DE102021209369A1 - Method of monitoring an oxidation catalyst - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Oxidationskatalysators, der in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei anhand eines Massenstroms von Abgas nach Passieren des Oxidationskatalysators und einer modellbasierten Temperaturdifferenz eine modellbasierte Differenzwärmemenge (QWPA-BPU) bestimmt wird, wobei die vorgegebene, modellbasierte Temperaturdifferenz einer Differenz zwischen Temperaturen entspricht, die sich bei einem ersten Oxidationskatalysator und zweiten Oxidationskatalysator, der einen geringeren Wirkungsgrad als der erste Oxidationskatalysator aufweist, für das Abgas nach Passieren des Oxidationskatalysators einstellen, wobei anhand des Massenstroms des Abgases nach Passieren des Oxidationskatalysators und einer gemessenen Temperaturdifferenz eine gemessene Differenzwärmemenge (Qmess-BPU) bestimmt wird, wobei die gemessene Temperaturdifferenz einer Differenz zwischen einer aktuellen, gemessenen Temperatur und der Temperatur entspricht, die sich bei dem zweiten Oxidationskatalysator für das Abgas nach Passieren des Oxidationskatalysators einstellt, und wobei anhand eines Vergleichs eines Quotienten (rDOC) aus der gemessenen Differenzwärmemenge (Qmess-BPU) und der modellierten Differenzwärmemenge (QWPA-BPU) mit einem vorgegebenen Quotienten-Schwellwert (rs) auf die Funktionsfähigkeit des Oxidationskatalysators geschlossen wird. The invention relates to a method for monitoring an oxidation catalytic converter, which is arranged in an exhaust line of an internal combustion engine, a model-based differential heat quantity (Q WPA-BPU ) being determined based on a mass flow of exhaust gas after passing through the oxidation catalytic converter and a model-based temperature difference, the specified, model-based Temperature difference corresponds to a difference between temperatures that occur in a first oxidation catalytic converter and second oxidation catalytic converter, which has a lower efficiency than the first oxidation catalytic converter, for the exhaust gas after passing through the oxidation catalytic converter, based on the mass flow of the exhaust gas after passing through the oxidation catalytic converter and a measured temperature difference a measured differential heat quantity (Q meas-BPU ) is determined, the measured temperature difference being a difference between a current, measured temperature and the temperature ent speaking, which occurs in the second oxidation catalytic converter for the exhaust gas after passing through the oxidation catalytic converter, and based on a comparison of a quotient (r DOC ) from the measured differential heat quantity (Q mess-BPU ) and the modeled differential heat quantity (Q WPA-BPU ) with a predetermined quotient threshold value (rs) is closed on the functionality of the oxidation catalyst.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Oxidationskatalysators sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for monitoring an oxidation catalytic converter and a computing unit and a computer program for carrying it out.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Moderne Kraftfahrzeuge sind häufig mit Katalysatoren zur Nachbehandlung eines Abgases einer Brennkraftmaschine ausgerüstet. In vielen Fällen werden diese Katalysatoren überwacht und/oder geregelt.Modern motor vehicles are often equipped with catalytic converters for after-treatment of an exhaust gas from an internal combustion engine. In many cases these catalysts are monitored and/or controlled.
Insbesondere bei Dieselmotoren führt eine unvollständige Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs zu Verbrennungsprodukten wie Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Geltenden Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge für solche Verbrennungsprodukte können nach heutigem Stand der Technik nur mit einer katalytischen Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Durch die Verwendung beispielsweise eines Oxidationskatalysators können die Schadstoffkomponenten Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) konvertiert werden. Ein sich daran anschließender SCR-Katalysator kann Stickoxide (NOx) entfernen.In diesel engines in particular, incomplete combustion of the air-fuel mixture leads to combustion products such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides ( NOx ). According to the current state of the art, applicable exhaust emission limit values for motor vehicles for such combustion products can only be met with catalytic exhaust gas aftertreatment. By using an oxidation catalytic converter, for example, the pollutant components hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) can be converted. A subsequent SCR catalytic converter can remove nitrogen oxides (NO x ).
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Überwachen eines Oxidationskatalysators sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. According to the invention, a method for monitoring an oxidation catalyst and a computing unit and a computer program for its implementation are proposed with the features of the independent patent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Überwachen eines Oxidationskatalysators, insbesondere eines Dieseloxidationskatalysators, der in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und vom Abgas durchströmt wird. Stromabwärts des Oxidationskatalysators ist im Abgasstrang vorzugsweise auch noch ein SCR-Katalysator angeordnet.The invention deals with the monitoring of an oxidation catalytic converter, in particular a diesel oxidation catalytic converter, which is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine and through which the exhaust gas flows. An SCR catalytic converter is preferably also arranged downstream of the oxidation catalytic converter in the exhaust system.
