DE102019127243A1

DE102019127243A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019127243A1
Application number: DE102019127243.2A
Authority: DE
Inventors: Harald Drings; Lukas Cooke; Christof Kirchmaier; Bajram Imeroski
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Daimler AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Abgassonde und einer hinter der Abgasreinigungsanlage angeordneten zweiten Abgassonde, aufweisend die folgenden Schritte: Ermitteln einer ersten Größe, die einen Betrag einer zeitlichen Änderung eines Ausgangssignals der zweiten Abgassonde charakterisiert, Ermitteln, ob die erste Größe einen vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet und danach wieder überschreitet, Ermitteln einer Zeitdauer, für die die erste Größe den vorgebbaren ersten Schwellwert unterschritten hat.

Description

Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine.
Die Offenbarung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung eines derartigen Verfahrens.
Offenbarung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Abgassonde und einer hinter der Abgasreinigungsanlage angeordneten zweiten Abgassonde, aufweisend die folgenden Schritte: Ermitteln einer ersten Größe, die einen Betrag einer zeitlichen Änderung eines Ausgangssignals der zweiten Abgassonde charakterisiert, Ermitteln, ob die erste Größe einen vorgebbaren ersten Schwellwert unterschreitet und danach wieder überschreitet, Ermitteln einer Zeitdauer, für die die erste Größe den vorgebbaren ersten Schwellwert unterschritten hat. Die erste Zeitdauer, die weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch als „Haltezeit“ bezeichnet werden kann, kann vorteilhaft für eine Diagnose der Abgasreinigungsanlage bzw. wenigstens einer Komponente der Abgasreinigungsanlage eingesetzt werden, insbesondere um bekannte Verfahren zur Diagnose zu überprüfen und/oder zu ergänzen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann als Diagnoseverfahren für die Abgasreinigungsanlage beispielsweise ein Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage ausgeführt werden, wobei in einer ersten Phase die Brennkraftmaschine mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem fetten (λ < 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis und in einer zweiten Phase mit einem mageren (λ > 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird und wobei eine Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage aus einem Sauerstoffeintrag in die Abgasreinigungsanlage während der zweiten Phase bestimmt wird und/oder wobei zur Bestimmung einer Fettgas-Speicherfähigkeit die Brennkraftmaschine während der ersten Phase mit einem mageren (λ > 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben und in der zweiten Phase mit einem fetten (λ < 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird und wobei die Fettgas-Speicherfähigkeit aus dem Sauerstoffaustrag aus der Abgasreinigungsanlage während der zweiten Phase bestimmt wird.
Zur Reduktion der Emissionen in Fahrzeugen mit Ottomotoren werden beispielsweise 3-Wege-Katalysatoren als Abgasreinigungsanlagen verwendet, die insbesondere dann ausreichend unerwünschte Produkte im Abgas konvertieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ mit hoher Präzision eingeregelt wird. Zu diesem Zweck wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ bevorzugt mittels einer der Abgasreinigungsanlage vorgelagerten (ersten) Abgassonde gemessen. Das Speichervermögen einer derartigen Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxidierbare Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Eine der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete (zweite) Abgassonde dient dabei der Überwachung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage.
Mit zunehmender Alterung eines Katalysators nimmt dessen Speichervermögen für Sauerstoff OSC (Oxygen Storage Capacity) ab. Hierdurch kann in den Fettphasen nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas von den Schadgaskomponenten zu reinigen und die Abgassonde hinter dem Katalysator detektiert diese zu oxidierenden Komponenten. Weiterhin detektiert diese Abgassonde in längeren Magerphasen den Sauerstoff, der nicht mehr von dem Katalysator gespeichert werden kann.
In vielen Ländern ist eine Überprüfung des Katalysators während des Fahrbetriebs durch die Motorsteuerung gesetzlich vorgeschrieben (On-Board-Diagnose). Eine aktive Katalysator-Diagnose hat dabei die Aufgabe, ein unzulässiges Absinken der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators, die zu unzulässiger Erhöhung der Abgaswerte führen kann, zu erkennen und beispielhaft über eine Kontroll-Lampe anzuzeigen bzw. in einem Fehlerspeicher der Motorsteuerung einzutragen.
Ein bekanntes Diagnoseverfahren für die Konvertierungsfähigkeit besteht darin, die Sauerstoff- Speicherfähigkeit des Katalysators zu bestimmen, da erfahrungsgemäß mit der Speicherfähigkeit auch das Konvertierungsvermögen abnimmt. Bei einer aktiven Katalysator-Diagnose im Rahmen der On-Bord-Diagnose (OBD) wird durch eine Zwangsanregung oder Vorsteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Fett-Mager-Schwingung eingestellt, die zu einer maximalen Sauerstoff-Beladung des Katalysators führt.
