DE10305452A1 - Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines eine Speicherkapazität für Stickoxid und Sauerstoff aufweisenden, im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Katalysators (2, 28, 29), wobei der Katalysator (2, 28, 29) mit einem Abgas mit einer zeitlich veränderlichen Sauerstoffkonzentration beaufschlagt und ein korrespondierendes Signal einer stromab des Katalysators (2, 28, 29) angeordneten Abgassonde (6, 36) zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff herangezogen wird. Dabei sind folgende Schritte vorgesehen: Ein vorgegebener Regenerationszustand des Katalysators (2, 28, 29) durch Beaufschlagung des Katalysators (2, 28, 29) mit einem fetten Abgas während eines Zeitintervalls t2-t1 wird eingestellt. Es wird eine verzögerte Beladung des Katalysators (2, 28, 29) mit Sauerstoff durch Beaufschlagung während eines Zeitintervalls t2-t3 mit einem mageren Abgas, dessen Sauerstoffüberschuss von einem ersten vorgegebenen Wert von dem Zeitpunkt t2 auf einen zweiten vorgegebenen Wert zu dem Zeitpunkt t3 gemäß einer gegenüber einer Sprungfunktion langsamer ansteigenden Zeitfunktion wächst, durchgeführt, und es erfolgt eine Auswertung des korrespondierenden Signals der Abgassonde (6, 36) zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung der Diagnose angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Beim Einsatz von Kraftfahrzeugkomponenten, die für die Emission von Schadstoffen relevant sind, geht die Entwicklung dahin, eine Diagnose dieser Komponenten an Bord des Fahrzeugs zu fordern. So ist aus der DE 24 44 334 bekannt, Sensorsignale von sauerstoffempfindlichen Sensoren vor und hinter dem Katalysator zur Kennzeichnung des Zustands eines Dreiwegekatalysators heranzuziehen, indem dessen Sauerstoffspeicherfähigkeit als Meßgröße bestimmt wird. Aus der Offenlegungsschrift DE 198 43 859 ist bekannt, den Einfluss von schwefelhaltigem Kraftstoff auf die Speicherkapazität eines Katalysators zu diagnostizieren, der eine Speicherfähigkeit sowohl für Stickoxide als auch für Sauerstoff aufweist. Schwefel stellt dabei ein Katalysatorgift dar, welches den Katalysators schädigen kann.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 198 01 626 ist ein Diagnoseverfahren für Katalysatoren mit einer Speicherfähigkeit sowohl für Stickoxide als auch für Sauerstoff bekannt. Der Katalysator wird zwischen den Betriebsphasen (Magerbetrieb), in denen das Abgas sauerstoffreich ist und in denen Stickoxide eingelagert werden, regeneriert, indem der Speicherkatalysator mit sauerstoffarmem Abgas, welches Reduktionsmittel wie CO oder Kohlenwasserstoffe enthält, beaufschlagt wird (Fettbetrieb). Zur Bestimmung der Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor dem Speicherkatalysator wiederholt so erhöht und verringert, dass sich die Änderung im Signal einer vor und einer hinter dem Speicherkatalysator angeordneten Abgassonde abbildet und eine Zeitverzögerung zwischen der Änderung der Sauerstoffkonzentration vor dem Speicherkatalysator und dem zugehörigen Signal nach dem Speicherkatalysator zur Bestimmung der Speicherkapazität ausgewertet wird. Dabei wird eine erste Zeitverzögerung zwischen den Signalen beider Abgassonden beim Anstieg und eine zweite Zeitverzögerung zwischen den Signalen beider Abgassonden beim Absenken der Sauerstoffkonzentration erfasst und die Differenz der beiden Werte gebildet. Die Differenz muss einen bestimmten Wert übersteigen, andernfalls wird ein Fehlerzustand registriert. Die Differenz korreliert mit der Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators für Stickoxide.
