DE102015118021A1 - Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators - Google Patents

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Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine derart zu gestalten, dass die gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden, keine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs erfolgt und möglichst wenig zusätzliche Kosten anfallen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach einem Wiedereinsetzen einer Brennkraftmaschine im Anschluss an eine Schubphase der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem sich dann ausprägenden Signal eines stromabwärts eines Stickoxid-Speicherkatalysators in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid-Sensors die Funktionsfähigkeit dieses Stickoxid-Speicherkatalysators überprüft wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1.
  • Wie allgemein bekannt, sind im Abgas einer Brennkraftmaschine Stickoxide enthalten. Insbesondere das Abgas einer Diesel-Brennkraftmaschine oder einer mager betriebenen Otto-Brennkraftmaschine enthält Stickoxide. Wie weiterhin bekannt, ist es möglich, die im Abgas enthaltenen Stickoxide zunächst in einem Stickoxid-Speicherkatalysator zu speichern. Insbesondere erfolgt dazu an einem Katalysator eine Umbildung der im sauerstoffreichen Abgas enthaltenen Stickoxide in Nitrate. Diese Nitrate werden wiederum an der Oberfläche des Katalysators gespeichert. Wenn die maximale Speicherkapazität des Katalysators erreicht ist, erfolgt eine Regeneration des Katalysators. Beispielsweise erfolgt die Zufuhr eines Reduktionsmittels zum Abgas, etwa durch einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Überschuss an Kraftstoff. Infolge der Anwesenheit des Reduktionsmittels im Abgas erfolgt wiederum eine Umbildung der Nitrate in Stickoxide sowie eine Reduktion der Stickoxide in Stickstoff. Entsprechend den gesetzlichen Vorgaben ist die Funktionsfähigkeit eines derartigen Stickoxid-Speicherkatalysators zu überprüfen.
  • Gemäß dem Dokument JPH07208151A ist es Stand der Technik, in Abhängigkeit des Signals eines stromabwärts eines Stickoxid-Speicherkatalysators vorgesehenen Stickoxid-Sensors die Funktionsfähigkeit dieses Katalysators zu überprüfen. Die Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators ist demnach dann vermindert, wenn das Signal des Stickoxid-Sensors nach Abschluss der Regeneration des Katalysators, also nach einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Überschuss an Kraftstoff, innerhalb kurzer Zeit wieder auf einen bestimmten Wert ansteigt. D. h. dieses Verfahren bedingt folglich eine Regeneration des Katalysators, insbesondere den Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Überschuss an Kraftstoff. Das ist von Nachteil, da die gesetzlichen Vorgaben eine bestimmte Häufigkeit von Überprüfungen der Funktionsfähigkeit der Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen bzw. Fahrzeugen umfassen. Es ist somit unvermeidbar, dass auch dann, wenn noch keine Regeneration des Katalysators erforderlich ist, eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Katalysators vorgenommen wird, um die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der Häufigkeit zu erfüllen. Infolgedessen wird der Kraftstoffverbrauch unnötig erhöht.
  • Gemäß dem Dokument DE102014209972A1 ist es weiterhin Stand der Technik, die Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators dadurch zu überprüfen, dass zunächst mittels eines stromabwärts des Katalysators vorgesehenen Stickoxid-Sensors die Menge an Stickoxid im Abgas bestimmt wird. Im weiteren Verlauf erfolgt die Durchführung einer Mehrzahl von Vergleichen dieser gemessenen Menge an Stickoxid mit jeweils einem Referenzwert, wobei jeder dieser Referenzwerte modellgestützt berechnet wird. Der Berechnung dieser Referenzwerte wird jeweils die stromaufwärts des Katalysators vorhandene Menge an Stickoxid zugrunde gelegt. Weiterhin erfolgt die Berechnung dieser Referenzwerte auf Basis unterschiedlicher Alterungszustände des Katalysators. Ein Bewerten des Alterungszustandes des Katalysators erfolgt auf Grundlage der Ergebnisse dieser Vergleiche, wobei dem Katalysator eine Alterungsstufe von einer Mehrzahl vorgegebener diskreter Alterungsstufen zugeordnet wird. Nachteilig ist, dass zusätzlich die Menge an Stickoxid im Abgas stromaufwärts des Katalysators bestimmt werden muss, entweder mittels eines weiteren kostenintensiven Sensors oder eines weiteren Modells. Außerdem ist eine modellgestützte Berechnung der Referenzwerte und gegebenenfalls der Menge an Stickoxid im Abgas stromaufwärts des Katalysators aufwendig, insbesondere um eine bestimmte Genauigkeit zu erreichen. Ferner sind der Entwicklungsaufwand und die nötigen Rechenkapazitäten hoch.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine derart zu gestalten, dass die gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden, keine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs erfolgt und möglichst wenig zusätzliche Kosten anfallen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach einem Wiedereinsetzen einer Brennkraftmaschine im Anschluss an eine Schubphase der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem sich dann ausprägenden Signal eines stromabwärts eines Stickoxid-Speicherkatalysators in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid-Sensors die Funktionsfähigkeit dieses Stickoxid-Speicherkatalysators überprüft wird.
