DE102011119214A1

DE102011119214A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011119214A1
Application number: DE102011119214A
Authority: DE
Inventors: Michael-Rainer Busch; Till Gysin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit eines Oxidationskatalysators für ein Fahrzeug, wobei ein dem Oxidationskatalysator vorgeschalteter Verbrennungsmotor mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, welches in einer vorgegebenen Bandbreite um einen vorgegebenen Sollwert schwankt. Bei einer ersten Temperatur des Oxidationskatalysators wird eine Referenzamplitude (30) eines Signals (28) eines Sauerstoffssensors ermittelt, welcher stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist. Die Referenzamplitude (30) wird mit wenigstens einer weiteren Amplitude (42) des Signals verglichen, welche bei wenigstens einer zweiten Temperatur des Oxidationskatalysators ermittelt wird, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur. Alternativ wird die Referenzamplitude eines Signals eines Sauerstoffsensors, welcher stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist, mit einer Amplitude eines Signals eines stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordneten weiteren Sauerstoffsensors verglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Diagnose eines Katalysators oder dergleichen Abgasnachbehandlungseinrichtung werden Betriebstemperaturen von mehr als 300°C eingestellt. Um festzustellen, wie groß die Umsetzfähigkeit des Katalysators noch ist, also in welchem Maße er aus dem Abgas zu entfernende Abgasbestandteile wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoffgas oxidieren kann. Hierbei wird der Eintrag von Sauerstoff in den Katalysator bestimmt, etwa indem mittels einer Lambdasonde der Sauerstoffgehalt stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators bestimmt und anhand einer Zeitmessung die in dem Katalysator gespeicherte Masse an Sauerstoff ermittelt wird.
Daher ist es bei derzeitigen Verfahren zur Diagnose von Katalysatoren üblich, solche Katalysatoren zu verwenden, welche viel Sauerstoff speichern können. Ein Katalysator mit einer ausgeprägten Sauerstoffspeicherfähigkeit erreicht jedoch erst bei einer vergleichsweise hohen Temperatur eine katalytische Wirksamkeit, bei welcher beispielsweise 50% der umzusetzenden Abgasbestandteile umgesetzt werden. Diese Betriebstemperatur, welche auch als Light-Off-Temperatur bezeichnet wird, sollte jedoch möglichst niedrig sein, insbesondere im Hinblick auf weitere Verschärfungen der Abgasgesetzgebung weltweit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine Diagnose einer Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht, die eine vergleichsweise niedrige Light-Off-Temperatur aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug ein der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgeschalteter Verbrennungsmotor mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben, welches in einer vorgegebenen Bandbreite um einen vorgegebenen Sollwert schwankt. Bei einer ersten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird eine Referenzamplitude eines Signals eines Sauerstoffsensors ermittelt, welcher stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist. Die Referenzamplitude wird mit wenigstens einer weiteren Amplitude des Signals verglichen, welche bei wenigstens einer zweiten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur.
Es wird also bei der Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht dessen Sauerstoffspeichervermögen bewertet, sondern sein Light-Off-Verhalten. Dies ermöglicht es, die Vorteile von katalytisch wirksamen Beschichtungen der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu nutzen, welche schon bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein zufriedenstellendes Umsetzen von zu entfernenden Abgasbestandteilen ermöglichen. Zudem kann so eine besonders differenzierte, hochauflösende Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgenommen werden, etwa indem mehrfach die Amplitude bei Vorliegen der zweiten Temperaturen ermittelt wird, wobei bei jeder dieser zweiten Temperaturen eine höhere Umsetzung der umzusetzenden Abgasbestandteile auftritt. Zudem bestehen keine dynamischen Abhängigkeiten der Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung von der Dynamik des Sauerstoffsensors. Des Weiteren werden Parameter der Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Diagnose verwendet, welche über die Alterung der Abgasnachbehandlungseinrichtung Aufschluss geben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich mit dem Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Umsetzfähigkeit derselben verändert, also die Fähigkeit, Abgasbestandteile wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoffgas mit Sauerstoff umzusetzen. Diese Umsetzfähigkeit ist vom Alterungszustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung abhängig, wobei bei einer neuen, nicht gealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung bereits bei einer tieferen Temperatur eine zufriedenstellende Umsetzfähigkeit besteht und bei einer gealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung die gleiche Umsetzfähigkeit erst bei einer höheren Temperatur erreicht wird.