  • Allerdings wird die Reaktion der hinteren Abgassonde nach dem Speicherkatalysator sowohl von der Speicherfähigkeit des Speicherkatalysators für Sauerstoff als auch für Stickoxide beeinflusst, so dass der Sauerstoffanteil des Signals eliminiert werden muss, um eine Aussage über die Speicherfähigkeit für Stickoxide zu erhalten. Im Magerbetrieb werden Stickoxide im Speicherkatalysator eingelagert und im Fettbetrieb bei Sauerstoffmangel zu Stickstoff umgesetzt und aus dem Speicherkatalysator ausgetrieben. Während dieser sauerstoffarmen Regenerationsphase ist stets eine Überlagerung des Sauerstoffverzehrs durch die Reduktion der gespeicherten Stickoxide zu beobachten, so dass eine Bestimmung der Speicherfähigkeit für Sauerstoff sehr ungenau wird.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnose eines Katalysators im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem die Speicherfähigkeit für Sauerstoff mit höherer Genauigkeit bestimmt werden kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Die Erfindung basiert auf der Idee, nach einer Regenerationsphase der Sauerstoffspeicher des Katalysators zunächst nur verzögert zu befüllen.
  • Ein Vorteil ist, dass ein zeitlicher Verlauf eines die Speicherfähigkeit des Katalysators repräsentierenden Abgassensorsignals zeitlich gedehnt und damit leichter auszuwerten ist. Dies erlaubt eine genauere Bestimmung der Speicherfähigkeit.
  • Weitere Vorteile und günstige Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung und den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
    •
  • Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figuren zeigen:
  • 1 schematisch den Aufbau einer bevorzugten Vorrichtung mit einem Katalysator,
  • 2 einen zeitlichen Verlauf eines Lambdasignals vor und nach dem Katalysator gemäß dem Stand der Technik,
  • 3 einen bevorzugten zeitlichen Verlauf eines Lambdasignals vor dem Katalysator und nach dem Katalysator gemäß der Erfindung und
  • 4 eine bevorzugte Anordnung mit einer mehrflutigen Abgasanlage.
  • Die Erfindung erlaubt eine genauere Bestimmung der Speicherfähigkeit eines Katalysators für Sauerstoff, insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators. Dadurch wird vorteilhaft auch die Bestimmung der Speicherfähigkeit für Stickoxide eines NOx-Speicherkatalysators verbessert, so dass die Erfindung auch für Verfahren wie voranstehend im Stand der Technik beschrieben geeignet ist. Weiterhin kann sie in Abgassystemen von Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung oder Saugrohreinspritzung des Kraftstoffs eingesetzt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines NOx-Speicherkatalysators als Bestandteil einer Diagnosefunktion bestimmt werden, indem bei jedem NOx-Regenerationsvorgang der Speicherkatalysator nach vorangegangenem Magerbetrieb zunächst mit fettem Abgas beaufschlagt, bis stromab des Speicherkatalysators durch Lambdamessung ein Reduktionsmitteldurchbruch erkannt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Speicherkatalysator sauerstofffrei. Bei erneutem Übergang in den Magerbetrieb folgt das Lambdasignal stromab des Speicherkatalysators stets mit einer Verzögerung, da der Sauerstoffspeicher erst wieder gefüllt werden muß. Somit kann aus der Zeitverzögerung zwischen dem Überschreiten eines vorgebbaren mageren Lambdawerts vor und nach dem Speicherkatalysator nach Beendigung einer vollständigen Regeneration auf die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Speicherkatalysators geschlossen werden.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung, wie sie etwa in einer Abgasanlage in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Abgase einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine 1 werden über eine Abgasleitung 3 einem Katalysator 2 zugeführt. Die gereinigten Abgase verlassen den Katalysator 2 durch die Abgasleitung 4. Stromauf des Katalysators 2 zwischen Brennkraftmaschine 1 und Katalysator 2 kann eine erste Abgassonde 5 angeordnet sein, welche den Sauerstoffgehalt des ungereinigten Abgases erfasst. Die erste Abgassonde 5 ist nicht obligatorisch. Stromab des Katalysators 2 ist eine zweite Abgassonde 6 angeordnet, welche den Sauerstoffgehalt des gereinigten Abgases erfasst. Die Abgassonden 5, 6 sind vorzugsweise Lambdasonden oder andere sauerstoffempfindliche Sensoren. Besonders günstig sind Breitbandlambdasonden, Zweipunktlambdasonden sowie NOx-Sensoren mit Lambdasondenfunktion.
