DE102018126767B4 - Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators (1, 1') eines Ottomotors, wobei- mit einem innerhalb oder in Abgasströmungsrichtung hinter dem Dreiwegekatalysator (1, 1') angeordneten NOX-Sensormittel (2a, 2b) Emissionen des Ottomotors erfasst werden,- die Messwerte des NOX-Sensormittels (2a, 2b) zusammen mit Betriebsgrößen des Ottomotors und/oder des Dreiwegekatalysators (1, ,1') einer Recheneinrichtung (4) zugeführt werden, wobei die Recheneinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, ein Simulationsmodell auszuführen und dadurch Emissionswerte eines Referenzkatalysators anhand der Betriebsgrößen zu berechnen, und- die berechneten Emissionswerte mit den Messwerten des NOX-Sensormittels (2a, 2b) verglichen werden, wobei der Recheneinrichtung (4) zur Durchführung des Simulationsmodells insbesondere die Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie die Katalysatortemperatur zugeführt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors.
  • Für eine Nachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs mit einem Ottomotor, der mit einem stöchiometrisch zusammengesetzten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, werden im Stand der Technik Dreiwegekatalysatoren eingesetzt, die eine so genannte Lambda-Regelung aufweisen. Bei dieser Abgasnachbehandlung werden die bei einer Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemischs entstehenden Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOX) sowie Kohlenwasserstoffe (HC) in Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) sowie Wasserdampf (H2O) umgewandelt.
  • Für eine wirksame Abgasnachbehandlung mit einem hohen Umwandlungsgrad der Schadstoffe ist die bereits erwähnte Lambda-Regelung erforderlich. Dabei geht es darum, ein so genanntes Verbrennungsluftverhältnis λ, welches häufig auch als Luftzahl bezeichnet wird, in einem möglichst engen Bereich um λ = 1 zu regeln. Ein Verbrennungsluftverhältnis λ = 1 bedeutet, dass eine vollständige Kraftstoffverbrennung erfolgt. Die zugeführte Luftmasse entspricht also der theoretisch für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffs erforderlichen Luftmasse. Bei einem Verbrennungsluftverhältnis λ < 1 herrscht ein Luftmangel vor. Daraus resultiert ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Kraftstoffüberschuss. Bei einem Verbrennungsluftverhältnis λ > 1 liegt ein Luftüberschuss vor. Daraus resultiert ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch.
  • Da eine wirksame Abgasnachbehandlung mittels eines Dreiwegekatalysators nur in einem relativ engen Bereich um λ = 1 (dem so genannten Lambda-Fenster) erfolgen kann, werden das tatsächliche Verbrennungsluftverhältnis λ mittels der Lambdasonde erfasst und die Kraftstoff- und/oder Luftmenge so verändert, dass das Verbrennungsluftverhältnis λ den gewünschten Sollwert erreicht.
  • Bislang wird die Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors auf einem indirekten Weg durch eine Bestimmung einer verfügbaren Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) bewertet. Dabei alterniert das Verbrennungsluftverhältnis λ zwischen λ < 1 (fettes Gemisch) und λ > 1 (mageres Gemisch), so dass über die Menge des in den Dreiwegekatalysator eingetragenen Sauerstoffs berechnet werden kann, wie hoch der aktuelle Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit, der auch als OSC-Wert bezeichnet wird, ist. Da das überwachte Katalysatorvolumen dabei bis zum beziehungsweise kurz vor den Fett-/Magerdurchbruch gebracht werden muss, kann hierdurch ein unter Umständen recht hoher Einfluss auf das Emissionsergebnis resultieren.
  • In der DE 199 31 321 A1 wird zu einer Überprüfung eines Dreiwege-Katalysators ein NOx-Sensor zur Bestimmung einer NOx-Konzentration stromabwärts eines zu diagnostizierenden Katalysators eingesetzt. Aus der gemessenen NOx-Konzentration kann aufgrund eines engen Zusammenhanges von NOx- und HC-Umsetzung auf eine HC-Konvertierungseigenschaft eines Dreiwege-Katalysators geschlossen werden.
