DE10257059B4 - Method and device for diagnosing catalyst units - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Diagnose einer Katalysatoreinheit eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors, wobei die N-Abgasstränge mit jeweils einer Katalysatoreinheit bestückt sind und sich stromab der Katalysatoreinheiten in einer gemeinsamen Abgasleitung vereinen und eine Steuerung eines Lambda-Wertes des Abgases in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: (a) die Katalysatoreinheiten von N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten; (b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.Method for diagnosing a catalyst unit of a catalytic system of an exhaust system with N-exhaust lines of an internal combustion engine, wherein the N-exhaust lines are each equipped with a catalyst unit and combine downstream of the catalyst units in a common exhaust pipe and a control of a lambda value of the exhaust gas in the N Exhaust passages upstream of the catalyst units is possible, characterized in that the following steps are carried out: (a) the catalyst units of N-1 exhaust strands are maintained in an oxygen-free state by exposure to a stoichiometric or rich exhaust gas for a predetermined time interval T; (b) for the catalyst units of the Nth exhaust gas train, a value of an oxygen storage capacity is determined by applying the lambda value excitation of the exhaust gas during the time interval T and evaluating an associated lambda value reaction of the exhaust gas downstream of the exhaust gas recombination in a region of the common exhaust gas line and determining a catalyst diagnostic value in dependence on this value.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and a device for the diagnosis of catalytic converter units of a catalytic converter system of an exhaust system with N-exhaust gas trains of an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.
Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren mit einem Abgassystem mit N-Abgasstrangen bekannt. Jeder Abgasstrang kann dabei mit einer Katalysatoreinheit bestückt sein, die wiederum aus einem oder mehreren Katalysatoren, beispielsweise einem Vorkatalysator oder einem Hauptkatalysator, besteht. Einem Abgasstrang können dabei jeweils ein oder mehrere Zylinder, die in Zylindergruppen zusammengefasst werden, zugeordnet sein. Zur Einhaltung von gesetzlichen Abgasemissionsvorschriften ist eine On-Board-Überwachung der Katalysatoren erforderlich. Ein bekanntes Verfahren zur Diagnose von Katalysatoren in Abgasanlagen ist die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC). Eine Verringerung der OSC wird als Frühindikator für eine Katalysatordeaktivierung herangezogen, da häufig eine thermische Alterung des Katalysators zu einem OSC-Einbruch bereits vor einer Deaktivierung der in derartigen Katalysatoren verbauten Edelmetallkomponenten führt Die OSC wird dabei üblicherweise ermittelt, indem ein Lambda-Wert des Abgases stromauf des zu überwachenden Katalysators einer zyklischen Schwankung zwischen einer fetten (Lambda < 1) und einer mageren (Lambda > 1) Phase um den Wert 1,0 herum unterworfen und das Lambda-Signal stromab des Katalysators mit dem Lambda-Signal stromauf des Katalysators verglichen wird. Ist die OSC hoch, kann der in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoff das Reduktionsmittelangebot in Fettphasen der Lambda-Schwankung weitgehend verarbeiten. Daher sind die Schwankungen des Lambda-Signals stromab des Katalysators relativ gering.Internal combustion engines with an exhaust system with N exhaust system are known from the prior art. Each exhaust gas line can be equipped with a catalyst unit, which in turn consists of one or more catalysts, for example a precatalyst or a main catalyst. In this case, one or more cylinders, which are combined into cylinder groups, can be assigned to one exhaust gas line. To comply with legal exhaust emission regulations, an on-board monitoring of the catalysts is required. One known method for the diagnosis of catalysts in exhaust systems is the determination of the oxygen storage capacity (OSC). A reduction of the OSC is used as an early indicator for a catalyst deactivation, since often thermal aging of the catalyst leads to an OSC slump before deactivation of the noble metal components incorporated in such catalysts. The OSC is usually determined by a lambda value of the exhaust gas upstream the catalyst to be monitored is subjected to a cyclic fluctuation between a rich (lambda <1) and a lean (lambda> 1) phase around the value 1.0 and the lambda signal downstream of the catalytic converter is compared with the lambda signal upstream of the catalytic converter , When the OSC is high, the oxygen stored in the catalyst can largely process the reductant supply in fat phases of lambda fluctuation. Therefore, the fluctuations of the lambda signal downstream of the catalyst are relatively low.
