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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Abgastrakt der
Brennkraftmaschine angeordneten Abgasnachbehandlungsanordnung mit
wenigstens einem Katalysator und einer stromauf des Katalysators
angeordneten ersten Lambdasonde und einer stromab des Katalysators
angeordneten zweiten Lambdasonde, wobei zur Bestimmung einer Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators in einem ersten Schritt (a) ein Lambdawert vor
dem Katalysator aktiv auf einen Wert kleiner 1 verstellt wird, bis
ein in dem Katalysator gespeicherter Sauerstoff vollständig ausgetragen ist,
und anschließend
in einem zweiten Schritt (b) der Lambdawert vor dem Katalysator
aktiv auf einen Wert größer 1 verstellt
wird, bis der Katalysator vollständig
mit Sauerstoff beladen ist, wobei mittels einer Sauerstoffbilanzierung
die Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators bestimmt wird, wobei die Abgasnachbehandlungsanordnung
wenigstens zwei parallel im Abgasstrang angeordnete Katalysatoren mit
jeweils erster Lambdasonde vor den Katalysatoren und jeweiliger
zweiter Lambdasonden nach den Katalysatoren umfaßt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Zur
Diagnose des Zustandes eines Katalysators einer Brennkraftmaschine
sind Verfahren bekannt, die eine Sauerstoffspeicherfähigkeit
(OSC – Oxygen-Storage-Capacity)
des Katalysators mittels aktiver Lambdaverstellung messen. Diese
Speicherfähigkeit
korreliert mit der Kohlenwasser stoff(HC)-Konvertierung im Katalysator.
Wenn der Katalysator gute Konvertierungseigenschaften besitzt, werden
die Lambdaschwankungen vor dem Katalysator, welche durch den Lambdaregler
aktiv erzeugt und von einer ersten Lambdasonde erfaßt werden,
durch die Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators geglättet.
Hat der Katalysator infolge Alterung, Vergiftung durch verbleiten
Kraftstoff oder durch Verbrennungsaussetzer keine oder nur verminderte
Konvertierungseigenschaften, so schlägt die stromauf des Katalysators
vorhandene Regelschwingung auf die Lambdasonde stromab des Katalysators
durch. Durch Vergleich der Signalamplituden der beiden Lambdasonden
kann auf einen funktionsfähigen
oder defekten Katalysator geschlossen werden, wie beispielsweise
aus der
DE 23 28 459
A1 bekannt.
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Zu
Diagnosezwecken wird die OSC zusätzlich
mit einem Anspring- und Konvertierungsverhalten des Katalysators
korreliert. Zur Messung des OSC wird beispielsweise zunächst durch
Einstellung eines fetten Lambdawertes von beispielsweise 0,95 bis
0,98 ein ggf. in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoff ausgeräumt und
anschließend
durch Einstellung eines Lambdawertes von beispielsweise 1,02 bis
1,05 mit einem mageren, sauerstoffreichen Abgas wieder mit Sauerstoff
befüllt.
Dabei wird die OSC über
eine Sauerstoffbilanzierung gemessen. Das Entleeren und Befüllen des
Katalysators mit Sauerstoff wird dabei über einen Sprung eines Ausgangssignals
einer dem Katalysator nachgeschalteten Lambdasonde ins Fette bzw.
ins Magere bestimmt und gesteuert.
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Aus
der
DE 199 53 601
A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen eines Abgaskatalysators
einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei während einer Diagnosezeit eine
Sauerstoffbeladung des Abgaskatalysators erhöht und aus der während mehrerer Lambdaregelschwingungen
gemessenen NO
x-Konzentration auf die Konvertierungseigenschaften
des Abgaskatalysators geschlossen wird.