  • Dadurch, dass während der Schubphase kein Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator und dem Stickoxid-Sensor geleitet wird, sondern nur Luft, erfolgt ein Absinken der Stickoxidkonzentration bzw. ein Vermischen von Luft und Abgas in der Abgasanlage, so dass letztendlich der Stickoxid-Speicherkatalysator praktisch nur noch mit Luft in Kontakt ist. Auch der Stickoxid-Sensor ist dann praktisch nur noch mit Luft in Kontakt. Jedenfalls erfolgt keine Umbildung von Stickoxiden in Nitrate und keine Anlagerung dieser Nitrate auf der Oberfläche des Katalysators mehr. D. h. die Umbildung und Speicherung von Stickoxiden wird infolge des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine unterbrochen. Dadurch, dass der Stickoxid-Sensor infolge des Schubbetriebs praktisch nur noch mit Luft in Kontakt ist, wird das Signal des Stickoxid-Sensors erheblich verringert bzw. minimiert.
  • Erfindungsgemäß wird im Anschluss an einen Schubbetrieb bzw. im Anschluss an eine Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine, die Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine wieder aufgenommen, so dass der Stickoxid-Speicherkatalysator wieder mit Stickoxiden in Kontakt ist sowie der Stickoxid-Sensor wieder mit Stickoxiden in Kontakt ist. D. h. es erfolgt einerseits wieder eine Umbildung und Speicherung von Stickoxiden durch den Katalysator und andererseits steigt das durch den vorangegangenen Schubbetrieb bzw. die Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine deutlich verringerte bzw. minimierte Signal des stromabwärts des Katalysators in der Abgasanlage angeordneten Stickoxid-Sensors wieder an, nämlich ausgehend von einem sehr geringen Wert bis auf einen Wert, der die Stickoxidkonzentration stromabwärts des Katalysators widerspiegelt, so dass die Wirksamkeit des Speichers bzw. des Katalysators beurteilt werden kann, also insbesondere wie viele Stickoxid-Moleküle nicht umgebildet bzw. von dem Katalysator eingespeichert werden.
  • Anders gesagt wird erfindungsgemäß durch die spezifische zeitliche Abfolge, nämlich zunächst einer Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine und einer sich daran anschließenden Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine, durch diese Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine wiederum eine Unterbrechung der Umbildung und Speicherung von Stickoxiden durch den Katalysator bewirkt, so dass das Signal des stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten Stickoxid-Sensors auf einen geringen Signalwert abfällt, quasi zurückgesetzt wird, und dadurch bei einer sich wiederum anschließenden Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine die Möglichkeit eröffnet, besonders genau anhand der Charakteristik des Verlaufs des zunächst infolge des Schubbetriebs stark verringerten Signals des Stickoxid-Sensors und dem infolge des anschließenden Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine wieder auf einen spezifischen Wert ansteigenden Signals des Stickoxid-Sensors, die Funktionsfähigkeit des Katalysators zu beurteilen, Stickoxide umzubilden und/oder Nitrate einzulagern. Diese derart ablaufende Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Katalysators funktioniert deshalb so gut, weil einerseits bedingt durch den Schubbetrieb das Signal bzw. der Signalwert des Stickoxid-Sensors stark verringert wird und dann bedingt durch das Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine das Signal des Stickoxid-Sensors stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators auf einen gegenüber dem durch den Schubbetrieb stark verringerten Signalwert vergleichsweise hohen Wert ansteigt, der die Fähigkeit des Katalysators repräsentiert, Stickoxide umzubilden bzw. einzulagern. D. h. es wird ein gewisser Hub bzw. Sprung des Signals/Signalwerts des Stickoxid-Sensors stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators durch die erfindungsgemäße Abfolge: 1. Betrieb der Brennkraftmaschine, 2. Schubbetrieb der Brennkraftmaschine und 3. Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine auf vorteilhafte Weise erzeugt, der sich hervorragend auswerten lässt für eine Überprüfung der Wirksamkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators, da der Anteil an Stickoxiden im Abgas bzw. der Stickoxidkonzentration stromab des Katalysators ein Maß für dessen Funktionsfähigkeit ist. Erfindungsgemäß kann dabei nicht nur eine Differenz bzw. der Wert der Differenz zwischen dem infolge des Schubbetriebs stark verringerten Signals/Signalwerts des Stickoxid-Sensors und dem infolge des anschließenden Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine wieder auf einen spezifischen Wert angestiegenen Signal des Stickoxid-Sensors betrachtet werden, sondern auch der Anstieg/die Steigung des infolge des Schubbetriebs stark verringerten Signals/Signalwerts des Stickoxid-Sensors auf den infolge des anschließenden Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine wieder auf einen spezifischen Wert angestiegenen Signals des Stickoxid-Sensors. Erfindungsgemäß kann auch eine Kombination aus der Differenz zwischen dem infolge des Schubbetriebs stark verringerten Signal/Signalwert des Stickoxid-Sensors und dem infolge des anschließenden Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine wieder auf einen spezifischen Wert angestiegenen Signal des Stickoxid-Sensors und dem Anstieg des infolge des Schubbetriebs stark verringerten Signals/Signalwerts des Stickoxid-Sensors auf den infolge des anschließenden Wiedereinsetzens der Brennkraftmaschine wieder auf einen spezifischen Wert angestiegenen Signals des Stickoxid-Sensors betrachtet bzw. herangezogen werden. D. h. die genannte Differenz und der genannte Anstieg/die Steigung können in Kombination, also gleichzeitig ausgewertet werden, zum Zweck der Funktionsprüfung des Katalysators.
  • Jedenfalls besteht ein großer Vorteil dieses erfindungsgemäßen Diagnoseansatzes gegenüber den Verfahren gemäß dem Stand der Technik darin, dass keine Abhängigkeit der Überprüfung von der Regeneration des Katalysators besteht, da ein Schubbetrieb und ein darauf folgendes Wiedereinsetzen einer Brennkraftmaschine insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine dem Antrieb eines Fahrzeuges dient, sehr oft auftritt. Angenommen, das Fahrzeug wird einem Prüfzyklus unterworfen, etwa dem WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures), dann gibt es innerhalb dieses Zyklus eine Vielzahl von Wiedereinsetzungen der Brennkraftmaschine nach einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine. Hinsichtlich der gesetzlichen vorgeschriebenen Häufigkeit der Überprüfungen der Funktionsfähigkeit des betreffenden Katalysators gibt es also bei Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Probleme, vor allem werden aber keine zusätzlichen Kosten verursacht und es wird eben nicht der Kraftstoffverbrauch unnötig erhöht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
  • Wie in 1 gezeigt, weist eine Brennkraftmaschine 1 eine Abgasanlage/-leitung 2 auf. Die Brennkraftmaschine 1 dient insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeuges. In der Abgasanlage 2 ist ein Stickoxid-Speicherkatalysator 3 angeordnet. Stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 ist ein Stickoxid-Sensor 4 in der Abgasanlage 2 angeordnet. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 und der Stickoxid-Sensor 4 stehen entsprechend ihrer Zweckbestimmung in Kontakt mit dem Abgas der Brennkraftmaschine 1. D. h. das Abgas der Brennkraftmaschine 1 wird durch die Abgasanlage 2 zunächst zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 und im weiteren Verlauf zu dem Stickoxid-Sensor 4 geleitet. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 umfasst – wie hinreichend bekannt – mehrere aktive Komponenten, insbesondere katalytisch wirkende Komponenten, wie Platin und Rhodium, sowie eine Komponente mit einer Speicherwirkung, wie etwa Barium.
  • Der Stickoxid-Sensor 4 ist geeignet, den Stickoxidgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine 1 zu bestimmen, also insbesondere wie viele Stickoxid-Moleküle in einem bestimmten Abgasvolumen enthalten sind, d. h. die Konzentration von Stickoxiden im Abgas. Stickoxide im Abgas der Brennkraftmaschine sind bekanntermaßen gasförmige Oxide des Stickstoffs, wie Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid.
  • Entsprechend 2 sind die für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlichen Zusammenhänge in einem Diagramm gezeigt.
  • Über der Zeit ist im oberen Bereich des Diagramms die (gemessene) Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 gezeigt (Abfolge von gepunkteten Markierungen).