  • Signale der Abgassonden 5, 6 werden einem Steuergerät 7 zugeführt, welches unter anderem die Brennkraftmaschine 1 abhängig von den Betriebsbedingungen und/oder einer Leistungsanforderung etwa eines Gaspedals mit Kraftstoff versorgt. Das Steuergerät 7 kann Signale weiterer Sensoren 9, 10, 11, etwa Drehzahl, Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Drosselklappenstellung, Last oder Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine, erfassen und über eine Kraftstoffzuführung 8 der Brennkraftmaschine 1 Kraftstoff entsprechend zudosieren.
  • Der Katalysator 2 weist vorzugsweise eine Speicherfähigkeit für Stickoxide und für Sauerstoff auf und speichert im Abgas enthaltene Stickoxide bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bei Lambdawerten von λ = 1 oder im Magerbetrieb mit λ > 1, wobei unter Lambda wie üblich das Verhältnis von Sauerstoff zu Kraftstoff in dem Gemisch verstanden wird, welches der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Katalysator 2 vorzugsweise ein NOx-Speicherkatalysator.
  • Spätestens bei Belegung aller Speicherplatze für Stickoxide muss der Katalysator 2 regeneriert werden. Dazu werden dem Abgas Reduziermittel zugegeben. Dieser Schritt kann bedarfsabhängig durchgeführt werden oder auch in regelmäßigen Abständen erfolgen. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass die Brennkraftmaschine 1 während der NOx-Regenerierung einen Überschuss an Kraftstoff erhält (λ < 1), um so eine ausreichende Menge an CO und Kohlenwasserstoffen bereitzustellen. Ebenso ist es möglich, im Abgasstrom stromauf der Abgassonde 5 bzw. des Katalysators 2 nicht dargestellte Zudosiermittel vorzusehen, mit denen dem Abgas bedarfsabhängig ein Reduktionsmittel zugeführt werden kann. Das Reduktionsmittel kann auch ein separates Reduktionsmittel sein, etwa Wasserstoff oder ein anderes geeignetes Medium, welches in einem nicht dargestellten Speicher mitgeführt wird oder separat erzeugt wird. In diesem Fall kann die Brennkraftmaschine 1 auch mager betrieben werden, wenn der Katalysator 2 regeneriert wird.
  • Zusätzlich kann stromauf des Katalysators 2 und stromab der Brennkraftmaschine 1 ein nicht dargestellter zweiter Katalysator, insbesondere ein Vorkatalysator, vorgesehen sein. Günstigerweise ist dieser Vorkatalysator ein Dreiwegekatalysator. Weiterhin kann stromab der Brennkraftmaschine 1 sowohl stromauf des Vorkatalysators als auch zwischen Vorkatalysator und erstem Katalysator 2 eine Abgassonde vorgesehen sein.
  • Die Kombination aus im Abgasstrom vorgeschaltetem Dreiwegekatalysator und nachgeschaltetem Katalysator 2 erweist sich als besonders effektiv bei der Abgasreinigung. Besonders günstig ist eine Kombination aus vorgeschaltetem Dreiwegekatalysator und nachgeschaltetem NOx-Speicherkatalysator. Der Vorkatalysator kann einmal als Startkatalysator dienen, der nach einem Kaltstart schnell die erforderliche Betriebstemperatur erreicht. Bei λ = 1 arbeitet dieser Vorkatalysator als üblicher Dreiwegekatalysator. Bei Magerbetrieb mit λ > 1 werden in diesem Vorkatalysator Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffe CH konvertiert. Ferner wird die Nitratbildung in einem NOx-Speicherkatalysator unterstützt, der als Katalysator 2 eingesetzt sein kann, da eine Oxidation von NO zu NO2 erfolgt, die eine besonders günstige NOx-Konversion im üblichen Temperaturfenster von NOx-Speicherkatalysatoren ermöglicht.
