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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Diagnose von Komponenten einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, welche mindestens einen Katalysator aufweist, mit einer vor dem Katalysator angeordneten ersten Abgassonde und einer hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde, wobei während einer Vorkonditionierung mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem fetten (λ < 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis und in einer anschließenden Messphase mit einem mageren (λ > 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird und wobei eine Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators aus einem integrierten Sauerstoffeintrag in den Katalysator während der Messphase bis zum Nachweis eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der zweiten Abgassonde bestimmt wird oder wobei zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit die Brennkraftmaschine während der Vorkonditionierung mit einem mageren (λ > 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben und in der anschließenden Messphase mit einem fetten (λ < 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird und wobei die Sauerstoff-Speicherfähigkeit aus einem integrierten Sauerstoffaustrag aus dem Katalysator während der Messphase bis zum Nachweis eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der zweiten Abgassonde bestimmt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuereinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur Reduktion der Emissionen in Fahrzeugen mit Ottomotoren werden üblicherweise 3-Wege-Katalysatoren als Abgasreinigungsanlagen verwendet, die nur dann ausreichend Abgase konvertieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ mit hoher Präzision eingeregelt wird. Zu diesem Zweck wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ mittels einer der Abgasreinigungsanlage vorgelagerten Abgassonde gemessen. Das Speichervermögen einer derartigen Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxidierbare Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Eine der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgassonde dient dabei der Überwachung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage.
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Mit zunehmender Alterung des Katalysators nimmt dessen Speichervermögen für Sauerstoff OSC (Oxygen Storage Capacity) ab. Hierdurch kann in den Fettphasen nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas von den Schadgaskomponenten zu reinigen und die Abgassonde hinter dem Katalysator detektiert diese zu oxydierenden Komponenten. Weiterhin detektiert diese Abgassonde in längeren Magerphasen den Sauerstoff, der nicht mehr von dem Katalysator gespeichert werden kann.
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In vielen Ländern ist eine Überprüfung des Katalysators während des Fahrbetriebs durch die Motorsteuerung gesetzlich vorgeschrieben (On-Board-Diagnose). Eine aktive Katalysator-Diagnose hat dabei die Aufgabe, ein unzulässiges Absinken der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators, die zu unzulässiger Erhöhung der Abgaswerte führt, zu erkennen und beispielsweise über eine Kontroll-Lampe anzuzeigen bzw. in einem Fehlerspeicher der Motorsteuerung einzutragen.
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Ein bekanntes Diagnoseverfahren für die Konvertierungsfähigkeit besteht darin, die Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators zu bestimmen, da erfahrungsgemäß mit der Speicherfähigkeit auch das Konvertierungsvermögen abnimmt.
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Bei einer aktiven Katalysator-Diagnose im Rahmen der On-Bord-Diagnose (OBD) wird durch eine Zwangsanregung bzw. Vorsteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Fett-Mager-Schwingung eingestellt, die zu einer maximalen Sauerstoff-Beladung des Katalysators führt.
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In einer Messphase zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird gemäß dem Stand der Technik entweder von einem vollständig mit Sauerstoff gefüllten oder vollständig entleerten Katalysator ausgegangen. Beginnt die Messphase mit einem vollständig entleerten Katalysator, wird dieser so lange mit magerem Abgas bekannten Lambdawerts beaufschlagt, bis eine Abgassonde am Ausgang des Katalysators durchtretenden Sauerstoff feststellt. Die eingetragene Sauerstoffmenge entspricht dann der Sauerstoff-Speicherfähigkeit. Beginnt die Messphase mit einem vollständig gefüllten Katalysator, wird dieser so lange mit fettem Abgas bekannten Lambdawerts beaufschlagt, bis die Abgassonde am Ausgang des Katalysators durchtretendes fettes Abgas feststellt. Die ausgetragene Sauerstoffmenge entspricht dann der Sauerstoff-Speicherfähigkeit. In beiden Fällen wird davon ausgegangen, dass am Ausgang des Katalysators das Abgas einen Lambdawert von 1 aufweist, solange der Katalysator Sauerstoff einspeichert beziehungsweise abgibt.
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Für eine Abgassonde hinter dem Katalysator ist es gesetzlich erforderlich, die Dynamik der Abgassonde zu diagnostizieren. Dafür ist ein Durchbruch des Katalysators durch eine ebenfalls aktive Gemischverstellung notwendig. Das Gemischverhältnis, d. h. der Lambdawert kann über die Lambda-Regelung bzw. Lambda-Steuerung entsprechend eingestellt werden. Stand der Technik ist es, ein festes Gemischverhältnis für diese aktiven Diagnosen vorzugeben bzw. einzustellen.