Die bei der niedrigeren, ersten Temperatur ermittelte Referenzamplitude des Signals ist also vergleichsweise groß, wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung noch nicht ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat. Wenn dann bei der zweiten, höheren Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung die weitere Amplitude des Signals ermittelt wird, welche geringer ist als die Referenzamplitude, so kann anhand dieses Unterschieds zwischen der weiteren Amplitude und der Referenzamplitude auf den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung betreffend deren Umsetzfähigkeit bzw. deren Alterung rückgeschlossen werden. Beim Motorwarmlauf nimmt nämlich die weitere Amplitude mehr und mehr ab. Das Signal wird also in zunehmendem Maße geglättet.
Diese Glättung setzt jedoch bei einer durch Alterung geschädigten Abgasnachbehandlungseinrichtung erst bei einer höheren Temperatur ein als bei einer ungeschädigten, neuen Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung verschiebt sich also aufgrund der Alterung hin zu höheren Werten.
Bevorzugt wird daher das Verfahren bei einem Warmlaufen des Verbrennungsmotors durchgeführt, wobei die erste Temperatur bevorzugt aus einem Temperaturintervall gewählt wird, welches von 80°C bis 120°C reicht. Wenn die erste Temperatur in diesem Temperaturintervall liegt, so wird als Referenzamplitude eine besonders große Amplitude bereitgestellt, da bei dieser ersten Temperatur die Abgasnachbehandlungseinrichtung noch sehr wenige der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt. Insbesondere kann die erste Temperatur aus einem Temperaturintervall gewählt werden, in welchem die Abgasnachbehandlungseinrichtung weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt. Dies erleichtert es, Abweichungen der weiteren Amplitude von der Referenzamplitude mit großer Genauigkeit festzustellen.
Bevorzugt wird die wenigstens eine zweite Temperatur aus einem Temperaturintervall gewählt, in welchem die Abgasnachbehandlungseinrichtung mehr als 10%, insbesondere zwischen 20% und 90%, der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt. Dann besteht nämlich ein besonders großer Unterschied zwischen der wenigstens einen weiteren Amplitude des Signals und der Referenzamplitude, sofern die Abgasnachbehandlungseinrichtung vergleichsweise wenig gealtert ist. Besteht hingegen bei Vorliegen der wenigstens einen zweiten Temperatur allenfalls ein geringfügiger Unterschied zwischen der Referenzamplitude und der weiteren Amplitude, so lässt dies auf eine vergleichsweise weit fortgeschrittene Alterung der Abgasnachbehandlungseinrichtung schließen.
Besonders einfach ist es, wenn ein Verhältniswert der wenigstens einen weiteren Amplitude zu der Referenzamplitude gebildet wird, weil sich ein solcher Verhältniswert besonders einfach mittels eines zur Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung eingesetzten Rechners verarbeiten lässt.
Zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann die bei einem vorbestimmten Verhältniswert vorlegende Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung betrachtet werden. Beispielsweise kann bei einem Verhältniswert von 0,5 die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt werden, was insbesondere durch Messung oder durch Modellieren der Temperatur erfolgen kann. Wenn bei Vorliegen dieses vorbestimmten Verhältniswerts (von beispielsweise 0,5) die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung um mehr als einen vorgebbaren Betrag von einer für diesen Verhältniswert erwarteten Temperatur abweicht, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung unzulässig gealtert ist. Es kann dann ein Warnsignal ausgegeben werden, welches auf diesen Umstand hinweist.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Abweichung des Verhältniswerts von einem Referenz-Verhältniswert betrachtet werden, wobei der Referenz-Verhältniswert bei einer vorbestimmten Temperatur einer ungealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung auftritt, und die Abweichung des Verhältniswerts von dem Referenz-Verhältniswert bei Vorliegen dieser vorbestimmten Temperatur zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung herangezogen wird. Beispielsweise kann bei einer ungealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung der zu einer Temperatur gehörige Referenz-Verhältniswert betrachtet und dann ermittelt werden, welcher Verhältniswert bei dieser Temperatur der zu diagnostizierenden Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt. Überschreitet die Abweichung des Verhältniswerts von dem Referenz-Verhältniswert einen vorgebbaren Betrag, so lässt auch dies den Rückschluss zu, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung unzulässig gealtert ist.
