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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Katalysators mit Sauerstoffspeicherfähigkeit, insbesondere eines Drei-Wege-Katalysators, mittels eines binären Lambdasensors.
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Speziell bei Drei-Wege-Katalysatoren ist die katalytische Wirksamkeit zur gleichzeitigen Verminderung von im Abgas enthaltenen reduzierend wirkenden Schadstoffen wie Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) sowie von oxidierend wirkenden Schadstoffen wie Stickoxid (NOx) sehr stark an die Größe der im Katalysator zum Beispiel mittels einer Ceroxidbeschichtung implementierten Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC = Oxygen Storage Capacity) geknüpft. Sinkt die Sauerstoffspeicherfähigkeit alterungsbedingt ab, so vermindert sich die katalytische Wirksamkeit des Katalysators, da geringe Schwankungen eines auf einen Wert von etwa 1,0 eingeregelten Verbrennungsluftverhältnisses (λ) nicht mehr ausgeglichen werden können. Zur Diagnose solcher, lediglich um einen engen Bereich um λ = 1,0 voll wirksamen Katalysatoren, ist es daher weit verbreitet, die Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit zu ermitteln und so auf den Katalysator-Alterungszustand zu schließen. Häufig erfolgt dies mittels eines hinter dem Katalysator verbauten binären Lambdasensors. Ein solcher auch als binäre Lambdasonde oder Sprungsonde bezeichneter Lambdasensor kann ein vom Verbrennungsluftverhältnis oder allgemein von der Luftverhältniszahl abhängiges elektrisches Spannungssignal erzeugen. Dabei weist die Spannungskennlinie, d.h. der Verlauf der elektrischen Signalspannung des binären Lambdasensors in einem engen Bereich um einen λ-Wert von 1,0 einen sehr steilen Verlauf auf. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass darauf aufbauende Verfahren der Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit nicht immer ein zuverlässiges Ergebnis in Bezug auf den Katalysatoralterungszustand liefern. Katalysatoren mit noch ausreichend hoher katalytischen Wirksamkeit werden mitunter fälschlich als unzulässig stark gealtert diagnostiziert.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, einen Katalysator mit Sauerstoffspeicherfähigkeit besonders zuverlässig zu diagnostizieren. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchströmt von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs abgegebenes Abgas den Katalysator und wird einem ausströmseitig des Katalysators angeordneten binären Lambdasensor zugeführt. Ein vom Lambdasensor erzeugtes Spannungssignal wird erfasst und zur Ermittlung der Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators herangezogen. Erfindungsgemäß wird nun zur Beurteilung eines Alterungszustands des Katalysators zusätzlich zur ermittelten Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit das Spannungssignal in Bezug auf eine Signalkenngöße ausgewertet und eine statistische Analyse einer Vielzahl von Werten der Signalkenngröße durchgeführt. Dadurch, dass neben der ermittelten Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit durch Auswertung einer speziellen Signalkenngröße ein zusätzliches Kriterium zur Beurteilung des Katalysatoralterungszustands bereitgestellt wird, kann die Zuverlässigkeit der Diagnose gesteigert werden. Insbesondere ist es im Sinne einer verbesserten Diagnosezuverlässigkeit von Vorteil, dass dabei eine Vielzahl von Werten der Signalkenngröße einer statistischen Analyse zugeführt wird und damit eine bei Auswertung von Einzelwerten naturgemäß vorhandene Unsicherheit deutlich vermindert werden kann.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der Auswertung der Signalkenngröße ein Gradient des Spannungssignals ermittelt und zur Beurteilung des Alterungszustands aus einer Häufigkeit eines Überschreitens eines vorgebbaren Gradientengrenzwerts wird ein erster Kennwert gebildet. Wie die Erfinder in detaillierten Untersuchungen feststellen konnten, kann speziell bei einem geregelten Lambda-1-Betrieb des Verbrennungsmotors bei einem hinter einem stärker gealterten Katalysator angeordneten binären Lambdasensor ein dynamischeres Signalverhalten beobachtet werden als bei weniger gealterten Katalysatoren. Bei letzteren ist das Lambdasensorsignal stärker gedämpft. Die Bildung einer zeitlichen Ableitung, d.h. einer Gradientenbildung des Lambdasensorsignals ermöglicht eine besonders deutliche Herausarbeitung der Unterschiede. Durch Festlegung eines vorzugsweise empirisch ermittelten Grenzwerts für den Signalspannungsgradienten des Lambdasensorsignals und Auswerten der Häufigkeit des Auftretens von Überschreitungen dieses Gradientengrenzwerts kann somit der Alterungszustand des Katalysators verbessert beurteilt werden.
