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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose zumindest eines Teils einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine und eine Abgasanlage.
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Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine entstehen Abgase, die mittels einer Abgasanlage nachbehandelt werden müssen, um zum Betrieb der Brennkraftmaschine vorgegebene Umweltbestimmungen, wie bspw. Abgasgrenzwerte einzuhalten. Dabei ist ein Erfolg einer Abgasnachbehandlung abhängig von einer Funktionstüchtigkeit jeweiliger Komponenten der Abgasanlage, wie bspw. einem Katalysator oder einer Lambdasonde. Durch eine weltweite Verschärfung von Abgasgrenzwerten ergeben sich stetig höhere Anforderungen an die Diagnose und den Betrieb von Abgasanlagen.
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Da zum Überprüfen einer Abgasanlage sowohl Betriebszustände mit einem fetten Gemisch als auch Betriebszustände mit einem mageren Gemisch einer jeweiligen Brennkraftmaschine benötigt werden, führt eine von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine unabhängige Diagnose einer Abgasanlage regelmäßig zu einem Mehrverbrauch und entsprechend zu verschlechterten Emissionswerten der Brennkraftmaschine.
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In der deutschen Druckschrift
DE 10 2008 027 575 A1 wird ein Diagnoseverfahren für ein katalytisch wirksames Abgasreinigungselement eines Verbrennungsmotors offenbart.
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Ein Verfahren zum Prüfen eines Partikelfilters für Abgase aus einem Ottomotor ist in der deutschen Druckschrift
DE 10 2011 106 933 A1 offenbart.
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Die deutsche Druckschrift
DE 10 2009 000 410 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels Spannungsverläufen einer Anzahl Lambdasonden.
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Drei-Wege-Katalysator, mindestens einem Vier-Wege-Katalysator und mindestens einer binären Lambdasonde vorgestellt, bei dem eine Überprüfung einer Funktionstüchtigkeit der mindestens einen binären Lambdasonde und/oder des mindestens einen Vier-Wege-Katalysators anhand einer Lambdaänderung bei einem Wechsel der Brennkraftmaschine von einem Magerbetrieb in einen auf den Schubbetrieb folgenden Fettbetrieb zum Ausräumen des mindestens einen Drei-Wege-Katalysators erfolgt.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zur Diagnose, d. h. zum Überprüfen einer Leistungsfähigkeit mindestens eines Katalysators, wie bspw. eines Vier-Wege-Katalysators, und mindestens einer Lambdasonde, die in Strömungsrichtung eines Abgases einer Brennkraftmaschine nach einem jeweiligen Katalysator angeordnet ist, d. h. einer Nach-Kat-Sonde, insbesondere einer binären Lambdasonde.
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Unter einer Nernstspannung ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine von einer Lambdasonde erzeugte Spannung zu verstehen, die sich erhöht, wenn die Lambdasonde einem fetten Gemisch, d. h. einem Gemisch mit einem hohen Kraftstoffanteil bzw. einem niedrigen Lambdawert, ausgesetzt wird, und die sich verringert, wenn die Lambdasonde einem mageren Gemisch, d. h. einem Gemisch mit einem hohen Sauerstoffanteil bzw. einem hohen Lambdawert ausgesetzt wird.
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Unter einem „Fettbetrieb“ ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Betriebszustand einer Brennkraftmaschine zu verstehen, in dem die Brennkraftmaschine Abgas erzeugt, das einen hohen Kraftstoffanteil aufweist. Entsprechend ist unter einem „Magerbetrieb“ im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Betriebszustand einer Brennkraftmaschine zu verstehen, in dem die Brennkraftmaschine Abgas erzeugt, das einen geringen Kraftstoffanteil aufweist.
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Unter einem Messwert einer Lambdasonde ist im Kontext der vorliegenden Erfindung insbesondere eine zu einem jeweiligen Zeitpunkt durch die Lambdasonde erzeugte Nernstspannung zu verstehen.
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Unter einer linearen Lambdasonde ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Lambdasonde, wie bspw. eine Breitbandlambdasonde zu verstehen, die einen Messbereich eines Lambdawerts von ca. 0,7 bis 4 abdeckt und ein zu jeweiligen Messwerten im Wesentlichen proportionales Messsignal erzeugt.
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Unter einer binären Lambdasonde ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Lambdasonde, wie bspw. eine Sprungsonde zu verstehen, die insbesondere im Messbereich um λ = 1 ein sich sprunghaft änderndes Signal ausgibt, wenn ein zu messendes Abgasgemisch fetter oder magerer wird, d. h. mehr oder weniger Kraftstoffanteile aufweist.