Zur Korrektur eines Dynamikfehlers der der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Abgassonde kann vorgesehen sein, dass als Parameter der Sprungantwort der zweiten Abgassonde eine Reaktionszeit auf eine sprunghafte Änderung des Lambdawerts des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs von mager nach fett und als Zeitkonstante eine Zeit zwischen einem Unterschreiten einer ersten vorbestimmten Schwelle im Bereich über Lambda = 1 bis zum Unterschreiten einer zweiten vorbestimmten Schwelle im Bereich unter Lambda = 1 bei einer sprunghaften Änderung des Lambdawerts des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs von mager nach fett bestimmt werden und dass der Sauerstoffaustrag mit der Reaktionszeit und der Zeitkonstanten korrigiert wird.
Für die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete zweite Abgassonde kann nach bekannten Verfahren als Reaktionszeit (auch Verzugszeit oder Totzeit) „fett nach mager“ die Verzögerung zwischen einer Lambdaanforderung der ersten Abgassonde von „fett nach mager“ bis zur Reaktion des Ausgangssignals der zweite Abgassonde verwendet werden. Ebenso kann die Reaktionszeit „mager nach fett“ nach bekannten Verfahren bestimmt werden. Eine Zeitkonstante „fett nach mager“ für die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete zweite Abgassonde kann mittels bekannter Verfahren bestimmt werden, indem die Zeit zwischen dem Kreuzen einer definierten Schwelle im Fettbereich bis zum Kreuzen einer Schwelle im Mageren bestimmt wird. Sinngemäß kann ebenso eine Zeitkonstante „mager nach fett“ bestimmt werden. Mit den so bestimmten Werten für Reaktionszeit und Zeitkonstante für die zweite Abgassonde kann die Sauerstoffstoffspeicherfähigkeit direkt bei der Integration des Sauerstoffeintrags korrigiert werden. Dieses Verfahren ist unter den Begriff „Close The Gap“ bekannt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Verfahren gemäß den Ausführungsformen, insbesondere die hiermit ermittelbare erste Zeitdauer („Haltezeit“), vorteilhaft zur Ergänzung des genannten „Close The Gap“-Verfahrens verwendet werden, wodurch eine Erhöhung der Robustheit der Katalysatordiagnose insbesondere bezüglich einer fälschlichen Anzeige eines Katalysatorfehlers erzielbar ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein unnötiger Austausch von Gutteilen vermeiden werden, welcher insbesondere beim Bauteil Katalysator hohe Kosten verursacht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann mittels einer On-Board-Diagnose z.B. eines Drei-Wege Katalysatorsystems unter anderem eine Dynamik der zweiten Abgassonde, die z.B. als Zweipunkt-Lambdasonde ausgebildet ist, überwacht werden. Beispielsweise bedient die On-Board-Diagnose unter anderem folgende Fehlerbilder:

A) Katalysatorfehler: Der Katalysator hat neben seiner katalytischen Funktion die Eigenschaft, Sauerstoff zu speichern. Der in der mageren Phase gespeicherte Sauerstoff wird in der fetten Phase ganz oder teilweise wieder ausgetragen. Durch die Alterung verkleinert sich wie vorstehend bereits erwähnt das Sauerstoffspeichervermögen (OSC) des Katalysators und damit auch die Konvertierung. Nach On-Board Diagnostics II (OBD II)-Anforderungen dürfen die Emissionen gewisse Grenzen nicht überschreiten. Die Aufgabe der Katalysatordiagnosefunktion ist es, aus dem Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators eine Aussage über dessen Alterung und somit die Konvertierung zu treffen. Die Messung erfolgt bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen z.B. durch Integration des Sauerstoffmassestroms während einer Magerphase, bis die zweite Abgassonde („Nachkatsonde“) ein mageres Lambda anzeigt.
B) „Hinterkat-Sonde Delay-Fehler“ („Delayfehler Hinterkat“): Die Delayzeit ist definiert als die Zeit zwischen der Umstellung des Vorkat-Lambda (also Lambdawerts des Gemischs vor dem Katalysator) und der Reaktion der Hinterkatsonde (zweite Abgassonde), („Knick im Sondensignal“). Für den „Delayfehler Hinterkat“ existieren folgende mögliche Fehlerbilder: 1) Phasenverschiebung: Das fehlerhafte Signal der zweiten Abgassonde ist zeitlich um die eingestellte Delayzeit verschoben 2) Halten bei Kreuzung: zusätzlich zur Verschiebung wird das Signal der zweiten Abgassonde für die eingestellte Delayzeit eingefroren, wenn das fehlerhafte Signal das Originalsignal kreuzt.

Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann eine Querwirkung von einem Sondenfehler auf eine Detektion eines Katalysatorfehlers bestehen. Insbesondere dann, wenn die Dynamik der hinteren, also zweiten, Abgassonde verlangsamt ist, wird ein Sprung zu magerem Lambda später detektiert und entsprechend eine größere Sauerstoffspeicherfähigkeit gemessen als physikalisch tatsächlich vorhanden ist. Daher gehört zu den gesetzlichen Anforderungen die bereits erwähnte so genannte „Close-The-Gap“-Korrektur, d.h. anhand der gemessenen Delayzeit wird der richtige Wert des Sauerstoffspeichervermögens OSC rekonstruiert. Hieraus folgt, dass eine fälschliche Diagnose einer Delayzeit zwangsläufig eine zu hohe („Close-The-Gap“-)Korrektur bewirkt.
Weiteren Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann jedoch in einigen Fällen eine erhöhte Delayzeit beobachtet werden, ohne dass wie vorstehend beschrieben das Sauerstoffspeichervermögen OSC dadurch verfälscht wurde, d.h. eine Close-The-Gap-Korrektur erforderlich gewesen wäre. Da die Korrektur bei konventionellen Ansätzen dennoch durchgeführt wird, besteht die Gefahr des fälschlichen Fehlereintrags. Dies kann vorteilhaft unter Anwendung des Prinzips gemäß den Ausführungsformen vermieden werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ermitteln der ersten Größe aufweist: Bilden eines Betrags einer Steigung einer Ausgangsspannung der zweiten Abgassonde und Verwenden des Betrags der Steigung der Ausgangsspannung der zweiten Abgassonde als erste Größe. Mit anderen Worten kann die Ausgangsspannung der zweiten Abgassonde somit das genannte Ausgangssignal der zweiten Abgassonde darstellen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Prüfen, ob die erste Größe den ersten Schwellwert unterschreitet, und, wenn die erste Größe den ersten Schwellwert unterschreitet, Starten eines Zählers, insbesondere Zeitzählers, Prüfen, ob die erste Größe den ersten Schwellwert überschreitet, und, wenn die erste Größe den ersten Schwellwert überschreitet, Anhalten des Zählers, insbesondere Zeitzählers, wobei insbesondere ein Zählerwert des Zählers, insbesondere Zeitzählers die Zeitdauer charakterisiert. Auf diese Weise kann die Zeitdauer bzw. Haltezeit besonders effizient ermittelt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Vergleichen der Zeitdauer mit einer Delayzeit, die eine Zeitdauer zwischen einer Umstellung eines Lambdawerts vor der Abgasreinigungsanlage und einer auf die Umstellung des Lambdawerts vor der Abgasreinigungsanlage folgenden zeitlichen Änderung des Ausgangssignals der zweiten Abgassonde, insbesondere in Reaktion auf die Umstellung des Lambdawerts vor der Abgasreinigungsanlage, charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Vergleichen aufweist: Multiplizieren der Delayzeit mit einem vorgebbaren ersten Faktor, wodurch eine modifizierte Delayzeit erhalten wird, Prüfen, ob die modifizierte Delayzeit kleiner gleich der Zeitdauer ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dann, wenn die modifizierte Delayzeit kleiner gleich der Zeitdauer ist, die Delayzeit zur Korrektur einer Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage verwendet wird bzw. zur Verwendung hierfür freigegeben wird, wobei insbesondere dann, wenn die modifizierte Delayzeit größer als die Zeitdauer ist, eine Diagnose der Abgasreinigungsanlage abgebrochen wird bzw. die Delayzeit nicht zur Korrektur einer Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage verwendet wird bzw. nicht zur Verwendung hierfür freigegeben wird („unplausible Delaydiagnose“).
Durch das Vergleichen der Zeitdauer (Haltezeit) mit der Delayzeit kann effizient eine Detektion von Ausreißern in der Delaymessung (Messung der Delayzeit) erfolgen, nämlich z.B. im Wege der Plausibilisierung der Delayzeit mit der gemäß bevorzugten Ausführungsformen ermittelten Haltezeit. Wenn die physikalischen Annahmen bezüglich der Delayzeit korrekt sind, dann sollte z.B. eine erhöhte Delayzeit auch mit einer erhöhten Haltezeit korrelieren. Bevorzugt wird eine unplausible Delayzeit nicht zur Korrektur einer Katalysatordiagnose verwendet, sondern z.B. die Katalysatordiagnose abgebrochen, wenn die Delayzeit bezüglich der Haltezeit unplausibel ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Abbrüchen der Katalysatordiagnose, z.B. wegen gemäß den bevorzugten Ausführungsformen ermittelter unplausibler Delaydiagnose, auf eine vorgebbare Maximalzahl begrenzt werden. Dadurch wird vorteilhaft eine Durchführbarkeit der Katalysatordiagnose sichergestellt. Wird die vorgebbare Maximalzahl z.B. überschritten, findet bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die Close-The-Gap-Korrektur trotz unplausibler Delaydiagnose statt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Abgassonde und einer hinter der Abgasreinigungsanlage angeordneten zweiten Abgassonde, wobei die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen ausgebildet ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß den Ausführungsformen auszuführen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß den Ausführungsformen auszuführen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm gemäß den Ausführungsformen überträgt.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine, bei der das Verfahren gemäß bevorzugten Ausführungsformen anwendbar ist,
2 schematisch ein Zeitdiagramm mit Signalverläufen gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
3 schematisch ein Zeitdiagramm mit einem Signalverlauf gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
4 schematisch ein Zeitdiagramm mit Signalverläufen gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
5A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
5B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
5C schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und
6 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen.