  • Bis kurz vor dem Zeitpunkt t1 wird die Brennkraftmaschine 1 befeuert bzw. der Brennkraftmaschine 1 wird Kraftstoff zugeführt, so dass bis kurz vor dem Zeitpunkt t1 Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 geleitet wird. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 ist folglich bis zu dem Zeitpunkt t1 mit Abgas und darin enthaltenen Stickoxiden in Kontakt, d. h. die im Abgas enthaltenen Stickoxide werden in dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 gespeichert, vorausgesetzt natürlich, dass nicht gerade eine Regeneration erfolgt bzw. der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 noch über eine gewisse Speicherkapazität verfügt, d. h. noch umgebildete Stickoxide speichern kann. Bevorzugt erfolgt die im weiteren Verlauf beschriebene Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 unter Beachtung der Zeitspanne, die seit der letzten Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 vergangen ist, so dass sichergestellt ist, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 noch über eine gewisse Speicherkapazität verfügt, d. h. noch (umgebildete) Stickoxide speichern kann.
  • Ab dem Zeitpunkt t1 wird die Brennkraftmaschine 1 im Schub betrieben. D. h. die Drehzahl verringert sich nahezu linear im Bereich zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2. Der Schubbetrieb dauert gemäß dem vorliegenden Beispiel etwa 7 Sekunden. Während des Schubbetriebes zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 wird die Brennkraftmaschine 1 nicht befeuert. Anders gesagt wird der Brennkraftmaschine 1 kein Kraftstoff zugeführt, so dass zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 kein Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 geleitet wird, sondern nur Luft. Infolgedessen erfolgt ein Absinken der Stickoxidkonzentration bzw. ein Vermischen von Luft und Abgas in der Abgasanlage 2, so dass letztendlich sowohl der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 als auch der Stickoxid-Sensor 4 praktisch nur noch mit Luft in Kontakt ist. Infolgedessen wird das Signal bzw. der Signalwert des Stickoxid-Sensors 4 stark verringert.
  • Ab dem Zeitpunkt t2 wird die Brennkraftmaschine 1 wieder befeuert und zwar insbesondere mit einem mageren Gemisch (Verbrennungsluft-Verhältnis > 1) bzw. der Brennkraftmaschine 1 wird wieder Kraftstoff zugeführt, d. h. es erfolgt ein Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine 1, so dass ab dem Zeitpunkt t2 wieder stickoxidhaltiges Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 und dem Stickoxid-Sensor 4 geleitet wird. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 sowie der Stickoxid-Sensor 4 sind folglich nach dem Zeitpunkt t2 wieder mit Abgas und darin enthaltenen Stickoxiden in Kontakt. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 1 unmittelbar nach dem Schubbetrieb im Leerlauf mit einer bestimmten Drehzahl (Leerlaufdrehzahl), bevorzugt zwischen 700 und 900 Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 pro Minute, bevorzugt mit einem mageren Gemisch (Verbrennungsluft-Verhältnis > 1) betrieben. Leerlauf bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 1 unbelastet ist, also kein Drehmoment z. B. zum Antrieb des anzutreibenden Fahrzeugs von der Brennkraftmaschine 1 abgenommen wird.
  • Über der Zeit ist im unteren Bereich des Diagramms die Konzentration von Stickoxiden im Abgas der Brennkraftmaschine 1 gezeigt. Die durchgezogene Linie zeigt die Konzentration von Stickoxiden/der Stickoxidkonzentration (zum jeweiligen Mess-Zeitpunkt bzw. den zeitlichen Verlauf der Stickoxidkonzentration) stromaufwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3, also die Stickoxidkonzentration des unbehandelten Abgases, welche für Test- bzw. Erprobungszwecke z. B. mittels geeigneter Abgasmesstechnik ermittelt/gemessen wurde.
  • Die Abfolge dreieckiger Markierungen zeigt die mittels des Stickoxid-Sensors 4 gemessene Stickoxidkonzentration stromabwärts eines neuen, d. h. voll funktionsfähigen Stickoxid-Speicherkatalysators 3.
  • Die Abfolge viereckiger Markierungen zeigt die mittels des Stickoxid-Sensors 4 gemessene Stickoxidkonzentration stromabwärts eines gealterten, d. h. noch funktionsfähigen Stickoxid-Speicherkatalysators 3.
  • Die Abfolge ringförmiger Markierungen zeigt die mittels des Stickoxid-Sensors 4 gemessene Stickoxidkonzentration stromabwärts eines beschädigten, d. h. nicht mehr funktionsfähigen Stickoxid-Speicherkatalysators 3.
  • Wie schon beschrieben, wird die Brennkraftmaschine 1 ab dem Zeitpunkt t2 wieder befeuert bzw. der Brennkraftmaschine 1 wird wieder Kraftstoff zugeführt, so dass nach dem Zeitpunkt t2 wieder Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3/Stickoxid-Sensor 4 geleitet wird. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3/Stickoxid-Sensor 4 ist folglich ab dem Zeitpunkt t2 (wieder) mit Abgas und darin enthaltenen Stickoxiden in Kontakt. Jedenfalls steigt nach dem Zeitpunkt t2 die Stickoxidkonzentration stromaufwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 steil an, erreicht einen Maximalwert und klingt im weiteren Verlauf ab bzw. stabilisiert sich auf einem bestimmtem Niveau N1.