Wie erwähnt, ist eine Überwachung eines solchen Oxidationskatalysators bzw. Dieseloxidationskatalysators (DOC steht für „Diesel Oxidation Catalyst“) hinsichtlich seiner emissionsmindernden Wirkung auf Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) geboten bzw. gefordert. Dies bedeutet, dass eine Überwachungsfunktion erwünscht ist, die einen intakten Oxidationskatalysator von einem nicht intakten Oxidationskatalysator unterscheiden kann. Die CO-mindernde Wirkung des Oxidationskatalysators stellt sich durch eine katalytische Edelmetall-Beschichtung sein, die bei dieseltypischem Motor-Magerbetrieb in der Lage ist, bei bereits sehr niedrigen Abgastemperaturen eine Oxidation des CO zu CO2 mit hoher Effizienz zu bewirken. Die HC-mindernde Wirkung des Oxidationskatalysators beruht zum einen auf der Einspeicherung der HC-Anteile im Abgas bei niedrigen Abgastemperaturen (Motor-Kaltstart) und zum anderen auf der Oxidation der HCs zu CO2 und H2O bei Abgastemperaturen jenseits einer Katalysatorbeschichtungstypischen Zündtemperatur (sog. „Light-Off“).As mentioned, such an oxidation catalytic converter or diesel oxidation catalytic converter (DOC stands for “Diesel Oxidation Catalyst”) must be monitored with regard to its emission-reducing effect on hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO). This means that a monitoring function that can distinguish a healthy oxidation catalyst from a non-healthy oxidation catalyst is desired. The CO-reducing effect of the oxidation catalytic converter is provided by a catalytic precious metal coating, which is able to oxidize the CO to CO 2 with high efficiency in lean-burn operation, which is typical for diesel engines, even at very low exhaust gas temperatures. The HC-reducing effect of the oxidation catalytic converter is based on the one hand on the storage of the HC components in the exhaust gas at low exhaust gas temperatures (engine cold start) and on the other hand on the oxidation of the HCs to CO 2 and H 2 O at exhaust gas temperatures above the ignition temperature typical of a catalytic converter coating (so-called "Light Off").
Eine Schädigung des Oxidationskatalysators bewirkt eine Reduzierung der HC-Speicherfähigkeit und eine Erhöhung des Light-Offs für HCs. Übliche Überwachungsansätze für den Oxidationskatalysator beruhen darauf, dass bei niedrigen Abgastemperaturen im Bereich der Zündtemperatur eine hohe HC-Konzentration zur Erzeugung einer exothermen Oxidation auf dem Oxidationskatalysator genutzt wird, welche mittels Abgastemperatur-Sensor stromabwärts des Oxidationskatalysators gemessen werden kann. Ein hinreichend geschädigter Oxidationskatalysator wird aufgrund seiner erhöhten Zündtemperatur eine verminderte exotherme Reaktion zeigen und so durch die Überwachungsfunktion als defekt bewertet.Damage to the oxidation catalytic converter causes a reduction in HC storage capacity and an increase in the light-off for HCs. Conventional monitoring approaches for the oxidation catalytic converter are based on the fact that at low exhaust gas temperatures in the ignition temperature range, a high HC concentration is used to generate exothermic oxidation on the oxidation catalytic converter, which can be measured using an exhaust gas temperature sensor downstream of the oxidation catalytic converter. A sufficiently damaged oxidation catalytic converter will show a reduced exothermic reaction due to its increased ignition temperature and will thus be assessed as defective by the monitoring function.