1 zeigt schematisch an einem Beispiel eines Otto-Motors ein beispielhaftes technisches Umfeld, in dem ein Verfahren gemäß bevorzugten Ausführungsformen im Bereich einer Abgasreinigungsanlage 17 eingesetzt werden kann.
Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 16 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 die Abgasreinigungsanlage 17 vorgesehen ist. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 14 vorgesehen, die zum einen die Menge des der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 zugeführten Kraftstoffs steuert und der zum anderen die Signale 12a, 15a, 18a des Luftmassenmessers 12 und einer in dem Abgaskanal 16 vor der Abgasreinigungsanlage 17 angeordneten ersten Abgassonde 15 sowie einer in dem Abgaskanal 16 hinter der Abgasreinigungsanlage 17 angeordneten zweiten Abgassonde 18 zugeführt werden. Die erste Abgassonde 15 bestimmt einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs und ist z.B. Teil eines der Brennkraftmaschine 10 zugeordneten Lambda-Regelkreises (nicht gezeigt). Sie kann z.B. als Breitband-Lambdasonde oder stetige Lambda-Sonde ausgeführt sein. Die zweite Abgassonde 18 bestimmt die Abgaszusammensetzung nach der Abgasreinigungsanlage 17. Die zweite Abgassonde 18 kann z.B. als Sprungsonde oder Binärsonde ausgebildet sein.
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben der Abgasreinigungsanlage 17 für die Brennkraftmaschine 10, aufweisend die folgenden Schritte, vgl. das Flussdiagramm aus 5A: Ermitteln 100 einer ersten Größe G1, die einen Betrag einer zeitlichen Änderung eines Ausgangssignals 18a (1) der zweiten Abgassonde 18 charakterisiert, Ermitteln 110 (5A), ob die erste Größe G1 einen vorgebbaren ersten Schwellwert T1 unterschreitet und danach wieder überschreitet, Ermitteln 120 einer Zeitdauer HZ, für die die erste Größe G1 den vorgebbaren ersten Schwellwert T1 unterschritten hat. Die erste Zeitdauer HZ, die weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch als „Haltezeit“ bezeichnet werden kann, kann vorteilhaft für eine Diagnose der Abgasreinigungsanlage 17 bzw. wenigstens einer Komponente der Abgasreinigungsanlage 17 eingesetzt werden, insbesondere um bekannte Verfahren zur Diagnose zu überprüfen und/oder zu ergänzen, z.B. das bereits erwähnte „Close-the-Gap“-Verfahren. Daher kann das Verfahren gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch als „Close-the-Gap“-Korrektur bezeichnet werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann als Diagnoseverfahren für die Abgasreinigungsanlage 17 (1) beispielsweise ein Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage 17 ausgeführt werden, wobei in einer ersten Phase P1 (vgl. 2) die Brennkraftmaschine 10 mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem fetten (λ < 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis und in einer zweiten Phase P2 mit einem mageren (λ > 1) Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und wobei eine Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage 17 aus einem Sauerstoffeintrag in die Abgasreinigungsanlage 17 während der zweiten Phase bestimmt wird. Dies ist aus dem Zeitdiagramm gemäß 2 ersichtlich, in dem die Kurve K1 einen zeitlichen Verlauf eines Ausgangssignals 15a (1) der ersten Abgassonde 15 und die Kurve K2 einen zeitlichen Verlauf eines Ausgangssignals 18a (1) der zweiten Abgassonde 18 beschreibt. Bei den Ausgangssignalen 15a, 18a handelt es sich z.B. um entsprechende Ausgangsspannungen der Abgassonden 15, 18, die in 2 auf einer vertikalen Achse y über der Zeitachse t aufgetragen sind. Das Rechteck R in 2 repräsentiert hierbei symbolisch die wie vorstehend beschrieben ermittelbare Sauerstoff-Speicherfähigkeit OSC.