Zusätzlich oder alternativ kann ein integral des Verhältniswerts über ein Temperaturintervall der Abgasnachbehandlungseinrichtung gebildet und mit einem Referenzintegral verglichen werden, welches über dasselbe Temperaturintervall bei einer ungealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung gebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Konversionsfaktor ermittelt, in welchen die wenigstens eine weitere Amplitude und die Referenzamplitude eingehen, wobei der ermittelte Konversionsfaktor mit einem Schwellenwert des Konversionsfaktors verglichen wird, welcher bei einer gerade nicht mehr zulässig gealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt. Wenn nämlich dann der ermittelte Konversionsfaktor mit dem Schwellenwert des Konversionsfaktors übereinstimmt, so lässt dies den Rückschluss zu, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung, deren Umsetzfähigkeit bestimmt werden soll, unzulässig stark gealtert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug ein der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgeschalteter Verbrennungsmotor mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben, welches in einer vorgegeben Bandbreite um einen vorgegebenen Sollwert schwankt. Hierbei wird bei einer vorbestimmten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Referenzamplitude eines Signals eines Sauerstoffsensors ermittelt, welcher stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist. Die Referenzamplitude wird mit wenigstens einer Amplitude eines Signals eines weiteren Sauerstoffsensors verglichen, welcher stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist. Hierbei ist die vorbestimmte Temperatur geringer als eine Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung, bei welcher diese mehr als 20%, insbesondere 50%, der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt.
Die für den ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch als Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt bei einer als Oxidationskatalysator ausgebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung angewendet, deren katalytisch wirksame Beschichtung an Edelmetallen der Platingruppe überwiegend Palladium aufweist. Bei einem solchen Oxidationskatalysator liegt nämlich eine vergleichsweise geringes Sauerstoffspeichervermögen vor, jedoch zeigt dieser eine wünschenswert niedrige Light-Off-Temperatur. Dies gilt insbesondere, wenn die katalytisch wirksame Beschichtung ausschließlich Palladium aufweist.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch einen an eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens angeschlossenen Abgasstrang, in welchem ein Oxidationskatalysator angeordnet ist, wobei stromaufwärts des Oxidationskatalysators eine erste Lambdasonde und stromabwärts des Oxidationskatalysators eine zweite Lambdasonde angeordnet sind;
2 Kurven, welche die Temperaturabhängigkeit der Umsetzung von umzusetzenden Abgasbestandteilen von der Temperatur für unterschiedlich stark gealterte Oxidationskatalysatoren veranschaulichen;
3 eine Tabelle, in welcher Temperaturen des Oxidationskatalysators beim Warmlaufen des Verbrennungsmotors angegeben sind, wobei zu diesen Temperaturen gehörige Signale der zweiten Lambdasonde schematisch dargestellt sind, wie sie für einen ungealterten und einen gealterten Oxidationskatalysator vorliegen;
4 ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators veranschaulicht; und
5 einen Graphen, in welchem Kurven die Abhängigkeit eines Verhältniswerts, welcher das Verhältnis einer Amplitude zu Referenzamplitude angibt, von der Temperatur unterschiedlich gealterter Oxidationskatalysatoren darstellen.
Von einem Kraftwagen ist in 1 schematisch ein Verbrennungsmotor 10 gezeigt, dessen Abgas über einen Abgaskrümmer 12 eines Abgasstrangs 14 einem Oxidationskatalysator 16 zugeführt wird. Stromaufwärts des Oxidationskatalysators 16 ist als Sauerstoffsensor eine erste Lambdasonde 18 angeordnet, welche bevorzugt linear misst.