Geeignete Überwachungsbedingungen (hohe HC-Konzentration im Abgas, niedrige Abgastemperatur) können für einige Motor-/Abgassysteme unter regulären Motorbetriebsbedingungen z.B. bei Aufheiz-Maßnahmen während eines Motor-Kaltstarts auftreten. Alternativ können die Überwachungsbedingungen auch aktiv durch kurzzeitige Umschaltung des Motorbetriebs hergestellt werden. Zur Berechnung der im Oxidationskatalysator erzeugten Exothermie kann von einer gemessenen Temperatur nach dem Oxidationskatalysator eine modellierte Temperatur ohne HC-Umsatz (d.h. es wird zum Vergleich ein Modell eines Oxidationskatalysators gerechnet, der keinen HC-Umsatz aufweist) abgezogen werden. Auf Basis dieser Temperaturdifferenz kann die erzeugte Wärme im Oxidationskatalysator unter Berücksichtigung des Abgasmassenstroms berechnet werden.Appropriate monitoring conditions (high HC concentration in the exhaust gas, low exhaust gas temperature) can occur for some engine/exhaust systems under regular engine operating conditions, e.g. during warm-up measures during an engine cold start. Alternatively, the monitoring conditions can also be created actively by temporarily switching over the engine operation. To calculate the exothermicity generated in the oxidation catalytic converter, a modeled temperature without HC conversion (i.e. a model of an oxidation catalytic converter that has no HC conversion is calculated for comparison) can be subtracted from a measured temperature downstream of the oxidation catalytic converter. Based on this temperature difference, the heat generated in the oxidation catalytic converter can be calculated, taking into account the exhaust gas mass flow.
Dabei kann diese „gemessene“ Exothermie in Bezug zu einer erwarteten Exothermie gesetzt werden. Diese kann entweder direkt aus dem Heizwert des auf dem Oxidationskatalysator umgesetzten HCs berechnet werden oder sie wird ähnlich wie oben beschrieben auf Basis von Temperaturmodellen berechnet. Es kann also von der Temperatur am Ausgang des Oxidationskatalysators eines Modells mit einem intakten Oxidationskatalysator die oben beschriebene Temperatur eines Modells ohne Umsatz abgezogen und somit die für ein intaktes System erwartete Exothermie berechnet werden.This "measured" exotherm can be related to an expected exotherm. This can either be calculated directly from the calorific value of the HC converted on the oxidation catalytic converter or it is calculated on the basis of temperature models in a manner similar to that described above. From the temperature at the outlet of the oxidation catalytic converter of a model with an intact oxidation catalytic converter, the temperature described above of a model without Sales subtracted and thus the exotherm expected for an intact system can be calculated.
Solche Verfahren haben jedoch Nachteile bezüglich der Genauigkeit der Überwachung. Es können nur Katalysatoren mit einer sehr starken Verschiebung des Light-Offs erkannt werden (z.B. um mehr als 100°C). Nur bei diesen Katalysatoren ist der Unterschied in der Exothermie unter allen Umständen so groß, dass der Grenz-Katalysator vom intakten Oxidationskatalysator unterschieden werden kann. Je näher der Light-Off des Grenz-Katalysators an dem des intakten Oxidationskatalysators liegt (z.B. 40°C), desto eher spielen nicht nur der Katalysator, sondern auch die Betriebsbedingungen, die sich durch die Fahrweise ergeben, eine Rolle für die Exothermie. Während eine Stadtfahrt - in vereinfachter Berechnung - z.B. häufig zu Katalysatortemperaturen im relevanten Bereich und somit zu einem messbaren Unterschied der Exothermie führt, sorgt eine Autobahnfahrt für einen schnellen Anstieg der Temperatur, wobei der verschobene Light-Off einen geringen Einfluss auf die Exothermie hat.However, such methods have disadvantages with regard to the accuracy of the monitoring. Only catalysts with a very strong light-off shift can be detected (e.g. by more than 100°C). Only with these catalysts is the difference in the exotherm under all circumstances so great that the boundary catalyst can be distinguished from the intact oxidation catalyst. The closer the light-off of the borderline catalytic converter is to that of the intact oxidation catalytic converter (e.g. 40°C), the more likely it is that not only the catalytic converter but also the operating conditions that result from the driving style play a role in the exotherm. While driving in a city - in a simplified calculation - e.g. often leads to catalyst temperatures in the relevant range and thus to a measurable difference in exothermicity, driving on the motorway causes a rapid increase in temperature, with the shifted light-off having a minor influence on the exothermicity.
Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen der Erfindung eine Nutzung von Modellen für einen intakten und einen nicht intakten Oxidationskatalysator vorgeschlagen. Um möglichst alle Fälle von intakten und nicht intakten bzw. defekten Oxidationskatalysatoren abzudecken, wird für den intakten Oxidationskatalysator ein sog. WPA-Muster heranzogen (WPA steht für „worst part acceptable“), also ein Oxidationskatalysator, der bzw. dessen Funktionsfähigkeit gerade noch als akzeptabel angesehen wird. Entsprechend wird für den defekten Oxidationskatalysator ein sog. BPU-Muster (BPU steht für „best part unacceptable“) verwendet, also ein Oxidationskatalysator, der bzw. dessen Funktionsfähigkeit gerade nicht mehr als akzeptabel angesehen wird. Grundsätzlich funktioniert das Verfahren aber bereits mit Modellen zweier verschiedener Oxidationskatalysatoren, wobei einer davon einen geringeren Wirkungsgrad als der andere Oxidationskatalysator (bzgl. der Umsetzung von Abgasen bzw. HCs) aufweist.Against this background, the use of models for an intact and a non-intact oxidation catalytic converter is proposed within the scope of the invention. In order to cover as many cases as possible of intact and non-intact or defective oxidation catalytic converters, a so-called WPA template is used for the intact oxidation catalytic converter (WPA stands for "worst part acceptable"), i.e. an oxidation catalytic converter that or its functionality is just as is considered acceptable. Accordingly, a so-called BPU sample (BPU stands for "best part unacceptable") is used for the defective oxidation catalytic converter, i.e. an oxidation catalytic converter which or whose functionality is no longer considered acceptable. In principle, however, the method already works with models of two different oxidation catalysts, one of which has a lower efficiency than the other oxidation catalyst (with regard to the conversion of exhaust gases or HCs).
Das Verfahren beruht dabei also auf der Vorhersage (mittels Modellen) der Temperatur hinter dem Oxidationskatalysator für zwei Fälle. Es wird zum einen ein System mit einem intakten (ersten) Oxidationskatalysator modelliert, wobei der Oxidationskatalysator vorzugsweise maximal so stark gealtert ist, wie in einem Fahrzeugleben zu erwarten ist (WPA). Die modellierte Temperatur wird im Folgenden auch mit TModWPA bezeichnet.The method is based on the prediction (by means of models) of the temperature behind the oxidation catalyst for two cases. On the one hand, a system with an intact (first) oxidation catalytic converter is modeled, with the oxidation catalytic converter preferably aging at most as much as can be expected in the vehicle's lifetime (WPA). The modeled temperature is also referred to below as T ModWPA .
Zum anderen wird ein System mit einem gealterten (zweiten) Oxidationskatalysator modelliert, wobei der Oxidationskatalysator so stark gealtert ist, dass die Emissionen (gerade) nicht mehr dem OBD-Grenzwert entsprechen (BPU). Diese modellierte Temperatur wird im Folgenden mit TModBPU bezeichnet. Die konkreten Modelle, wie der Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators die Temperatur im Abgas beeinflusst, sind im Fach bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Trotzdem sollten die Modelle möglichst genau sein. Es kann z.B. ein kinetisches Modell verwendet werden, das die Reaktions- und Speichervorgänge mit Hilfe von Arrhenius-Gleichungen abbildet.On the other hand, a system with an aged (second) oxidation catalytic converter is modeled, whereby the oxidation catalytic converter has aged so much that the emissions (just) no longer correspond to the OBD limit value (BPU). This modeled temperature is referred to as T ModBPU in the following. The specific models of how the efficiency of the oxidation catalyst affects the temperature in the exhaust gas are known in the art and are not the subject of the invention. Nevertheless, the models should be as accurate as possible. For example, a kinetic model can be used that depicts the reaction and storage processes using Arrhenius equations.
Aus der Differenz beider Modelle bzw. der für beide Modelle erhaltenen Temperaturen lässt sich eine modellierte Differenztemperatur ΔTModWPA-BPU bestimmen, die zu jedem Zeitpunkt ein Maß für den Unterschied der für die Überwachung verwendeten erwarteten Messgröße zwischen einem System mit WPA und einem mit BPU angibt. Auf der Basis dieser Größe lässt sich ableiten, wie gut die beiden Katalysatoren (WPA und BPU) zu unterscheiden sind. Aus dieser modellierten Temperaturdifferenz lässt sich auch der Unterschied der Abgasenthalpie in beiden Fällen, also einer Differenzwärmemenge QWPA-BPU, mit folgender Formel berechnen:
Zudem wird eine gemessene Differenzwärmemenge Qmess-BPU aus einer gemessenen Temperaturdifferenz bestimmt, und zwar aus einer gemessenen (aktuellen) Temperatur im Abgas nach dem Oxidationskatalysator und derjenigen für den zweiten Oxidationskatalysator bzw. das BPU-Modell:
Die Diagnose beruht dann auf dem Quotienten rDOC aus beiden Differenzwärmemengen, also einer Umsatzrate:
Die beiden Größen QWPA-BPU und ΔTModWPA-BPU spielen bei der Bewertung der Unterscheidbarkeit bzw. Überwachbarkeit eine große Rolle und werden im Rahmen der Erfindung auch dafür verwendet. Bei hohen Temperaturunterschieden zwischen WPA- und BPU-Modell spielen die absoluten Toleranzen der gemessenen Temperatur eine kleinere Rolle, wodurch sich eine kleinere Streuung der Umsatzraten ergibt. Ein ausreichend großer erwarteter Wärmemengenunterschied QWPA-BPU zeigt an, dass beim vorhandenen Fahrprofil eine Unterscheidung anhand der Wärmemenge möglich ist. Der Quotient bzw. die Umsatzrate rDOC läuft bei sehr geringer, gemessener Differenzwärmemenge - dies bedeutet, dass der Oxidationskatalysator nahen an einem BPU ist - gegen null.The two variables Q WPA-BPU and ΔT ModWPA-BPU play a major role in evaluating the ability to distinguish or monitor and are also used for this within the scope of the invention. If there are large temperature differences between the WPA and BPU models, the absolute tolerances of the measured temperature play a smaller role, which results in a smaller scatter in the conversion rates. A sufficiently large expected value quantity difference Q WPA-BPU indicates that a differentiation based on the quantity of heat is possible for the existing driving profile. The quotient or the conversion rate r DOC runs towards zero when the differential heat quantity measured is very low - this means that the oxidation catalytic converter is close to a BPU.
Wenn die gemessene Differenzwärmemenge zumindest dem Unterschied zwischen WPA und BPU entspricht, der Oxidationskatalysator also noch mindestens als WPA oder besser angesehen werden kann, ist der Quotient eins oder größer. Es kann dann auch ein Schwellwert für den Quotienten bzw. die Umsatzrate (Quotienten- oder Umsatz-Schwellwert) vorgegeben werden, sodass dann, wenn der Quotient diesen Schwellwert überschreitet, der Oxidationskatalysator als intakt bzw. funktionsfähig angesehen wird. Der Schwellwert kann z.B. 0,5 betragen. Andernfalls würden darauf geschlossen, dass der Oxidationskatalysator nicht funktionsfähig bzw. defekt ist. In beiden Fällen kann ein Eintrag in einen Überwachungsspeicher oder dergleichen erfolgen, in letzterem Fall ist es auch zweckmäßig, zu einem Tausch des Oxidationskatalysators aufzufordern.If the measured differential amount of heat corresponds at least to the difference between WPA and BPU, i.e. the oxidation catalytic converter can still be regarded as at least WPA or better, the quotient is one or greater. A threshold value for the quotient or the conversion rate (quotient or conversion threshold value) can then also be specified, so that when the quotient exceeds this threshold value, the oxidation catalytic converter is considered to be intact or functional. For example, the threshold can be 0.5. Otherwise it would be concluded that the oxidation catalytic converter is not functional or defective. In both cases, an entry can be made in a monitoring memory or the like; in the latter case, it is also expedient to request that the oxidation catalytic converter be replaced.
Herkömmliche Ansätze versuchen, die Information über die Unterscheidbarkeit z.B. in Form von Freigabebedingungen für den Temperaturverlauf des Oxidationskatalysators während der Überwachung sowie der eingespritzten HC-Menge bzw. der modellierten HC-Konzentration vor dem Oxidationskatalysator abzuleiten. Die daraus erhaltene Prognose der Unterscheidbarkeit ist jedoch ungleich ungenauer.Conventional approaches try to derive the information about the differentiability, e.g. However, the prognosis of distinctness obtained from this is much less accurate.
Die Bestimmung bzw. Berechnung des Quotienten (Umsatzrate) kann über die gesamte überwachungsrelevante Heizphase d.h. während der erwartete Wärmemengenunterschied QWPA-BPU größer 0 ist, hinweg erfolgen, aber z.B. nur unter bestimmten Bedingungen zur Überwachung bzw. Beurteilung der Funktionsfähigkeit verwendet werden. Eine Bewertung der modellbasierten Differenzwärmemenge QWPA-BPU und/oder der modellierten Temperaturdifferenz ΔTModWPA-BPU kann am Ende zur Bewertung des Vertrauens bzw. der Bestimmung eines Vertrauensniveaus der Überwachung verwendet werden. So kann z.B. die Überwachung nur verwendet werden, wenn modellbasierte Differenzwärmemenge QWPA-BPUeinen bestimmten Schwellwert überschreitet, also eine hinreichend genaue Aussage über die Funktionsfähigkeit zu erwarten ist.The quotient (conversion rate) can be determined or calculated over the entire monitoring-relevant heating phase, ie while the expected heat quantity difference Q WPA-BPU is greater than 0, but can only be used under certain conditions for monitoring or assessing functionality. An assessment of the model-based differential heat quantity Q WPA-BPU and/or the modeled temperature difference ΔT ModWPA-BPU can ultimately be used to assess the confidence or to determine a confidence level of the monitoring. For example, the monitoring can only be used if the model-based differential heat quantity Q WPA-BPU exceeds a certain threshold value, i.e. a sufficiently precise statement about the functionality can be expected.