Ist die OSC gering, reicht die gespeicherte Sauerstoffmenge nicht aus, um das Reduktionsmittelangebot umfassend umzusetzen Das Lambda-Signal folgt in diesem Fall mit relativ hoher Amplitude dem Lambda-Signal stromauf vor dem KatalysatorIf the OSC is low, the amount of stored oxygen is insufficient to fully implement the supply of reducing agent. In this case, the lambda signal follows with relatively high amplitude the lambda signal upstream of the catalytic converter
Unterschreitet die OSC einen vorgegebenen Grenzwert – erkennbar an dem Überschreiten eines Grenzwertes der Amplitude des Lambda-Signals stromab des Katalysators relativ zur Amplitude des Lambda-Signals stromauf des Katalysators -, so wird der betreffende Katalysator als defekt erkannt und eine Fehlerinformation ausgegeben. Alternativ kann zu dem Vergleich von Lambda-Werten auch das Spannungssignal von Sprungantwort-Lambdasonden ausgewertet werden, die stromauf und stromab des zu überwachenden Katalysators angeordnet sind. Derartige Sonden ermöglichen zwar keine Messung von Lambda-Werten, wohl aber eine Auswertung von Lambda-Sprüngen bei einem Mager → Fett oder Fett → Magerübergang. Den Lambda-Sprüngen entsprechen Spannungssprünge des Sondensignals. Liegen die Spannungssprünge dieser Sonden vor und nach dem Katalysator zeitlich dicht beieinander, so ist die OSC niedrig, liegen die Spannungssprünge zeitlich weit auseinander, so ist die OSC hoch. Ferner ist eine Anordnung einer Breitband-Lambdasonde zur Messung des Lambda-Wertes vor dem Katalysator und eine Sprungantwort-Lambdasonde hinter dem Katalysator zur Ermittlung der OSC bekannt.If the OSC falls below a predetermined limit value-recognizable by the exceeding of a limit value of the amplitude of the lambda signal downstream of the catalytic converter relative to the amplitude of the lambda signal upstream of the catalytic converter-the relevant catalytic converter is identified as defective and error information is output. Alternatively, the voltage signal of step response lambda probes, which are arranged upstream and downstream of the catalytic converter to be monitored, can also be evaluated for the comparison of lambda values. Although such probes do not allow the measurement of lambda values, an evaluation of lambda jumps in the case of a lean → fat or fat → lean transition is possible. The lambda jumps correspond to voltage jumps of the probe signal. If the voltage jumps of these probes before and after the catalyst are close in time, the OSC is low. If the voltage jumps are far apart in time, the OSC is high. Furthermore, an arrangement of a broadband lambda probe for measuring the lambda value in front of the catalyst and a step response lambda probe behind the catalyst for determining the OSC is known.
Bei den bekannten Verfahren ist es für eine genaue Ermittlung der OSC erforderlich, dass stromauf und stromab des zu überwachenden Katalysators zumindest eine Sonde angeordnet ist. Bei einem Abgassystem mit N-Abgassträngen und einer Abgaszusammenführung stromab der Katalysatoren kann mit einer Sonde stromab der Abgaszusammenführungseinrichtung nur die Zusammensetzung des Mischgases aus den verschiedenen Abgassträngen erfasst werden Eine individuelle Überwachung der Katalysatoren ist damit nicht ohne weiteres möglich Andererseits ist der Einsatz von Sonden in jedem Abgasstrang stromab der Katalysatoren mit hohen Kosten verbunden.In the known methods, it is necessary for an accurate determination of the OSC that at least one probe is arranged upstream and downstream of the catalyst to be monitored. In an exhaust system with N-exhaust lines and a Abgaszusammenführung downstream of the catalysts can be detected with a probe downstream of the Abgaszusammenführungseinrichtung only the composition of the mixed gas from the various exhaust strands An individual monitoring of the catalysts is thus not readily possible On the other hand, the use of probes in each Exhaust line downstream of the catalysts associated with high costs.
Aus der
Es ist ferner aus der
Ferner ist aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine Diagnose von Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems für ein Abgassystem mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors erfolgen kann, die genau ist und gleichzeitig kostengünstig und konstruktiv einfach realisiert werden kann.Object of the present invention is to provide a method and an apparatus with which a diagnosis of catalyst units of a catalyst system for an exhaust system with N-exhaust gas lines of an internal combustion engine can be done, which is accurate and at the same time can be realized inexpensively and structurally simple.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.According to the invention the object is achieved by the features of the independent claims.
Erfindungsgemäß werden bei einem gattungsgemäßen Verfahren folgende Schritte durchgeführt:
- (a) die Katalysatoreinheiten von zumindest N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten;
- (b) für die Katalysatoreinheit des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.