  • Während einer Regenerationsphase gemäß dem Stand der Technik, die in 2 schematisiert ist, wird der Lambdawert so erhöht und verringert, dass sich die Änderung in dem Signal der stromab des Katalysators 2 angeordneten Abgassonde 6 abbildet. Nach Beendigung einer vollständigen Regenerationsphase wird die Zeitverzögerung Δt zwischen dem Überschreiten eines vorgegebenen ersten mageren Lambdawertes stromauf des Katalysators 2 und dem Überschreiten eines vorgegebenen zweiten mageren Lambdawertes stromab des Katalysators 2 zur Bestimmung der Speicherfähigkeit für Sauerstoff herangezogen wird. Es ist günstig, den ersten und zweiten Lambdawert gleichzusetzen oder nur geringfügig voneinander abweichen zu lassen. Dieser Schwellwert ist in der Figur durch die punktierte Linie S(λ) dargestellt, die parallel zur Zeitachse verläuft.
  • Die gestrichelte Linie λ1 beschreibt den zeitlichen Verlauf des Lambdasignals, wie es von der Abgassonde 5 vor dem Katalysator 2 gemessen wird. Die Abgassonde 5 ist jedoch nicht obligatorisch. Die durchgezogene Linie λ2 stellt das Signal dar, welches von der stromab des Katalysators 2 angeordneten Abgassonde 6 erfasst wird, und welches der Kurve λ1 folgt. Zum Zeitpunkt t1 wird auf Regenerationsbetrieb umgeschaltet und der hohe Lambdapegel im Normalbetrieb, hier Magerbetrieb, auf niedrige Lambdawerte abgesenkt. Die geringe Verschiebung zwischen den abfallenden Flanken von λ1 und λ2 spiegeln eine Laufzeit tL des Abgases, beispielsweise zwischen den beiden Abgassonden 5, 6 wieder. Im Zeitpunkt t2 ist die Regeneration abgeschlossen, und der Lambdawert wird wieder erhöht. Dabei ist zwischen dem Signal λ1 vor dem Katalysator 2 und dem Signal hinter dem Katalysator 2 eine größere Zeitverzögerung Δt, nämlich ein Zeitintervall t2-t3, zu beobachten, die vom Befüllen der Sauerstoffspeicherplätze des Katalysators 2 herrührt. Die Flanke a der λ2-Kurve steigt bei hoher Sauerstoffspeicherfähigkeit erst sehr spät an. Es zeigt sich, dass bei abnehmender Speicherfähigkeit für Sauerstoff die Flanke beim Umschalten von Regenerations- in den Normalbetrieb mit der Zeit immer früher ansteigt. Dies ist durch die dünne Flanke b dargestellt. Die Form der Lambdakurve λ2 beim Umschalten in den Normalbetrieb enthält Information über die Speicherfähigkeit für Sauerstoff.
  • Gemäß der Erfindung wird ein vorgegebener Regenerationszustand des Katalysators 2 durch Beaufschlagung des Katalysators 2 mit einem fetten Abgas während eines Zeitintervalls t1-t2 eingestellt. Nach Beendigung der Regenerationsphase bei t = 2 wird der Lambdawert so erhöht, dass der Katalysator 2 verzögert mit Sauerstoff beladen wird. Der Katalysator 2 wird mit einem Abgas mit beaufschlagt und ein korrespondierendes Signal der stromab des Katalysators 2 angeordneten Abgassonde 6 zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff herangezogen. Dies ist in 3 verdeutlicht.