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Obschon sowohl positive als auch negative Gradienten berücksichtigt werden können, ist es bevorzugt, dass ein positiver Gradientengrenzwert zur Beurteilung des Alterungszustands herangezogen wird. Dabei hat sich ein bevorzugter Gradientengrenzwert von ca. 7 V/s als vorteilhaft ergeben. Vorteilhaft kann dieser Grenzwert auch größer oder kleiner dem oben angegeben Wert sein.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der Auswertung der Signalkenngröße eine Höhe der Signalspannung ermittelt und zur Beurteilung des Alterungszustands aus einer Häufigkeit eines Unterschreitens eines vorgebbaren Spannungsgrenzwerts ein zweiter Kennwert gebildet. Ein Unterschreiten des Spannungsgrenzwerts bedeutet bei einem binären Lambdasensor ein Überschreiten eines zugeordneten λ-Werts des Abgases. Dies kann auch als so genannter Magerdurchbruch, d.h. als ein Durchbrechen eines zu überstöchiometrischen Werten verschobenen Verbrennungsluftverhältnisses durch den Katalysator interpretiert werden. Wie durch intensive Untersuchungen festgestellt werden konnte, treten speziell bei einem geregelten Lambda-1-Betrieb des Verbrennungsmotors bei stärker gealterten Katalysatoren Magerdurchbrüche häufiger auf als bei weniger gealterten Katalysatoren. Die zusätzliche Berücksichtigung eines aus der Häufigkeit dieser Magerdurchbrüche gebildeten Kennwerts zur Beurteilung des Katalysator-Alterungszustands ermöglicht daher eine zuverlässigere Katalysatordiagnose. Bei den derzeit gebräuchlichen binären Lambdasensoren hat sich ein Spannungsgrenzwert von etwa 0,45 V als vorteilhaft erwiesen.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen des Verbrennungsmotors erfasst und zur Beurteilung des Alterungszustands ein Quotient aus dem ersten Kennwert und der Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen als dritter Kennwert gebildet. Damit wird die Häufigkeit des Überschreitens des Gradientengrenzwerts auf die Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen bezogen, wobei jeweils gleiche Zeiträume berücksichtigt werden und damit eine gemeinsame Zeitbasis für die Ermittlung der Häufigkeiten geschaffen wird. Der auf diese Weise gebildete dritte Kennwert wird vorzugsweise nur dann als gültig gewertet, wenn eine vorgebbare Zahl von beispielsweise mindestens 20 oder mindestens 30 oder mindestens 50 Schubabschaltungsereignissen registriert wurde. Unter einem Schubabschaltungsereignis ist dabei zu verstehen, dass bei laufendem Fahrbetrieb eine Kraftstoffzufuhr zu den Brennräumen des Verbrennungsmotors abgeschaltet oder zumindest stark reduziert wurde, der Verbrennungsmotor somit von einem Zugbetrieb in einen Schub- bzw. Schleppbetrieb übergeht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen des Verbrennungsmotors erfasst und zur Beurteilung des Alterungszustands ein Quotient aus dem zweitem Kennwert und der Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen als vierter Kennwert gebildet. Damit wird die Häufigkeit des Unterschreitens des Spannungsgrenzwerts auf die Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen bezogen, wobei jeweils gleiche Zeiträume berücksichtigt werden und damit eine gemeinsame Zeitbasis für die Ermittlung der Häufigkeiten geschaffen wird. Der auf diese Weise gebildete vierte Kennwert wird vorzugsweise nur dann als gültig gewertet, wenn eine vorgebbare Zahl von beispielsweise mindestens 20 oder mindestens 30 oder mindestens 50 Schubabschaltungsereignissen registriert wurde. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die genannte vorgebbare Zahl von registrierten Schubabschaltungsereignissen der Zahl von Schubabschaltungen bei der Ermittlung des dritten Kennwerts entspricht.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Katalysator als unzulässig gealtert diagnostiziert, wenn der dritte Kennwert einen vorgebbaren ersten Quotientengrenzwert überschreitet, und der vierte Kennwert einen vorgebbaren zweiten Quotientengrenzwert überschreitet, und die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit einen vorgebbaren OSC-Grenzwert unterschreitet. Die UND-Verknüpfung der genannten drei Kriterien ermöglicht es besonders zuverlässig zu erkennen, ob der Katalysator unzulässig gealtert ist und somit nicht mehr in der Lage ist, im Abgas enthaltene Schadstoffe unter einem insbesondere gesetzlich vorgeschriebenen Niveau zu halten.
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In einer weiteren, vorzugsweise alternativen Ausgestaltung des Verfahrens, wird zur Beurteilung des Alterungszustands ein Produkt aus drittem und viertem Kennwert gebildet und dieses Produkt mit der gegebenenfalls normierten Größe der ermittelten Sauerstoffspeicherfähigkeit verknüpft. Durch die Verknüpfung der ermittelten OSC des Katalysators mit dem Produkt aus drittem und viertem Kennwert werden die sich einzeln ergebenden Unsicherheiten bei der Beurteilung des Katalysator-Alterungszustands stark verringert und es ist eine Katalysatordiagnose mit weiter verbesserter Zuverlässigkeit ermöglicht. Um dabei den Einfluss der absoluten Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit zu eliminieren, ist es vorteilhaft, diese zu normieren. Die Normierung erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die ermittelte Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit auf die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines grenzwertig gealterten, gleichartigen Katalysators bezogen wird. Unter einem solchen, auch als Grenzkatalysator bezeichneten Katalysator wird ein baugleicher Katalysator verstanden, der eine katalytische Wirksamkeit besitzt, die eine Einhaltung von insbesondere gesetzlich vorgeschriebenen OBD-Emissionsgrenzwerten gerade noch ermöglicht. Mit anderen Worten markiert der Grenzkatalysator die Grenze zwischen einem noch als funktionstüchtig zu beurteilenden Katalysator und einem unzulässig gealterten Katalysator. Dabei ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die Verknüpfung des Produkts aus drittem und viertem Kennwert mit der gegebenenfalls normierten Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit durch eine Quotientenbildung erfolgt, d.h. das Produkt wird durch die gegebenenfalls normierte Größe der ermittelten Sauerstoffspeicherfähigkeit dividiert.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses bei einem laufenden Kraftfahrzeugfahrbetrieb mit einem überwiegend mit einem Lambdawert des Verbrennungsluftverhältnisses von annähernd 1,0 betriebenem Verbrennungsmotor durchgeführt. Somit kann während eines praktischen Fahrbetriebs des entsprechenden Fahrzeugs in Kundenhand festgestellt werden, ob der eingesetzte Katalysator unzulässig gealtert ist oder nicht. Im letzteren Fall wird vorzugsweise eine entsprechende Warn- oder Fehlermeldung ausgegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnung und zugehörigen Beispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
- 1 eine schematische Skizze eines Verbrennungsmotorsystems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, und
- 2 eine schematische Darstellung einer Kennlinie eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommenden binären Lambdasensors.
