DE102015211907A1

DE102015211907A1 - Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators

Info

Publication number: DE102015211907A1
Application number: DE102015211907.6A
Authority: DE
Inventors: Herbert Schoemig; Alexander Franz; Cornelia Nagel; Tobias Pfister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Um die Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators (36), insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, während des Betriebs einer Brennkraftmaschine (30), zu überwachen wird vorgeschlagen, dass, während eine Regeneration Speicherkatalysators (36) mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt wird, mindestens eine erste von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators (36) abhängige OBD-Größe ermittelt und mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen wird, und falls die OBD-Größe den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, bei einer nachfolgenden Regeneration des Speicherkatalysators (36) die Brennkraftmaschine (30) mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators (36) optimierten Lambda-Sollwert betrieben und die mindestens erste und/oder mindestens eine zweite von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators (36) abhängige OBD-Größe ermittelt, mit dem ersten oder einem zweiten vorgebbaren Schwellenwert verglichen und falls diese OBD-Größe den Schwellenwert überschreitet, auf einen Defekt des Speicherkatalysators (36) geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators, insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, während des Betriebs einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators, wobei das Computerprogramm auf einem Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine abgespeichert ist. Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Die aktuell gültigen Bestimmungen in Europa und in den USA bezüglich der On-Board-Diagnose (OBD) Systeme in Kraftfahrzeugen fordern eine Überwachung von Speicherkatalysatoren, insbesondere der Stickoxid(NOx)-Speicherkatalysatoren, die auch als NSC (Nitrogyn Oxid Storage Catalyst) bezeichnet werden, hinsichtlich ihrer emissionsmindernden Wirkung in Bezug zu dem zu speichernden Stoff, also insbesondere der Stickoxide. Um dies zu erreichen, muss eine Überwachungsfunktion bereitgestellt werden, die es ermöglicht, einen intakten Speicherkatalysator von einem defekten Speicherkatalysator zu unterscheiden. Insbesondere soll ein gerade noch als funktionstüchtig geltender Speicherkatalysator, der als WPA (Worst Part Acceptable) bezeichnet wird, von einem gerade nicht mehr funktionstüchtigen Speicherkatalysator, der als BPU (Best Part Unacceptable) bezeichnet wird, unterschieden werden. Die Unterscheidung eines WPA von einem BPU ist jedoch nicht trivial, was unter anderem die nachfolgenden Gründe hat: Insbesondere bei einem regulären Magerbetrieb des Motors (Lambda > 1) entsteht vermehrt Stickstoff, der in dem Speicherkatalysator gespeichert wird. In einer anschließenden Regenerationsphase werden durch ein fettes Kraftstoffgemisch (Lambda < 1) die in dem Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide in unschädliche Abgasbestandteile umgewandelt und wieder in den Abgasstrom abgegeben. Dies wird dadurch erreicht, dass auf Grund des fetten Kraftstoffgemischs in dem Abgasstrom reduzierende Komponenten wie beispielsweise unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid vorhanden sind, mit deren Hilfe die in dem Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide zu unschädlichen Stoffen reduziert werden.
Eine Schädigung des Speicherkatalysators bewirkt eine Verminderung des Verbrauchs der reduzierenden Komponenten beziehungsweise der Reduktionsmittel und damit eine Erhöhung des sogenannten Reduktionsmittelschlupfes, also der Menge an Reduktionsmittel, die während der Regenerationsphase nicht bei der Reduktion der gespeicherten Stickoxide verbraucht werden. Die Größen "Reduktionsmittelverbrauch" und/oder "Reduktionsmittelschlupf" sind in bekannter Weise mittels zweier Lambdasonden, die vor und nach dem Speicherkatalysator verbaut sind, ermittelbar, so dass diese Größen als Überwachungsmerkmal für eine Diagnose des Speicherkatalysators genutzt werden können.
Mit diesem bekannten Verfahren lässt sich jedoch nur eine sehr starke Schädigung des Speicherkatalysators feststellen. Weist das Grenzmuster des Speicherkatalysators als BPU-Muster hingegen nur eine geringe Schädigung auf, so reicht die Sensitivität der bekannten Verfahren in der Regel nicht aus, um diesen Speicherkatalysator sicher als beschädigt zu erkennen.
