the oxygen storage capacity would be at the point 20th measured. Are you dealing with an aged, not fully functional post-Katlambda probe 6 to do, however, one measures an oxygen storage capacity according to the point 22nd .

Die Sauerstoffspeicherkapazität wird also zu niedrig gemessen, wenn sich der Abgasmassentrom zwischenzeitlich erniedrigt.The oxygen storage capacity is measured too low if the exhaust gas mass flow decreases in the meantime.

Entsprechend ist 4A bis 4D zu entnehmen, dass bei Beaufschlagung des Katalysators mit einem Abgasmassenstrom gemäß der Kurve 24 die „richtige“ Sauerstoffspeicherkapazität, wie sie am Punkt 26 gemessen werden würde, niedriger ist als die tatsächlich gemessene am Punkt 28.Is accordingly 4A to 4D it can be seen that when the catalyst is subjected to an exhaust gas mass flow according to the curve 24 the "correct" oxygen storage capacity as at the point 26th would be measured is lower than what is actually measured at the point 28 .

Als Lösung für diese Problematik wird vorliegend vorgeschlagen, die Messung der Sauerstoffspeicherkapazität der Sauerstoffspeicherkapazität grundsätzlich zum Zeitpunkt t0 des Wechsels beginnen zu lassen, wofür man dann eben nicht das Signal der Nachkatlambdasonde 6 verwenden kann, sondern das Signal der Vorkatlambdasonde 5 verwenden muss.As a solution to this problem, it is proposed in the present case to have the measurement of the oxygen storage capacity of the oxygen storage capacity basically begin at time t 0 of the change, for which purpose the signal from the post-catalytic converter is not used 6 can use, but the signal of the precatlambda probe 5 must use.

In diesem Fall wird an sich bei gealterter Nachkatlambdasonde eine zu hohe Sauerstoffspeicherkapazität gemessen, da man das Integral jedes Mal bis zum Zeitpunkt t3 berechnet. Es muss daher in irgendeiner Weise berücksichtigt werden, welche Sauerstoffmenge zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 eingetragen wird.In this case, if the post-catalytic converter probe is aged, an excessively high oxygen storage capacity is measured, since the integral is calculated each time up to time t 3 . It must therefore be considered in some way what amount of oxygen is entered between the times t 2 and t 3 .

Bei einer einfachen Ausführungsform wird einfach jeder Zwischenwert für das Integral OSC gespeichert. Aufgrund des Wechsels in dem Vorzeichen des Signals der Nachkatlambdasonde gemäß der Kurve 14 lasst sich die Zeit t1 ermitteln, somit auch der Abstand t1 - t0. Bekannt ist ferner der Zeitpunkt t3, und dann lässt sich somit gemäß t3 - t2 = t1 - t0 die Zeit t2 = t3 - t1 + t0 ausrechnen.In a simple embodiment, each intermediate value for the integral OSC is simply stored. Due to the change in the sign of the signal from the post-Katlambda probe according to the curve 14th the time t 1 can be determined, thus also the distance t 1 - t 0 . The time t 3 is also known, and the time t 2 = t 3 - t 1 + t 0 can then be calculated according to t 3 - t 2 = t 1 - t 0 .

Wenn der Zeitpunkt t2 bekannt ist, lässt sich auf den tatsächlichen Wert für die Sauerstoffspeicherkapazität zurückschließen. Im einfachsten Falle werden einfach bei der Integration der Größe OSC sämtliche Zwischenwerte gespeichert, also ausgehend vom Zeitpunkt t0 für mehrere Zeiten ti in diskreten, im Verhältnis zur Gesamtzeit relativ kleinen Intervallen. Speichert man diese Zwischenwerte, lässt sich zum Zeitpunkt t3 noch aussagen, welchen Wert das Integral zum Zeitpunkt t2 hatte, und dann hat man den korrekten Wert für die Sauerstoffspeicherkapazität erhalten.If the time t 2 is known, the actual value for the oxygen storage capacity can be inferred. In the simplest case, all intermediate values are simply stored during the integration of the variable OSC, that is to say, starting from the point in time t 0 for several times t i in discrete intervals that are relatively small in relation to the total time. If these intermediate values are stored, it is still possible to say at time t 3 what value the integral had at time t 2 , and then the correct value for the oxygen storage capacity has been obtained.