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1 zeigt lediglich schematisch und stark vereinfacht ein Verbrennungsmotorsystem, an dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt. Das Verbrennungsmotorsystem weist einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor 1 auf, zu dessen nicht gesondert dargestellten Brennräumen die zur Verbrennung eines Kraftstoffs erforderliche Verbrennungsluft über eine Luftzufuhrleitung 2 und ein Saugrohr 3 zugeführt wird. Bei dem Verbrennungsmotor 1 handelt es sich vorliegend um einen Ottomotor nach Hubkolbenbauart. Als Kraftstoff kann ein Mineralölkraftstoff oder ein flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff zum Einsatz kommen. Bei der Kraftstoffverbrennung entstehendes Abgas wird über einen Abgaskrümmer 4 und eine daran angeschlossene Abgasleitung 5 abgeführt. Dabei durchströmt das Abgas einen in der Abgasleitung 5 angeordneten Katalysator 6. Der Katalysator 6 ist vorliegend als Drei-Wege-Katalysator mit Wabenkörperstruktur ausgeführt, wobei die Kanäle des Wabenkörpers mit einer Beschichtung mit Sauerstoffspeicherfähigkeit versehen sind. Die Beschichtung enthält außerdem als katalytisch aktive Komponenten vorzugsweise Edelmetalle der Platingruppe wie Platin, Palladium und Rhodium. Mittels eines eingangsseitig des Katalysators 6 angeordneten ersten Lambdasensors 7 und eines ausgangsseitig des Katalysators 6 angeordneten zweiten Lambdasensors 8 werden die Luftverhältniszahlen λA des Abgases vor und hinter dem Katalysator ermittelt. Hierzu werden die als elektrische Spannung vorliegenden Ausgangssignale der Lambdasensoren 7, 8 an ein elektronisches Steuergerät 10 geleitet und von diesem entsprechend verarbeitet. Vorliegend ist der erste Lambdasensor 7 als ein dem Fachmann unter dem Begriff Breitband-Lambdasonde bekannter Lambdasensor ausgebildet, welcher um einen relativ großen Bereich um λ = 1,0 ein Spannungssignal mit moderater Steigung bereitstellt. Der zweite Lambdasensor 8 ist vorliegend als sogenannte (binäre) Sprungsonde ausgebildet, welche ein Spannungssignal bereitstellt, das bei einem Lambdawert von λ = 1,0 einen sehr steilen Verlauf aufweist, worauf weiter unten näher eingegangen wird. Im Steuergerät 10 werden die Signale der Lambdasensoren 7, 8 ausgewertet und ein Luft-Kraftstoffverhältnis bzw. Verbrennungsluftverhältnis λV des Verbrennungsmotors 1 darauf basierend geregelt zumindest überwiegend auf einen Wert von annähernd λV = 1,0 eingestellt. Hierzu ist das Steuergerät 10 über Signalleitungen 9 einerseits mit den Lambdasensoren 7, 8 und andererseits mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. Verfahren zum geregelten λ = 1 -Betrieb eines Verbrennungsmotors sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen wird.
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Es versteht sich, dass das Verbrennungsmotorsystem weitere Sensoren zur Erfassung von Betriebsdaten des Verbrennungsmotorsystems aufweist, was hier nicht gesondert dargestellt ist. Beispielsweise sind Sensoren zur Erfassung des angesaugten Luftdurchsatzes, der in die Brennräume eingebrachten Kraftstoffmenge, der Motordrehzahl, der Abgastemperatur usw. vorgesehen. Mittels ebenfalls nicht dargestellter Aktoren können die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 1 bedarfsgerecht eingestellt werden.