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Unter der Formulierung "Ausräumen eines Katalysators" ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Vorgang zu verstehen, bei dem ein Sauerstoffspeicher eines Katalysators durch Einbringen von Fettgas, d. h. eines fetten Gemischs, in den Katalysator entleert wird, um eine ggf. gegenüber einem vorausgehenden Zustand des Katalysators verbesserte Konvertierungsleistung für in den Katalysator geleitetes Abgas zu ermöglichen.
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Unter einem Schubbetrieb ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Betrieb eines Fahrzeugs zu verstehen, in dem das Fahrzeug lediglich durch bereits erzeugten Schub und/oder die Schwerkraft angetrieben wird und eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs nicht zum Erzeugen von Antriebsenergie verwendet wird.
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Um eine kraftstoff- und emissionseffiziente Diagnose einer Abgasanlage bzw. jeweiliger Katalysatoren und jeweiliger Lambdasonden einer Abgasanlage durchzuführen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein auf einen Schubbetrieb einer jeweiligen Brennkraftmaschine folgender Fettbetrieb verwendet wird, um die Katalysatoren, insbesondere einen Vier-Wege-Katalysator, und Lambdasonden einer jeweiligen Abgasanlage zu überprüfen. Dazu ist vorgesehen, dass eine binäre Lambdasonde, die bspw. in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas hinter einem jeweiligen Katalysator angeordnet ist, als fehlerhaft klassifiziert wird, wenn ein Abgleich von zu einem Zeitpunkt bzw. in einem Zeitfenster eines Wechsels einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine von einem mageren Betriebszustand, d. h. einem Magerbetrieb in einen fetten Betriebszustand, d. h. einen Fettbetrieb, durch die binäre Lambdasonde erfasster Werte mit jeweiligen vorgegebenen Schwellenwerten ergibt, dass die binäre Lambdasonde eine Filterneigung oder eine Verzögerung zeigt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung eines Wechsels einer jeweiligen Brennkraftmaschine von einem Magerbetrieb in einen Fettbetrieb, in dem ein fettes Gemisch, d. h. Fettgas, in einen jeweiligen Katalysator geleitet wird, um diesen "auszuräumen", d. h. einen Sauerstoffspeicher des Katalysators zu entleeren, können dadurch bedingte Veränderungen von Abgaswerten und entsprechende Messwerte jeweiliger Lambdasonden verwendet werden, um auf einen Zustand eines jeweiligen Katalysators und/oder der Lambdasonden rückzuschließen. Dies bedeutet, dass aufgrund eines bekannten Abgasverhaltens, d. h. bekannter Abgasparameter, wie bspw. Lambdawerten zu verschiedenen Zeitpunkten beim Ausräumen des Katalysators, verschiedene Erwartungswerte für von durch die jeweiligen Lambdasonden zu erzeugenden Messwerten bekannt sind und bspw. für einen Abgleich der tatsächlichen Messwerte mit entsprechend gewählten Schwellenwerten verwendet werden können. Entsprechend kann auf eine unabhängig vom Ausräumen des Katalysators, bzw. eine speziell für eine Überprüfung des Katalysators bzw. der Lambdasonden einzubringende Kraftstoffmenge bzw. einen entsprechenden Fettbetrieb verzichtet werden, wodurch eine Kraftstoff- und Emissionseffizienz der Brennkraftmaschine erhöht wird.
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Weiterhin kann mittels eines auf einen Ausräumvorgang zum Ausräumen eines Katalysators folgenden Fettbetriebs eine zusätzliche Fettgasmenge, d. h. eine Menge an fettem Gemisch, in einen jeweiligen Katalysator eingebracht werden, die zur Diagnose eines Sauerstoffspeichers eines jeweiligen Katalysators, insbesondere des Vier-Wege-Katalysators verwendet werden kann.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens eine in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas nach dem mindestens einen Vier-Wege-Katalysator angeordnete binäre Lambdasonde als fehlerhaft klassifiziert wird, wenn eine Funktion von mittels der binären Lambdasonde ermittelten Werten über die Zeit, bei dem Wechsel der Brennkraftmaschine von einem während eines Schubbetriebs stattfindenden Magerbetrieb zu dem auf den Magerbetrieb folgenden Fettbetrieb der Brennkraftmaschine zum Ausräumen des mindestens einen Drei-Wege-Katalysators, eine Steigung aufweist, die unterhalb eines vorgegebenen ersten Schwellenwerts liegt, und bei dem der mindestens eine Vier-Wege-Katalysator als fehlerhaft klassifiziert wird, wenn die mindestens eine in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas nach dem mindestens einen Vier-Wege-Katalysator angeordnete binäre Lambdasonde nach einem Eintrag einer vorgegebenen Fettgasmenge in den mindestens einen Vier-Wege-Katalysator eine Nernstspannung oberhalb eines zweiten Schwellenwerts erzeugt.