Man kann nicht immer eine so große Menge an Daten vorrätig halten. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass das Integral bis zum Zeitpunkt t3 berechnet wird und dann zurückgerechnet wird, wie groß es zum Zeitpunkt t2 gewesen wäre. Im Falle der Kurve 24 lässt sich eine digitale Tiefpassfilterung vornehmen, bei der die Filterkonstante durch t1 - t0 bestimmt wird. Filtert man dann die Menge an jeweils eingetragenem Sauerstoff pro Zeit mit Hilfe des Tiefpassfilters, so erhält man die Kurve 30. Bei Berechnung der Sauerstoffspeicherkapazität OSC gelangt man zu einem Punkt 32, und es kann dann anhand des Wertes 34 aus der Kurve 30, ermittelt zum Zeitpunkt t3, eine Steigung einer Strecke 36 zwischen dem Punkt 32 und einem zu berechnenden Punkt 38 ermittelt werden.You can't always keep such a large amount of data in stock. It is therefore preferably provided that the integral is calculated up to the point in time t 3 and is then calculated back to determine how large it would have been at the point in time t 2 . In the case of the curve 24 a digital low-pass filtering can be carried out in which the filter constant is determined by t 1 - t 0 . If you then filter the amount of oxygen introduced per time using the low-pass filter, you get the curve 30th . When calculating the oxygen storage capacity OSC one arrives at a point 32 , and it can then be based on the value 34 out of the curve 30th , determines a gradient of a route at time t 3 36 between the point 32 and a point to be calculated 38 be determined.

Wird die Steigung mit t3 - t2, also t1 - t0, multipliziert, erhält man einen Wert ΔOSC zwischen dem Punkt 32 und dem Punkt 38. Hat man also die Sauerstoffspeicherkapazität OSC von t0 bis t3 berechnet und zieht dann anschließend die Größe ΔOSC ab, gelangt man zum Punkt 38 und kennt die tatsächliche Sauerstoffspeicherfähigkeit.If the slope is multiplied by t 3 - t 2 , i.e. t 1 - t 0 , a value ΔOSC is obtained between the point 32 and the point 38 . If one has calculated the oxygen storage capacity OSC from t 0 to t 3 and then subtracts the quantity ΔOSC, one arrives at the point 38 and knows the actual oxygen storage capacity.

Claims (7)

Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) zugeordneten Sauerstoffspeichers (4) in einer Anordnung, bei der in Ausströmrichtung des Abgases einer Brennkraftmaschine (1) vor dem Katalysator (3) eine Vorkatlambdasonde (5) und hinter zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) eine Nachkatlambdasonde (6) jeweils das Luft-Kraftstoff-Verhältnis misst, wobei bei dem Verfahren der Sauerstoffspeicher (4) zunächst unter Steuerung anhand der Vorkatlambdasonde (5) mit fettem Abgas beaufschlagt wird, um ihn so weit als möglich von Sauerstoff zu leeren, und wobei sodann ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem Abgas erfolgt, um ihn wieder mit Sauerstoff zu füllen, wobei die pro Zeitintervall eingetragene Sauerstoffmenge über ein Zeitintervall aufintegriert wird, welches mit dem Zeitpunkt (to) des Wechsels beginnt und mit einem Zeitpunkt (t3) endet, an dem sich ein Gefülltsein des Sauerstoffspeichers im Unterschreiten eines Schwellwerts in einem Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde (6) auswirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das so gewonnene Integral korrigiert wird, wobei zum Korrigieren ein Zeitversatz (t1 - to) zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels und einem Wechsel in dem Vorzeichen der Steigung des Ausgangssignals der Nachkatsonde (6) gemessen wird und beim Korrigieren berücksichtigt wird.Method for determining the oxygen storage capacity of an oxygen storage device (4) assigned to a catalytic converter (3) in an arrangement in which, in the outflow direction of the exhaust gas of an internal combustion engine (1), a pre-catalytic converter (5) in front of the catalytic converter (3) and behind at least a section of the catalytic converter ( 3) a post-catalytic converter (6) measures the air-fuel ratio, in which case the oxygen storage (4) is initially charged with rich exhaust gas under control using the pre-catalytic converter (5) in order to empty it of oxygen as much as possible , and then there is a change to a loading of the oxygen storage with lean exhaust gas in order to fill it again with oxygen, the oxygen quantity entered per time interval being integrated over a time interval which begins with the time (to) of the change and with a time (t 3 ) ends at which the oxygen reservoir is filled when it falls below a Threshold in an output signal of the post-cat lambda probe (6), characterized in that the integral obtained in this way is corrected, with a time offset (t 1 - to) between the time of the change and a change in the sign of the slope of the output signal of the post-cat probe for the purpose of correcting (6) is measured and taken into account when correcting. Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) zugeordneten Sauerstoffspeichers (4) in einer Anordnung, bei der in Ausströmrichtung des Abgases einer Brennkraftmaschine (1) vor dem Katalysator (3) eine Vorkatlambdasonde (5) und hinter zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) eine Nachkatlambdasonde (6) jeweils das Luft-Kraftstoff-Verhältnis misst, wobei bei dem Verfahren der Sauerstoffspeicher (4) zunächst unter Steuerung anhand der Vorkatlambdasonde (5) mit magerem Abgas beaufschlagt wird, um ihn so weit als möglich mit Sauerstoff zu füllen, und wobei sodann ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit fettem Abgas erfolgt, um ihn wieder von Sauerstoff zu leeren, wobei die pro Zeitintervall ausgetragene Sauerstoffmenge über ein Zeitintervall aufintegriert wird, welches mit dem Zeitpunkt (t0) des Wechsels beginnt und mit einem Zeitpunkt (t3) endet, an dem sich ein Geleertsein des Sauerstoffspeichers im Überschreiten eines Schwellwerts in einem Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde (6) auswirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das so gewonnene Integral korrigiert wird, wobei zum Korrigieren ein Zeitversatz (t1 - t0) zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels und einem Wechsel in dem Vorzeichen der Steigung des Ausgangssignals der Nachkatsonde (6) gemessen wird und beim Korrigieren berücksichtigt wird.Method for determining the oxygen storage capacity of an oxygen storage device (4) assigned to a catalytic converter (3) in an arrangement in which, in the outflow direction of the exhaust gas of an internal combustion engine (1), a pre-catalytic converter (5) in front of the catalytic converter (3) and behind at least a section of the catalytic converter ( 3) a post-catalytic converter (6) measures the air-fuel ratio, in which case the oxygen storage (4) is initially charged with lean exhaust gas under control using the pre-catalytic converter (5) in order to fill it with oxygen as much as possible , and then there is a change to a loading of the oxygen reservoir with rich exhaust gas in order to empty it of oxygen again, the amount of oxygen discharged per time interval being integrated over a time interval which begins at the point in time (t 0 ) of the change and with a Point in time (t 3 ) ends at which the oxygen reservoir is emptied when a s threshold value in an output signal of the post-catlambda probe (6), characterized in that the integral obtained in this way is corrected, with a time offset (t 1 - t 0 ) between the point in time of the change and a change in the sign of the slope of the output signal the post-cat probe (6) is measured and taken into account when correcting. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenwerte des Integrals vorgehalten werden und vom Zeitpunkt (t3) des Intervalls der Zeitversatz zur Erzielung eines Endwerts (t2) abgezogen wird und der dem Endwert (t2) zugeordnete Zwischenwert als Korrekturwert verwendet wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that intermediate values of the integral are held and the time offset to achieve a final value (t 2 ) is subtracted from the time (t 3 ) of the interval and the intermediate value assigned to the final value (t 2 ) is used as a correction value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an berechneter Sauerstoffspeicherkapazität rechnerisch abgeschätzt wird, der in einer Dauer von der Länge des Zeitversatzes vor dem Ende des Zeitintervalls in das Integral eingegangen ist, und dass dieser Anteil von dem Integral zur Erzielung eines Korrekturwerts abgezogen wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the proportion of calculated oxygen storage capacity is calculated which is included in the integral over a period of the length of the time offset before the end of the time interval, and that this proportion is subtracted from the integral to achieve a correction value. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein während des Zeitintervalls erfolgender Wechsel in der Abgasmasse bei der Abschätzung des Anteils berücksichtigt wird.Procedure according to Claim 4 , characterized in that a change in the exhaust gas mass occurring during the time interval is taken into account when estimating the proportion. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein während des Zeitintervalls erfolgender Wechsel in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der Abschätzung des Anteils berücksichtigt wird.Procedure according to Claim 4 or 5 , characterized in that a change in the air-fuel ratio occurring during the time interval is taken into account when estimating the proportion. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Zeitversatz eine Filterkonstante für einen digitalen Tiefpassfilter abgeleitet wird und mit dem Tiefpassfilter der Sauerstoffeintrag pro Zeit gefiltert wird, wobei ein Ergebnis der Filterung, insbesondere zum Zeitpunkt des Endes des Zeitintervalls, und der Zeitversatz bei der Berechnung des Korrekturwertes eingesetzt werden.Procedure according to Claim 5 or 6 , characterized in that a filter constant for a digital low-pass filter is derived from the time offset and the oxygen input per time is filtered with the low-pass filter, a result of the filtering, in particular at the time of the end of the time interval, and the time offset being used when calculating the correction value will.
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