  • Aus der DE 10014 239 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines 3-Wege-Katalysators im Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei im Abgaskanal eine Lambdasonde und eine NOx-sensitive Messeinrichtung stromab des 3-Wege-Katalysators angeordnet sind.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors zur Verfügung zu stellen, welches die Überwachung der Wirksamkeit durch eine direkte Messung von Emissionen ermöglicht und insbesondere Emissionseinflüsse, die im Stand der Technik aus der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit resultieren, vermeidet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors zeichnet sich dadurch aus, dass
    • - mit einem innerhalb oder in Abgasströmungsrichtung hinter dem Dreiwegekatalysator angeordneten NOX-Sensormittel Emissionen des Ottomotors erfasst werden,
    • - die Messwerte des NOX-Sensormittels zusammen mit Betriebsgrößen des Ottomotors und/oder des Dreiwegekatalysators einer Recheneinrichtung zugeführt werden, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Simulationsmodell auszuführen und dadurch Emissionswerte eines Referenzkatalysators anhand der Betriebsgrößen zu berechnen, und
    • - die berechneten Emissionswerte mit den Messwerten des NOX-Sensormittels verglichen werden, wobei der Recheneinrichtung (4) zur Durchführung des Simulationsmodells insbesondere die Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie die Katalysatortemperatur zugeführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators durch eine direkte Messung von Emissionen und durch einen Vergleich mit berechneten Emissionswerten eines Referenzkatalysators, die durch das Simulationsmodell erhalten werden. Dabei können in vorteilhafter Weise Emissionseinflüsse, die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aus einer Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit resultieren, wirksam vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Recheneinrichtung zur Durchführung des Simulationsmodells insbesondere die Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie die Katalysatortemperatur zugeführt werden. Grundsätzlich können auch noch weitere Betriebsgrößen des Ottomotors und/oder des Dreiwegekatalysators in das Simulationsmodell einfließen. Das von der Recheneinrichtung ausgeführte Simulationsmodell berechnet somit insbesondere auf Basis der vorstehend genannten Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie der Katalysatortemperatur, die aus dem aktuellen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs stammen, das zu erwartende Emissionsverhalten des Referenzkatalysators und stellt somit theoretisch berechnete Emissionswerte dieses Referenzkatalysators zur Verfügung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Simulationsmodell durch ein künstliches neuronales Netz gebildet wird. Dadurch kann ein besonders leistungsfähiges Simulationsmodell erhalten werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das für die Modellierung des Referenzkatalysators verwendete Simulationsmodell so ausgebildet wird, dass es Emissionsgrenzwerte eines noch für die Abgasnachbehandlung geeigneten Katalysators berechnet. Der modellierte Referenzkatalysator bildet also einen „Grenzkatalysator“ an der Grenze zwischen einem noch für die Abgasnachbehandlung zulässigen und einem für diesen Zweck nicht mehr zulässigen Dreiwegekatalysator.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann durch einen Vergleich der berechneten Emissionswerte mit den Messwerten des NOX-Sensormittels eine Bewertung vorgenommen werden, ob der Dreiwegekatalysator für eine Abgasnachbehandlung des Ottomotors zulässig ist oder nicht. Vorzugsweise kann zu diesem Zweck anhand der Messwerte des NOX-Sensormittels und der berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators ein Bewertungsfaktor K für den Dreiwegekatalysator berechnet werden.