Die vorstehend unter Bezugnahme auf 5A beschriebene Ermittlung der Haltezeit HZ kann bei dem Diagramm gemäß 2 beispielsweise im Anschluss an die zweite Phase P2 erfolgen. Es ist zu erkennen, dass sich um den Zeitpunkt t1 herum ein lokales Minimum der Kurve K2 ergibt, in dessen Umgebung die unter Bezugnahme auf 5A beschriebenen Kriterien erfüllt sind. Insbesondere unterschreitet in diesem Zeitbereich die einen Betrag der zeitlichen Änderung des Ausgangssignals 18a, K1 der zweiten Abgassonde 18 charakterisierende erste Größe G1 den vorgebbaren ersten Schwellwert T1 (5A), vgl. z.B. den Zeitpunkt t01, und überschreitet danach wieder, vgl. z.B. den Zeitpunkt t02, den genannten ersten Schwellwert T1. Mit anderen Worten weist die Kurve K2 in dem Zeitbereich (t01; t02) einen vergleichsweise flachen Verlauf (bezogen auf den ersten Schwellwert) auf. Die Zeitdauer HZ dazwischen entspricht der genannten „Haltezeit“.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen gelten die vorstehenden Ausführungen in entsprechender Weise für ein lokales Maximum (nicht gezeigt) der Kurve K2, wie es sich z.B. infolge einer zu der Situation gemäß 2 inversen Anregung (Lambda-Sprung der Kurve K1 von Werten > 1 auf werte < 1) ergeben kann.
Für die der Abgasreinigungsanlage 17 nachgeschaltete zweite Abgassonde 18 kann nach bekannten Verfahren als Delayzeit DZ bzw. Reaktionszeit (auch Verzugszeit oder Totzeit) „fett nach mager“ die Verzögerung zwischen einer Lambdaanforderung der ersten Abgassonde 15 von „fett nach mager“ bis zur Reaktion des Ausgangssignals 18a der zweiten Abgassonde 18 verwendet werden, vgl. den mit dem Bezugszeichen DZ bezeichneten Doppelpfeil in dem Grenzbereich GB zwischen der ersten Phase P1 und der zweiten Phase P2 aus 2. Eine Zeitkonstante „fett nach mager“ für die der Abgasreinigungsanlage 17 nachgeschaltete zweite Abgassonde 18 kann mittels bekannter Verfahren bestimmt werden, z.B. indem die Zeit zwischen dem Kreuzen einer definierten Schwelle im Fettbereich bis zum Kreuzen einer Schwelle im Mageren bestimmt wird. Mit den so bestimmten Werten für Reaktionszeit und Zeitkonstante für die zweite Abgassonde 18 kann die Sauerstoffstoffspeicherfähigkeit z.B. direkt bei der Integration des Sauerstoffeintrags R korrigiert werden. Dieses Verfahren ist unter den Begriff „Close The Gap“ bekannt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Verfahren gemäß den Ausführungsformen, insbesondere die hiermit ermittelbare erste Zeitdauer HZ („Haltezeit“), vorteilhaft zur Ergänzung des genannten „Close The Gap“-Verfahrens verwendet werden, wodurch eine Erhöhung der Robustheit der Katalysatordiagnose insbesondere bezüglich einer fälschlichen Anzeige eines Katalysatorfehlers erzielbar ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein unnötiger Austausch von Gutteilen vermeiden werden, welcher insbesondere beim Bauteil Katalysator 17 hohe Kosten verursacht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann mittels einer On-Board-Diagnose des Katalysatorsystems 17 unter anderem eine Dynamik der zweiten Abgassonde 18, die z.B. als Zweipunkt-Lambdasonde ausgebildet ist, überwacht werden. Beispielsweise bedient die On-Board-Diagnose unter anderem folgende Fehlerbilder:

A) Katalysatorfehler: Der Katalysator 17 hat neben seiner katalytischen Funktion die Eigenschaft, Sauerstoff zu speichern. Der in der mageren Phase gespeicherte Sauerstoff wird in der fetten Phase ganz oder teilweise wieder ausgetragen. Durch die Alterung verkleinert sich wie vorstehend bereits erwähnt das Sauerstoffspeichervermögen (OSC) des Katalysators 17 und damit auch die Konvertierung. Nach On-Board Diagnostics II (OBD II)-Anforderungen dürfen die Emissionen gewisse Grenzen nicht überschreiten. Eine Aufgabe der Katalysatordiagnosefunktion ist es, aus dem Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators eine Aussage über dessen Alterung und somit die Konvertierung zu treffen. Die Messung erfolgt bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen z.B. durch Integration des Sauerstoffmassestroms (Ausgangssignal 12a des Luftmassenmessers 12) über der Zeit t während einer Magerphase P2, bis die zweite Abgassonde 18 („Nachkatsonde“) ein mageres Lambda anzeigt, vgl. die Rechteckfläche R.