Stromabwärts des Oxidationskatalysators 16 ist in dem Abgasstrang 14 als Sauerstoffsensor eine zweite Lambdasonde 20 angeordnet, die bevorzugt als binäre Lambdasonde ausgebildet ist, d. h. ein Ausgangssignal dieser Sonde weist in einem sehr engen Bereich um ein Luft-Kraftstoffverhältnis λ von 1,0 einen steilen Abfall auf. Bei dieser binären Lambdasonde 20 springt also der Messwert, nämlich die Sondenspannung, von einem hohen Wert sprunghaft zu einem niedrigen Wert, sobald sich die Abgaszusammensetzung von einem fetten Gemisch (Luft-Kraftstoffverhältnis λ < 1,0) zu einem mageren Gemisch (Luft-Kraftstoffverhältnis λ > 1,0) ändert.
Zudem ist die zweite Lambdasonde 20 bevorzugt derart ausgebildet, dass sie resistent gegenüber im Abgas vorhandenem Kondenswasser ist. Bei Vorliegen von Kondenswasser im Abgas und Auftreffen von Kondenswasser auf die Lambdasonde 20 ist diese also resistent gegenüber einem thermischen Schock. Daher ist es vorliegend. möglich, die Lambdasonde 20 ein Signal liefern zu lassen, noch bevor die Temperatur im Abgas oberhalb des Taupunkts liegt, also während des Warmlaufens des Verbrennungsmotors 10.
Der Oxidationskatalysator 16 weist eine lediglich geringe Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC = Oxygen storage capacity) auf. Hierfür verfügt der Oxidationskatalysator 16 über eine oxidationskatalytisch wirksame Beschichtung mit Edelmetallen der Platingruppe, wobei Palladium überwiegt und bevorzugt sogar das einzige Edelmetall der Beschichtung bildet. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 kann dann beispielsweise 160 mg Sauerstoff je Liter Katalysatorvolumen betragen. Ein typischer Wert für gebräuchliche 3-Wege-Katalysatoren mit einer Beschichtung, welche Platin, Palladium und Rhodium sowie Ceroxid als Beschichtungsmaterialien des so genannten Washcoats aufweist, liegt demgegenüber bei ca. 400 mg Sauerstoff je Liter Katalysatorvolumen.
Dieser Oxidationskatalysator 16 mit der geringen Sauerstoffspeicherfähigkeit zeichnet sich durch eine geringe Light-Off-Temperatur aus, d. h. er erreicht schnell diejenige Temperatur, bei welcher eine zufriedenstellende Umsetzung der in dem Abgas vorhandenen Abgasbestandteile wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoffgas vorliegt.
Anhand von 2 ist ersichtlich, wie die Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 sich in Abhängigkeit von dessen Alterung ändert. Eine erste Kurve 22 veranschaulicht die Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 in Abhängigkeit von seiner Temperatur T für einen ungealterten Oxidationskatalysator 16. Hier wird eine Umsetzung 24 von 50% der umzusetzenden Abgasbestandteile beispielsweise bei einer Temperatur T von 200°C erreicht. Eine zweite Kurve 26 veranschaulicht das Verhalten des gealterten Oxidationskatalysators 16, bei welchem die gleiche Umsetzung 24 erst bei einer Temperatur T von 300°C erreicht wird.
Um eine derartige Alterung des Oxidationskatalysators 16 zu ermitteln, wird folgendermaßen vorgegangen. Zunächst wird der Verbrennungsmotor 12 beim Warmlaufen mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis λ betrieben, welches in einer Bandbreite zwischen +/–0,01 bis +/–0,1 um einen vorgegebenen Sollwert von 1,0 periodisch schwankt. Ein solcher Oszillationsbetrieb des Luft-Kraftstoffverhältnisses λ wird vorzugsweise bei einer Temperatur T des Oxidationskatalysators 16 von ≥ 80°C begonnen.
Die Lambdasonde 20 misst nun den Restsauerstoffgehalt im Abgas stromabwärts des Oxidationskatalysators 16. Dieser schwankt aufgrund des oszillierenden Luft-Kraftstoffverhältnisses λ ebenfalls, wobei aus einem Signal 28 der Sondenspannung U eine Referenzamplitude 30 bestimmt wird, welche im Folgenden auch mit ΔU_B bezeichnet wird (vgl. 3).