  • Gemäß 2 steigt, wenn auch mit einer geringen Verzögerung, nach dem Zeitpunkt t2, auch die mittels des Stickoxid-Sensors 4 ermittelte Stickoxidkonzentration stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 an. Insbesondere werden mit dem Einsetzen der Befeuerung der Brennkraftmaschine 1 wieder die im Abgas enthaltenen Stickoxide in dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 gespeichert. Etwa zum Zeitpunkt t3 hat sich die Einspeicherung eingeschwungen, d. h. zunächst steigt nach dem Zeitpunkt t2 die mittels des Stickoxid-Sensors 4 ermittelte Stickoxidkonzentration stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 mehr oder weniger steil an und stabilisiert sich dann auf einem bestimmten Niveau N2, N3 oder N4, je nachdem, ob es sich um einen neuen, d. h. funktionsfähigen (N4), gealterten (N3) oder nicht mehr funktionsfähigen (N2) Stickoxid-Speicherkatalysator 3 handelt.
  • Wie in 3 gezeigt, erfolgt die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 erfindungsgemäß folgendermaßen. Bis kurz vor dem Zeitpunkt t1 wird die Brennkraftmaschine 1 befeuert bzw. der Brennkraftmaschine 1 wird Kraftstoff zugeführt, so dass bis kurz vor dem Zeitpunkt t1 Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3/Stickoxid-Sensor 4 geleitet wird, so dass sowohl der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 als auch der Stickoxid-Sensor 4 mit Abgas bzw. Stickoxiden in Kontakt sind.
  • Ab dem Zeitpunkt t1 wird die Brennkraftmaschine 1 im Schub betrieben. Während des Schubbetriebes zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 wird die Brennkraftmaschine 1 nicht befeuert, d. h. der Brennkraftmaschine 1 wird kein Kraftstoff zugeführt, so dass zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 kein Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 geleitet wird, sondern nur Luft. Infolgedessen erfolgt ein Absinken der Stickoxidkonzentration bzw. ein Vermischen von Luft und Abgas in der Abgasanlage 2, so dass letztendlich sowohl der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 als auch der Stickoxid-Sensor 4 praktisch nur noch mit Luft in Kontakt ist. Infolgedessen wird das Signal bzw. der Signalwert des Stickoxid-Sensors 4 stark verringert. Kurz vor dem Zeitpunkt t2 bzw. im Bereich um den Zeitpunkt t2 erreicht das Signal bzw. der Signalwert des Stickoxid-Sensors 4 ein Minimum. Ab dem Zeitpunkt t2 wird die Brennkraftmaschine 1 wieder befeuert bzw. der Brennkraftmaschine 1 wird wieder Kraftstoff zugeführt, d. h. es erfolgt ein Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine 1, so dass ab dem Zeitpunkt t2 wieder stickoxidhaltiges Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 und dem Stickoxid-Sensor 4 geleitet wird. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 sowie der Stickoxid-Sensor 4 sind folglich nach dem Zeitpunkt t2 wieder mit Abgas und darin enthaltenen Stickoxiden in Kontakt.
  • Zunächst sei ein gealterter, d. h. noch funktionsfähiger Stickoxid-Speicherkatalysator 3 betrachtet, siehe die Abfolge viereckiger Markierungen in 3. Infolgedessen steigt das durch den vorangegangenen Schubbetrieb bzw. die Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine 1 deutlich verringerte bzw. minimierte Signal des stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 in der Abgasanlage 2 angeordneten Stickoxid-Sensors 4 wieder an, nämlich ausgehend von einem sehr geringen, d. h. minimalen Wert W (siehe untere horizontale Linie in 3, die dem Minimum des Signals des Stickoxid-Sensors 4 entspricht) zum Zeitpunkt t2 bis auf einen Wert W´ (siehe mittlere horizontale Linie in 3) zum Zeitpunkt t3, wobei die Werte W und W´ die Stickoxidkonzentration stromabwärts des jeweiligen Stickoxid-Speicherkatalysators 3 widerspiegeln. Erfindungsgemäß kann nun die Differenz D zwischen dem Wert W´ und dem Wert W gebildet und einem ersten Grenzwert gegenübergestellt werden. Wird dieser erste Grenzwert verletzt, wird befunden, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 nicht mehr funktionstüchtig ist. Angenommen, der Wert W zum Zeitpunkt t2 (das Minimum des Signals des Stickoxid-Sensors 4) beträgt 4 ppm NOx und der Wert W´ beträgt zum Zeitpunkt t3 16 ppm NOx, dann beträgt der Wert der Differenz D 12 ppm NOx. Der erste Grenzwert liegt beispielsweise bei 20 ppm und wird nicht verletzt, d. h. der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 wird als (noch) funktionstüchtig bewertet.