  • Die Beladung des Katalysators 2 mit Sauerstoff erfolgt durch Beaufschlagung während eines Zeitintervalls t2-t3 mit einem mageren Abgas verzögert, wobei vorzugsweise der Sauerstoffüberschuss Abgases geringer ist als im üblichen gefeuerten Magerbetrieb nach dem Zeitpunkt t3. Beispielsweise kann der Katalysator 2 erst mit leicht magerem Abgas mit einem mittleren Wert von λ = 1,01 bis 1,2, bevorzugt λ = 1,03 bis 1,07, beaufschlagt werden. Erst dann, zu einem späteren Zeitpunkt t3, wird der Normalbetrieb mit sehr magerem Abgas mit einem hohem Wert um vorzugsweise λ > 1,2 eingestellt. Das korrespondierende Signal der Abgassonde 6 wird zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff ausgewertet.
  • Vorzugsweise wird der Sauerstoffspeicher so lange verzögert beladen, bis stromab des Katalysators 2 mageres Abgas detektiert wird, indem das Signal der Abgassonde 6 den Schwellwert S(λ) überschreitet. Dabei kann nach dem Erreichen des Schwellwerts S(λ) beim Zeitpunkt t4 die verzögerte Beladung weitergeführt werden, wobei sich in der λ2-Kurve ein Plateau λ3 ausbildet. Dies deutet auf eine volle Belegung der Sauerstoffspeicherplätze im Katalysator 2 hin. Bei t3 wird auf Normalbetrieb mit hohem Lambdawert umgeschaltet.
  • Durch die verzögerte Zufuhr von Sauerstoff zum Speicher kann das Zeitintervall Δt = t2-t3 zwischen der Anstiegsflanke der λ1-Kurve und der λ2-Kurve, sowohl bei neuem Katalysator (Flanke a) als aus bei gealtertem Katalysator (Flanke b) zum Zeitpunkt t2 besser ausgewertet werden. Dies ermöglicht eine genauere Bestimmung und bessere Ausnutzung des Zeitintervalls t2-t3. Gegebenenfalls kann der mittlere Lambdawert an den Alterungszustand bzw. die Speicherfähigkeit des Katalysators 2 angepaßt werden, so dass der Katalysator 2 bei hoher Speicherfähigkeit mit einem größeren mittleren Lambdawert und bei geringerer Speicherfähigkeit mit einem geringeren mittleren Lambdawert mit Sauerstoff beladen wird.
  • Bevorzugt wird diese Art der Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit in Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 1 angewendet, in denen ein homogener Betrieb gefordert wird. Dies ist üblicherweise bei hoher Last und/oder hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 oder in Beschleunigungsphasen der Fall. Dadurch wird vermieden, dass der sogenannte Ladungsschichtbetrieb unnötig lange unterdrückt wird. Bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung lässt sich der Kraftstoffverbrauch deutlich verringern, wenn im Ladungsschichtbetrieb nur im Bereich der Zündkerze eine Wolke mit zündfähigem Gemisch erzeugt wird, während sich im überwiegendem Teil des Brennraums der Brennkraftmaschine 1 im Idealfall Luft und Restgas befindet. Dies ermöglicht sehr hohe Lambdawerte und ist im Bereich niedriger Last und geringer Drehzahl günstig. Im Bereich hoher Drehzahl und hoher Last erfolgt der Betrieb wieder im fetten Bereich bzw. mit homogenen Betrieb, bei dem zum Zündzeitpunkt ein weitgehend homogenes Gemisch in der Brennkammer erzeugt wird.
  • Das verzögerte Befüllen der Sauerstoffspeicherplätze erfolgt vorzugsweise so, dass so lange mit einem mittleren Lambdawert befüllt wird, bis die Schwelle S(λ) überschritten ist und dies von der Abgassonde 6 registriert wird.