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Die katalytische Wirksamkeit des Katalysators 6 nimmt im Laufe seiner Betriebszeit typischerweise infolge von Alterungseffekten ab. Bei zu starker Alterung kann eine Reinigung des Abgases von Schadstoffen nicht mehr im erforderlichen Umfang erfolgen. Es ist daher vorgesehen, beim laufenden Fahrbetrieb des entsprechenden Kraftfahrzeugs die katalytische Aktivität des Katalysators 6 mittels einer so genannten Onboard-Diagnose zu überwachen. Nachfolgend werden erfindungsgemäße Vorgehensweisen näher erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug mit dem installierten Verbrennungsmotorsystem sich in einem realen Fahrbetrieb befindet und der Katalysator 6 auf Betriebstemperatur ist. Der Verbrennungsmotor 1 wird dabei überwiegend in einem geregelten λ = 1-Betrieb betrieben. Typischerweise wird dabei ein schwach fettes Verbrennungsluftverhältnis im Bereich von λV = 0,993 bis λV = 0,997 eingestellt.
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Zur Beurteilung des Alterungszustands des Katalysators 6 wird insbesondere das Signal des stromabwärtigen zweiten Lambdasensors 8 herangezogen. In 2 ist ein typischer Verlauf des Lambdasensorsignals schematisch dargestellt. Dabei ist die vom zweiten Lambdasensor 8 abgegebene Signalspannung U in Abhängigkeit vom Lambdawert λ des Abgases aufgetragen. Wie ersichtlich, weist diese eine Sprungcharakteristik mit einem steilen Verlauf in einem engen Bereich um λ = 1,0 auf. Geringe Abweichungen vom Lambdawert 1,0 bewirken daher relativ große Änderungen der Signalspannung.
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Die katalytische Aktivität des Katalysators 6 korreliert erfahrungsgemäß mit der Größe seiner Sauerstoffspeicherfähigkeit. Je geringer die Sauerstoffspeicherfähigkeit ist, desto geringer ist im Allgemeinen die katalytische Aktivität. Zur Beurteilung des Katalysator-Alterungszustands ist es daher üblich und auch im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 6 zu ermitteln. Dazu wird bei Vorliegen bestimmter Bedingungen, wie beispielsweise eine ausreichend hohe Katalysatortemperatur, Vorliegen vorgebbarer Bereiche für den Abgasmassenstrom und die Fahrzeuggeschwindigkeit usw., ein schwach fettes Verbrennungsluftverhältnis λV von etwa 0,92 eingestellt. Im schwach fetten Abgas enthaltene reduzierend wirkende Bestandteile reagieren mit im Sauerstoffspeicher des Katalysators 6 reversibel gespeicherten Sauerstoff. Damit wird der Sauerstoffspeicher des Katalysators 6 entleert.
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Hat sich für den zweiten Lambdasensor 8 ein stabiler Wert der Signalspannung eingestellt der dem Verbrennungsluftverhältnis entspricht, so wird das Verbrennungsluftverhältnis sprunghaft auf einen schwach mageren Wert von etwa 1,08 eingestellt. Mit dem im schwach mageren Abgas enthaltenen überschüssigen Sauerstoff wird nun der Sauerstoffspeicher des Katalysators 6 wieder aufgefüllt. Da dieser Vorgang jedoch je nach Größe des Sauerstoffspeichers eine mehr oder weniger lange Zeit benötigt, wird für den zweiten Lambdasensor 8 erst nach einer gewissen Verzögerung eine entsprechend niedrige Signalspannung gemessen. Aus der Größe der Zeitverzögerung kann vom Steuergerät 10 mittels des bekannten Sauerstoffgehalts des Abgas und des ebenfalls bekannten Abgasmassenstroms die im Katalysator 6 eingelagerte Sauerstoffmenge und damit die Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt werden. Unterschreitet die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit einen vorgegebenen Grenzwert, so ist dies ein Indiz für einen unzulässig gealterten Katalysator 6. Um einen von der Katalysatorgröße unabhängigen Kennwert für die Sauerstoffspeicherfähigkeit zu erhalten, kann es vorgesehen sein, diese auf die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines grenzwertig gealterten Katalysators gleicher Bauart zu beziehen und somit eine normierte Sauerstoffspeicherfähigkeit zu erhalten. Als grenzwertig gealterter Katalysator kann dabei ein Katalysator angesehen werden, der eine Grenze zwischen unzulässiger Alterung und mindestens zu fordernder katalytischer Aktivität markiert. Eine normierte Sauerstoffspeicherfähigkeit von mehr als 1,0 kennzeichnet somit einen noch als ausreichend funktionsfähig anzusehenden Katalysator 6, wohingegen eine normierte Sauerstoffspeicherfähigkeit von weniger als 1,0 einen unzulässig gealterten und nicht mehr ausreichend funktionsfähigen Katalysator 6 kennzeichnet.