  • Weiterhin sei ein beschädigter, d. h. nicht mehr funktionsfähiger Stickoxid-Speicherkatalysator 3 betrachtet, siehe die Abfolge ringförmiger Markierungen in 3. Ab dem Zeitpunkt t2 wird die Brennkraftmaschine 1 wieder befeuert bzw. der Brennkraftmaschine 1 wird wieder Kraftstoff zugeführt, d. h. es erfolgt ein Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine 1, so dass ab dem Zeitpunkt t2 wieder stickoxidhaltiges Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 3 und dem Stickoxid-Sensor 4 geleitet wird. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 sowie der Stickoxid-Sensor 4 sind folglich nach dem Zeitpunkt t2 wieder mit Abgas und darin enthaltenen Stickoxiden in Kontakt. Infolgedessen steigt das durch den vorangegangenen Schubbetrieb bzw. die Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine 1 deutlich verringerte bzw. minimierte Signal des stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 in der Abgasanlage 2 angeordneten Stickoxid-Sensors 4 wieder an, nämlich ausgehend von dem sehr geringen, d. h. minimalen Wert W (siehe untere horizontale Linie in 3) zum Zeitpunkt t2 bis auf einen Wert W´´ (siehe obere horizontale Linie in 3) zum Zeitpunkt t3, wobei die Werte W und W´´ die Stickoxidkonzentration stromabwärts des jeweiligen Stickoxid-Speicherkatalysators 3 widerspiegeln. Erfindungsgemäß kann nun die Differenz D zwischen dem Wert W´´ und dem Wert W gebildet und dem ersten Grenzwert gegenübergestellt werden. Wird dieser erste Grenzwert verletzt, wird befunden, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 nicht mehr funktionstüchtig ist. Angenommen der Wert W zum Zeitpunkt t2 beträgt 4 ppm NOx (das Minimum des Signals des Stickoxid-Sensors 4) und der Wert W´´ beträgt zum Zeitpunkt t3 32 ppm NOx, dann beträgt der Wert der Differenz D 28 ppm NOx. Der erste Grenzwert liegt beispielsweise bei 20 ppm und wird verletzt, d. h. der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 wird als nicht mehr funktionstüchtig bewertet.
  • Auf eine Betrachtung eines neuen, d. h. voll funktionsfähigen Stickoxid-Speicherkatalysators 3 wird verzichtet.
  • Wie in 4 gezeigt, kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 erfindungsgemäß auch folgendermaßen erfolgen. Zunächst sei ein gealterter, d. h. noch funktionsfähiger Stickoxid-Speicherkatalysator 3 betrachtet, siehe die Abfolge viereckiger Markierungen in 4. Wie schon beschrieben, steigt das durch den vorangegangenen Schubbetrieb bzw. die Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine 1 deutlich verringerte bzw. minimierte Signal des stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 in der Abgasanlage 2 angeordneten Stickoxid-Sensors 4 wieder an, nämlich ausgehend von einem sehr geringen, d. h. minimalen Wert W (siehe untere horizontale Linie in 4, entspricht dem Minimum des Signals des Stickoxid-Sensors 4) zum Zeitpunkt t2 bis auf einen Wert W´ (siehe mittlere horizontale Linie in 4) zum Zeitpunkt t3, wobei die Werte W und W´ die Stickoxidkonzentration stromabwärts des jeweiligen Stickoxid-Speicherkatalysators 3 widerspiegeln. Erfindungsgemäß wird der (mittlere) Anstieg A des Signals des Stickoxid-Sensors 4 auf seinem Verlauf ausgehend von dem Wert W zum Zeitpunkt t2 bis zum Erreichen des Wertes W´ zum Zeitpunkt t3, d. h. der Anstieg A des Signals des Stickoxid-Sensors 4 zwischen dem Wert W zum Zeitpunkt t2 und dem Wert W´ zum Zeitpunkt t3 bestimmt und einem zweiten Grenzwert gegenübergestellt. Angenommen, der zweite Grenzwert liegt bei einem Anstieg A bzw. einem Steigungswinkel des Signals des Stickoxid-Sensors 4 von 40 Grad, dann wird der zweite Grenzwert nicht verletzt, da der Anstieg A bzw. der Steigungswinkel gemäß 4 weniger als 40 Grad beträgt, d. h. der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 wird als (noch) funktionstüchtig bewertet.