  • Der Bewertungsfaktor K kann insbesondere durch die Formel K = ∫ g e m e s s e n e   E m i s s i o n s w e r t e   d e s   D r e i w e g e k a t a l y s a t o r s ∫ b e r e c h n e t e   E m i s s i o n s w e r t e   d e s   R e f e r e n z k a t a l y s a t o r s
    Figure DE102018126767B4_0001
    berechnet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für den Referenzkatalysator ein Bewertungsfaktor K mit einem Streuband berechnet und mit dem Bewertungsfaktor K des Dreiwegekatalysators verglichen wird. Liegt der Bewertungsfaktor des Dreiwegekatalysators unterhalb des Streubandes, handelt es sich um einen für die Abgasnachbehandlung zulässigen Dreiwegekatalysator. Wenn der Bewertungsfaktor des Dreiwegekatalysators oberhalb des Streubandes liegt, handelt es sich um einen für die Abgasnachbehandlung nicht mehr zulässigen Dreiwegekatalysator, insbesondere um einen stark gealterten Dreiwegekatalysator. Liegt der Bewertungsfaktor innerhalb des Streubandes, ist der Dreiwegekatalysator gerade noch für die Abgasnachbehandlung geeignet.
  • Vorzugsweise können die Messwerte des NOX-Sensormittels mit Hilfe von Signalaufbereitungsmitteln aufbereitet werden, bevor sie der Recheneinrichtung zugeführt werden. Zu diesem Zweck können insbesondere geeignete Stabilitätskriterien definiert werden. Darüber hinaus können auch Reaktions- und Gaslaufzeiten korrigiert werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
    • 1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines Dreiwegekatalysators mit zwei möglichen Montageorten eines NOX-Sensormittels,
    • 2 eine grafische Darstellung, die den Einfluss der Luftzahl auf die Messung von NOX-Emissionen und NH3-Emissionen veranschaulicht,
    • 3 eine schematische Darstellung, die Einzelheiten eines Verfahrens zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators eines Ottomotors veranschaulicht,
    • 4 eine grafische Darstellung, die die von einem NOX-Sensormittel erfassten Emissionen in Abhängigkeit von einer mittels einer Lambdasonde ermittelten Spannung für unterschiedlich alte Dreiwegekatalysatoren und einen Referenzkatalysator zeigt,
    • 5 eine grafische Darstellung, in der die Messwerte des NOX-Sensormittels in Abhängigkeit von der Anzahl der Messwerte für die unterschiedlich alten Dreiwegekatalysatoren und den Referenzkatalysator gezeigt sind,
    • 6 eine grafische Darstellung, in der die Größe der Integrale der Messwerte des NOX-Sensormittels in Abhängigkeit von der Anzahl der Messwerte für die unterschiedlich alten Dreiwegekatalysatoren und den Referenzkatalysator gezeigt sind,
    • 7 eine grafische Darstellung der Bewertungsfaktoren der unterschiedlich alten Dreiwegekatalysatoren und des Referenzkatalysators,
    • 8 einen Vergleich der Bewertungsfaktoren mit OSC-Werten, die mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erhalten wurden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist dort ein Dreiwegekatalysator 1, 1' dargestellt, mittels dessen eine Nachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Ottomotor als Antriebsvorrichtung ausgestattet ist, erfolgen kann. Die Strömungsrichtung der Abgase wurde hierbei durch entsprechende Pfeile symbolisiert.
  • Bei der Abgasnachbehandlung werden die bei einer Verbrennung eines Kraftstoff-LuftGemischs entstehenden Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOX) sowie Kohlenwasserstoffe (HC) in Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) sowie Wasserdampf (H2O) umgewandelt. Für eine wirksame Abgasnachbehandlung mit einem hohen Umwandlungsgrad der Schadstoffe ist eine Lambda-Regelung erforderlich, die mittels einer Lambdasonde erfolgt. Ziel ist es dabei, das Verbrennungsluftverhältnis λ, welches häufig auch als Luftzahl bezeichnet wird, in einem engen Bereich um λ = 1 zu regeln.
  • Um eine Bestimmung der Wirksamkeit des Dreiwegekatalysators 1, 1' zu ermöglichen, soll nachfolgend ein Verfahren vorgestellt werden, bei dem diese Bestimmung durch eine direkte Messung von Emissionen erfolgt. Zu diesem Zweck ist ein NOX-Sensormittel 2a, 2b vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, NOX-Emissionen zu erfassen.