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Wie von den Erfindern festgestellt werden konnte, ist die ermittelte Größe der gegebenenfalls normierten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 6 allein jedoch nicht ausreichend, um seinen Alterungszustand mit der gewünschten Zuverlässigkeit beurteilen zu können. Es besteht vielmehr die Möglichkeit, dass ein auf dieser Basis als unzulässig gealtert beurteilter Katalysator 6 noch eine ausreichende katalytische Wirksamkeit aufweist. Erfindungsgemäß werden daher noch weitere Kriterien zur Beurteilung des Katalysator-Alterungszustands herangezogen. Diese beruhen auf einer insbesondere statistischen Auswertung von Werten von Signalkenngrößen für das Spannungssignal des zweiten Lambdasensors 8, was nachfolgend erläutert wird.
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Zunächst ist vorgesehen, das vom zweiten Lambdasensor 8 bei laufendem Fahrbetrieb und warmgelaufenen Katalysator 6 abgegebene Spannungssignal fortlaufend zu differenzieren und somit seinen zeitlichen Spannungsgradienten dU/dt zu ermitteln.
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Wie aus den obigen Erläuterungen hervorgeht, bewirkt die im Katalysator 6 implementierte Sauerstoffspeicherfähigkeit eine Abpufferung von geringen bzw. kurzzeitigen Schwankungen des Verbrennungsluftverhältnisses λV, so dass die Luftverhältniszahlen λA des Abgases im und nach dem Katalysator 6 bei etwa 1,0 gehalten werden können und der Katalysator 6 damit zumindest überwiegend im Lambdabereich seiner höchsten Wirksamkeit gehalten werden kann. Mit zunehmender Alterung verringert sich jedoch diese Pufferwirkung und Schwankungen des Verbrennungsluftverhältnisses λV machen sich zunehmend auch in mehr oder weniger starken Schwankungen des Spannungssignals des zweiten Lambdasensors 8 bemerkbar. Dies wird anhand des ermittelten Signalspannungsgradients erfasst. Speziell wird vom Steuergerät 10 gezählt, wie oft ab einem gewissen Zeitpunkt der Signalspannungsgradient einen vorgebbaren Gradientengrenzwert überschreitet. Es wird somit eine Häufigkeit von Gradientengrenzwertüberschreitungen ermittelt. Als maßgeblicher Gradientengrenzwert hat sich hierfür ein Wert von etwa 7 V/s als vorteilhaft erwiesen. Eine große Anzahl bzw. Häufigkeit von Überschreitungen des Gradientengrenzwerts kann als Indiz für einen unzulässig gealterten Katalysator 6 gewertet werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, als weitere Signalkenngröße die Höhe der vom zweiten Lambdasensor 8 ausgegebenen Signalspannung U direkt auszuwerten. Speziell wird vom Steuergerät 10 gezählt, wie oft ab einem gewissen Zeitpunkt die Signalspannung einen vorgebbaren Spannungsgrenzwert unterschreitet. Es wird somit eine Häufigkeit von Spannungsgrenzwertunterschreitungen ermittelt. Als maßgeblicher Spannungsgrenzwert hat sich hierfür ein Wert von etwa 0,45 V als vorteilhaft erwiesen. Der Spannungsgrenzwert ist in 2 durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. Eine hohe Anzahl bzw. Häufigkeit von Unterschreitungen des Spannungsgrenzwerts ist als Indiz für einen unzulässig gealterten Katalysator 6 zu werten. Dabei ist vorgesehen, die Zählung von Unterschreitungen des Spannungsgrenzwerts ab demselben Zeitpunkt zu beginnen, wie die Zählung von Überschreitungen des Gradientengrenzwerts.