  • Wird nun ein beschädigter, d. h. nicht mehr funktionsfähiger Stickoxid-Speicherkatalysator 3 betrachtet, siehe die Abfolge ringförmiger Markierungen in 4, dann zeigt sich, dass das durch den vorangegangenen Schubbetrieb bzw. die Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine 1 deutlich verringerte bzw. minimierte Signal des stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 in der Abgasanlage 2 angeordneten Stickoxid-Sensors 4 wieder ansteigt, nämlich ausgehend von dem sehr geringen, d. h. minimalen Wert W (siehe untere horizontale Linie in 4, entspricht dem Minimum des Signals des Stickoxid-Sensors 4) zum Zeitpunkt t2 bis auf einen Wert W´´ (siehe obere horizontale Linie in 4) zum Zeitpunkt t3, wobei die Werte W und W´´ die Stickoxidkonzentration stromabwärts des jeweiligen Stickoxid-Speicherkatalysators 3 widerspiegeln. Erfindungsgemäß wird der (mittlere) Anstieg A des Signals des Stickoxid-Sensors 4 während seines Verlauf ausgehend von dem Wert W zum Zeitpunkt t2 bis zum Erreichen des Wertes W´´ zum Zeitpunkt t3, d. h. der Anstieg A des Signals des Stickoxid-Sensors 4 zwischen dem Wert W zum Zeitpunkt t2 und dem Wert W´´ zum Zeitpunkt t3 bestimmt und dem zweiten Grenzwert gegenübergestellt. Angenommen, der zweite Grenzwert entspricht einem Anstieg A bzw. Steigungswinkel von bzw. liegt bei 40 Grad, dann wird der zweite Grenzwert offensichtlich verletzt, da der Anstieg A bzw. der Steigungswinkel größer ist als 40 Grad, d. h. der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 wird als nicht mehr funktionstüchtig bewertet.
  • Erfindungsgemäß können auch die genannte Differenz D bzw. der Wert der genannten Differenz D und der genannte Anstieg A/die Steigung/der Steigungswinkel in Kombination, also gleichzeitig ausgewertet werden, zum Zweck der Funktionsprüfung des Stickoxid-Speicherkatalysators 3. Von Vorteil ist hierbei, dass die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 noch robuster bzw. noch genauer wird.
  • Verletzt der Wert der Differenz D zwischen dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 und dem Wert W zum Zeitpunkt t2 den ersten Grenzwert nicht und verletzt der Anstieg A/die Steigung des Signals des Stickoxid-Sensors 4 zwischen dem Wert W zum Zeitpunkt t2 und dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 den zweiten Grenzwert ebenfalls nicht, dann kann besonders sicher geschlussfolgert werden, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 funktionsfähig ist.
  • Verletzt der Wert der Differenz D zwischen dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 und dem Wert W zum Zeitpunkt t2 den ersten Grenzwert nicht, aber der Anstieg A/die Steigung des Signals des Stickoxid-Sensors 4 zwischen dem Wert W zum Zeitpunkt t2 und dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 verletzt den zweiten Grenzwert, dann kann sicher geschlussfolgert werden, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 nicht funktionsfähig ist. Das gilt auch für den Fall, dass die Differenz D zwischen dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 und dem Wert W zum Zeitpunkt t2 den ersten Grenzwert verletzt, jedoch der Anstieg A/die Steigung des Signals des Stickoxid-Sensors 4 zwischen dem Wert W zum Zeitpunkt t2 und dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 den zweiten Grenzwert nicht verletzt.
  • Verletzt der Wert der Differenz D zwischen dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 und dem Wert W zum Zeitpunkt t2 den ersten Grenzwert und verletzt der Anstieg A/die Steigung des Signals des Stickoxid-Sensors 4 zwischen dem Wert W zum Zeitpunkt t2 und dem Wert W´ bzw. W´´ zum Zeitpunkt t3 den zweiten Grenzwert ebenfalls, dann kann sicher geschlussfolgert werden, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 nicht funktionsfähig ist.