Für die Bewertung der Temperaturdifferenz kann dabei ein Mittelwert (z.B. arithmetischer Mittelwert) ΔTTModWPA-BPU* über den Überwachungszeitraum gebildet werden. Beispielhafte Schwellen für einen PKW sind dabei 50 KJ (als ein Wärmemengen-Schwellwert) für die Differenzwärmemenge und z.B. 30°C (bzw. 30 K) für die mittlere Temperaturdifferenz (als ein Temperatur-Schwellwert). Anstelle der Mittelwertbildung kann auch ein Verhältnis rt der Zeit ti, in dem die Differenz größer ist als eine Schwelle (z.B. 50 K) ist, zur Gesamtzeit tG berechnet und gegen eine Schwelle (z.B. 0,5) verglichen werden:
Anstelle der Zeit kann auch die Wärmemengendifferenz QWPA-BPU als Referenz verwendet werden:
Eine Steuerung der Berechnung und Bewertung der Umsatzrate kann auch anhand der modellbasierten Differenzwärmemenge QWPA-BPU und der modellbasierten Temperaturdifferenz ΔTModWPA-BPU erfolgen. Dies bedeutet, dass beim Überschreiten der Schwelle für die modellbasierte Differenzwärmemenge die Auswertung direkt ausgelöst wird. Die Temperaturdifferenz kann in diesem Fall die Integration (Bestimmung) der Wärmemengen direkt freigeben oder anhalten. Bei erneuter Freigabe wird die Integration ohne Reset weitergeführt. Eine Überprüfung der Größe der einzelnen Integrationsphasen anhand der Veränderung des Integrators für QWPA-BPU verhindert dabei z.B., dass viele kleine (ungenaue) Phasen zu einer großen Phase führen, die dann ausgewertet wird.The calculation and evaluation of the conversion rate can also be controlled using the model-based differential heat quantity Q WPA-BPU and the model-based temperature difference ΔT ModWPA-BPU . This means that when the threshold for the model-based differential heat quantity is exceeded, the evaluation is triggered directly. In this case, the temperature difference can directly enable or stop the integration (determination) of the quantities of heat. If it is enabled again, the integration will continue without a reset. A check of the size of the individual integration phases based on the change in the integrator for Q WPA-BPU prevents, for example, that many small (imprecise) phases lead to a large phase that is then evaluated.
Wie oben erwähnt, ist insbesondere die Verwendung eines Modells für den BPU ein großer Schritt zu einer genaueren Überwachung. Neben der beschriebenen Verwendung zur Freigabe und Steuerung der Überwachung ermöglicht die Verwendung der so modellierten Temperatur des BPUs eine prinzipbedingte Normierung der Umsatzrate des Oxidationskatalysators auf die Differenz zwischen WPA und BPU. Unabhängig von den Betriebsbedingungen deutet ein Umsatzratenwert um null also immer auf einen BPU hin, während ein Umsatzratenwert um eins auf einen intakten Oxidationskatalysator hindeutet (ungeachtet der oben beschriebenen Bewertung der Aussagekraft und Robustheit).As mentioned above, using a model for the BPU in particular is a big step towards more accurate monitoring. In addition to the use described for enabling and controlling the monitoring, the use of the temperature of the BPU modeled in this way enables the conversion rate of the oxidation catalytic converter to be normalized based on the difference between the WPA and the BPU. Thus, regardless of the operating conditions, a conversion rate value close to zero always indicates a BPU, while a conversion rate value close to one indicates an intact oxidation catalyst (regardless of the significance and robustness assessment described above).