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Wird innerhalb eines vorgebbaren oder vorgegebenen Zeitintervalls eine vorgebbare Anzahl von Unterschreitungen des Spannungsgrenzwerts und/oder eine vorgebbare Anzahl von Überschreitungen des Gradientengrenzwerts festgestellt, so kann dies als Indiz für einen unzulässig gealterten Katalysator 6 gewertet werden.
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Um einen Verlauf von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 in eine Beurteilung des Katalysator-Alterungszustands einfließen zu lassen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich die Anzahl bzw. Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen des Verbrennungsmotors 1 zu ermitteln und zu berücksichtigen. Bei einem Schubabschaltungsereignis wird insbesondere infolge einer Deaktivierung der Fahrpedalbetätigung die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor 1 abgestellt oder zumindest stark reduziert. Auch wenn dabei die Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor 1 gedrosselt wird, erhält der Katalysator 6 bei Schubabschaltungen ein mageres, d.h. sauerstoffhaltiges Abgas mit einem Lambdawert λA von deutlich mehr als 1,0. Bei entsprechender Dauer der Schubabschaltung ist der Katalysator 6 nicht mehr in der Lage, dies mittels seiner Sauerstoffspeicherfähigkeit abzupuffern und der hohe Lambdawert „schlägt durch“ und wird durch den zweiten Lambdasensor 8 erfasst. Solche auch als Magerdurchbrüche bezeichnete Ereignisse sind bei einem gealterten Katalysator 6 häufiger zu beobachten als bei einem ungealterten Katalysator 6. Jedoch können, insbesondere bei einem gealterten Katalysator 6, auch bei Fehlen von Schubabschaltungsereignissen Magerdurchbrüche registriert werden. Im Rahmen der Erfindung kann ein Magerdurchbruch als synonym für eine Unterschreitung des Spannungsgrenzwerts angesehen werden.
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Vorzugsweise ist es nun vorgesehen, die ab einem Startzeitpunkt gezählten Überschreitungen des Gradientengrenzwerts auf die Anzahl der im selben Zeitintervall erfolgten Schubabschaltungsereignisse zu beziehen. Auf diese Weise kann ein Kennwert zur genaueren Beurteilung des Katalysatoralterungszustands gewonnen werden. Ist dieser Kennwert, also der Quotient der Häufigkeit von Gradientengrenzwertüberschreitungen und Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen, größer als ein vorgebbarer erster Quotientengrenzwert von beispielsweise etwa 1, so kann dies als Indiz für einen unzulässig gealterten Katalysator 6 gewertet werden.
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Analog hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, die gezählten und aufsummierten Unterschreitungen des Spannungsgrenzwerts auf die Anzahl der im selben Zeitintervall erfolgten Schubabschaltungsereignisse zu beziehen und auf diese Weise einen weiteren Kennwert zur genaueren Beurteilung des Katalysatoralterungszustands zu gewinnen. Überschreitet dieser Kennwert, also der Quotient der Häufigkeit von Spannungsgrenzwertunterschreitungen und Häufigkeit von Schubabschaltungsereignissen einen vorgebbaren zweiten Quotientengrenzwert von beispielsweise etwa 3, so kann dies als Indiz für einen unzulässig gealterten Katalysator 6 gewertet werden. Zur Gewinnung der genannten Kennwerte kann es vorgesehen sein, eine bestimmte Mindestanzahl von Schubabschaltungsereignissen bzw. Gradientengrenzwertüberschreitungen oder Unterschreitungen des Spannungsgrenzwerts zu fordern. Diese Mindestanzahl kann etwa 20 oder etwa 30 oder etwa 50 oder mehr betragen. Dadurch wird eine verbesserte statistische Sicherheit erzielt.