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Im Folgenden ist unter der Formulierung „eine Funktion von [...] Werten über die Zeit“ eine Funktion zu verstehen, die ein Verhalten bzw. einen Verlauf der entsprechenden Werte in Abhängigkeit von der Zeit angibt.
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Zum Ermitteln einer Filterneigung einer jeweiligen binären Lambdasonde kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Steigung einer Funktion von Lambdawerten über die Zeit, bei einem Übergang eines Magerbetriebes zu einem Fettbetrieb oder einem Übergang von einem Fettbetrieb zu einem Magerbetrieb einer jeweiligen Brennkraftmaschine mit einem Schwellenwert abgeglichen wird. Entsprechend ist vorgesehen, dass die binäre Lambdasonde als fehlerhaft klassifiziert wird, wenn die Steigung zu klein ist, d. h. einem kleinen Betrag entspricht, so dass eine Sprungantwort der binären Lambdasonde nur unzureichend erfolgt.
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Weiterhin kann ein jeweiliger Katalysator einer jeweiligen Abgasanlage als fehlerhaft klassifiziert werden, wenn sich ergibt, dass ein Sauerstoffspeicher eines jeweiligen Katalysators nicht mehr ausreichend Kapazität aufweist, um eine ausreichende Abgasnachbehandlung zu gewährleisten. Zur Diagnose des Sauerstoffspeichers eines in Strömungsrichtung von durch eine jeweilige Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas hinter einem Drei-Wege-Katalysator angeordneten Vier-Wege-Katalysators kann nach einem Wechsel der Brennkraftmaschine von einem Magerbetrieb in einen Fettbetrieb zum Ausräumen des Drei-Wege-Katalysators eine vorgegebene Menge an Fettgas in den Vier-Wege-Katalysator eingeleitet werden. Sollte sich ergeben, dass nach dem Eintrag der vorgegebenen Menge an Fettgas in den Vier-Wege-Katalysator die mindestens eine erfindungsgemäß vorgesehene binäre Lambdasonde, die insbesondere in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas nach dem Vier-Wege-Katalysator angeordnet oder in den Vier-Wege-Katalysator integriert ist, Messwerte ermittelt, die oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegen, kann davon ausgegangen werden, dass der Sauerstoffspeicher des Katalysators nicht mehr ausreichend Kapazität aufweist und der Katalysator als "fehlerhaft" einzustufen ist.
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Zum Bereitstellen der vorgegebenen Menge an Fettgas ist insbesondere vorgesehen, dass eine jeweilige Brennkraftmaschine nach einem Fettbetrieb zum Ausräumen eines jeweiligen Katalysators noch so lange in einem fetten Betriebsmodus betrieben wird, bis die vorgegebene Fettgasmenge den Vier-Wege-Katalysator erreicht.
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Umgekehrt kann davon ausgegangen werden, dass ein jeweiliger Katalysator als "gut" einzustufen ist, wenn eine in Strömungsrichtung von durch eine jeweilige Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas nach bzw. hinter dem Katalysator angeordnete oder in den jeweiligen Katalysator integrierte binäre Lambdasonde Messwerte ermittelt, die unterhalb eines jeweiligen Schwellenwerts, wie bspw. einer Nernstspannung von 0,8 Volt, liegen. Dies bedeutet, dass der Katalysator dann als "gut" einzustufen ist, wenn dieser in der Lage ist, einen Fettgaseintrag derart zu behandeln bzw. zu konvertieren, dass hinter dem jeweiligen Katalysator ein Kraftstoffanteil im Abgas unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt. Dabei kann der Schwellenwert fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit von durch eine in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas vor dem jeweiligen Katalysator angeordnete Lambdasonde ermittelten Messwerten gewählt werden.
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Es ist in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen, dass der Vier-Wege-Katalysator mit einer zusätzlichen, d. h. einer in ihrem Volumen vorgegebenen, Fettgasmenge beaufschlagt wird, nachdem der Drei-Wege-Katalysator in einem Fettbetrieb "ausgeräumt" wurde, d. h. ein Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators entleert wurde. Durch eine an den Vorgang des Ausräumens des Drei-Wege-Katalysators anschließende bzw. zusätzliche fette Betriebsphase einer jeweiligen Brennkraftmaschine kann eine genau definierte Menge Fettgas in den Vier-Wege-Katalysator eingebracht werden, mittels derer der Vier-Wege-Katalysator auf Funktionstüchtigkeit zu prüfen ist. Sollte die nach dem Vier-Wege-Katalysator angeordnete Lambdasonde, nach dem die vorgegebene Menge Fettgas in den Vier-Wege-Katalysator eingeleitet wurde, eine Nernstspannung erzeugen, die unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, kann davon ausgegangen werden, dass der Vier-Wege-Katalysator einen Sauerstoffspeicher aufweist, der größer als die vorgegebene Menge Fettgas ist, d. h. dass der Vier-Wege-Katalysator einen Sauerstoffspeicher aufweist, der zur Konvertierung von mindestens der vorgegebenen Menge an Fettgas geeignet ist, so dass der Vier-Wege-Katalysator als "gut", bzw. "betriebsfähig" einzustufen ist. Entsprechend ist der Vier-Wege-Katalysator als "fehlerhaft" bzw. "schlecht" einzustufen, wenn die Nernstspannung der nach dem Vier-Wege-Katalysator angeordneten Lambdasonde Werte annimmt, die oberhalb des Schwellenwerts liegen, was darauf hindeutet, dass der Vier-Wege-Katalysator einen Sauerstoffspeicher aufweist, der nicht in der Lage ist, die vorgegebene Fettgasmenge zu konvertieren. Dabei kann der Schwellenwert selbstverständlich auch bspw. in Abhängigkeit von durch weitere Lambdasonden, die in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas vor dem Vier-Wege-Katalysator angeordnet sind, gewählt werden.