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Aus einer noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen R.336380 ist ein Verfahren bekannt bei dem die Gemischverstellung während der Diagnose in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom oder einer mit dem Abgasmassenstrom zusammen hängenden Kenngröße adaptiert wird. Damit soll ermöglicht werden, dass auch bei hohen Abgasmassenströmen eine ausreichend sichere Bewertung der Sauerstoffspeicherfähigkeit und somit der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators gewährleistet werden kann.
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Wenn der Lambdawert bei einer aktiven Diagnose stark verstellt wird, z. B. um 10%, ist die Messdauer zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit (OSC) nur recht kurz, da verhältnismäßig viel Sauerstoff in den Katalysator eingetragen wird und die nachgeschaltete Abgassonde schnell auf den überströmenden Sauerstoff reagiert.
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Durch eine starke Lambdaverstellung entsteht eine große Streuung der Messwerte aufgrund eines relativ großen Signalrauschens sowie durch die Dynamik der Einschaltbedingungen. Da der Katalysator durch eine starke Lambdaverstellung schnell durchbricht, entstehen insbesondere bei gealterten Katalysatoren, insbesondere bei hinsichtlich der OBD grenzwertigen Katalysatoren, hohe Schadstoff-Emissionen, die es gilt zu vermeiden. Folglich muss die Grenze für eine noch ausreichende Sauerstoff-Speicherfähigkeit des anzeigepflichtigen Katalysators bei starker Lambdaverstellung erhöht werden, was zu einer verfrühten Fehlermeldung und zu einem verfrühten Austausch des Katalysators führen kann.
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Andererseits führt eine nur geringfügige Lambdaverstellung, z. B. nur um 2%, zu einer deutlich längeren Messdauer. Weiterhin kann dabei ein neuer Katalysator mit noch hoher Sauerstoff-Speicherfähigkeit in einem Testzyklus aufgrund ungünstiger Verhältnisse nicht mehr ordnungsgemäß diagnostiziert werden. Die längere Messdauer führt auch zu einem schlechten IUMPR (In use monitor performance ratio) im Feld.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Diagnose von Komponenten in einer Abgasreinigungsanlage mittels einer aktiven Vorsteuerung der Lambdawerte hinsichtlich Optimierung der Messdauer und Vermeidung von Fehldiagnosen verbessert werden kann.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) während der Messphase variabel, vom Alterungszustand oder Speicherfähigkeit des Katalysators abhängig, verstellt wird. Damit kann die Ergebnisqualität der Diagnose verbessert werden. Zudem kann die Emission von Schadstoffen bei einem gealterten Katalysator, insbesondere bei einem OBD-Grenzkatalysator beim Durchbrechen reduziert werden. Weiterhin kann mit dieser Adaption bei bereits gealterten Katalysatoren mittels einer entsprechend reduzierten Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1), z. B. bei einer Verstellung von nur etwa 2% statt der üblichen etwa 10%, die Messgenauigkeit erhöht werden, da der Katalysator langsamer mit Sauerstoff gefüllt wird. Somit entsteht eine geringere Streuung der Messergebnisse, da die Messdauer dabei entsprechend verlängert ist. Durch diese Maßnahme kann man die Grenze eines MIL-relevanten Katalysators, d. h. eines Katalysators bei dem im Rahmen der On-Bord-Diagnose die Motorkontrollleuchte (Malfunction Indicator Light) aufleuchtet, herabsetzen, was zu einer Erhöhung der Einsatzdauer führt.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Alterungszustand des Katalysators im Rahmen einer Initialmessung durch einen Konditionierungstest der Sauerstoffspeicherfähigkeit mit einer definierten, möglichst hohen, Luft-Kraftstoff-Gemischverstellung bestimmt und daraus Parameter für die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) während der Messphase im späteren Fahrbetrieb bzw. für einen nächsten Fahrzyklus (Driving cycle) abgeleitet. Dieser Test kann z. B. mit einer 10%igen Verstellung des Lambdawertes durchgeführt werden. In Abhängigkeit der Sauerstoffspeicherfähigkeit werden daraus entsprechend die Grenzen für eine optimale Lambdaverstellung im Fahrbetrieb unter Berücksichtigung einer optimalen Ausnutzung des Zeitfensters für die Messphase und einer Auslegung einer Fehlerschwelle für einen Grenz-Katalysator gemäß den OBD-Vorgaben festgesetzt.