Eine Möglichkeit zur Steigerung der Sensitivität der bekannten Verfahren ist die Applikation eines niedrigeren Lambda-Sollwertes für die Regenerationsphase. Dadurch wird allerdings mehr zusätzlicher Kraftstoff benötigt als für die eigentliche Regeneration nötig ist, was vor dem Hintergrund einer zukünftig nochmals weiter verschärften CO₂-Gesetzgebung unerwünscht ist. Würde beispielsweise aus Emissionsgründen ein Lambdasollwert in der Nähe von Lambda = 1 appliziert, könnte dies überdies dazu führen, dass durch die ungünstige Toleranzlage des O₂-Signals von der Lambdasonde oder dem NOx-Sensor sogar die Erkennung eines unbeschichteten Speicherkatalysators beziehungsweise eines Leerrohres oder eines sehr stark geschädigten Speicherkatalysators nicht mehr möglich wäre.
Zur Sicherstellung der OBD-Robustheit, um also einen funktionsuntüchtigen Speicherkatalysator sicher erkennen zu können, muss heutzutage ein niedrigerer Lambdasollwert verwendet werden, was jedoch bezüglich der hierbei auftretenden Emissionen nicht dem Optimum entspricht.
Grundsätzlich ist es die Aufgabe einer OBD-Funktion für die Abgasnachbehandlung zu erkennen, ob die NOx-Emission des Fahrzeuges beziehungsweise der Brennkraftmaschine die zulässigen OBD-Grenzwerte überschreitet. Wie bereits beschrieben ist es besonders schwierig, einen Speicherkatalysator, der die OBD-Grenzwerte gerade überschreitet (BPU – Best Part Unacceptable), von einem beispielsweise auf Grund einer normalen Alterung in seinem Wirkungsgrad verminderten Speicherkatalysator, der jedoch die OBD-Grenzwerte noch nicht überschreitet (WPA – Worst Part Acceptable), sicher zu unterscheiden.
Um eine bessere Unterscheidung zwischen dem BPU und dem WPA zu erreichen, werden heutzutage Plausibilisierungsfunktionen durchgeführt, für die bestimmte Überwachungsbedingungen vorgegeben werden. Diese Bedingungen werden so gewählt, dass die Genauigkeit der Diagnose möglichst hoch und die Streuung der Diagnoseergebnisse möglichst gering ausfallen. Beispielsweise werden die Überwachungen auf bestimmte Wertebereiche für eine oder mehrere der folgenden Größen begrenzt:

– Abgasmassenstrom,
– Abgasvolumenstrom,
– Abgastemperatur an einer beliebigen Stelle,
– Betriebspunkt, beispielsweise Drehzahl oder Einspritzmenge,
– Fahrzeuggeschwindigkeit,
– Umgebungsdruck,
– Umgebungstemperatur,
– NOx-, PM-, HC-, CO-, O₂-Signale,
– AGR (Abgasrückführungsrate),
– Motorbetriebsart,
– Motorstatus,
– Motorlaufzeit,
– Motorstandzeit.

Häufig werden Überwachungen unter (quasi-)stationären Bedingungen durchgeführt, die anhand einer oder mehrerer der oben genannten Größen bestimmt werden. Die Wahl dieser Bedingungen darf jedoch nicht zu restriktiv erfolgen, da sonst die Häufigkeit der Überwachungen zu stark eingeschränkt werden würde. Die Komponentenüberwachung soll nämlich in jedem Fahrzyklus stattfinden.
Die Berechnung und Ausgabe der Diagnosehäufigkeit in der Einheit (Zyklen, in denen die Überwachung durchgeführt wurde / Gesamtzahl der Zyklen, in denen die Überwachung hätte ablaufen müssen) erfolgt in der Praxis durch eine standardisierte Berechnung der „In Use Monitoring Performance Ratio“ (IUMPR). Für die IUMPR gibt die Gesetzgebung derzeit einen Minimalwert vor, der beispielsweise angibt, dass eine Überwachung in mindestens jedem dritten Fahrzyklus stattfinden soll (IUMPR = 0,33).
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der eine sicherere Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Speicherkatalysators möglich ist, wobei sowohl das Durchführen und die Robustheit der Diagnoseergebnisse optimiert werden und gleichzeitig eine optimierte Emission der Schadstoffe erreicht werden soll.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass, während die Brennkraftmaschine mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert betrieben wird, mindestens eine erste von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators abhängige OBD-Größe ermittelt und mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen wird. Falls die OBD-Größe den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, wird bei einer nachfolgenden Regeneration des Speicherkatalysators bzw. der nachfolgenden Regenerationsphase die Brennkraftmaschine mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert betrieben und die mindestens erste und/oder mindestens eine zweite von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators abhängige OBD-Größe ermittelt, mit dem ersten oder einem zweiten vorgebbaren Schwellenwert verglichen und falls diese OBD-Größe den Schwellenwert überschreitet, auf einen Defekt des Speicherkatalysators geschlossen.