  • Das verzögerte Befüllen der Sauerstoffspeicherplätze kann wie in 3 durch stufenweises Erhöhen des Lambdawerts der λ1-Kurve erfolgen, oder auch mit einem kontinuierlichen Verlauf der λ1-Kurve erzielt werden. Auch hier ist erkennbar, dass der zeitliche Verlauf des Lambdawerts der Flanken a, b der λ2-Kurve stromab des Katalysators 2 bei hoher (a) und niedriger (b) Sauerstoffspeicherfähigkeit über die Betriebsdauer der Abgasanlage eine Veränderung erfährt.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Startwert des Zeitintervalls t2-t3 bei hoher Speicherfähigkeit bestimmt und eine Veränderung des Zeitintervalls t2-t3 über die Betriebszeit der Abgasanlage registriert und zur Bestimmung der Speicherfähigkeit für Sauerstoff herangezogen. Bei einer Abnahme des Zeitintervalls t2-t3 um einen vorgegebenen Wert von mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 40% des Startwerts, wird ein Fehlersignal ausgegeben, welches eine mangelnde Speicherkapazität für Sauerstoff anzeigt.
  • Eine weitere bevorzugte Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren angewendet werden kann, ist in 4 anhand einer mehrflutigen Abgasanlage dargestellt.
  • Eine Brennkraftmaschine 1 weist mehrere Ausgänge 20, 21, 22, 23 für Abgase auf, die in zwei Abgasstränge 24, 25 aufgeteilt werden. Jeder Abgasstrang 24, 25 ist mit jeweils einem Katalysator 28, 29 ausgestattet. Stromauf des ersten Katalysators 28 im ersten Abgasstrang 24 ist ein erster Vorkatalysator 26 angeordnet, stromauf des zweiten Katalysators 29 im zweiten Abgasstrang 25 ist ein zweiter Vorkatalysator 27 angeordnet. Stromab der Brennkraftmaschine 1 und stromauf des ersten bzw. zweiten Vorkatalysators 26, 27 ist eine erste Abgassonde 30 im ersten Abgasstrang 24 und eine zweite Abgassonde 31 im zweiten Abgasstrang 25 angeordnet. Optional kann zwischen dem Vorkatalysator 26, 27 und dem Katalysator 28, 29 eine weitere Abgassonde 32 und/oder 33 (gestrichelt eingezeichnet) angeordnet sein. Stromab der Katalysatoren 28, 29 werden die beiden Abgasstränge 24, 25 an einem Mündungspunkt 34 zu einem einzigen Abgasstrang 35 zusammengeführt. Dort ist eine dritte Abgassonde 36 angeordnet.
  • Einem nicht dargestellten Steuergerät werden Signale der Abgassonden 30, 31 und/oder 32, 33 stromauf der Katalysatoren 28, 29 sowie der Abgassonde 36 stromab der Katalysatoren 28, 29 zugeführt. Das Steuergerät enthält eine Einrichtung, mit der das Verhalten des Lambdasignals stromab des Katalysators 28, 29 bestimmt werden kann.
  • Vorzugsweise wird als Steuergerät das übliche Motorsteuergerät genutzt. Zumindest kann das Steuergerät das Zeitintervall t2-t3 zwischen dem Lambdasignal λ1 stromauf des Katalysators 28, 29 und auch dessen zeitliche Veränderung über die Betriebsdauer der Anlage erfassen und bewertet diese hinsichtlich einer zulässigen oder unzulässigen Veränderung.
  • Bevorzugt wird nur einer der Katalysatoren 28 oder 29 zunächst in der oben beschriebenen Weise verzögert mit Sauerstoff beladen, indem der Katalysator 28 oder 29 zuerst mit einem mittleren Lambdawert von λ = 1,01 bis 1,2, bevorzugt λ = 1,03 bis 1,07 beaufschlagt wird, ehe nach Erkennen eines vorgebbaren mageren Lambdawerts an der Abgassonde 36 auf einen größeren Lambdawert für den Normalbetrieb umgeschaltet wird. Währenddessen wird der andere Katalysator 29 oder 28 mit stöchiometrischem Abgas oder leicht unterstöchiometrischem (z.B. λ = 0,99 – 0,97), Abgas beaufschlagt. Diese Betriebsweise ist in der Figur durch Lambda/Zeit-Diagramme für die beiden Katalysatoren 28, 29 und die gemeinsame Abgassonde 36 veranschaulicht. In einem folgenden Regenerationsintervall wird dieses Verfahren alternierend auf die jeweils andere Abgasbank angewendet. Dadurch kann bankspezifisch die Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt werden.