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Aus
der
DE 198 01 626
A1 ist eine Diagnose eines Katalysators im Abgas von Verbrennungsmotoren
bekannt, wobei der Katalysator sowohl eine Sauerstoff- als auch
eine Stickoxidspeicherfähigkeit
aufweist und wobei die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor dem
Katalysator wiederholt so erhöht
und verringert wird, daß sich
die Änderung
im Signal einer vor und hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde
abbildet. Es wird eine erste Phasenverschiebung zwischen den Signalen
beider Sonden beim Anstieg und eine zweite Phasenverschiebung beim Absenken
der Sauerstoffkonzentration erfaßt und die Differenz der Phasenverschiebungen
bestimmt. Wenn diese Differenz einen vorbestimmten Schwellwert nicht
erreicht, wird ein Fehlersignal ausgegeben.
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Aus
der
DE 100 17 931
A1 ist es zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage einer
lambdageregelten Brennkraftmaschine bekannt, den Katalysator mit
einer gewissen Sauerstoffbelastung zu beaufschlagen, die größer ist,
als die normale Betriebsbelastung. Dies wird dadurch erreicht, daß die von
der Schwingung des Sondensignals der Vorkat-Lambdasonde eingeschlossene
Fläche
eines Sollwertes vergrößert wird.
Durch Auswertung der Schwingung des Signals der Nachkat-Lambdasonde
kann die Abgasreinigungsanlage überprüft werden.
Ergibt diese Diagnose eine Fehlfunktion der Abgasreinigungsanlage ohne
daß die
Fläche
der Schwingung des Sondensignals der Vorkat-Lambdasonde auf oder über einen Sollwert
vergrößert werden
müßte, ist
die Vorkat-Lambdasonde defekt. Ansonsten kann auf ein Katalysatorversagen
geschlossen werden.
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Aus
der
DE 198 03 828
A1 und der
DE 41 12 478 ist
ein Verfahren zum Bestimmen einer Sauerstoffspeicherfähigkeit
eines Katalysators bekannt, wobei ein Sauerstoffgehalt des Abgases
vor und nach dem Katalysator bestimmt, mit dem Luft- bzw. Abgasmassenstrom
durch den Motor bzw. Katalysator multipliziert und das Produkt integriert
wird. Die Integralwerte sind ein Maß für die Sauerstoffmengen, die
dem Katalysator zufließen
und aus dem Katalysator herausfließen. Die Differenz der Integralwerte
liefert die Änderung
des Sauerstoffüllungsgrades
des Katalysators im Integrationszeitraum. Dabei wird bei dem Verfahren
sichergestellt, daß bei
der Diagnose eine vollständige
Füllung
des Katalysators mit Sauerstoff und eine anschließend völlige Leerung
oder umgekehrt erfolgt.
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Aus
der
DE 100 26 213
A1 ist ein Verfahren zum Konfigurieren einer Mehrzahl von
Lambdasonden eines Verbrennungsmotors mit zwei Abgasbänken bekannt.
Für eine
gegebene Verbindungskonfiguration von Lambdasonden und Eingängen eines Motorsteuergerätes wird
detektiert, mit welchen Eingängen
die Lambdason den jeweils verbunden sind. Auf dieser Grundlage wird
eine korrekte Zuordnung der Lambdasonden zu den Abgasbänken vorgenommen.
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Aus
der
EP 0 897 054 A1 ist
ein Verfahren zur Vertauschungsprüfung von Lambdasonden bekannt.
Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit mindestens zwei
separaten Abgasleitungen mit jeweils einem Katalysator und mindestens
je einer Lambdasonde pro Abgasleitung wird während einer Prüfzeit, die
mindestens der Reaktionszeit bzw. Umschaltzeit der Lambdasonde entspricht,
Luft mittels einer Luftquelle einzeln zumindest einer Abgasleitung über zumindest
einen Luftanschluß vor
der Lambdasonde zugeführt.
Ein dadurch veränderter Abgaswert
wird von der dem Abgasstrang zugeordneten Lambdasonde schnell und
eindeutig identifiziert. Falls das erwartete Signal nicht von der
dem ABgasstrang zugeordneten Lambdasonde ausgeht, kann eine Vertauschung
der Lambdasonden erkannt werden.
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Aus
der
DE 101 17 244
A1 ist ein Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener
Sauerstoffsensoren, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung
angeschlossen sind, bekannt. Während
eines Prüfzeitraumes
wird die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis verändert und
die Reaktionszeiten bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerung
der O
2-Sensoren gemessen und ausgewertet.