Erfindungsgemäß werden also die für den Speicherkatalysator relevanten OBD-Größen in einem "Normalzustand" ermittelt, in welchem die Regenerationsphase mit dem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt wird. Liegt das Ergebnis innerhalb des Toleranzbereiches beziehungsweise überschreiten die ermittelten OBD-Größen den Schwellenwert oder die Schwellenwerte nicht, so wird dies als ein "Gut-Ergebnis" gewertet und an das Diagnosesystem gemeldet. Wird hingegen ein OBD-Wert ermittelt, der jenseits der Defekterkennungsschwelle liegt, der also den Schwellenwert überschreitet, so wird – quasi als eine Art Eskalation – bei einer darauffolgenden Regenerationsphase auf einen für die Durchführung der Onboard-Diagnose optimierten Lambda-Sollwert umgeschaltet, so dass dann eine robuste Bestätigung des Fehlerverdachts möglich ist, beziehungsweise feststellbar ist, ob der Speicherkatalysator doch noch als funktionstüchtig einzustufen ist. Wird in dieser Regenerationsphase, im Folgenden auch als "OBD-Regeneration" bezeichnet, das Defekt-Ergebnis bestätigt, wird dies an das Diagnosesystem gemeldet. Ist das Ergebnis hingegen in Ordnung (i.O.), wird der Speicherkatalysator also als funktionstüchtig bzw. noch funktionstüchtig erkannt, findet ebenfalls eine entsprechende Meldung an das Diagnosesystem statt.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass es möglich ist, i.O.-Fahrzeuge beziehungsweise i.O.-Brennkraftmaschinen, bei denen der Speicherkatalysator also (noch) funktionstüchtig ist, größtenteils im emissionsoptimierten Betrieb betreiben zu können, ohne dass dabei jedoch die OBD-Anforderungen verletzt werden. Nur für den Verdachtsfall, falls also während des emissionsoptimierten Betriebs beziehungsweise des Betriebs mit dem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert auf eine mögliche Funktionsuntüchtigkeit geschlossen wird, wird der emissionsoptimierte Betrieb (zumindest vorübergehend) verlassen und auf den OBD-optimierten Betrieb umgeschaltet.
Durch das Umschalten zwischen diesen beiden Betriebsarten wird eine eindeutige Diagnose der Funktionstüchtigkeit der Speicherkatalysatoren ermöglicht, trotz der Toleranzen beziehungsweise der Streuungen (inklusive der Systemtoleranzen), die für Überschneidung der OBD-Merkmale, beispielsweise der Schlupfrate, zur Folge haben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach einem ersten Überschreiten des Schwellenwertes während einer Regenerationsphase, in der die Brennkraftmaschine mit dem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert betrieben wird, mindestens die Regenerationsphase in einem nachfolgenden Fahrzyklus nochmals mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt und es wird erneut mindestens die erste OBD-Größe ermittelt, mit dem Schwellenwert verglichen und nur falls der Schwellenwert wieder überschritten wird, wird bei einer in einem nochmals nachfolgenden Fahrzyklus durchgeführten Regeneration des Speicherkatalysators die Brennkraftmaschine mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert (OBD-optimierter Lambda-Sollwert) betrieben. Bei dieser OBD-Regeneration wird dann die mindestens erste und/oder mindestens zweite von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators abhängige OBD-Größe ermittelt, mit dem ersten oder zweiten vorgebbaren Schwellenwert verglichen und, falls diese OBD-Größe den Schwellenwert überschreitet, auf einen Defekt des Speicherkatalysators geschlossen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird folglich nicht sofort nach einem Defekt-Ergebnis, das während einer emissionsoptimierten Regenerationsphase erkannt wurde, in der Regenerationsphase des darauffolgenden Fahrzyklus auf den OBD-optimierten Betrieb umgeschaltet, sondern es wird beispielsweise ein sogenannter "pending"-Fehler in dem Steuergerät gesetzt. Erst in einer Regenerationsphase eines folgenden Fahrzyklus' wird die Brennkraftmaschine mit einem emissionsoptimierten Lambdawert betrieben, so dass eine Bestätigung des Defekts während dieser Betriebsart möglich ist. Dadurch wird eine sogenannte "Vorentprellung" der Ereignisse erreicht, es sind folglich mehrere schlechte Ergebnisse in Folge nötig bzw. möglich, um den Fehler zu bestätigen. Beispielsweise wird erst nach dem dritten Fahrzyklus mit jeweils erkanntem, jedoch als "pending" betrachteten Fehler dieser Fehler an das Diagnosesystem ausgegeben und durch die Aktivierung der MIL (Malfunction Indicator Lamp) im Fahrbetrieb dem Fahrer angezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform wird folglich nach dem Erkennen eines möglichen Fehlers während einer mit emissionsoptimierten Parametern durchgeführten Regenerationsphase nicht gleich in dem darauffolgenden Fahrzyklus, sondern frühestens im übernächsten Fahrzyklus auf die OBD-Strategie umgeschaltet.