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Zur Diagnose einer jeweiligen Lambdasonde kann ein Verlauf von durch die Lambdasonde ermittelten Werten ausgewertet werden. Sollte eine Steigung einer Funktion von bei einem Übergang einer Brennkraftmaschine von einem Schubbetrieb zu einem auf den Schubbetrieb folgenden Fettbetrieb der Brennkraftmaschine zum Ausräumen des erfindungsgemäß vorgesehenen Drei-Wege-Katalysators mittels der binären Lambdasonde ermittelten Werten von der Zeit größer als ein Mindestmaß in Form eines Schwellenwerts sein, verläuft die Funktion sehr steil, was auf ein gutes Sprungverhalten der Lambdasonde hindeutet, so dass die Lambdasonde als "gut" bzw. "betriebsfähig" einzustufen ist. Sollte die Steigung der Funktion der beim Übergang der Brennkraftmaschine von einem Schubbetrieb zu einem auf den Schubbetrieb folgenden Fettbetrieb jedoch flach verlaufen, d. h. eine kleine Steigung aufweisen, die insbesondere unterhalb eines Schellenwerts liegt, lässt dies darauf schließen, dass die Lambdasonde träge antwortet bzw. eine Filterneigung zeigt und entsprechend als "schlecht" bzw. "fehlerhaft" einzustufen ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Steigung einer Funktion von Werten einer Nernstspannung einer jeweiligen Lambdasonde über die Zeit an einem Wendepunkt der Funktion ermittelt wird.
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Da bei einem auf einen Schubbetrieb folgenden Fettbetrieb zum Ausräumen eines jeweiligen Katalysators eine jeweilige Brennkraftmaschine ohnehin mit viel Kraftstoff versorgt wird, ist vorgesehen, dass ein Wechsel von einem Magerbetrieb während des Schubbetriebs zu einem Fettbetrieb während des Katalysatorausräumens verwendet wird, um eine Diagnose der Abgasanlage durchzuführen. Entsprechend wird zum Erzeugen eines fetten Gases, d. h. eines Gases mit einem hohen Kraftstoffanteil, zur Diagnose der Abgasanlage kein zusätzlicher Kraftstoff verbraucht, da dieser ohnehin für das Katalysatorausräumen verbraucht wird.
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Weiterhin ist bei einem Katalysatorausräumen, d. h. einem Vorgang, bei dem ein Katalysator bzw. ein Partikelfilter mit einem sehr fetten Gemisch freigebrannt wird, ein Zeitpunkt eines Wechsels von einem Magerbetrieb zu einem Fettbetrieb bekannt und kann zur Diagnose von Lambdasonden verwendet werden, die dazu dienen, einen Magerbetrieb von einem Fettbetrieb zu unterscheiden.
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Unter Verwendung eines zeitlich bekannten Übergangs von einem Magerbetrieb zu einem Fettbetrieb können Fehler einer Lambdasonde, wie bspw. eine Signalfilterung oder eine Signalverschiebung erkannt werden.
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Um jeweilige von mindestens einer Lambdasonde ermittelte Messwerte mit einem Eintrag einer Fettgasmenge abzugleichen, kann an einer jeweiligen Abgasanlage ein Steuergerät vorgesehen sein, das jeweilige Betriebszustände einer Brennkraftmaschine und Messwerte jeweiliger Lambdasonden zeitlich protokolliert und in einem Speicher für einen Abgleich mit bspw. einem vorgegebenen Schwellenwert hinterlegt.