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Eine Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) während der Messphase auf einem konstanten Niveau vorgesteuert wird, wobei der Betrag der Abweichung von der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators abhängig adaptiert wird.
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Eine andere, ebenfalls vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass während der Messphase nach einer anfangs sprungartigen Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) ein rampenartiger oder stufenartigen Verlauf mit, zum Ende der Messphase hin kleiner werdenden Abweichung zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) vorgesteuert wird. Mit dieser Strategie wird ein Kompromiss hinsichtlich möglichst kurzer Messdauer und geringer Messwertstreuung und Reduzierung von Abgas-Emissionen beim Durchbruch des Katalysators erzielt und bringt zusätzlich Verbesserung hinsichtlich der IUMPR.
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Die anfangs starke Lambdaverstellung ermöglicht eine kurze Messdauer und bringt damit Verbesserung des IUMPR-Wertes der Diagnosen. Da die schädlichen Abgas-Emissionen hauptsächlich beim Durchbruch des Katalysators gegen Ende der Messphase entstehen, kann daher eine zum Ende der Messphase geringere Lambdaverstellung einen zu starken Abgaseinfluss beim Überströmen des Katalysators verringern helfen.
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Dabei kann ebenfalls die Höhe der anfangs sprungartigen Abweichung und ein Gradient des rampenartigen Verlaufs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators variiert werden. Dadurch erhält man eine weitere Flexibilität bei der Berücksichtigung von optimaler Ausnutzung des Zeitfensters und Auslegung der Fehlerschwelle für einen Grenz-Katalysator. Die rampenartige Lambdaverstellung kann dabei stetig, d. h. linear abfallend mit konstantem Gradienten, geschehen, was die bevorzugte Verfahrensvariante darstellt, oder aber auch in kleinen Schritten oder nach einem, vom linear stetigen Verlauf abweichenden funktionalen Zusammenhang erfolgen.
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Als vorteilhaft hinsichtlich einer möglichst kurzen Messdauer hat sich eine Anfangsabweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) von mindestens 10% erwiesen.
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In den zuvor beschrieben Verfahrensvarianten hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine zur Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators zumindest annähernd zur Sauerstoffspeicherfähigkeit bezogene Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) für den Anfangswert bei der rampenartigen oder für das Niveau bei konstanter Vorsteuerung vorgegeben wird. Dabei gilt der Grundsatz, dass eine große Abweichung, d. h. große Lambdaverstellung, vorgegeben wird, wenn der Katalysator neuwertig ist bzw. noch eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der Reduzierung der Messdauer. Eine kleine Abweichung, d. h. geringe Lambdaverstellung, wird bei einem Katalysator gewählt, der nur noch eine geringe Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist, aber noch nicht als Grenz-Katalysator im Sinne der OBD gilt. Hierbei können geringere Messwertstreuungen erreicht und erhöhte Abgas-Emissionen vermieden werden.
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Hinsichtlich der Umsetzung der zuvor beschriebenen Betriebsstrategien bei der aktiven Diagnose ist es vorteilhaft, wenn die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) und/oder die Gradienten bei einem rampenartigen Verlauf über Kennfelder und/oder über Parameter appliziert oder über mathematische Formeln bestimmt werden. Der Applikationsaufwand kann dadurch deutlich reduziert werden. Komplexere funktionale Zusammenhänge oder eine Berücksichtigung von weiteren Einflussparametern können insbesondere mit Kennfeldern recht einfach umgesetzt werden, wobei die Parameter, welche die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators betreffen mittels des o. g. Konditionierungstests bestimmt und gespeichert werden.
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Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit seinen zuvor beschriebenen Varianten sieht die aktive Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit von Katalysatoren und/oder die Dynamik-Diagnose von Abgassonden, welche in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator angeordnet sind, vor, wobei die Abgassonden als Gas-Sensoren in Form von Lambdasonden, d. h. stetige Lambdasonden bzw. Breitband-Lambdasonden oder sogenannte Sprungsonden bzw. Binärsonden, oder NOx-Sensoren ausgeführt sein können, mit denen ein Sauerstoffgehalt in einem Gasgemisch bestimmt werden kann. Diese emissionsrelevanten Gas-Sensoren müssen aufgrund der eingangs erwähnten Anforderungen hinsichtlich ihrer Dynamik und generellen Funktion überwacht werden. NOx-Sensoren dienen zur Überwachung der Stickoxidanteile im Abgas und werden besonders vorteilhaft bei Otto-Motoren oder bei Mager-Motoren angewendet, deren Abgasreinigungsanlage einen Katalysator und/oder Einrichtungen zur Stickoxid-Reduktion aufweisen. Dabei wird die NOx-Speicherfähigkeit des Katalysators bestimmt. Das Verfahren kann auch dafür verwendet werden, um eine Richgasspeicherfähigkeit (RSC) zu messen, welche ebenfalls zur Diagnose des Alterungszustands des Katalysators herangezogen werden kann.