Vorzugsweise wird während der Regeneration, bei der die Brennkraftmaschine mit dem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert (OBD-optimierter Lambda-Sollwert) betrieben wird, mindestens ein weiterer die Diagnose der Funktionsfähigkeit beeinflussender Parameter angepasst. Neben dem Lambdasollwert werden bspw. auch solche Parameter angepasst, die für die Diagnose des Speicherkatalysators relevant sind.
Vorzugsweise umfassen diese Parameter die Schlupfrate eines Reduktionsmittels und/oder eine Auswerteschwelle für die Berechnung der Schlupfrate. Die Auswertung der Schlupfrate ist eine Berechnung, die auf der Integration des Reduktionsmittelangebots, also der Konzentration der Reduktionsmittel im Abgasstrom vor dem Speicherkatalysator und dem Reduktionsmittelschlupf nach dem Speicherkatalysator basiert.
Vorzugsweise wird genauso lange integriert, bis die Trennung am besten ist, wodurch die Auswerteschwelle für das Reduktionsmittelangebot bestimmt wird. Dies kann selbstverständlich für die veränderten Bedingungen bei dem jeweils angepassten Lambda-Sollwert ein anderer Wert sein, Da sich die Verteilung der Diagnosewerte ändert, ist es hilfreich, die Diagnoseschwelle auf einen anderen Wert umzuschalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Regeneration nur dann mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert durchgeführt, wenn keine der zu diesem Zeitpunkt abfragbaren weiteren Randbedingungen anzeigt, dass die Diagnose nicht durchführbar ist. Es wird also im Vorfeld geprüft, ob das Durchführen eine Diagnose aus einem anderen Grund bzw. weil eine andere Randbedingung nicht erfüllt ist, überhaupt möglich ist. Wird festgestellt, dass aufgrund einer nicht erfüllten anderen Randbedingung die Diagnose nicht durchgeführt werden kann, braucht die Regeneration auch nicht mit einem für die Durchführung der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert durchgeführt zu werden, was wiederum zu einem optimierten Kraftstoffverbrauch führt.
Im Fall der Regeneration mit für die OBD-optimiertem Lambda-Sollwert kann es sinnvoll sein, die Regeneration nur zu starten, wenn die Randbedingungen eine OBD-Auswertung zulassen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden zu Beginn eines Fahrzyklus, also beispielsweise nach dem Starten der Brennkraftmaschine, die Regenerationsphasen des Speicherkatalysators so lange mit einem für die Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert durchgeführt und es werden, falls die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators erkannt wurde, die dann folgenden Regenerationsphasen mindestens so lange mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt, bis die mindestens erste von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators abhängige OBD-Größe den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Bei dieser möglichen Ausführungsform wird folglich zumindest die erste Regenerationsphase zu Beginn eines jeden Fahrzyklus standardmäßig mit einem für die OBD optimierten Lambda-Sollwert beziehungsweise für die Durchführung der OBD optimierten Parametern durchgeführt. Dies erfolgt solange, bis der Speicherkatalysator erfolgreich getestet worden ist. Erst dann wird auf die emissionsoptimierten Parameter beziehungsweise den emissionsoptimierten Lambda-Sollwert umgeschaltet.