B) „Hinterkat-Sonde Delay-Fehler“ („Delayfehler Hinterkat“): Die Delayzeit DZ ist definiert als die Zeit zwischen der Umstellung U (2) des Vorkat-Lambda (also Lambdawerts des Gemischs vor dem Katalysator 17) und der Reaktion R' der Hinterkatsonde 18 (zweite Abgassonde), vgl. z.B. auch den Knick K im „Sondensignal“ K2. Für den „Delayfehler Hinterkat“ existieren folgende mögliche Fehlerbilder: 1) Phasenverschiebung: Das fehlerhafte Signal K3 (vgl. das Zeitdiagramm mit Zeitachse t'' und vertikaler Achse y' der 4) der zweiten Abgassonde 18 (1) ist zeitlich um die eingestellte Delayzeit DZ1 verschoben, bezogen auf ein ordnungsgemäßes Sondensignal K4, 2) Halten bei Kreuzung: zusätzlich zur Verschiebung DZ1 wird das Signal der zweiten Abgassonde 18 für die eingestellte Delayzeit DZ1 eingefroren, wenn das fehlerhafte Signal K3 das Originalsignal K4 kreuzt.

Bei weiteren Ausführungsformen kann eine Querwirkung von einem Sondenfehler auf eine Detektion eines Katalysatorfehlers bestehen. Insbesondere dann, wenn die Dynamik der hinteren, also zweiten, Abgassonde 18 verlangsamt ist, wird ein Sprung zu magerem Lambda (vgl. den Grenzbereich GB aus 2) später detektiert und entsprechend eine größere Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC gemessen als physikalisch tatsächlich vorhanden ist. Daher gehört zu den gesetzlichen Anforderungen die bereits erwähnte so genannte „Close-The-Gap“-Korrektur, d.h. anhand der gemessenen Delayzeit DZ wird der richtige Wert des Sauerstoffspeichervermögens OSC rekonstruiert. Hieraus folgt, dass eine fälschliche Diagnose einer Delayzeit zwangsläufig eine zu hohe („Close-The-Gap“-)Korrektur bewirkt.
Weiteren Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann jedoch in einigen Fällen eine erhöhte Delayzeit DZ beobachtet werden, ohne dass wie vorstehend beschrieben das Sauerstoffspeichervermögen OSC dadurch verfälscht wurde, d.h. eine Close-The-Gap-Korrektur erforderlich gewesen wäre. Da die Korrektur bei konventionellen Ansätzen dennoch durchgeführt wird, besteht die Gefahr des fälschlichen Fehlereintrags. Dies kann vorteilhaft unter Anwendung des Prinzips gemäß den Ausführungsformen vermieden werden, wodurch eine verbesserte Close-The-Gap-Korrektur bereitstellbar ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ermitteln 100 (5A) der ersten Größe G1 aufweist: Bilden eines Betrags einer Steigung einer Ausgangsspannung 18a, K2 der zweiten Abgassonde 18 und Verwenden des Betrags der Steigung der Ausgangsspannung der zweiten Abgassonde als erste Größe G1.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. 5B: Prüfen 130, ob die erste Größe G1 den ersten Schwellwert T1 unterschreitet, und, wenn die erste Größe den ersten Schwellwert unterschreitet, Starten 132 eines Zählers, insbesondere Zeitzählers, Prüfen 134, ob die erste Größe den ersten Schwellwert überschreitet, und, wenn die erste Größe den ersten Schwellwert überschreitet, Anhalten 136 des Zählers, insbesondere Zeitzählers, wobei insbesondere ein Zählerwert ZW des Zählers, insbesondere Zeitzählers, die Zeitdauer HZ (2) charakterisiert. Auf diese Weise kann die Zeitdauer bzw. Haltezeit HZ besonders effizient ermittelt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. 5A: Vergleichen 122 der Zeitdauer HZ mit einer Delayzeit DZ (2), die eine Zeitdauer zwischen einer Umstellung U eines Lambdawerts K1 vor der Abgasreinigungsanlage 17 und einer auf die Umstellung U des Lambdawerts K1 vor der Abgasreinigungsanlage 17 folgenden zeitlichen Änderung K des Ausgangssignals 18a, K2 der zweiten Abgassonde 18, insbesondere in Reaktion auf die Umstellung U des Lambdawerts vor der Abgasreinigungsanlage, charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Vergleichen 122 (5A) aufweist, vgl. 5C: Multiplizieren 122a der Delayzeit DZ mit einem vorgebbaren ersten Faktor F1, wodurch eine modifizierte Delayzeit DZ' erhalten wird, DZ' = DZ * F1, Prüfen 122b, ob die modifizierte Delayzeit DZ' kleiner gleich der Zeitdauer HZ ist, „DZ' <= HZ ?“.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dann, wenn die modifizierte Delayzeit DZ' kleiner gleich der Zeitdauer HZ ist, die Delayzeit DZ zur Korrektur einer Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC der Abgasreinigungsanlage 17 verwendet wird, vgl. den optionalen Schritt 124 aus 5C, wobei insbesondere dann, wenn die modifizierte Delayzeit DZ' größer als die Zeitdauer HZ ist, eine Diagnose der Abgasreinigungsanlage 17 abgebrochen wird.