Im Gegensatz dazu würden bei einer Normierung auf einen nicht beschichteten Oxidationskatalysator (d.h. die Temperatur des BPU wäre die Temperatur, die bei einem unbeschichteten Oxidationskatalysator zu erwarten wäre) die Umsatzraten in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zwischen null und eins streuen. Durch Einschränkungen müsste man versuchen, die Streuung zu reduzieren. Genau dies führt dazu, dass eine solche Diagnose keinen BPU erkennen kann, dessen Light-Off nur wenig verschoben ist.In contrast, if normalized to an uncoated oxidation catalyst (ie, the temperature of the BPU would be the temperature that would be expected for an uncoated oxidation catalyst), the conversion rates would vary between zero and one depending on the operating conditions. By restrictions one would have to try to reduce the scatter. It is precisely this that leads to the fact that such a diagnosis cannot detect a BPU whose light-off is only slightly shifted.
Die Vertrauenswürdigkeit des Messwerts zum aktuellen Zeitpunkt kann vorzugsweise auch direkt bei der Berechnung der Umsatzrate berücksichtigt werden. In einer der oben beschriebenen Ausführungen wird die Berechnung dabei unterhalb einer Schwelle angehalten. Eine Erweiterung dieses Verfahrens wäre eine kontinuierliche Gewichtung k der Integration auf Basis der Temperaturdifferenz ΔTModWPA-BPU, wodurch sich folgende Berechnungsvorschrift ergibt:
In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann ein Vertrauensfaktor - z.B. die erwähnte Gewichtung k - auch genutzt werden, um eine Gewichtung basierend auf der Verlässlichkeit der Modellwerte TModWPA und TModBPU vorzunehmen. Es werden also die beitragenden Differenzwärmeströme gewichtet. Dieser Vertrauensfaktor kann abhängig von der modellbasierten Temperaturdifferenz sein. Zudem nutzen die Temperatur-Modelle z.B. einen HC-Modellwert als Eingangsgröße, dessen Güte z.B. abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (Motorbetriebspunkt) variieren kann. Ein Vertrauensfaktor für das HC-Modell kHC kann z.B. mit einem Kennfeld abhängig von Motordrehzahl und Motormoment applikativ vorgegeben werden.In a further preferred embodiment, a confidence factor—for example the weighting k mentioned—can also be used to carry out a weighting based on the reliability of the model values T ModWPA and T ModBPU . The contributing differential heat flows are therefore weighted. This confidence factor can depend on the model-based temperature difference. In addition, the temperature models use, for example, an HC model value as an input variable, the quality of which can vary, for example, depending on the operating point of the internal combustion engine (engine operating point). A confidence factor for the HC model k HC can be specified in an application, for example, with a map depending on engine speed and engine torque.
Die Anwendung dieses Vertrauensfaktors auf die Modell-Temperaturwerte in der obigen Integralformel erfordert jedoch zweckmäßigerweise noch eine Verzögerungslogik, da Änderungen im HC-Wert sich durch die thermische Trägheit des Oxidationskatalysators erst mit einer gewissen Verzögerung auf die Temperaturen auswirken. Dazu kann ein PT1-Filter genutzt werden, welcher den Vertrauensfaktor des HC-Modells mit folgender thermischen Zeitkonstante filtert:
Hierbei ist mDOC die Masse und cpDOC die spezifische Wärmekapazität des Oxidationskatalysators. Der Wert cpgas entspricht der spezifischen Wärmekapazität des Abgases. Der verzögerte Vertrauensfaktor k kann somit berechnet werden mit
Das Verfahren kann entweder während des ersten Aufheizens nach einem Kaltstart oder bei einem Nachheizereignis bei erneutem Auskühlen des Systems ablaufen. Auch andere Betriebszustände bei denen HCs auf dem Oxidationskatalysator verbrannt werden, sind denkbar z.B. aktive HC-Einspritzung zum Zweck der Diagnose.The method can run either during the initial warm-up after a cold start or during a post-heat event when the system cools down again. Other operating conditions in which HCs are burned on the oxidation catalytic converter are also conceivable, e.g. active HC injection for diagnostic purposes.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Abgasstrang, in dem ein Oxidationskatalysator angeordnet ist, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.1 shows schematically an internal combustion engine with an exhaust system in which an oxidation catalytic converter is arranged, in which a method according to the invention can be carried out. -
2a und2b zeigen Temperaturverläufe zur Erläuterung der Erfindung.2a and2 B show temperature curves to explain the invention. -
3a und3b zeigen Temperatur- und Wärmemengenverläufe zur Erläuterung der Erfindung.3a and3b show temperature and heat quantity curves to explain the invention. -
4 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.4 shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment. -
5 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.5 shows a sequence of a method according to the invention in a further preferred embodiment.
Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention
In
Ein Massenstrom des Abgases 112 kann anhand der in die Brennkraftmaschine strömenden Frischluft und der Einspritzmenge berechnet werden. Der Wert des Abgasmassenstromes kann dann also von einem Motor-Modell geliefert werden. Grundsätzlich denkbar wäre aber auch eine Messung des Massenstrom des Abgases 112 mittels einer Messeinrichtung 126. Mittels der Messeinrichtungen bzw. Temperatursensoren 122, 124 kann die Temperatur vor bzw. nach dem Oxidationskatalysator 120 gemessen bzw. bestimmt werden, wobei für die vorliegende Erfindung insbesondere die Temperatur nach dem Oxidationskatalysator relevant ist.A mass flow of the
Zudem ist eine als Motorsteuergerät ausgebildete Recheneinheit 102 vorgesehen, mittels der auch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann, insbesondere auch Daten bzw. Messwerte der Messeinrichtungen 122, 124 und 126 empfangen werden können.In addition, a
In den
In
Dargestellt sind die für die Berechnungen notwendigen Temperaturen bzw. Temperaturmodelle TModWPA und TModBPU und die gemessene Temperatur Tmess hinter dem Oxidationskatalysator.The temperatures or temperature models T ModWPA and T ModBPU required for the calculations and the measured temperature T mess behind the oxidation catalytic converter are shown.
Im unteren Diagramm ist die Temperaturdifferenz ΔTModWPA-BPU der Modelltemperaturen von TModWPA und TModBPU dargestellt. In diesem Beispiel wird die Diagnose (schraffierter Bereich) gestartet, wenn die Differenz über die Schwelle ΔTS steigt, und solange durchgeführt, bis sie diese wieder unterschreitet. Es kann auch eine Hysterese anstelle einer einzelnen Schwelle verwendet werden. Für die modellbasierten Temperaturen TModWPA und TModBPU sei hierzu erwähnt, dass diese je nach aktuellen Betriebsbedingungen variieren können, sodass sich auch variierende Temperaturdifferenzen ergeben können.The lower diagram shows the temperature difference ΔT ModWPA-BPU of the model temperatures of T ModWPA and T ModBPU . In this example, the diagnosis (shaded area) is started when the difference rises above the threshold ΔT S and is carried out until it falls below it again. Hysteresis can also be used instead of a single threshold. For the model-based temperatures T ModWPA and T ModBPU , it should be mentioned that these can vary depending on the current operating conditions, so that varying temperature differences can also result.
In
In den
In beiden
In
Nur wenn dem so ist, erfolgt gemäß Schritt 406 eine Integration (erstmals oder auch fortgeführt) des Massenstroms des Abgases. Damit kann gemäß oben erwähnter Formel
Die Differenzwärmemenge QWPA-BPU bestimmt werden. Ebenso kann, mit der aktuellen, gemessenen Temperatur, die gemessene Differenzwärmemenge Qmess-BPU gemäß obiger Formel
Wenn gemäß Schritt 412 diese Umsatzrate größer als ein Schwellwert rS ist, so kann gemäß Schritt 414 darauf geschlossen werden, dass der Oxidationskatalysator funktionsfähig ist. Andernfalls wird gemäß Schritt 416 darauf geschlossen, dass der Oxidationskatalysator nicht funktionsfähig ist.If, according to
Der Ablauf der Diagnose gemäß
In
Wenn dem so ist, erfolgt gemäß Schritt 506 eine Integration (erstmals oder auch fortgeführt) des Massenstroms des Abgases. Damit können wie in Schritt 406 (vgl.
In Schritt 508 wird dann geprüft, ob ein allgemeines Abbruchkriterium (z.B. Systemfehler, zu lange Leerlauf- oder Schubphasen) vorliegt. Falls nicht, wird in Schritt 510 geprüft, ob noch immer eine Heizphase vorliegt. Wenn nicht, dann kann zunächst in Schritt 512 geprüft werden, ob die modellbasierte Differenzwärmemenge QWPA-BPU einen Schwellwert QS überschreitet (vgl.
Andernfalls wird dann gemäß Schritt 518 aus den beiden Differenzwärmemengen der Quotient bzw. die Umsatzrate rDOC bestimmt. Dieser Schritt entspricht dem Schritt 410 aus
Der Ablauf der Diagnose gemäß
Insgesamt kann auf diese Weise also besonders einfach und genau geprüft werden, ob der verwendete Oxidationskatalysator noch funktionsfähig ist oder gerade schon nicht mehr.Overall, it is thus possible in this way to check in a particularly simple and precise manner whether the oxidation catalytic converter used is still functional or is already no longer functioning.
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