Vorzugsweise wird nach dem Erkennen einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators die Brennkraftmaschine mit einem bezüglich der Emission optimierten Lambda-Wert betrieben. Wurde beispielsweise ein Speicherkatalysator als defekt erkannt, so wird gemäß dieser Ausführungsform die Brennkraftmaschine mit bezüglich der Emission optimierten Parametern betrieben, um beispielsweise auch während der Strecke zu einer Werkstatt mit möglichst geringen Emissionen und möglichst geringem Kraftstoffverbrauch fahren zu können. Alternativ hierzu ist es denkbar, nach einer erkannten Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators weiterhin mit für die Durchführung der OBD optimierten Parametern zu fahren, um weiterhin eine optimale Trennung der während der Fahrt zur Werkstatt durchgeführten Diagnoseergebnisse zu erhalten.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogramm zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators, das auf einem Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine abgespeichert ist, dadurch gelöst, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät ausgeführt wird.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine dadurch gelöst, dass auf dem Steuergerät ein erfindungsgemäßes Computerprogramm abgespeichert ist und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer der in den Ansprüchen genannten Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät ausgeführt wird.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
1 ein mehrteiliges Diagramm, in dem mögliche Verläufe eines OBD-Merkmals während einer Regenerationsphase mit emissionsoptimiertem Lambdawert und einer Regenerationsphase mit einem OBD-optimierten Lambdawert;
2 ein Ablaufdiagramm mit einigen Schritten einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Ablaufdiagramm gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein Ablaufdiagramm gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 eine schematische Darstellung einiger Komponenten eines Fahrzeugs, in dem die Erfindung realisiert werden kann.
1 besteht aus vier Teildiagrammen. Die beiden oberen Teildiagramme zeigen die Verläufe einer OBD-Größe, die für die Diagnose der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators beobachtet beziehungsweise ermittelt wird. Die beiden unteren Diagramme zeigen einzelne Werte der OBD-Größe.
In allen vier Diagrammen bezeichnet die horizontale X-Achse den Zeitverlauf. In den beiden oberen Diagrammen bezeichnet die vertikale Y-Achse den Lambda-Sollwert, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird. In den beiden unteren Diagrammen bezeichnet die vertikale Y-Achse den Wert der aktuell gemessenen OBD-Größe, also beispielsweise eine Schlupfrate des Reduktionsmittels.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Lambda-Referenzwert bezeichnet, der beispielsweise Lambda = 1 ist. Mit dem Bezugszeichen 2 ist ein möglicher Lambda-Sollwert bezeichnet, mit dem die Brennkraftmaschine während einer bezüglich der Emission optimierten Regenerationsphase betrieben wird. Ein solcher Lambdawert kann beispielsweise 0,97 betragen.
Ferner sind mögliche Verläufe einer OBD-Größe während der Durchführung der Regeneration des Speicherkatalysators gezeigt. Der Verlauf der OBD-Größe 3 wurde beispielsweise mit einem vollständig defekten Speicherkatalysator oder einem für Testzwecke verwendeten Leerrohr ermittelt. Der mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete Verlauf der OBD-Größe wurde mit einem intakten Speicherkatalysator, insbesondere einem sich in einem sogenannten Full-Useful-Life (FUL) befindlichen Speicherkatalysator ermittelt.
Die mit den Bezugszeichen 5 und 6 bezeichneten Bereichen bei den Verläufen der OBD-Größen 3 und 4 stellen Streubereiche dar, die größtenteils durch Toleranzen bei der Durchführung des Verfahrens sowie aus sich dem Gesamtsystem ergebenden Toleranzen entstehen. Es ist deutlich sichtbar, dass sich die Bereiche 5 und 6 teilweise überlappen. Dadurch ist eine eindeutige Trennung der beiden exemplarisch betrachteten Fälle (Leerrohr und Full-Useful-Life-Speicherkatalysator) nicht mehr sicher möglich.
In dem linken unteren Diagramm sind exemplarisch einige gemessene Werte der überwachten OBD-Größe dargestellt. In dem oberen Bereich sind die kreuzförmig dargestellten Werte 7 der OBD-Größe 3 gezeigt, die beispielsweise mit einem vollständig defekten Speicherkatalysator beziehungsweise mit einem Leerrohr ermittelt werden und innerhalb des Toleranzbereichs 6 liegen. Mit den Bezugszeichen 8 sind gemessene Werte für die beobachtete OBD-Größe 4, also beispielsweise ebenfalls die Schlupfrate, exemplarisch dargestellt, die mit einem vollständig funktionstüchtigen Speicherkatalysator ermittelt wurden und die innerhalb des Toleranzbereichs 5 liegen. Wie aus diesem linken unteren Teil des Diagramms ersichtlich ist, kann eine Schwelle 9 nicht eindeutig durch die gemessenen Werte 7, 8 der beobachteten OBD-Größe 3, 4 gelegt werden, so dass eine eindeutige Trennung dieser extremen Fälle nicht möglich ist.