  • 1 zeigt in diesem Zusammenhang zwei mögliche Einbaupositionen des NOX-Sensormittels 2a, 2b. So besteht die Möglichkeit, dass das NOX-Sensormittel 2a innerhalb des Dreiwegekatalysators 1, 1' angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das NOX-Sensormittel 2b - in Strömungsrichtung der Abgase betrachtet - hinter dem Dreiwegekatalysator 1, 1' angeordnet ist. Da eine wirksame Abgasnachbehandlung mittels eines Dreiwegekatalysators 1, 1' nur in einem relativ engen Bereich um λ = 1 (dem so genannten Lambda-Fenster) erfolgen kann, werden das tatsächliche Verbrennungsluftverhältnis λ mittels der Lambdasonde erfasst und die Kraftstoff- und/oder Luftmenge so verändert, dass das Verbrennungsluftverhältnis λ den gewünschten Sollwert erreicht. Im Realbetrieb des Ottomotors schwankt das Verbrennungsluftverhältnis λ stets um diesen Sollwert.
  • In einem mageren Betrieb des Ottomotors mit λ > 1 ist im Dreiwegekatalysator 1, 1' ein NOX-Schlupf vorhanden. Wenn der Ottomotor mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch mit λ < 1 betrieben wird, entsteht Ammoniak (NH3). Ammoniak wird während des Betriebs des Ottomotors unter Luftmangel durch chemische Reaktionen im Dreiwegekatalysator erzeugt, wobei die chemische Hauptreaktion hierbei die Ammoniakbildung aus Stickstoffmonoxid und Wasserstoff ist.
  • Ein Problem ergibt sich daraus, dass das NOX-Sensormittel 2a, 2b nicht zwischen NOX-Emissionen und NH3-Emissionen unterscheiden kann. 2 zeigt den Verlauf der von dem NOX-Sensormittel 2a, 2b gemessenen Emissionen und die auf NOX und NH3 entfallenden Anteile. Es wird deutlich, dass der Kurvenverlauf im Wesentlichen wannenförmig ist und bei λ = 1 ein Minimum aufweist. Für λ > 1 (magerer Betrieb) wird der vom NOX-Sensormittel 2a, 2b erfasste Anteil der Emissionen nahezu vollständig durch NOX bestimmt. Für λ < 1 (fetter Betrieb) entspricht der auf NH3 entfallende Anteil demgegenüber typischerweise etwa dem 0,8-fachen der mittels des NOX-Sensormittels 2a, 2b erfassten Gesamtmenge der Emissionen.
  • Unter Bezugnahme auf 3 sollen nachfolgend Einzelheiten der Auswertung der Messwerte des NOX-Sensormittels 2a, 2b näher erläutert werden. Um die von dem NOX-Sensormittel 2a, 2b erfassten Messwerte auszuwerten, erfolgt in einem ersten Schritt eine Aufbereitung der Messsignale mit Hilfe von Signalaufbereitungsmitteln 3. Zu diesem Zweck werden geeignete Stabilitätskriterien definiert. Darüber hinaus werden insbesondere auch Reaktions- und Gaslaufzeiten korrigiert. Die von dem NOX-Sensormittel 2a, 2b erfassten Messwerte enthalten für eine ganzheitliche Bewertung der Effektivität des Dreiwegekatalysators 1, 1' sowohl Messwerte der NOX-Emissionen in mageren Bereichen mit λ > 1 als auch die NH3-Emissionen in fetten Bereichen mit λ < 1.
  • In einer Recheneinrichtung 4 wird anhand der Daten eines Referenzkatalysators ein Simulationsmodell mittels einer Simulationssoftware, beispielsweise durch ein neuronales Netz, ausgeführt. Hierbei werden Emissionswerte des Referenzkatalysators auf Basis der Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, die hinter dem Dreiwegekatalysator 1, 1' erfasst wird, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie der Katalysatortemperatur, die der Recheneinrichtung 4 als Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt werden, berechnet. Grundsätzlich können auch noch weitere Betriebsgrößen des Ottomotors und/oder des Dreiwegekatalysators 1, 1' in das Simulationsmodell einfließen.