Durch das Vergleichen der Zeitdauer (Haltezeit) HZ mit der Delayzeit DZ kann effizient eine Detektion von Ausreißern in der Delaymessung (Messung der Delayzeit DZ) erfolgen, nämlich z.B. im Wege der Plausibilisierung der Delayzeit DZ mit der gemäß bevorzugten Ausführungsformen ermittelten Haltezeit HZ. Wenn die physikalischen Annahmen bezüglich der Delayzeit DZ korrekt sind, dann sollte z.B. eine erhöhte Delayzeit DZ auch mit einer erhöhten Haltezeit HZ korrelieren. Bevorzugt wird eine unplausible Delayzeit DZ nicht zur Korrektur einer Katalysatordiagnose verwendet, sondern z.B. die Katalysatordiagnose abgebrochen, wenn die Delayzeit DZ bezüglich der Haltezeit HZ unplausibel ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Abbrüchen der Katalysatordiagnose, z.B. wegen gemäß den bevorzugten Ausführungsformen ermittelter unplausibler Delaydiagnose, auf eine vorgebbare Maximalzahl begrenzt werden. Dadurch wird vorteilhaft eine Durchführbarkeit der Katalysatordiagnose sichergestellt. Wird die vorgebbare Maximalzahl z.B. überschritten, findet bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die Close-The-Gap-Korrektur trotz unplausibler Delaydiagnose statt.
3 zeigt schematisch ein Zeitdiagramm mit einem Signalverlauf y über der Zeit t' gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Es ist zu erkennen, wie sich nach dem i.w. konstanten Signalverlauf in dem Bereich tiRtlDIv ein i.w. linearer Verlauf ergibt, vorliegend beispielhaft mit einer negativen Steigung, vgl. die beiden Doppelpfeile, die entsprechende Spannungsdifferenzen von 15 mV und 30 mV andeuten. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann, z.B. um einen Beginn des Abfalls des Signals y genau zu messen, ein Zeitpunkt bestimmt werden, an dem zwei Schwellenwerte, z.B. entsprechend den Spannungsdifferenzen von 15 mV und 30 mV, erreicht werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann durch diese zwei Messpunkte linear rückapproximiert werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung 200, vgl. 6, zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage 17 für eine Brennkraftmaschine 10 mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage 17 angeordneten ersten Abgassonde 15 und einer hinter der Abgasreinigungsanlage 17 angeordneten zweiten Abgassonde 18, wobei die Vorrichtung 200 zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung 200 bzw. eine der Vorrichtung 200 entsprechende Funktionalität auch in die Motorsteuerung 14 (1) integriert sein.
Die Vorrichtung 200 (6) weist wenigstens eine Recheneinrichtung 202 auf, wenigstens eine der Recheneinrichtung 202 zugeordnete Speichereinrichtung 204 zur zumindest zeitweisen Speicherung eines Computerprogramms PRG und/oder von Daten DAT (z.B. der ersten Größe G1, Zählerwert ZW, usw.), wobei das Computerprogramm PRG insbesondere zur Ausführung von einem oder mehreren Schritten des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen, wie es z.B. vorstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf 5A, 5B, 5C erläutert worden ist, ausgebildet ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Recheneinrichtung 202 wenigstens eines der folgenden Elemente auf: einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen programmierbaren Logikbaustein (z.B. FPGA, field programmable gate array), einen ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis), eine Hardwareschaltung. Kombinationen hieraus sind bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch denkbar.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Speichereinrichtung 204 wenigstens eines der folgenden Elemente auf: einen flüchtigen Speicher 204a, insbesondere Arbeitsspeicher (RAM), einen nichtflüchtigen Speicher 204b, insbesondere Flash-EEPROM.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogramm(produkt) PRG, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms PRG durch einen Computer 202 diesen veranlassen, das Verfahren gemäß den Ausführungsformen auszuführen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein computerlesbares Speichermedium SM, umfassend Befehle, insbesondere in Form eines Computerprogramms PRG', die bei der Ausführung durch einen Computer 202 diesen veranlassen, das Verfahren gemäß den Ausführungsformen auszuführen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Datenträgersignal, DS das das Computerprogrammprodukt PRG gemäß den Ausführungsformen charakterisiert und/oder überträgt. Beispielsweise kann die Vorrichtung 200 nach 6 eine optionale Datenschnittstelle 206 zum Empfang des Datenträgersignals DS aufweisen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Vorrichtung 200 mittels der optionalen Datenschnittstelle 206 z.B. auch für ihren Betrieb nutzbare Eingangssignale s1 (z.B. Ausgangssignal 18a der zweiten Abgassonde) empfangen und/oder Ausgangssignale s2 (z.B. Steuersignal, das angibt, ob eine Katalysatordiagnose abgebrochen werden soll) ausgeben.