In dem rechten Teil des in 1 gezeigten Diagramms wird die Regeneration des Speicherkatalysators mit einem für die Durchführung der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert 10, beispielsweise einem Wert von Lambda = 0,92 durchgeführt. Sowohl in dem oberen Teil des rechten Diagramms als auch in dem unteren Teil ist deutlich sichtbar, dass nun eine eindeutige Abgrenzung der gemessenen Werte 7, 8 der beobachteten OBD-Größe 3, 4 möglich ist, was in dem unteren, rechten Teil des Diagramms durch die Schwelle 11 gezeigt ist. Hier kann nun eindeutig entschieden werden, ob es sich bei dem überwachten Speicherkatalysator um einen defekten oder einen funktionstüchtigen Speicherkatalysator handelt.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 100, beispielsweise damit, dass die Brennkraftmaschine gestartet wird.
In einem Schritt 101 wird eine Regeneration des Speicherkatalysators während des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dies wird mit einem bezüglich der entstehenden Emissionen optimierten Lambda-Sollwert 2 durchgeführt und es wird mindestens eine OBD-Größe 3, 4, beispielsweise ein Reduktionsmittelschlupf, beobachtet. In einem Schritt 102 wird geprüft, ob die beobachtete OBD-Größe 3, 4 einen vorgebbaren Schwellenwert, beispielsweise den in 1 gezeigten Schwellenwert 9 überschreiten. Kann dies eindeutig ausgeschlossen werden, so wird die darauf folgende Regeneration wieder mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt, weshalb das Verfahren wieder zu dem Schritt 101 zurückverzweigt. Es wird in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel davon ausgegangen, dass die Diagnose durchführbar ist, beziehungsweise die für die Durchführung der Diagnose notwendigen Randbedingungen erfüllt sind. Ist die Diagnose nicht möglich, kann vorgesehen sein, zu dem Schritt 101 zurück zu verzweigen und diese Schleife solange zu wiederholen, bis die Diagnose zu einem Ergebnis geführt hat.
Hat sich in dem Schritt 102 gezeigt, dass der Speicherkatalysator nicht in Ordnung ist, so wird zu einem Schritt 103 verzweigt, in welchem die darauffolgende Regenerationsphase mit einem für die Diagnose optimierten Lambda-Sollwert 10 durchgeführt wird.
In einem Schritt 104 werden die gemessenen Werte 7, 8 mit einem Schwellenwert, beispielsweise dem Schwellenwert 11 verglichen. Ergibt sich hierbei, dass der Speicherkatalysator funktionstüchtig ist, so wird zu dem Schritt 101 zurückverzweigt, was bedeutet, dass die darauffolgende Regenerationsphase wieder mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert 2 durchgeführt wird. Hat sich in dem Schritt 104 hingegen gezeigt, dass der Speicherkatalysator defekt ist, weil die OBD-Werte 7 die vorgegebene Schwelle 11 überschritten haben, so kann vorgesehen sein, in einem Schritt 105 eine Meldung auszugeben, die den Fahrer anweist, eine Werkstatt aufzusuchen.
In einem Schritt 106 endet das Verfahren. In diesem Schritt kann vorgesehen sein, dass die folgenden Regenerationsphasen mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt werden, um auch für die Fahrt zu einer Werkstatt möglichst geringe Emission zu erzeugen. Alternativ kann vorgesehen sein, mit einem für die Durchführung der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert die weiteren Regenerationsphasen durchzuführen, um beispielsweise weiterhin die relevanten OBD-Größen zu überwachen und eine detaillierte Aussage über die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators treffen zu können.
3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 200, beispielsweise mit dem Starten der Brennkraftmaschine. In einem Schritt 201 erfolgt eine Regeneration des Speicherkatalysators, wobei diese Regeneration mit einem für die Durchführung der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert erfolgt. Damit wird erreicht, dass zu Beginn des Verfahrens die Diagnose sicher durchgeführt werden kann.
In einem Schritt 202 wird geprüft, ob die Diagnose erfolgreich durchgeführt werden konnte. Ist dies nicht der Fall, wird zu dem Schritt 201 zurückverzweigt, sodass die darauffolgende Regeneration ebenfalls mit einem für die Durchführung der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert erfolgt.