  • Die Mündungsstelle 34 bildet nunmehr eine Mischstelle für zwei Abgasströme mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Die Detektionsschwelle S(λ) der Abgassonde 36 in der gemeinsamen Abgasleitung 35 stromab der Katalysatoren 28, 29 kann an die Beaufschlagung mit diesem Mischgas angepaßt werden, insbesondere ist eine Absenkung der Detektionsschwelle S(λ) möglich, die durch entsprechende Mittel eingestellt wird.
  • Es soll nicht ausgeschlossen sein, dass in jedem Abgasstrang 24, 25 stromab der Katalysatoren 28, 29 jeweils eine Abgassonde zur Verfolgung des Lambdasignals vorgesehen ist.

Claims (26)

  1. Verfahren zur Diagnose eines eine Speicherkapazität für Stickoxid und Sauerstoff aufweisenden, im Abgasstrom einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine (1) angeordneten Katalysators (2, 28, 29), wobei der Katalysator (2, 28, 29) mit einem Abgas mit einem zeitlich veränderlichen Sauerstoffüberschuss beaufschlagt und ein korrespondierendes Signal einer stromab des Katalysators (2, 28, 29) angeordneten Abgassonde (6, 36) zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte vorgesehen sind: – Einstellung eines vorgegebenen Regenerationszustandes des Katalysators (2, 28, 29) durch Beaufschlagung des Katalysators (2, 28, 29) mit einem fetten Abgas während eines Zeitintervalls t1-t2; – verzögerte Beladung des Katalysators (2, 28, 29) mit Sauerstoff durch Beaufschlagung während eines Zeitintervalls t2-t3 mit einem mageren Abgas, dessen Sauerstoffüberschuss nach dem Zeitpunkt t2 geringer ist las nach dem Zeitpunkt t3. – Auswertung des korrespondierenden Signals der Abgassonde (6, 36) zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (2, 28, 29) zumindest solange verzögert beladen wird, bis stromab des Katalysators (2, 28, 29) mageres Abgas detektiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall t2-t3 der Zeitverzögerung zwischen einem Überschreiten eines vorgegebenen ersten Lambdawertes stromauf des Katalysators (2, 28, 29) zum Zeitpunkt t2 und eines vorgegebenen zweiten Lambdawertes stromab des Katalysators (2, 28, 29) zum Zeitpunkt t3 entspricht.
  4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Beladung des Katalysators (2, 28, 29) Sauerstoff während des Zeitintervalls t2-t3 der Sauerstoffüberschuss geringer ist als in einem gefeuerten Magerbetrieb nach dem Zeitpunkt t3.
  5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitintervall t2-t3 ein mittlerer Lambdawert größer als 1 eingestellt und der Katalysator (2, 28, 29) anschliessend mit einem höheren Lambdawert beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Lambdawert zwischen 1,01 und 1,1 liegt und/oder der höhere Lambdawert zwischen 1,3 und 3,5, insbesondere 1,5 und 2,3 beträgt.
  7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Lambdakurve (λ2) stromab des Katalysators (2, 28, 29) bewertet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startwert des Zeitintervalls t2-t3 bei hoher Speicherfähigkeit bei frischem Katalysator (2, 28, 29) bestimmt wird und über die Betriebszeit der Abgasanlage eine Veränderung des Zeitintervalls t2-t3 registriert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abnahme des Zeitintervalls t2-t3 um mehr als einen vorgegebenen Betrag ein Fehlersignal ausgegeben wird, welches eine mangelnde Speicherkapazität für Sauerstoff anzeigt.