In einer ersten Spalte 32 der in 3 gezeigten Tabelle ist die Temperatur T des Oxidationskatalysators 16 angegeben, in einer zweiten Spalte 34 das Signal der ersten Lambdasonde 18, in einer dritten Spalte 36 das zu der jeweiligen Temperatur T gehörende Signal der zweiten Lambdasonde 20 bei einem neuwertigen, ungealterten Oxidationskatalysator 16 und in einer vierten Spalte 38 das zu der jeweiligen Temperatur T gehörige Signal der zweiten Lambdasonde 20 bei einem gealterten Oxidationskatalysator 16. Entsprechend lässt sich feststellen, dass mit zunehmender Temperatur T bei dem neuwertigen Oxidationskatalysator 16 (vgl. Spalte 36) eine Amplitude der zu der jeweiligen Temperatur T gehörenden Signale der zweiten Lambdasonde 20 geringer wird. Mit anderen Worten wird die eingangsseitig des Oxidationskatalysators 16 vorhandene Oszillation der Sondenspannung U bzw. des Luft-Kraftstoffverhältnisses λ in zunehmenden Maße geglättet. Entsprechend liegt für den ungealterten Oxidationskatalysator 16 (vgl. Spalte 36) bei einer Temperatur T desselben von beispielsweise 200°C bereits eine vergleichsweise kleine Amplitude 40 des von der zweiten Lambdasonde 20 gelieferten Signals vor.
Bei dem gealterten Oxidationskatalysator 16 (vgl. Spalte 38) liegt bei der gleichen Temperatur T von im Beispiel 200°C noch eine vergleichsweise große Amplitude 42 des Signals der zweiten Lambdasonde 20 vor. Diese weitere Amplitude 42 wird vorliegend auch mit ΔU_n bezeichnet. Bei den zur Auswertung herangezogenen und die Signale der zweiten Lambdasonde 20 darstellenden Graphen ist die Sondenspannung U in [V] auf einer Ordinate 44 aufgetragen und die Zeit t auf einer Abszisse 46.
Die Amplitude 42 oder der Signalhub der zweiten Lambdasonde 20 wird vorliegend also temperaturabhängig erfasst und mit einem bei niedrigerer Temperatur und inaktivem Oxidationskatalysator 16 gemessenen Basis-Signalhub ΔUΔ_B verglichen, nämlich mit der Referenzamplitude 30 der zweiten Lambdasonde 20.
Der Basissignalhub ΔU_B, also die Referenzamplitude 30, wird bevorzugt bei einer Starttemperatur des Oxidationskatalysators 16 von 80°C bis 120°C ermittelt. Der bevorzugte Temperaturbereich für die Vergleichsermittlung der zum Vergleich herangezogenen Amplitude 42 liegt beispielsweise in einem Temperaturintervall von 120°C bis 400°C. Wenn hierbei festgestellt wird, dass beim Warmlaufen des Verbrennungsmotors 10 und somit beim Aufheizen des Oxidationskatalysators 16 die Amplitude 42 über einen vergleichsweise großen Temperaturbereich hinweg im Wesentlichen der Referenzamplitude 30 entspricht (vgl. Spalte 38 in 3) so lässt dies auf eine entsprechende Alterung des Oxidationskatalysators 16 schließen.
Aus 3 geht des Weiteren hervor, dass mit dem Erreichen einer Temperatur von beispielsweise 400°C auch die erste Lambdasonde 18 ein Signal S liefert, während die erste Lambdasonde 18 kein Signal liefert, solange noch Kondenswasser im Abgas vorhanden ist. Die zweite Lambdasonde 20, welche taupunktresistent bzw. taupunkttolerant ist, wird jedoch auch schon bei Temperaturen von weniger als 400°C betrieben und liefert die auszuwertenden Signale.
Anhand von 4 sind in einem Ablaufdiagramm Messungen, Berechnungen und Auswertungen veranschaulicht, welche zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 vorgenommen werden.
Nach einem Startschritt 48 erfolgt das Inbetriebnehmen 50 des Verbrennungsmotors 10. Je nach Warmlaufverhalten des Verbrennungsmotors 10 kann ein Beheizen 52 der binären zweiten Lambdasonde 20 bereits vor dem Starten des Verbrennungsmotors 10 erfolgen, wie dies in 4 durch einen Pfad 54 dargestellt ist, oder nach dem Starten des Verbrennungsmotors, vgl. Pfad 56.