- (a) the catalyst units of at least N-1 exhaust strands are maintained in an oxygen-free state for a predetermined time interval T by exposure to a stoichiometric or rich exhaust gas;
- (b) for the catalyst unit of the N-th exhaust gas line, a value of an oxygen storage capacity is determined by applying the lambda value excitation of the exhaust gas during the time interval T and evaluating an associated lambda value reaction of the exhaust gas downstream of the exhaust gas recombination in a region of the common exhaust gas line and determining a catalyst diagnostic value in dependence on this value.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch eine genaue Diagnose einer Gruppe von K Katalysatoreinheiten mit nur einem in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung angeordneten Sensor zur Auswertung der Lambda-Reaktion des Abgases, da durch die Beaufschlagung von K Abgassträngen mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas diese Katalysatoreinheiten keinen Beitrag zur Lambdawert-Reaktion in dem Mischabgas bringen. Damit lassen sich sowohl Sensoren einsparen als auch, aufgrund der genauen Diagnose defekte Katalysatoreinheiten identifizieren und austauschenThe inventive method also allows an accurate diagnosis of a group of K catalyst units with only one arranged in a region of the common exhaust pipe sensor for evaluating the lambda reaction of the exhaust gas, as by the application of K exhaust strands with a stoichiometric or rich exhaust gas, these catalyst units no contribution bring to lambda value reaction in the mixed exhaust gas. This makes it possible to save both sensors and, based on the exact diagnosis, identify and replace defective catalyst units
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem genau N – 1 Katalysatoreinheiten sauerstofffrei gehalten werden, und die Schritte (a) und (b) für die Bestimmung des Katalysatordiagnosewerts der Katalysatoreinheit des N-ten Abgasstranges vorgesehen sind. Hiermit lässt sich eine individuelle Diagnose der Katalysatoreinheit des N-ten Abgaszweiges unabhängig von den Katalysatoreinheiten der anderen Abgaszweige vornehmen.Preference is given to a method in which exactly N-1 catalyst units are kept free of oxygen, and steps (a) and (b) are provided for determining the catalyst diagnosis value of the catalyst unit of the N-th exhaust line. This makes it possible to carry out an individual diagnosis of the catalytic converter unit of the N th exhaust branch independently of the catalyst units of the other exhaust branches.
Die Katalysatoreinheiten können zweckmäßigerweise jeweils einen Vorkatalysator, einen Hauptkatalysator oder eine Kombination von Vorkatalysator und Hauptkatalysator aufweisen. Es versteht sich, dass bei einer Kombination von Vorkatalysator und Hauptkatalysator ohne weitere Maßnahmen eine OSC und ein Katalysatordiagnosewert dieser Kombination ermittelt wird.The catalyst units can expediently each have a precatalyst, a main catalyst or a combination of precatalyst and main catalyst. It is understood that in a combination of the precatalyst and the main catalyst without further action an OSC and a catalyst diagnosis value of this combination is determined.
Um eine individuelle Diagnose sämtlicher Katalysatoreinheiten der N-Abgasstränge durchzuführen, werden die Schritte (a) und (b) sukzessive nacheinander für sämtliche Abgasstränge vorgenommen.In order to carry out an individual diagnosis of all catalytic converter units of the N exhaust gas lines, steps (a) and (b) are carried out successively successively for all exhaust gas trains.
Erfindungsgemäß kann auch zunächst eine nicht zwischen den einzelnen Katalysatoreinheiten differenzierende Diagnose des gesamten Katalysatorsystems erfolgen und erst bei einer erkannten Schadigung des Gesamtsystems eine individuelle Prüfung der einzelnen Katalysatoreinheiten durchgeführt werden. Bei einem ordnungsgemäß arbeitenden System kann auf die individuelle Prüfung verzichtet werden.According to the invention, a diagnosis of the entire catalyst system which does not differentiate between the individual catalyst units can first of all be carried out, and an individual test of the individual catalyst units can only be carried out if there has been a detected damage to the overall system. In the case of a properly functioning system, the individual test can be dispensed with.
Um überflüssige Prüfungen einer als defekt erkannten Katalysatoreinheit zu vermeiden, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass für eine solche Katalysatoreinheit nur eine vorgegebene Anzahl Wiederholungen der Schritte (a) und (b) vorgesehen ist.In order to avoid superfluous tests of a catalyst unit identified as being defective, it can be provided according to the invention that only a predetermined number of repetitions of steps (a) and (b) are provided for such a catalyst unit.