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann auch eine von den vorstehenden Ausführungsformen abweichende Definition der Haltezeit HZ gewählt werden. Z.B. kann für die Haltezeit HZ auch diejenige Zeit von einem Beginn der Messung bis zum Ende eines Plateaus (Bereich des zeitlichen Verlaufs K2 (2) mit i.w. verschwindender Steigung, z.B. um den Zeitpunkt t1 herum) gewählt werden. Hierbei werden vorteilhaft beide der weiter oben genannten Fehlerbilder A), B) bzw. Fehlerpattern unterstützt, denn beide Fehlerbilder enthalten ein Maximum oder Plateau, dessen Ende mit der physikalischen Delayzeit DZ korreliert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass für Delayzeiten DZ, die kleiner sind als ein vorgebbarer zweiter Schwellwert T2, also DZ < T2, keine Plausibilisierung (vgl. Schritt 122 aus 5A) unter Verwendung der Haltezeit HZ erfolgt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der zweite Schwellwert betriebspunktabhängig, also in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10, gewählt werden, insbesondere abhängig von einem Massenstrom durch den Katalysator 17.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage (17) für eine Brennkraftmaschine (10) mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage (17) angeordneten ersten Abgassonde (15) und einer hinter der Abgasreinigungsanlage (17) angeordneten zweiten Abgassonde (18), aufweisend die folgenden Schritte: Ermitteln (100) einer ersten Größe (G1), die einen Betrag einer zeitlichen Änderung eines Ausgangssignals (18a) der zweiten Abgassonde (18) charakterisiert, Ermitteln (110), ob die erste Größe (G1) einen vorgebbaren ersten Schwellwert (T1) unterschreitet und danach wieder überschreitet, Ermitteln (120) einer Zeitdauer (HZ), für die die erste Größe (G1) den vorgebbaren ersten Schwellwert (T1) unterschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (100) der ersten Größe (G1) aufweist: Bilden eines Betrags einer Steigung einer Ausgangsspannung (18a) der zweiten Abgassonde (18) und Verwenden des Betrags der Steigung der Ausgangsspannung (18a) der zweiten Abgassonde (18) als erste Größe (G1).
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: Prüfen (130), ob die erste Größe (G1) den ersten Schwellwert (T1) unterschreitet, und, wenn die erste Größe (G1) den ersten Schwellwert (T1) unterschreitet, Starten (132) eines Zählers, insbesondere Zeitzählers, Prüfen (134), ob die erste Größe (G1) den ersten Schwellwert (T1) überschreitet, und, wenn die erste Größe (G1) den ersten Schwellwert (T1) überschreitet, Anhalten (136) des Zählers, insbesondere Zeitzählers, wobei insbesondere ein Zählerwert (ZW) des Zählers, insbesondere Zeitzählers die Zeitdauer (HZ) charakterisiert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: Vergleichen (122) der Zeitdauer (HZ) mit einer Delayzeit (DZ), die eine Zeitdauer zwischen einer Umstellung (U) eines Lambdawerts (K1) vor der Abgasreinigungsanlage (17) und einer auf die Umstellung (U) des Lambdawerts (K1) vor der Abgasreinigungsanlage (17) folgenden zeitlichen Änderung (K) des Ausgangssignals (18a, K2) der zweiten Abgassonde (18), insbesondere in Reaktion auf die Umstellung (U) des Lambdawerts vor der Abgasreinigungsanlage (17), charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Vergleichen (122) aufweist: Multiplizieren (122a) der Delayzeit (DZ) mit einem vorgebbaren ersten Faktor (F1), wodurch eine modifizierte Delayzeit (DZ') erhalten wird, Prüfen (122b), ob die modifizierte Delayzeit (DZ') kleiner gleich der Zeitdauer (HZ) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei dann, wenn die modifizierte Delayzeit (DZ') kleiner gleich der Zeitdauer (HZ) ist, die Delayzeit (DZ) zur Korrektur einer Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage (17) verwendet (124) wird, wobei insbesondere dann, wenn die modifizierte Delayzeit (DZ') größer als die Zeitdauer (HZ) ist, eine Diagnose der Abgasreinigungsanlage (17) abgebrochen wird.
Vorrichtung (200) zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage (17) für eine Brennkraftmaschine (10) mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage (17) angeordneten ersten Abgassonde (15) und einer hinter der Abgasreinigungsanlage (17) angeordneten zweiten Abgassonde (18), wobei die Vorrichtung (200) zur Ausführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Computerlesbares Speichermedium (SM; 204b), umfassend Befehle (PRG'; PRG), die bei der Ausführung durch einen Computer (202) diesen veranlassen, das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Computerprogramm (PRG), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms (PRG) durch einen Computer (202) diesen veranlassen, das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Datenträgersignal (DS), das das Computerprogramm (PRG) nach Anspruch 9 überträgt.