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Obschon es zur Beurteilung des Katalysatoralterungszustands ausreichend sein kann, die Häufigkeit von Gradientengrenzwertüberschreitungen oder von Unterschreitungen des Spannungsgrenzwerts oder ein Überschreiten eines der oben genannten Kennwerte heranzuziehen, ist es vorzugsweise vorgesehen, zusätzlich die ermittelte Größe der Sauerstoffspeicherfähigkeit zu berücksichtigen. Dies verbessert nochmals die Zuverlässigkeit betreffend die Beurteilung des Katalysator-Alterungszustands.
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Hierzu wird wie oben erläutert, das Spannungssignal des zweiten Lambdasensors 8 laufend erfasst und in Bezug auf die oben genannten Kennwerte ausgewertet. Liegen die Voraussetzungen zur Durchführung einer Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 6 vor, so erfolgt diese und die Größe der gegebenenfalls normierten Sauerstoffspeicherfähigkeit wird wie weiter oben beschrieben ermittelt.
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In einer ersten Variante wird sodann vom Steuergerät 10 ermittelt, ob und gegebenenfalls wie oft die Quotienten von Anzahl von Gradientengrenzwertüberschreitungen bzw. Anzahl von Spannungsgrenzwertunterschreitungen und Anzahl von Schubabschaltungsereignissen die jeweils festgelegten Quotientengrenzwerte überschritten haben. Werden für den ersten Quotientengrenzwert und für den zweiten Quotientengrenzwert eine vorgebbare Anzahl n > 0 Überschreitungen festgestellt und unterschreitet zudem die ermittelte Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 6 den festgelegten Grenzwert, so wird der Katalysator 6 als unzulässig gealtert diagnostiziert und es wird eine entsprechende Fehlermeldung erzeugt. Die vorgebbare kritische Anzahl von n > 0 kann dabei beispielsweise 1, 5, 10, 20, 50 oder mehr betragen. Infolge der logischen UND-Verknüpfung der genannten 3 Kriterien ist eine sehr hohe statische Sicherheit des erhaltenen Ergebnisses gewährleistet. Fehldiagnosen können mit nahezu 100 % -iger Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden.
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In einer zweiten Variante wird nach einer erfolgten Bestimmung der normierten Sauerstoffspeicherfähigkeit sowohl der Quotient aus bis dahin gezählten Gradientengrenzwertüberschreitungen und der bis dahin gezählten Schubabschaltungsereignisse als auch der Quotient aus bis dahin gezählten Spannungsgrenzwertunterschreitungen und der bis dahin gezählten Schubabschaltungsereignisse gebildet. Weiter wird ein Produkt dieser beiden Quotienten gebildet und dieses durch die normierte Sauerstoffspeicherfähigkeit dividiert. Überschreitet der so gebildete Kennwert eine vorgebbare Grenze von beispielsweise etwa 3,5, so wird der Katalysator 6 als unzulässig gealtert diagnostiziert und es wird eine entsprechende Fehlermeldung erzeugt. Infolge der geschilderten mathematischen Verknüpfung der genannten 3 Kriterien ist ebenfalls eine sehr hohe statische Sicherheit von annähernd 100 % des erhaltenen Ergebnisses gewährleistet.
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Es wird noch darauf hingewiesen, dass nach einer erfolgten Bestimmung der gegebenenfalls normierten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 6 eine weitere Zählung von Gradientengrenzwertüberschreitungen, Spannungsgrenzwertunterschreitungen und Schubabschaltungsereignissen fortgeführt wird. Die Zählung wird also kontinuierlich weitergeführt. Die bereits bei einmaliger Bestimmung des Alterungszustand entsprechend der obigen Vorgehensweisen erzielte sehr hohe statistische Sicherheit lässt sich noch weiter steigern, wenn der Katalysator 6 nur dann als unzulässig gealtert diagnostiziert wird, wenn dies mehrfach bzw. mehrfach und in direkter Folge aufgrund der Ergebnisse nahegelegt wird.