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Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuereinheit einen integrierten Lambda-Regelkreis zur Regelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs enthält, wobei die Steuereinheit eine Programmroutine zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators und zur Überwachung des Katalysators an Hand der bestimmten Sauerstoffspeicherfähigkeit enthält, und wobei die Steuereinheit Einrichtungen, wie Kennfeldspeicher und Berechnungseinheiten zur Durchführung des Verfahrens gemäß den zuvor erläuterten Verfahrensvarianten aufweist und eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) während einer Messphase variabel, vom Alterungszustand des Katalysators abhängig, vorgebbar ist. Die Überwachungseinheit kann dabei integraler Bestandteil der übergeordneten Motorsteuerung sein. Die Funktionalität des Verfahrens kann dabei zumindest teilweise softwarebasiert in dieser implementiert sein. Dabei erfolgt die Umsetzung kostengünstig durch eine entsprechende Softwareerweiterung in der Steuereinheit oder in der übergeordneten Motorsteuerung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
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2 in einem ersten Diagramm einen zeitlichen Verlauf eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Brennraum einer Brennkraftmaschine sowie einen Sondenspannungsverlauf einer Abgassonde mit einer variabler Lambdaverstellung und
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3 in einem zweiten Diagramm den zeitlichen Verlauf des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Brennraum der Brennkraftmaschine sowie den Sondenspannungsverlauf der Abgassonde mit einer rampenartigen bzw. stufenförmigen Lambdaverstellung.
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1 zeigt schematisch an einem Beispiel eines Otto-Motors das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur aktiven Diagnose einer Abgassonde 17 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 18 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 eine Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist. Die Abgasreinigungsanlage 16 umfasst üblicherweise mindestens einen Katalysator.
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Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 14 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 Kraftstoff zuführt und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 und der in dem Abgaskanal 18 angeordneten Abgassonde 15 vor der Abgasreinigungsanlage 16 sowie einer in dem Abgaskanal 18 hinter der Reinigungsanlage 16 angeordneten Abgassonde 17 zugeführt werden. Die Abgassonde 15 bestimmt im gezeigten Beispiel einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und ist Teil eines der Brennkraftmaschine 10 zugeordneten Lambda-Regelkreises. Sie kann als Breitband-Lambdasonde oder stetige Lambda-Sonde ausgeführt sein. Die Abgassonde 17 bestimmt die Abgaszusammensetzung nach der Abgasreinigungsanlage 16. Die Abgassonde 17 kann als Sprungsonde oder Binärsonde ausgebildet sein.
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Wie eingangs erwähnt, wird das Luft-Kraftstoffgemisch aktiv mittels einer in der Motorsteuerung 14 implementierten Lambda-Vorsteuerung gezielt verändert, so dass zur Diagnose der Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators der Abgasreinigungsanlage 16 und/oder zur Dynamik-Diagnose der hinter der Abgasreinigungsanlage 16 angeordneten Abgassonde 17 eine Fett-Mager-Schwingung des Luft-Kraftstoff-Gemischs induziert wird.
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Während einer Vorkonditionierung wird die Brennkraftmaschine 10 mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ < 1) betrieben. Dabei wird der Sauerstoff vollständig aus dem Katalysator ausgetragen. Die Messphase 26 (siehe dazu 2 oder 3) beginnt mit einem Lambda-Sprung im Brennraum der Brennkraftmaschine 10, ab dem diese mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ > 1) betrieben wird. Mit einer geringen Verzögerung gelangt das magere Abgas zu dem Katalysator und wird dort entsprechend eingespeichert. Das Ende der Messphase 26 ist dann erreicht, wenn die zweite, nach dem Katalysator angeordnete Abgassonde 17 den Durchbruch des mageren Gemischs signalisiert. Der integrierte Sauerstoffeintrag während der Messphase 26 entspricht der Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators und kann zur Überwachung der korrekten Funktion des Katalysators verwendet werden.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik geschieht dies nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mit festen Gemisch-Verstellungen, sondern variabel. Die Lambdaverstellung kann in Abhängigkeit der ermittelten Speicherfähigkeit des Katalysators erfolgen.