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Um eine Sauerstoffspeicherungsfähigkeit eines Katalysators zu überprüfen, eignen sich insbesondere Betriebszustände, in denen Fettgas in den Katalysator eingebracht wird. Sollte der Katalysator in der Lage sein, das Fettgas zu konvertieren, d. h. einen Sauerstoffanteil in dem Fettgas zu erhöhen, hat der Katalysator eine Sauerstoffspeicherfähigkeit, die größer ist als eine in einem jeweiligen Zeitraum eingetragene Fettgasmenge und ist daher als "funktionsfähig" einzustufen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass der zusätzliche Eintrag der Fettgasmenge in den mindestens einen Vier-Wege-Katalysator dann erfolgt, wenn mindestens eine in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas vor dem mindestens einen Vier-Wege-Katalysator angeordnete Lambdasonde nach einem Wechsel der Brennkraftmaschine von dem Magerbetrieb in den auf den Schubbetrieb folgenden Fettbetrieb zum Ausräumen des mindestens einen Drei-Wege-Katalysators eine Nernstspannung erzeugt, die oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
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Um einen jeweiligen Vier-Wege-Katalysator durch Einbringen einer zusätzlichen Fettgasmenge während eines Ausräumens bzw. im Anschluss an einen Ausräumvorgang eines jeweiligen Drei-Wege-Katalysators zu überprüfen, ist es vorteilhaft, wenn die zusätzliche Fettgasmenge dann in den Vier-Wege-Katalysator eingebracht wird, wenn der Drei-Wege-Katalysator frisch ausgeräumt wurde. Zum Identifizieren eines Zeitpunkts zu dem ein jeweiliger Drei-Wege-Katalysator frisch ausgeräumt wurde, kann ein Messwert bzw. eine aktuelle Nernstspannung einer nach dem Drei-Wege-Katalysator angeordneten Lambdasonde erfasst und ausgewertet, d. h. mit einem Schwellenwert abgeglichen werden. Sollte die aktuelle Nernstspannung während eines Ausräumvorgangs des Drei-Wege-Katalysators einen Wert von 0,8 Volt annehmen, kann davon ausgegangen werden, dass der Sauerstoffspeicher des Katalysators entleert wurde. Sollte die aktuelle Nernstspannng während eines Ausräumvorgangs einen Wert kleiner 0,8 Volt annehmen, kann davon ausgegangen werden, dass der Sauerstoffspeicher des Katalysator noch nicht entleert wurde.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Signalverzögerung der mindestens einen Lambdasonde von fett nach mager ermittelt wird, indem ein zeitlicher Abstand zwischen einem Auftreten eines Maximums von Messwerten der mindestens einen Lambdasonde und einem Zeitpunkt, zu dem ein Wechsel der Brennkraftmaschine von einem Fettbetrieb in einen Magerbetrieb erfolgt, bestimmt wird, wobei als Fettbetrieb der auf den Schubbetrieb folgende Fettbetrieb zum Ausräumen des mindestens einen Katalysators gewählt wird.
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Um eine Signalverzögerung einer Lambdasonde von fett nach mager zu bestimmen und, dadurch bedingt, eine Qualität der Lambdasonde zu beurteilen, kann vorgesehen sein, dass ein Übergang von einer fetten Betriebsphase, wie sie bspw. zum Ausräumen eines Katalysators vorgesehen ist, in eine magere Betriebsphase einer jeweiligen Brennkraftmaschine, die bspw. für eine Überprüfung einer jeweiligen Lambdasonde eingestellt wird, verwendet wird, um zu diesem Zeitpunkt eine Signaländerung der jeweiligen Lambdasonde zu überprüfen. Sollte ein zeitlicher Versatz zwischen der Signaländerung der jeweiligen Lambdasonde und dem Zeitpunkt des Wechsels der Betriebsphase der Brennkraftmaschine über bspw. jeweilige Gaslaufzeiten hinaus abweichen, zeigt die jeweilige Lambdasonde eine Signalverzögerung und muss, je nach Dauer der Verzögerung, ggf. als "schlecht" bzw. "fehlerhaft" eingestuft werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Signalverzögerung der mindestens einen Lambdasonde von mager nach fett ermittelt wird, indem ein zeitlicher Abstand zwischen einem Auftreten eines Minimums von Messwerten der mindestens einen Lambdasonde und einem Zeitpunkt, zu dem ein Wechsel der Brennkraftmaschine von einem Magerbetrieb in einen Fettbetrieb erfolgt, bestimmt wird, wobei als Fettbetrieb der auf den Schubbetrieb folgende Fettbetrieb zum Ausräumen des mindestens einen Katalysators gewählt wird.