  • Ausgangsgrößen des Simulationsmodells, die anschließend weiterverarbeitet werden können, sind somit die durch eine Modellbildung berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators. Die hierbei modellierten und rechnerisch erhaltenen Emissionswerte des Referenzkatalysators können nachfolgend mit den realen Messwerten des NOX-Sensormittels 2a, 2b verglichen werden, so dass insbesondere Aussagen über die Wirksamkeit der Abgasnachbehandlung mittels des Dreiwegekatalysators 1, 1' getroffen werden können. Vorzugsweise wird ein Simulationsmodell verwendet, bei dem die theoretisch berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators Grenzwerte eines gerade noch für die Abgasnachbehandlung geeigneten Katalysators („Grenzkatalysators“) darstellen. Dadurch wird die Bewertung des untersuchten Dreiwegekatalysators 1, 1' einfacher.
  • Das von der Recheneinrichtung 4 ausgeführte Simulationsmodell berechnet insbesondere auf Basis der vorstehend genannten Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie der Katalysatortemperatur, die aus dem aktuellen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs stammen, das zu erwartende Emissionsverhalten des Referenzkatalysators und stellt somit theoretisch berechnete Emissionswerte dieses Referenzkatalysators zur Verfügung. Damit bildet das Simulationsmodell für jeden Betriebspunkt durch die berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators eine Grenzkurve, gegenüber der das Emissionsverhalten des tatsächlich im Kraftfahrzeug verbauten Dreiwegekatalysators 1, 1' abgeglichen werden kann.
  • Beispielsweise hängt die Größe der von dem NOX-Sensormittel 2a, 2b gemessenen Sensorwerte von der vorhandenen Effektivität der Abgasnachbehandlung mit Hilfe des Dreiwegekatalysators 1, 1' ab. Diese Situation ist in 4 gezeigt, in der die Abhängigkeit der Messwerte des NOX-Sensormittels 2a, 2b von der mittels einer Lambdasonde erfassten Spannung für einen für die Abgasnachbehandlung zulässigen, insbesondere neuen, Dreiwegekatalysator 1 (Kurve mit dem Bezugszeichen 10) sowie für einen stark gealterten, nicht mehr für eine wirksame Abgasnachbehandlung geeigneten Dreiwegekatalysator 1' (Kurve mit dem Bezugszeichen 11) dargestellt ist. Ferner sind die mittels des Simulationsmodells theoretisch berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators (Kurve mit dem Bezugszeichen 12) in 4 eingezeichnet.
  • Es wird deutlich, dass die Emissionswerte des stark gealterten Dreiwegekatalysators 1' stets oberhalb und die Emissionswerte des für die Abgasnachbehandlung geeigneten, insbesondere neuen, Dreiwegekatalysators 1 stets unterhalb der theoretisch berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators liegen, so dass auf einfache Weise eine Unterscheidung und Bewertung möglich ist, ob die Wirksamkeit des Dreiwegekatalysators 1, 1' noch gegeben ist oder nicht.
  • Die in 4 dargestellten, im Wesentlichen wannenförmigen Verläufe der Emissionswerte hängen von dem jeweiligen Betriebspunkt des Dreiwegekatalysators 1, 1' ab, der insbesondere durch die Last, die Betriebstemperatur des Dreiwegekatalysators 1, 1' sowie darüber hinaus auch durch das Verbrennungsluftverhältnis λ bestimmt ist. Die erfassten Messwerte des NOX-Sensormittels 2a, 2b entsprechen den Bereichen einer Messung, in denen die Stabilitätskriterien erfüllt sind. Für diese Phasen werden sämtliche notwendigen Informationen über den Betriebspunkt an das Simulationsmodell übertragen.