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2 zeigt in einem ersten Verlaufsdiagramm 20 einen zeitlichen Lambdaverlauf 24 für das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum der Brennkraftmaschine 10 sowie einen Sondenspannungsverlauf 25 für die Abgassonde 17 hinter der Abgasreinigungsanlage 16 mit einem typischen Katalysatordurchbruch 29, der sich als abfallende Flanke der Sondenspannung bemerkbar macht. Als Ordinate des Verlaufsdiagramms 20 ist einerseits ein Lambdawert 21 und eine Sondenspannung 22 der Abgassonde 17 hinter dem Katalysator dargestellt. Die Abszisse des Diagramms stellt die Zeit 23 dar.
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Zur aktiven Diagnose wird der Lambdawert 21 während der Messphase 26 für die Sauerstoffspeicherfähigkeit üblicherweise mit einem fest vorgegeben Hub zu Lambdawerten > 1 verstellt. Die Verstellung des Lambdawertes 21 beim Lambdaverlauf 24 erfolgt bei dieser Verfahrensvariante mittels einer variabler Lambdaverstellung 27, wobei grundsätzlich gilt, dass eine große Lambdaverstellung für einen Katalysator mit hoher Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC), i. d. R. bei einem neuwertigen Katalysator, und eine kleine Lambdaverstellung für einen Katalysator mit geringer Sauerstoffspeicherfähigkeit, d. h. z. B. bei einem gealterten Katalysator, gewählt wird.
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Die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit kann in einem Konditionierungstest mit maximaler Lambdaverstellung erfolgen. Dabei kann für eine Initialisierungsmessung der Lambdawert um typischerweise 10%, d. h. auf einen Lambdawert 21 von λ = 1,1 erhöht werden. In Abhängigkeit der Sauerstoffspeicherfähigkeit wird dann für folgende Fahrten entsprechend ein optimaler Wert für die Lambdaverstellung ermittelt, wobei eine optimale Ausnutzung des Zeitfensters sowie eine Auslegung der Schwelle für einen Grenz-Katalysator berücksichtigt werden können.
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Der funktionale Zusammenhang zwischen der Höhe der variablen Lambdaverstellung 27 und der ermittelten Sauerstoffspeicherfähigkeit kann über entsprechende Kennfelder bzw. Parameter appliziert oder über mathematische Formeln berechnet werden. In einer speziellen Steuereinheit oder in der übergeordneten Motorsteuerung 14 sind dafür entsprechende Berechnungseinheiten bzw. Kennfeldspeichereinheiten vorgesehen.
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In einer weiteren Verfahrensvariante zur variablen Lambdaverstellung 27 ist innerhalb der Messphase 26 eine Lambdarampe 28 oder alternativ eine Lambdastufe 30 vorgesehen, wie dies im zweiten Verlaufsdiagramm 20 in 3 dargestellt ist. Dabei sind die bereits zu 2 eingeführten Bezeichner verwendet.
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Hierbei ist vorgesehen, dass innerhalb der Messphase 26 das Luft-Kraftstoff-Gemisch zunächst mit einem definierten Anfangslambdawert deutlich > 1 startet und dann der Lambdawert 21 in Stufen reduziert wird (Lambdastufe 30). Alternativ kann eine kontinuierliche Lambdaverstellung mit konstanter negativen Steigung vorgesehen sein (Lambdarampe 28). Dabei kann beispielsweise der Lambdawert 21 zunächst um typisch 10%, also verhältnismäßig stark, verstellt werden, um die Messdauer zu reduzieren. Zur Vermeidung von schädlichen Abgasemissionen während des Katalysatordurchbruchs 29 wird erfindungsgemäß ausgehend von der starken Anfangsverstellung der Lambdawert 21 bis zum Ende der Messphase 26 auf einen kleinen Lambdazielwert reduziert. Der Anfangslambdawert und die (negative) Steigung können ebenso in Abhängigkeit von der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators variiert werden.
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Dadurch wird eine weitere Flexibilität bei der Berücksichtigung von optimalen Zeitfenstern und Auslegung von Fehlerschwellen für einen grenzwertigen Katalysator in der Abgasreinigungsanlage 16 erreicht.
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Der Einsatz dieser Verfahren kann bei allen aktiven Diagnosen, die den Katalysator zum Durchbrechen bringen, z. B. bei der Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators oder bei der Dynamik-Diagnose der Abgassonde 17 hinter dem Katalysator, vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei können die aufgezeigten Verfahrensvarianten mit bereits etablierten Verfahren zur Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators sowie mit bereits etablierten Dynamik-Diagnosen von Abgassonden 17 zumindest teilweise kombiniert werden.