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Um eine Signalverzögerung einer Lambdasonde beim Wechsel einer Betriebsphase einer jeweiligen Brennkraftmaschine von mager nach fett zu erkennen, kann die Brennkraftmaschine in einen Magerbetrieb und anschließend in einen Fettbetrieb geschaltet werden, um bspw. einen Katalysator auszuräumen. Durch einen Abgleich eines Zeitpunkts einer Signaländerung, d. h. eines Wechsels von einer niedrigen Nernstspannung zu einer kontinuierlich steigenden Nernstspannung, mit einem bspw. in einem Steuergerät hinterlegten Zeitpunkt eines Eintrags von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine zum Erzeugen des Fettbetriebs, kann bspw. unter Berücksichtigung jeweiliger Gaslaufzeiten, auf einen Versatz, d. h. eine Signalverzögerung jeweiliger Lambdasonden, rückgeschlossen werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Drei-Wege-Katalysator, mindestens einem Vier-Wege-Katalysator, mindestens einer in Strömungsrichtung von durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas nach dem mindestens einen Vier-Wege-Katalysator angeordneten binären Lambdasonde und einem Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, die mindestens eine binäre Lambdasonde als fehlerhaft zu klassifizieren, wenn eine Funktion von mittels der mindestens einen binären Lambdasonde ermittelten Werten über die Zeit, bei einem Übergang der Brennkraftmaschine von einem Schubbetrieb zu einem auf den Schubbetrieb folgenden Fettbetrieb zum Ausräumen des mindestens einen Drei-Wege-Katalysators, eine Steigung aufweist, die unterhalb eines vorgegebenen ersten Schwellenwerts liegt, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, den mindestens einen Vier-Wege-Katalysator als fehlerhaft zu klassifizieren, wenn die mindestens eine binäre Lambdasonde nach einem Eintrag einer vorgegebenen Fettgasmenge in den mindestens einen Vier-Wege-Katalysator eine Nernstspannung oberhalb eines zweiten Schwellenwerts erzeugt.
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Die vorgestellte Abgasanlage dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Abgasanlage ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine ein Ottomotor ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Abgasanlage ist vorgesehen, dass die mindestens eine binäre Lambdasonde in den Drei-Wege-Katalysator und/oder den Vier-Wege-Katalysator integriert ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Ablaufs einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale.
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In 1 ist eine Abgasanlage 1 mit einem Abgastrakt 3, der mit einer Brennkraftmaschine verbunden ist, dargestellt. Die nicht dargestellte Brennkraftmaschine erzeugt Abgas, das den Abgastrakt 3 in Strömungsrichtung, wie durch Pfeil 5 angedeutet, durchströmt. Auf dem Weg durch den Abgastrakt 3 strömt das Abgas zunächst eine lineare Abgassonde 7 an, die eine Zusammensetzung des Abgases bzw. einen Anteil an Kraftstoff in dem Abgas erfasst. Nach der linearen Abgassonde 7 durchströmt das Abgas einen Drei-Wege-Katalysator 9 und anschließend eine binäre Lambdasonde 11, wobei die binäre Lambdasonde 11 auch in den Drei-Wege-Katalysator 9 integriert sein kann.
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Auf seinem Weg in Richtung Auspuff strömt das Abgas weiterhin durch einen Vier-Wege-Katalysator 13, d. h. einen Partikelfilter, der eine katalytisch aktive Schicht aus Edelmetall aufweist. Bevor das Abgas den Abgastrakt 3 verlässt, wird die Zusammensetzung des Abgases durch eine optional vorzusehende binäre Lambdasonde 15 bestimmt.
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Um den Drei-Wege-Katalysator 9, den Vier-Wege-Katalysator 13 und die Lambdasonden 11 und 15 zu überprüfen, ist vorgesehen, dass mittels eines Steuergeräts 17 jeweilige von den Lambdasonden 7, 11 und 15 ermittelte Werte erfasst und in Relation zu jeweiligen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine interpretiert werden.
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In 2 ist ein Diagramm 20 gezeigt, das sich auf der Abszisse 21 über die Zeit und auf der Ordinate 23 über einen Lambdawert vor Katalysator, d. h. einen von der Lambdasonde 7, wie sie in 1 dargestellt ist, ermittelten Lambdawert aufspannt. Ausgehend von einer Antriebsphase einer Brennkraftmaschine, wie sie durch Linie 25 angedeutet ist, wird die Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt t1 in einen Schubbetrieb geschaltet, wie durch Pfeil 27 angedeutet, in dem die Brennkraftmaschine keinen oder keinen nennenswerten Eintrag von Kraftstoff in jeweilige Abgase erzeugt. Auf den Schubbetrieb, wie er durch Pfeil 27 angedeutet ist, wird die Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt t3 in einen Fettbetrieb geschaltet, wie er durch Pfeil 29 angedeutet ist, um einen Katalysator, wie bspw. den Drei-Wege-Katalysator 9, wie er in 1 dargestellt ist, "auszuräumen", d. h. einen Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 9 zu entleeren. Entsprechend erhöht sich der Lambdawert während dem Schubbetrieb und reduziert sich zu Beginn des Ausräumens, um während des Ausräumens bis zu einem Zeitpunkt t4 auf einem Plateau zu stagnieren und anschließend, zu einem Zeitpunkt t5 in einer Antriebsphase wieder anzusteigen, wie durch Linie 26 angedeutet.