  • 5 zeigt die Messwerte des NOX-Sensormittels 2a, 2b in Abhängigkeit von der Anzahl der erfassten Messwerte für einen zulässigen, insbesondere neuen, Dreiwegekatalysator 1 (Kurve mit dem Bezugszeichen 20) sowie für einen - beispielsweise aufgrund von Alterungseffekten - nicht mehr geeigneten Dreiwegekatalysator 1' (Kurve mit dem Bezugszeichen 21). Ferner sind auch die mittels des Simulationsmodells berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators (Kurve mit dem Bezugszeichen 22) dargestellt.
  • Eine Bewertung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators 1, 1' kann zum Beispiel durch eine Integralbildung erfolgen, indem das Integral über die Messwerte des NOX-Sensormittels 2a, 2b des betreffenden Dreiwegekatalysators 1, 1' und das Integral über die berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Für einen daraus resultierenden Bewertungsfaktor K ergibt sich dann: K = ∫ g e m e s s e n e   E m i s s i o n s w e r t e   d e s   D r e i w e g e k a t a l y s a t o r s ∫ b e r e c h n e t e   E m i s s i o n s w e r t e   d e s   R e f e r e n z k a t a l y s a t o r s
    Figure DE102018126767B4_0002
  • Für die Darstellung der Integrale in 6 in Abhängigkeit von der Anzahl der Messwerte für einen zulässigen, insbesondere neuen, Dreiwegekatalysator 1 (Kurve mit dem Bezugszeichen 30), einen nicht mehr zulässigen Dreiwegekatalysator 1' (Kurve mit dem Bezugszeichen 31) sowie für den Referenzkatalysator (Kurve mit dem Bezugszeichen 32) sind in dieser Darstellung beispielhafte Werte für deren Bewertungsfaktoren K eingezeichnet.
  • Wie in 7 zu erkennen, liegt der Bewertungsfaktor K für den Referenzkatalysator in einem Streuband 40 um den Faktor K = 1 (vorliegend zwischen 0,95 und 1,05). Je nachdem, ob der Bewertungsfaktor K des betrachteten Dreiwegekatalysators 1, 1' unterhalb oder oberhalb dieses Streubands 40 liegt, kann eine verlässliche Aussage darüber getroffen werden, ob das Emissionsverhalten des betreffenden Dreiwegekatalysators 1, 1' die Voraussetzungen für eine wirksame Abgasnachbehandlung erfüllt (K liegt unterhalb des Streubandes 40) oder nicht (K liegt oberhalb des Streubandes 40).
  • Die Bewertungsfaktoren K von zulässigen, insbesondere neuen Dreiwegekatalysatoren 1, und von stark gealterten Dreiwegekatalysatoren 1' liegen ebenfalls in einem Streuband. In 8 sind die Bewertungsfaktoren K von zulässigen, insbesondere neuen, Dreiwegekatalysatoren 1, Referenzkatalysatoren sowie stark gealterten und somit nicht mehr für eine wirksame Abgasnachbehandlung geeigneten Dreiwegekatalysatoren 1' mit ihren jeweiligen Streubändern gezeigt. Ferner enthält diese Darstellung auch mit den entsprechenden Altersstufen korrespondierende Werte, die durch eine Bestimmung der verfügbaren Sauerstoffspeicherfähigkeit (kurz: OSC-Diagnose) der Dreiwegekatalysatoren 1, 1' erhalten wurden.
  • Im Stand der Technik wird die Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators 1, 1' eines Ottomotors auf einem indirekten Weg durch eine Bestimmung der verfügbaren Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) bewertet. Dabei alterniert das Verbrennungsluftverhältnis λ zwischen λ < 1 (fettes Gemisch) und λ > 1 (mageres Gemisch), so dass über die Menge des in den Dreiwegekatalysator 1, 1' eingetragenen Sauerstoffs berechnet werden kann, wie hoch der aktuelle Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit, der auch als OSC-Wert bezeichnet wird, ist. Da das überwachte Katalysatorvolumen dabei bis zum beziehungsweise kurz vor den Fett-/Magerdurchbruch gebracht werden muss, kann hierdurch ein unter Umständen recht hoher Einfluss auf das Emissionsergebnis resultieren.