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Aus
der
DE 100 15 330
A1 ist es bekannt, bei einem Verbrennungsmotor mit NO
x-Speicherkatalysator im Abgasstrang in Abhängigkeit
von Zustandsparametern des NO
x-Speicherkatalysators NO
x-Regenerationsmaßnahmen durchzuführen. Bei im
Abgasstrang parallel angeordneten NO
x-Speicherkatalysatoren
wird eine gerade durchgeführte NO
x-Regenerationsmaßnahme in Abhängigkeit
von dem spätesten
Zeitpunkt beendet, an dem ein für
die Beendigung einer NO
x-Regenerationsmaßnahme charakteristischer
Zustandsparameter-Wert an einem der NO
x-Speicherkatalysatoren
gemessen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art
bzgl. Diagnosezeiten und Diagnosehäufigkeit für die Abgasnachbehandlungsanordnung
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Dazu
ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Schritt
(a) für
einen zweiten der parallelen Katalysatoren um eine vorbestimmte
Zeit versetzt später
ausgeführt
wird, als für
den entsprechend anderen ersten der beiden parallelen Katalysatoren, wobei
eine Vertauschung des Anschlusses der beiden ersten Lambdasonden
der beiden Katalysatoren bestimmt wird, wenn für eine vorbestimmte Anzahl von
Zyklen der Schritte (a) und (b) die erste Lambdasonde des zweiten
Katalysators eine Zustandsänderung
des Abgases vor der ersten Lambdasonde des ersten Katalysators anzeigt,
und wobei eine Vertauschung des Anschlusses der beiden zweiten Lambdasonden
der beiden Katalysatoren bestimmt wird, wenn für eine vorbestimmte Anzahl
von Zyklen der Schritte (a) und (b) die zweite Lambdasonde des zweiten
Katalysators eine Zustandsänderung
des Abgases vor der zweiten Lambdasonde des ersten Katalysators
anzeigt.
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Dies
hat den Vorteil, daß eine
Vertauschungserkennung der jeweiligen ersten Lambdasonden vor den
Katalysatoren und/oder der jeweiligen zweiten Lambdasonden nach
den Katalysatoren gleichzeitig mit der Sauerstoffspeicherfähigkeit
der Katalysatoren bestimmt wird, wodurch sich Diagnosezeiten und
eine Diagnosehäufigkeit
verringern.
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Beispielsweise
ist der Katalysator ein Vorkatalysator oder ein Hauptkatalysator.
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Beispielsweise
ist der Katalysator ein NOx-Speicherkatalysator oder weist die Abgasnachbehandlungsanordnung
zusätzlich
einen dem Katalysator nachgeordneten NOx-Speicherkatalysator auf, wobei
unter vorbestimmten Bedingungen eine zeitlich begrenzte NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysators
durchgeführt, die
NOx-Regeneration als erster Schritt (a)
durchgeführt
und nach Beendigung der NOx-Regeneration
der zweite Schritt (b) durchgeführt
wird. Dies hat den Vorteil, daß die
Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators mit einer
NOx-Regeneration des NOx-Speicherkatalysators
derart kombiniert ist, daß die
Regenerationsphase der NOx-Regeneration
gleichzeitig die Sauerstoffausräumphase
der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ist.
Dies reduziert und minimiert Diagnosezeiten mit Abweichung vom optimalen
Betriebsmodus der Brennkraftmaschine für einen momentanen Betriebszustand
derselben.
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Dadurch,
daß gleichzeitig
während
der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wenigstens ein Parameter
der Lambdasonden bestimmt und aus dem Parameter eine Funktionsfähigkeit
der Lambdasonden bestimmt wird, können Diagnosen von Katalysatorzustand
und Zustand der Lambdasonden parallel ablaufen, so daß Diagnosezeiten verringert
und Homogenphasen für
Diagnosen verkürzt
sind.