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Während einer durch Pfeil 28 angedeuteten Betriebsphase wird die Brennkraftmaschine in dem fetten Betriebsmodus belassen, um eine vorgegebene Menge fettes Abgas zu erzeugen, mittels dessen der Vier-Wege-Katalysator 13 zu prüfen ist, wie es nachfolgend erläutert wird.
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Weiterhin ist in 2 ein Diagramm 30 dargestellt, das sich auf der Abszisse 31 über die Zeit in [Sekunden] und auf der Ordinate 33 über eine Nernstspannung in [Volt] aufspannt. Linie 35 stellt den Verlauf einer Nernstspannung der Lambdasonde 11, die vor dem Vier-Wege-Katalysator 13 und nach dem Drei-Wege-Katalysator 9 angeordnet ist, dar.
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Linie 37 stellt den Verlauf einer Nernstspannung der Lambdasonde 15, die hinter dem Vier-Wege-Katalysator 13 angeordnet ist, dar. Um die Lambdasonde 15 auf eine Filterneigung hin zu prüfen, kann eine Steigung 39 des Verlaufs der Nernstspannung gemäß Linie 37 nach einem Übergang von einem Fettbetrieb in einen Magerbetrieb ausgewertet werden. Ein derartiger Übergang von einem Fettbetrieb in einen Magerbetrieb kann bspw. bei einem Übergang von einer antreibenden Betriebsphase zu einem Schubbetrieb, wie er zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 dargestellt ist, erfolgen. Aufgrund einer Latenz der Lambdasonde 15 sinkt der Verlauf 37 der Nernstspannung erst zum Zeitpunkt t2 und nicht bereits zum Zeitpunkt t1. Sollte die Steigung 39 des Verlaufs 37 der Nernstspannung der Lambdasonde 15 größer sein als ein vorgegebener Schwellenwert, zeigt die Lambdasonde 15 eine gute Sprungantwort und kann als "gut" bzw. "betriebsfähig" eingestuft werden. Sollte die Steigung unterhalb des Schwellenwerts liegen, deutet dies auf eine Filterneigung der Lambdasonde 15 hin, so dass diese als "schlecht" bzw. "betriebsunfähig" einzustufen wäre.
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Auffällig ist, dass der Wechsel in den Schubbetrieb zum Zeitpunkt t1 durch die Lambdasonde 11 früher erfasst wird als durch die in Strömungsrichtung weiter von einer jeweiligen Brennkraftmaschine entfernte Lambdasonde 15, wie es ein Vergleich der entsprechenden Linien 35 und 37 zeigt. Zum Zeitpunkt t3 wird die Brennkraftmaschine in einen fetten Betriebsmodus geschaltet, um den Drei-Wege-Katalysator 9 auszuräumen, d. h. einen Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 9 zu entleeren. Entsprechend erhöhen sich die von den Lambdasonden 11 und 15 erzeugten Nernstspannungen zum Zeitpunkt t3, wobei die Nernstspannung der Lambdasonde 11 gemäß Linie 35 steiler und höher steigt als die Nernstspannung der Lambdasonde 15 gemäß Linie 37.
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Zum Zeitpunkt t4 übersteigt die Nernstspannung der Lambdasonde 11 einen Wert von 0,8 Volt. Entsprechend kann davon ausgegangen werden, dass zu diesem Zeitpunkt ein Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 9 entleert wurde. Bis zu einem Zeitpunkt t5 wird die Brennkraftmaschine weiterhin in einem fetten Betriebsmodus, d. h. einem Betriebsmodus, der ein fettes Abgas erzeugt, betrieben, wie es durch Pfeil 28 in Diagramm 20 angedeutet ist. Die Brennkraftmaschine wird so lange in dem fetten Betriebsmodus betrieben, bis eine vorgegebene Menge Abgas bereitgestellt und in den Vier-Wege-Katalysator 13 eingeleitet wurde. Wenn nach dem Einleiten der vorgegebenen Menge Abgas die Nernstspannung der Lambdasonde 15 einen Schwellenwert von bspw. 0,8 Volt nicht übersteigt, kann davon ausgegangen werden, dass der Vier-Wege-Katalysator 13 einen Sauerstoffspeicher aufweist, der größer ist als ein zur Konvertierung der vorgegebenen Menge an Fettgas benötigter Sauerstoffspeicher. Entsprechend ist der Vier-Wege-Katalysator als "gut" bzw. "betriebsfähig" einzustufen. Dabei kann die vorgegebene Menge Abgas bzw. eine Dauer der fetten Betriebsphase zum Erzeugen der vorgegebenen Menge Abgas bspw. in Abhängigkeit jeweiliger Abgasanforderungen gewählt werden.