  • Alternativ kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 erfindungsgemäß auch folgendermaßen erfolgen. Dazu wird eine Bestimmung der Masse oder Menge an Stickoxid in Abhängigkeit des Signals des Stickoxid-Sensors 4 vorgenommen, welche beginnend mit der erneuten Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine 1, also dem Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine 1, innerhalb einer Zeitspanne nicht mittels des Stickoxid-Speicherkatalysators 3 gespeichert wurde. Insbesondere erfolgt dazu eine Integration des Massen- oder Mengenstromes an Stickoxid stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 3, der in Abhängigkeit des Signals des Stickoxid-Sensors 4 und des Abgasmassenstromes bzw. Abgasmengenstromes bestimmt wurde. Jedenfalls erfolgt im weiteren Verlauf eine Gegenüberstellung der so bestimmten Masse oder Menge an Stickoxid mit einem (dritten) Grenzwert, wobei wenn die Masse oder Menge an Stickoxid diesen Grenzwert überschreitet, bestimmt wird, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 3 nicht mehr funktionsfähig ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 07208151 A [0003]
    • DE 102014209972 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators (3), der in der Abgasanlage (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, wobei stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators (3) ein Stickoxid-Sensor (4) in der Abgasanlage (2) angeordnet ist, wobei nach einem Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine (1) im Anschluss an eine Schubphase der Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von dem sich dann ausprägenden Signal des Stickoxid-Sensors (4) die Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators (3) überprüft wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: a.) Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, b.) Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass kein Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, c.) erneute Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass wieder Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, d.) Ermittlung eines Wertes (W) des Signals des Stickoxid-Sensors (4), welcher sich infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) gemäß Schritt b.) ergibt, e.) Ermittlung eines Wertes (W´, W´´) des Signals des Stickoxid-Sensors (4), welcher sich infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) gemäß Schritt c.) ergibt, f.) Bestimmung des Wertes der Differenz (D) zwischen dem gemäß Schritt e.) ermittelten Wert (W´, W´´) des Signals des Stickoxid-Sensors (4) und dem gemäß Schritt d.) ermittelten Wert (W) des Signals des Stickoxid-Sensors (4), g.) Gegenüberstellung des gemäß Schritt f.) ermittelten Wertes der Differenz (D) mit einem ersten Grenzwert, wobei wenn der Wert der Differenz (D) den ersten Grenzwert verletzt, bestimmt wird, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator (3) nicht mehr funktionsfähig ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: a.) Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, b.) Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass kein Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, c.) erneute Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass wieder Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, d.) Ermittlung eines Wertes (W) des Signals des Stickoxid-Sensors (4), welcher sich infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) gemäß Schritt b.) zu einem Zeitpunkt (t2) ergibt, e.) Ermittlung eines Wertes (W´, W´´) des Signals des Stickoxid-Sensors (4), welcher sich infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) gemäß Schritt c.) zu einem Zeitpunkt (t3) ergibt, f.) Bestimmung des Anstiegs (A) des Signals des Stickoxid-Sensors (4) zwischen dem Wert (W) gemäß Schritt d.) und dem Wert (W´, W´´) gemäß Schritt e.), g.) Gegenüberstellung des gemäß Schritt f.) bestimmten Anstiegs (A) mit einem zweiten Grenzwert, wobei wenn der Anstieg (A) den zweiten Grenzwert verletzt, bestimmt wird, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator (3) nicht mehr funktionsfähig ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: a.) Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, b.) Unterbrechung der Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass kein Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, c.) erneute Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1), so dass wieder Abgas zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator (3) und dem Stickoxid-Sensor (4) geleitet wird, d.) Bestimmung der Masse oder Menge an Stickoxid in Abhängigkeit des Signals des Stickoxid-Sensors (4), welche beginnend mit der erneuten Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine (1) gemäß Schritt c.) innerhalb einer Zeitspanne nicht mittels des Stickoxid-Speicherkatalysators (3) gespeichert wurde, e.) Gegenüberstellung der gemäß Schritt d.) bestimmten Masse oder Menge an Stickoxid mit einem Grenzwert, wobei wenn die Masse oder Menge an Stickoxid den Grenzwert überschreitet, bestimmt wird, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator (3) nicht mehr funktionsfähig ist.
  5. Verfahren nach Patentanspruch 2 und 3, wobei gemäß Schritt f.) in Patentanspruch 2 eine Bestimmung des Wertes der Differenz (D) erfolgt und gemäß Schritt f.) in Patentanspruch 3 eine Bestimmung des Anstiegs (A) erfolgt und in Abhängigkeit des Wertes der Differenz (D) und des Anstiegs (A) eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Stickoxid-Speicherkatalysators (3) erfolgt.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators (3) unter Beachtung der Zeitspanne erfolgt, die seit der letzten Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators (3) vergangen ist.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 2 bis 6, wobei die Brennkraftmaschine (1) gemäß Schritt c.) mit einem Verbrennungsluft-Verhältnis > 1 im Leerlauf bei einer Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (1) zwischen 700 und 900 Umdrehungen pro Minute betrieben wird.
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