Eine Modulation 58 des Luft-Kraftstoffverhältnisses λ wird anschließend so vorgenommen, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis λ um bis zu 10% um den Wert von 1,0 periodisch oszilliert. Bei diesem Betrieb mit oszillierendem Luft-Kraftstoffverhältnis λ erfolgt ein Ermitteln 60 der Referenzamplitude 30, also des Basis-Signalhubs ΔU_B durch Vergleichen eines Maximums U_max der Sondenspannung mit einem Minimum U_min der Sondenspannung der zweiten Lambdasonde 20.
Diese Ermittlung des Basis-Signalhubs ΔU_B erfolgt bevorzugt in einem Temperaturintervall 62, welches von 80°C bis 120°C reicht. Anschließend erfolgt das Ermitteln 64 der Amplitude 42, also des Signalhubs ΔU_n indem ebenfalls die maximale Sondenspannung U_max,n mit der minimalen Sondenspannung U_min,n verglichen wird. Aus dem Basiswert ΔU_B und dem Signalhub ΔU_n, welcher die Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 angibt, wird in einem Schritt 66 ein Konversionsfaktor bestimmt, beispielsweise nach der Formel F_Konv = [(ΔU_B – ΔU_n)·100/ΔU_B].
In dem anschließenden Vergleich 68 wird der Konversionsfaktor F_Konv mit einem Schwellenwert S₁ verglichen, und es wird die zu diesem Zeitpunkt im Oxidationskatalysator 16 vorliegende Temperatur T_Kat bestimmt. Die Temperatur T_Kat kann hierbei insbesondere über ein Temperaturmodell ermittelt werden, welches verschiedene Temperaturmodellzonen im Oxidationskatalysator 16 bei einer zugleich vorgenommenen Berücksichtigung exothermer Reaktionen betrachtet.
Anschließend wird in einem Schritt 70 ermittelt, ob diese Temperatur T_Kat größer als ein Schwellenwert S₂ der Temperatur des Oxidationskatalysators 16. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt 72 entschieden, dass der Oxidationskatalysator 16 noch in Ordnung ist, und es wird keine Fehlermeldung ausgegeben.
Liegt jedoch die Temperatur T_Kat des Oxidationskatalysators 16 über dem Schwellenwert S₂, so wird in einem Schritt 74 auf eine unzulässig starke Alterung des Oxidationskatalysators 16 entschieden und eine entsprechende Fehlermeldung oder ein Warnhinweis ausgegeben. Beispielsweise kann eine Lampe eine eingeschränkte Funktionstüchtigkeit des gealterten Oxidationskatalysators 16 anzeigen.
Bevorzugt wird die Sauerstoffkonzentration, wie sie vor dem Light-Off des Oxidationskatalysators 16 vorliegt, als Basis angenommen, anhand welcher das Referenzsignal 30 bzw. der Basis-Signalhub ΔU_B berechnet wird. Hierbei kann insbesondere eine Umsetzung der umzusetzenden Gase im Oxidationskatalysator 16 von weniger als 10% vorliegen. Dann kann besonders gut festgestellt werden, bei welcher Temperatur der Oxidationskatalysator 16 eine Umsetzfähigkeit erreicht, in welcher er beispielsweise 20% bis 90% der umzusetzenden Abgasbestandteile oxidiert.
Wenn der Konversionsfaktor F_Konv geringer ist als der Schwellenwert S1, erfolgt ein Überprüfen 76 ob die Temperatur T des Oxidationskatalysators 16 größer oder kleiner ist als eine Temperaturschwelle T_F. Diese Temperaturschwelle T_F bezeichnet eine Temperatur, bei welcher der Oxidationskatalysator 16 auf jeden Fall umsetzfähig sein sollte. Ist die Temperatur T des Oxidationskatalysators 16 größer als diese Temperaturschwelle T_F so wird im Schritt 74 auf das Vorliegen eines Fehlers erkannt, der Oxidationskatalysator 16 also als unzulässig gealtert eingestuft.
Das Nichterreichen des gewünschten Konversionsfaktors F_Konv kann jedoch auch daran liegen, dass die Temperatur T des Oxidationskatalysators 16 noch zu niedrig ist. Liegt also die Temperatur T niedriger als die Temperaturschwelle T_F, so wird in einem Schritt 78 ein Timer 80 gestartet, und dann in einen Schritt 82 gewartet bis eine gewisse Zeitspanne verstrichen ist. Anschließend wird das Verfahren vor dem Schritt des Ermittelns 64 erneut aufgenommen. Wenn in einem Schritt 84 festgestellt wird, dass die Temperatur des Oxidationskatalysators 16 um einen vorbestimmten Wert gestiegen ist, wird ebenfalls das Verfahren vor dem Schritt des Ermittelns 64 erneut aufgenommen.