War die Diagnose erfolgreich, so wird in einem Schritt 203 geprüft, ob die beobachtete OBD-Größe den Schwellenwert 11 überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so wurde der Speicherkatalysator als funktionstüchtig erkannt und es wird zu einem Schritt 204 verzweigt, in welchem die darauffolgende Regenerationsphase mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert 2 durchgeführt wird.
In einem Schritt 205 wird geprüft, ob der in der mit dem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert 2 durchgeführten Regenerationsphase beobachtete OBD-Wert den vorgebbaren Schwellwert 9 überschreitet, ob also der Speicherkatalysator als funktionstüchtig zu bewerten ist oder ob die Wahrscheinlichkeit eines Defekts besteht. Ist der Speicherkatalysator funktionstüchtig, wird wieder zu dem Schritt 204 verzweigt, was bedeutet, dass die darauffolgende Regenerationsphase ebenfalls mit dem emissionsoptimierten Lambdasollwert durchgeführt wird. Ergab die Prüfung in dem Schritt 205 jedoch, dass ein möglicher Defekt des Speicherkatalysators vorliegt, so wird zu dem Schritt 201 verzweigt. Die darauffolgende Regeneration wird folglich mit einem bezüglich der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert 10 durchgeführt. Kann die Diagnose erfolgreich durchgeführt werden und ergibt die Prüfung in dem Schritt 203, dass der Speicherkatalysator funktionsuntüchtig ist, so wird zu einem Schritt 206 verzweigt und beispielsweise eine Meldung an den Fahrer ausgegeben. Das Verfahren endet in einem Schritt 207, bei dem dieselben Überlegungen möglich sind, wie bei dem bezüglich der 2 beschriebenen Schritt 106.
In 4 ist nochmals ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel bezeigt. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 300, beispielsweise mit dem Starten der Brennkraftmaschine. In einem Schritt 301 wird eine Regeneration mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt. In einem Schritt 302 wird geprüft, ob die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators gegeben ist. Ist dies der Fall, so wird zu dem Schritt 301 zurückverzweigt, was bedeutet, dass die darauffolgende Regeneration ebenfalls mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt wird. Kann die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators in dem Schritt 302 nicht eindeutig festgestellt werden, so wird zu einem Schritt 303 verzweigt, in dem die folgende Regeneration nochmals mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt wird. In einem Schritt 304 wird geprüft, ob der Speicherkatalysator funktionstüchtig ist. Ist dies der Fall, so wird zu dem Schritt 301 zurückverzweigt. Andernfalls wird in einem Schritt 305 die darauffolgende Regeneration mit einem für die Durchführung der Diagnose optimierten Lambda-Sollwert durchgeführt. Es findet hier folglich eine Vorendprellung statt, das heißt, es sind zwei oder mehrere die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators in Frage stellende Ergebnisse in Folge notwendig, um einen Fehler zu bestätigen, beziehungsweise um die Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators nahezulegen.
Ergibt die in einem Schritt 306 mit einem OBD-optimierten Lambda-Sollwert durchgeführte Diagnose, dass der Speicherkatalysator funktionstüchtig ist, so wird zu dem Schritt 301 zurückverzweigt und die folgenden Regenerationsphasen werden wieder mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert durchgeführt. Ergibt die Prüfung in dem Schritt 306 jedoch, dass der Speicherkatalysator funktionsuntüchtig ist, so wird in einem Schritt 307 eine entsprechende Meldung an das Diagnosesystem gegeben und beispielsweise eine Warnmeldung an den Fahrer ausgegeben. Das Verfahren endet in einem Schritt 308, der den Schritten 106 und 207 entsprechen kann.
In 5 sind Komponenten eines Fahrzeugs dargestellt, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer möglichen Ausführungsform hergerichtet sind. 5 zeigt eine Brennkraftmaschine 30, die beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist und die mit einem Ansaugtrakt 31, einer Kraftstoffzuführung 32 und einem Abgastrakt 33 verbunden ist. Die Brennkraftmaschine 30 ist über Signalleitungen und/oder ein Bussystem 40 mit einem Steuergerät 41 zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs der Brennkraftmaschine 30 verbunden.
In dem Abgastrakt 33 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 35 ein NOx-Speicherkatalysator 36 und ein Dieselpartikelfilter 34 angeordnet. Ferner sind in dem Abgastrakt 33 zwei Lambdasonden 38 und 39 angeordnet. Die Lambdasonden 38 und 39 sind über Signalleitungen 42 mit dem Steuergerät 41 verbunden. In dem Steuergerät 41 ist ein Speicherbereich 43 ausgebildet. In dem Speicherbereich 43 ist ein Computerprogram 45 abgespeichert, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist.