  • Für den Referenzkatalysator sind in 8 ebenfalls entsprechende OSC-Werte dargestellt. Aus einem Vergleich der Bewertungsfaktoren K mit den damit korrespondierenden OSC-Werten wird deutlich, dass mit Hilfe des hier vorgestellten Verfahrens eine deutlich höhere Trennschärfe als mit der OSC-Diagnose erreicht werden kann, so dass eine eindeutige Unterscheidung zwischen den unterschiedlichen Alterungsstufen des Dreiwegekatalysators 1, 1' möglich ist. Anhand der OSC-Werte des zulässigen, insbesondere neuen Dreiwegekatalysators 1, und des Referenzkatalysators wird deutlich, dass mit der OSC-Diagnose eine derartige Trennschärfe nicht erreichbar ist, da die OSC-Werte teilweise miteinander überlappen und somit eine eindeutige Unterscheidung nicht möglich ist. Das hier vorgestellte Verfahren erlaubt es in vorteilhafter Weise, Emissionseinflüsse, die im Stand der Technik aus der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit resultieren, wirksam zu vermeiden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit eines Dreiwegekatalysators (1, 1') eines Ottomotors, wobei - mit einem innerhalb oder in Abgasströmungsrichtung hinter dem Dreiwegekatalysator (1, 1') angeordneten NOX-Sensormittel (2a, 2b) Emissionen des Ottomotors erfasst werden, - die Messwerte des NOX-Sensormittels (2a, 2b) zusammen mit Betriebsgrößen des Ottomotors und/oder des Dreiwegekatalysators (1, ,1') einer Recheneinrichtung (4) zugeführt werden, wobei die Recheneinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, ein Simulationsmodell auszuführen und dadurch Emissionswerte eines Referenzkatalysators anhand der Betriebsgrößen zu berechnen, und - die berechneten Emissionswerte mit den Messwerten des NOX-Sensormittels (2a, 2b) verglichen werden, wobei der Recheneinrichtung (4) zur Durchführung des Simulationsmodells insbesondere die Betriebsgrößen Lambdasondenspannung, Drehmoment und Drehzahl des Ottomotors sowie die Katalysatortemperatur zugeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsmodell durch ein künstliches neuronales Netz gebildet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Modellierung des Referenzkatalysators verwendete Simulationsmodell so ausgebildet wird, dass es Emissionsgrenzwerte eines noch für die Abgasnachbehandlung geeigneten Katalysators berechnet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Vergleich der berechneten Emissionswerte mit den Messwerten des NOX-Sensormittels (2a, 2b) eine Bewertung vorgenommen wird, ob der Dreiwegekatalysator (1, 1') für eine Abgasnachbehandlung des Ottomotors zulässig ist oder nicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Messwerte des NOX-Sensormittels (2a, 2b) und der berechneten Emissionswerte des Referenzkatalysators ein Bewertungsfaktor K für den Dreiwegekatalysator (1, 1') berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewertungsfaktor K durch die Formel K = ∫ g e m e s s e n e   E m i s s i o n s w e r t e   d e s   D r e i w e g e k a t a l y s a t o r s ∫ b e r e c h n e t e   E m i s s i o n s w e r t e   d e s   R e f e r e n z k a t a l y s a t o r s
    Figure DE102018126767B4_0003
    berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Referenzkatalysator ein Bewertungsfaktor K mit einem Streuband (40) berechnet und mit dem Bewertungsfaktor K des Dreiwegekatalysators (1, 1') verglichen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des NOX-Sensormittels (2a, 2b) mit Hilfe von Signalaufbereitungsmitteln (3) aufbereitet werden, bevor sie der Recheneinrichtung (4) zugeführt werden.
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