Der Konversionsfaktor kann auch über den Signalhub ΔU_n bestimmt werden, indem der überwachte Oxidationskatalysator 16 einmal starker und einmal weniger stark über den Lambdahub bei einer gegebenen Temperatur des Oxidationskatalysators 16 belastet wird.
Zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 kann auch ein Verhältniswert VH (vgl. 5) gebildet werden, indem der Signalhub ΔU_n durch den Basissignalhub ΔU_B geteilt, also der Quotient aus der Amplitude 42 und der Referenzamplitude 30 (vgl. 3) gebildet wird. Alternativ kann zur Bildung des Verhältniswerts VH die Amplitude der Sondenspannung der zweiten, stromabwärts des Oxidationskatalysators 16 angeordneten Lambdasonde 20 durch die Amplitude der Sondenspannung der ersten stromaufwärts des Oxidationskatalysators 16 angeordneten Lambdasonde 18 geteilt werden.
5 zeigt in einer Kurve 86 den Verhältniswert VH, welcher auf einer Ordinate 88 eines Graphen aufgetragen ist, in Abhängigkeit von der Temperatur T des Oxidationskatalysators 16, welcher auf einer Abszisse 90 des Graphen aufgetragen ist.
Bei einer geringen Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16, also bei einer geringen Temperatur T desselben, liegt dementsprechend ein Verhältniswert VH von 1 bzw. von annähernd 1 vor. Mit Erreichen seiner Betriebstemperatur steigt die Umsetzfähigkeit des Oxidationskatalysators 16 stark an, und entsprechend sinkt der Verhältniswert VH ab. Zu einem Verhältniswert VH von 0,5 gehört entsprechend eine Temperatur T₅₀ des Oxidationskatalysators 16.
Für die Diagnose des Oxidationskatalysators 16 kann nun die bei einem vorgebbaren Verhältniswert VH von beispielsweise 0,5 vorliegende Katalysatortemperatur T_Kat ermittelt und diese Temperatur T_Kat mit der Temperatur T₅₀ verglichen werden. Ergibt sich bei diesem Vergleich ein Unterschied oder eine Verschiebung um mehr als einen vorgebbaren Betrag von ΔT₅₀, so ist der Oxidationskatalysator 16 unzulässig gealtert, und es wird ein Warnsignal ausgegeben. Eine zu diesem gealterten Oxidationskatalysator 16 gehörige Kurve 92 veranschaulicht in 5 den Zusammenhang zwischen dem Verhältniswert VH und der Temperatur T des gealterten Oxidationskatalysators 16.
Alternativ kann der Verhältniswert VH betrachtet werden, welcher beispielsweise bei der Temperatur T₅₀ auftritt, bei welcher ein ungealterter Oxidationskatalysator einen Verhältniswert VH von 0,5 aufweist. Überschreitet eine Differenz zwischen diesem Verhältniswert VH und dem tatsächlichen Verhältniswert von gemäß der Kurve 92 nahezu 1 einen vorgebbaren Betrag ΔVH, so ist der Oxidationskatalysator 16 unzulässig gealtert.
Alternativ kann auch ein Integral 94 des Verhältniswertes VH über ein Temperaturintervall zwischen zwei vorgebbaren Temperaturwerten, etwa einem Temperaturwert T und dem Temperaturwert T₅₀, ermittelt werden nach: Integral 94 = ∫VH(T_Kat)dT_Kat. Dieses Integral 94 ist bei einem gealterten Oxidationskatalysator 16 größer, so dass über die Größe des Integrals 94 auf dessen Alterungszustand geschlossen werden kann.