Claims

Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators (36), insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, während des Betriebs einer Brennkraftmaschine (30), dadurch gekennzeichnet, dass, während eine Regeneration des Speicherkatalysators (36) mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert (2) durchgeführt wird, mindestens eine erste von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators (36) abhängige OBD-Größe (3, 4) ermittelt und mit einem vorgebbaren Schwellenwert (9) verglichen wird, und falls die OBD-Größe (3, 4) den vorgebbaren Schwellenwert (9) überschreitet, bei einer nachfolgenden Regeneration des Speicherkatalysators (36) die Brennkraftmaschine (30) mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators (36) optimierten Lambda-Sollwert (10) betrieben und die mindestens erste und/oder mindestens eine zweite von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators (36) abhängige OBD-Größe (3, 4) ermittelt, mit dem ersten oder einem zweiten vorgebbaren Schwellenwert (11) verglichen und falls diese OBD-Größe (3, 4) den Schwellenwert (11) überschreitet, auf einen Defekt des Speicherkatalysators (36) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem ersten Überschreiten des Schwellenwerts (9) während die Regeneration mit dem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert (2) durchgeführt wird, mindestens eine weitere Regeneration in einem nachfolgenden Fahrzyklus mit dem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert (2) durchgeführt und mindestens die erste OBD-Größe (3, 4) ermittelt, mit dem Schwellenwert (9) verglichen und nur falls der Schwellenwert (9) erneut überschritten wird, bei einer Regeneration des Speicherkatalysators (36) in einem nochmals nachfolgenden Fahrzyklus die Brennkraftmaschine (30) mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators (36) optimierten Lambda-Sollwert (10) betrieben und die mindestens erste und/oder mindestens zweite von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators (36) abhängige OBD-Größe (3, 4) ermittelt, mit dem ersten oder zweiten vorgebbaren Schwellenwert (11) verglichen und, falls diese OBD-Größe (3, 4) den Schwellenwert (11) überschreitet, auf einen Defekt des Speicherkatalysators (36) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regeneration, bei der die Brennkraftmaschine (30) mit dem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert (10) betrieben wird, mindestens ein weiterer die Diagnose beeinflussender Parameter angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite OBD-Größe (3, 4) eine Schlupfrate eines Reduktionsmittels ist und der die Diagnose beeinflussende Parameter eine Auswerteschwelle für die Berechnung der Schlupfrate ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Diagnose der Funktionsfähigkeit beeinflussende Parameter der Lambda-Sollwert (10) und/oder der Schwellenwert (11) der ersten und/oder der zweiten OBD-Größe (3, 4) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators optimierten Lambda-Sollwert (10) nur dann durchgeführt wird, wenn keine der zu diesem Zeitpunkt abfragbaren weiteren Randbedingungen anzeigt, dass die Diagnose nicht durchführbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn eines Fahrzyklus die Regenerationsphasen des Speicherkatalysators (36) solange mit einem für die Durchführung der Diagnose des Speicherkatalysators (36) optimierten Lambda-Sollwert (10) durchgeführt werden, und falls die Funktionstüchtigkeit des Speicherkatalysators (36) erkannt wurde, die dann folgenden Regenerationsphasen mindestens solange mit einem emissionsoptimierten Lambda-Wert (2) durchgeführt werden, bis die mindestens erste von der Funktionsfähigkeit des Speicherkatalysators (36) abhängige OBD-Größe (3, 4) den vorgebbaren Schwellenwert (9) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen einer Funktionsuntüchtigkeit des Speicherkatalysators (36) die folgenden Regenerationen mit einem emissionsoptimierten Lambda-Sollwert (2) durchgeführt werden.
Computerprogramm (45) zum Überwachen der Funktionsfähigkeit eines regenerierbaren Speicherkatalysators (36), das auf einem Steuergerät (41) zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine (30) abgespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm (45) auf dem Steuergerät (41) ausgeführt wird.
Steuergerät (41) zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine (30), dadurch gekennzeichnet, dass, das auf dem Steuergerät (41) ein Computerprogramm (45) nach Anspruch 9 abgespeichert und ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm (45) auf dem Steuergerät (41) ausgeführt wird.