Es ist zweckmäßig, als Lambdawert-Anregung des Abgases einen an sich bekannten Lambda-Wobbel mit vorgegebener Amplitude und Frequenz zu verwenden.It is expedient to use a known lambda sweep with predetermined amplitude and frequency as lambda value excitation of the exhaust gas.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose von Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors, weist eine Gemischregelungseinrichtung für eine Steuerung eines Lambda-Wertes in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten auf Dabei ist in jedem der N-Abgasstränge stromauf jeder Katalysatoreinheit und in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Sauerstoffsensor angeordnet. Eine Steuereinrichtung ist vorgesehen, welche die Signale der Sauerstoffsensoren verarbeitet, über Stellmittel den Lambda-Wert des Abgases in den N-Abgassträngen beeinflussen kann und folgende Schritte veranlasst:
- (a) die Katalysatoreinheiten von zumindest N – 1 Abgasstrangen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten;
- (b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt
- (a) the catalyst units of at least N-1 exhaust gas trains are maintained in an oxygen-free state by exposure to a stoichiometric or rich exhaust gas for a predetermined time interval T;
- (B) for the catalyst units of the N-th Abgasstranges is by applying the Catalyst units with a lambda value excitation of the exhaust gas during the time interval T and evaluation of an associated lambda value reaction of the exhaust gas downstream of the exhaust gas combination in a region of the common exhaust pipe determines a value of oxygen storage capability and determines a catalyst diagnosis value in dependence on this value
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine genaue Diagnose von ausgewählten Katalysatoreinheiten mit nur einem in dem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung angeordneten Sauerstoffsensor.The device according to the invention allows an accurate diagnosis of selected catalyst units with only one arranged in the region of the common exhaust pipe oxygen sensor.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Patentansprüchen – für sich oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.Other features and advantages of the invention will become apparent not only from the claims - alone or in combination - but also from the following description of preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
Die Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:The drawings show a schematic representation:
Die Darstellung in
Die Sensoren
Bevorzugt wird als Lambdawertanregung des Abgases ein Wobbel mit vorgegebener Frequenz und Amplitude verwendet.Preferably, a sweep having a predetermined frequency and amplitude is used as lambda value excitation of the exhaust gas.
Erfindungsgemäß werden folgende Schritte durchgeführt
- (a) die Katalysatoreinheiten von N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten;
- (b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt
- (a) the catalyst units of N-1 exhaust strands are maintained in an oxygen-free state by exposure to a stoichiometric or rich exhaust gas for a predetermined time interval T;
- (b) for the catalyst units of the Nth exhaust gas train, a value of an oxygen storage capacity is determined by applying the lambda value excitation of the exhaust gas during the time interval T and evaluating an associated lambda value reaction of the exhaust gas downstream of the exhaust gas recombination in a region of the common exhaust gas line and determining a catalyst diagnostic value in dependence on this value
Die Durchführung der Schritte (a) und (b) wird von der Steuer- und Auswerteeinheit
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Abgassystem mit mehr als zwei, allgemein mit N-Abgassträngen einsetzbar ist. Ferner kann das Abgassystem zusätzlich zu den N-Abgassträngen weitere Abgasstränge aufweisen, die nicht in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen werden. Insbesondere kann die gemeinsame Abgasleitung
Um alle Katalysatoreinheiten einen definierten Zustand zu versetzen, können auch sämtliche N Katalysatoreinheiten für ein vor dem Zeitintervall T liegendes Zeitintervall T1 in einen sauerstofffreien Zustand versetzt werden. Vorzugsweise ist eine individuelle Steuerung des Lambdawertes des Abgases in jedem Abgasstrang stromauf der Katalysatoreinheiten möglich.In order to put all catalyst units in a defined state, all N catalyst units can also be put in an oxygen-free state for a time interval T1 before the time interval T. Preferably, individual control of the lambda value of the exhaust gas in each exhaust line upstream of the catalyst units is possible.
In
In einem folgenden Schritt S4 wird eine Katalysatoreinheit, beispielsweise
In Schritt S6 werden die Katalysatordiagnosewerte der Katalysatoreinheit
In
Dabei wird die Katalysatoreinheit mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases beaufschlagt; in diesem Fall einer Wobbel-Anregung mit vorgegebener Frequenz und Amplitude.
In
Alternativ zur Verwendung einer Breitband-Lambdasonde, wie in den
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur individuellen Diagnose einer oder mehrerer Katalysatoreinheiten, die jeweils in einem der N Abgasstränge angeordnet sind, eingesetzt. Jedoch ist auch eine kollektive Diagnose von Gruppen von K Katalysatoreinheiten, die in einer entsprechenden Gruppe von K Abgassträngen angeordnet sind, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglichThe method according to the invention is preferably used for the individual diagnosis of one or more catalyst units, which are each arranged in one of the N exhaust lines. However, a collective diagnosis of groups of K catalyst units arranged in a corresponding group of K exhaust passages is also possible with the method according to the invention
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