Die beschriebenen Berücksichtigungen des Verhältniswertes VH können alternativ oder zusätzlich zum Ermitteln des Konversionsfaktors F_Konv vorgenommen werden, um zu ermitteln, ob der Oxidationskatalysator 16 grenzwertig gealtert ist.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Abgaskrümmer
14: Abgasstrang
16: Oxidationskatalysator
18: Lambdasonde
20: Lambdasonde
22: Kurve
24: Umsetzung
26: Kurve
28: Signal
30: Referenzamplitude
32: Spalte
34: Spalte
36: Spalte
38: Spalte
40: Amplitude
42: Amplitude
44: Ordinate
46: Abszisse
48: Startschritt
50: Inbetriebnehmen
52: Beheizen
54: Pfad
56: Pfad
58: Modulation
60: Ermitteln
62: Temperaturintervall
64: Ermitteln
66: Schritt
68: Vergleich
70: Schritt
72: Schritt
74: Schritt
76: Überprüfen
78: Schritt

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) vorgeschalteter Verbrennungsmotor (10) mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) betrieben wird, welches in einer vorgegebenen Bandbreite um einen vorgegebenen Sollwert schwankt, wobei bei einer ersten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) eine Referenzamplitude (30) eines Signals (28) eines Sauerstoffsensors (20) ermittelt wird, welcher stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) angeordnet ist, und wobei die Referenzamplitude (30) mit wenigstens einer weiteren Amplitude (42) des Signals verglichen wird, welche bei wenigstens einer zweiten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) ermittelt wird, welche höher ist als die erste Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Warmlaufen des Verbrennungsmotors (10) durchgeführt wird, wobei die erste Temperatur aus einem, insbesondere von 80°C bis 120°C reichenden, Temperaturintervall (62) gewählt wird, in welchem die Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Temperatur aus einem, insbesondere von 120°C bis 400°C reichenden, Temperaturintervall gewählt wird, in welchem die Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) mehr als 10%, insbesondere zwischen 20% und 90%, der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoffsensor eine, insbesondere binäre, Lambdasonde (20) verwendet wird, welche gegenüber im Abgas vorhandenem Kondenswasser resistent ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältniswert (VH) der wenigstens einen weiteren Amplitude (42) zu der Referenzamplitude (30) gebildet wird, wobei zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) – die bei einem vorbestimmten Verhältniswert (VH) vorliegende Temperatur (T₅₀) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) und/oder – eine Abweichung (ΔVH) des Verhältniswerts (VH) von einem Referenz-Verhältniswert, welcher bei einer vorbestimmten Temperatur (T₅₀) einer ungealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) auftritt, bei Vorliegen dieser vorbestimmten Temperatur (T₅₀) und/oder – ein Integral (94) des Verhältniswerts (VH) über ein Temperaturintervall der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) gebildet und ein Referenzintegral über das Temperaturintervall einer ungealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) und/oder betrachtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Umsetzfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) ein Konversionsfaktor (F_Konv) ermittelt wird, in welchen die wenigstens einen weitere Amplitude (42) und die Referenzamplitude (30) eingehen, wobei der ermittelte Konversionsfaktor (F_Konv) mit einem Schwellenwert (S₁) des Konversionsfaktors verglichen wird, welcher bei einer gealterten Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) vorliegt,
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vgl.n des bestimmten Konversionsfaktors (F_Konv) mit dem Schwellenwert (S₁) des Konversionsfaktors (F_Konv) eine Temperatur (T) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (20) vor dem Starten oder beim Starten des Verbrennungsmotors (10) beheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) betrieben wird, welches in einer Bandbreite zwischen ±0,01 bis ±0,1 um einen vorgegebenen Sollwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses (λ) von 1,0 schwankt.
Verfahren zum Bestimmen einer Umsetzfähigkeit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) vorgeschalteter Verbrennungsmotor (10) mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis (☐) betrieben wird, welches in einer vorgegebenen Bandbreite um einen vorgegebenen Sollwert schwankt, wobei bei einer vorbestimmten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) eine Referenzamplitude eines Signals eines Sauerstoffsensors (18) ermittelt wird, welcher stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) angeordnet ist, und wobei die Referenzamplitude mit wenigstens einer Amplitude (42) eines Signals eines weiteren Sauerstoffsensors (20) verglichen wird, welcher stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) angeordnet ist, wobei die vorbestimmte Temperatur geringer ist als eine Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (16), bei welcher diese mehr als 20%, insbesondere 50%, der umzusetzenden Abgasbestandteile umsetzt.