  10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lambdawert stromauf des Katalysators (2, 28, 29) und der zweite Lambdawert stromab des Katalysators (2, 28, 29) gleich sind.
  11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lambdawert den ersten Lambdawert um < 0,02 unterschreitet.
  12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkraftmaschine (1) eine Abgasanlage zugeordnet ist, welche zumindest zwei Abgasstränge (24, 25) mit jeweils einem Katalysator (28, 29) aufweist, wobei nur einer der Katalysatoren (28, 29) verzögert mit Sauerstoff beladen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Katalysator (28, 29) mit stöchiometrischem oder leicht unterstöchiometrischem Abgas beaufschlagt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionsschwelle (S(λ)) einer Abgassonde (36) stromab der Katalysatoren (28, 29) an eine Beaufschlagung mit Mischgas angepaßt wird.
  15. Verfahren nach zumindest einen der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer abgasstrangspezifischen Sauerstoffspeicherfähigkeit die Katalysatoren (28, 29) alternierend verzögert mit Sauerstoff beladen werden.
  16. Vorrichtung zur Durchführung eines Diagnoseverfahrens für einen eine Speicherkapazität für Stickoxid und Sauerstoff aufweisenden, im Abgasstrom einer magerlauffähigen Brennkraftmaschine (1) angeordneten Katalysator (2, 28, 29), wobei der Katalysator (2, 28, 29) mit einem Abgas mit einem zeitlich veränderlichen Sauerstoffüberschuss beaufschlagt und ein korrespondierendes Signal einer stromab des Katalysators (2, 28, 29) angeordneten Abgassonde (6, 36) zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff herangezogen ist, nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – Mittel zur Einstellung eines vorgegebenen Regenerationszustandes des Katalysators (2, 28, 29) durch Beaufschlagung des Katalysators (2, 28, 29) mit einem fetten Abgas während eines Zeitintervalls t1-t2, – Mittel zur verzögerten Beladung des Katalysators (2, 28, 29) mit Sauerstoff durch Beaufschlagung während eines Zeitintervalls t2-t3 mit einem mageren Abgas, dessen Sauerstoffüberschuss nach dem Zeitpunkt t3 geringer ist, – Mittel zur Auswertung des korrespondierenden Signals der Abgassonde (6, 36) zur Bestimmung der Speicherkapazität für Sauerstoff vorgesehen sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (7) vorgesehen ist, mit dem zumindest ein Verlauf einer Lambdakurve (λ2) stromab des Katalysators (2, 28, 29) bestimmbar ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom stromauf des Katalysators (2, 28, 29) ein Vorkatalysator (26, 27) angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrom stromauf des Vorkatalysators (26, 27) ein Abgassensor (30, 31) angeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Vorkatalysator (26, 27) und Katalysator (2, 28, 29) ein Abgassensor (32, 33) angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasanlage zumindest zwei Abgasstränge aufweist, wobei in jedem Abgasstrang (24, 25} ein Vorkatalysator (28, 29) und/oder ein Katalysator (26, 27) angeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, zumindest einen Abgasstrang (24, 25) nach Einstellung des vorgegebenen Regenerationszustandes des Katalysators (28, 29) mit Abgas mit einem Lambdawert > 1 und einen Abgasstrang (24, 25) mit Abgas mit einem Lambdawert ≤ 1 zu beaufschlagen.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Abgasstränge (24, 25) stromab der Katalysatoren (28, 29) in eine gemeinsame Abgasleitung (35) zusammengeführt sind und in der gemeinsamen Abgasleitung (35) ein gemeinsamer Abgassensor (36) angeordnet ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Anpassung der Detektionsschwelle (S(λ)) des Abgassensors (36) stromab des Katalysators (28, 29) in Abhängigkeit der Abgaszusammensetzung in der gemeinsamen Abgasleitung (36) vorgesehen sind.
  25. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkatalysator (26, 27) ein Dreiwegekatalysator ist.
  26. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (2, 28, 29) ein NOx-Speicherkatalysator ist.
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