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3 zeigt eine Möglichkeit zum Ermitteln von Signalverzögerungen der Lambdasonden 11 und 15. In einem Diagramm 40, das sich auf der Abszisse 41 über die Zeit in [Sekunden] und auf der Ordinate 43 über einen Lambdawert aufspannt, sind drei Linien 44, 45 und 46 eingetragen, wobei Linie 44 einen Verlauf eines Verbrennungsluftverhältnisses vor dem Drei-Wege-Katalysator 9, Linie 45 einen Verlauf eines Verbrennungsluftverhältnisses nach dem Drei-Wege-Katalysator 9 und Linie 46 einen Verlauf eines Verbrennungsluftverhältnisses nach dem Vier-Wege-Katalysator 13 darstellt.
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In Diagramm 40 ist erkennbar, dass die Brennkraftmaschine ca. zu Sekunde 92 in einen Magerbetrieb geschaltet wird, so dass ein Verbrennungsluftverhältnis, d. h. ein λ, vor dem Drei-Wege-Katalysator 9 und, mit einer jeweiligen Verzögerung, ein Verbrennungsluftverhältnis nach dem Drei-Wege-Katalysator 9 und ein Verbrennungsluftverhältnis nach dem Vier-Wege-Katalysator 13 steigen. Etwa zu Sekunde 100 wird die Brennkraftmaschine so lange in einen fetten Betriebsmodus geschaltet, bis die Lambdasonde 15 nach dem Vier-Wege-Katalysator 13 eine Nernstspannung von ca. 0,8 Volt erzeugt.
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Weiterhin zeigt 3 ein Diagramm 50, das sich auf der Abszisse 49 über die Zeit in [Sekunden] und auf der Ordinate 47 über eine Nernstspannung in [Volt] aufspannt.
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Linie 53 zeigt einen Verlauf der Nernstspannung der Lambdasonde 15 nach dem Vier-Wege-Katalysator 13 und Linie 51 zeigt einen Verlauf der Nernstspannung der Lambdasonde 11 nach dem Drei-Wege-Katalysator 9 bzw. vor dem Vier-Wege-Katalysator 13.
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Beim Wechsel der Betriebsphase der Brennkraftmaschine zu Sekunde 92 in einen Magerbetrieb sinken auch die von den Lambdasonden 11 und 15 erzeugten Nernstspannungen, so dass mittels einer Steigung 55 von bspw. Linie 53 ggf. auf eine Filterneigung der Lambdasonde 15 geschlossen werden kann. Dazu kann die Steigung 55 mit einem vorgegebenen Schwellenwert abgeglichen werden. Sollte ein Betrag der Steigung 55 größer als der Schwellenwert sein, ist von einer guten Sprungantwort der Lambdasonde 15 auszugehen, so dass die Lambdasonde 15 als "gut" bzw. "betriebsfähig" einzustufen ist.
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Um die Signalverzögerung der Lambdasonde 11 und 15 zu bestimmen, wird die Brennkraftmaschine etwa zu Sekunde 111 in einen Magerbetrieb geschaltet, bis ca. 50 % bis 70 % des Drei-Wege-Katalysators 9 befüllt sind. Durch einen zeitlichen Versatz des Auftretens jeweiliger Maxima 57 der Linien 51 und 53 zu dem Zeitpunkt des Schaltens der Brennkraftmaschine in den Magerbetrieb, d. h. etwa zu Sekunde 111, kann eine Reaktionszeit und entsprechend eine Signalverzögerung 59 bzw. eine Trägheit der Lambdasonden 11 und 15 bei einem Lambdawechsel von fett nach mager ermittelt werden.
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Eine Signalverzögerung 61 der Lambdasonden 11 und 15 bei einem Lambdawechsel von mager nach fett kann bei einem Übergang der Brennkraftmaschine von dem Magerbetrieb zu dem Fettbetrieb über einen zeitlichen Versatz des Auftretens jeweiliger Minima 63 der Linien 51 und 53 zu dem Zeitpunkt des Schaltens der Brennkraftmaschine in den Fettbetrieb in etwa zu Sekunde 100 ermittelt werden.
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Eine Filterneigung der Lambdasonde 15 bei einem Wechsel eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine von mager nach fett kann bspw. anhand einer Steigung 65 ermittelt werden. Sollte die Steigung 65, d. h. insbesondere ein Betrag der Steigung 65, unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegen, so dass die Linie 53 besonders flach verläuft, ist die Lambdasonde 15 träge und daher als "schlecht" bzw. "betriebsunfähig" einzustufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027575 A1 [0004]
- DE 102011106933 A1 [0005]
- DE 102009000410 A1 [0006]