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Die
Bestimmung wenigstens eines Parameters der Lambdasonden umfaßt beispielsweise
eine Plausibilitätsprüfung, wobei
im ersten Schritt (a) und/oder im zweiten Schritt (b) geprüft wird,
ob erste und zweite Lambdasonde gleichzeitig die erwartete fette
bzw. magere Abgaszusammensetzung anzeigen. In dem Fall, daß die Plausibilitätsprüfung eine Plausibilitätsverletzung
ergibt, d.h. eine unterschiedliche Anzeige der Abgaszusammensetzung
vor und nach dem Katalysator durch der beiden Lambdasonden, wird
bestimmt, ob die erste oder zweite Lambdasonde defekt ist. Zur Bestimmung
der fehlerhaften Lambdasonde wird zweckmäßigerweise eine vorbestimmte
Betriebsart der Brennkraftmaschine, insbesondere ein Homogen-Lambda-1-Betrieb,
eingestellt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Bestimmung
wenigstens eines Parameters der Lambdasonden ein Dynamikverhalten der
Lambdasonden, wobei ein Gradient der zeitliche Änderung eines Ausgangssignals
der Lambdasonden bestimmt wird und eine fehlerhafte Lambdasonde
bestimmt wird, wenn der Gradient kleiner als ein vorbestimmter Wert
ist. Der Gradient der zeitliche Änderung
beim Übergang
von fetter Abgaszusammensetzung zu magerer Abgaszusammensetzung
wird beispielsweise am Ende von Schritt (b) bestimmt. Zweck mäßigerweise
wird ein maximaler Gradient oder ein gemittelter Gradient bestimmt
und mit einem entsprechenden, vorbestimmten Wert verglichen.
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Um
den aktiven Eingriff von Diagnosen, welche sich ggf. sowohl auf
Verbrauch als auch auf Schadstoffemission negativ auswirken können, so gering
wie möglich
zu halten, werden weitere Prüfzyklen
in Abhängigkeit
vom Ergebnis der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit
angefordert.
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Beispielsweise
für den
Fall, daß die
Sauerstoffspeicherfähigkeit
einen Wert im Bereich eines frischen Katalysators ergibt und die
Lambdasonden als funktionsfähig
erkannt worden sind, werden für
ein vorbestimmtes Zeitintervall, insbesondere bis zum nächsten Neustart
der Brennkraftmaschine, keine weiteren Prüfzyklen angefordert.
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Beispielsweise
für den
Fall, daß die
Sauerstoffspeicherfähigkeit
einen Wert im Bereich zwischen einem frischen Katalysator und einem
defekten Katalysator ergibt, wird eine vorbestimmte erste Anzahl,
insbesondere 2 bis 5, von weiteren Prüfzyklen angefordert.
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Beispielsweise
für den
Fall, daß die
Sauerstoffspeicherfähigkeit
einen Wert im Bereich eines defekten Katalysators ergibt, wird eine
vorbestimmte zweite Anzahl, insbesondere 6 bis 10, von weiteren Prüfzyklen
angefordert.
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Zweckmäßigerweise
ist die erste Anzahl von weiteren Prüfzyklen kleiner als die zweite
Anzahl von weiteren Prüfzyklen.
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Zweckmäßigerweise
wird im ersten Schritt (a) ein Lambdawert im Bereich von 0,95 bis
0,98 oder kleiner und im zweiten Schritt (b) ein Lambdawert im Bereich
von 1,02 bis 1,05, insbesondere 1,03, eingestellt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Bestimmung
wenigstens eines Parameters der Lambdasonden eine Prüfung einer
Magerspannung und/oder einer Fettspannung der ersten und/oder zweiten
Lambdasonde.
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Zweckmäßigerweise
ist die Zustandsänderung
des Abgases ein Sprung von magerer Abgaszusammensetzung zu fetter
Abgaszusammensetzung oder ein Sprung von fetter Abgaszusammensetzung zu
magerer Abgaszusammensetzung.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen,
sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der
beigefügten
Zeichnungen. Diese zeigen in
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1 eine graphische Veranschaulichung einer
Sauerstoffspeicherkapazität(OSC)-Messung eines
Vorkatalysators bei Übergang
von einer NOx-Regeneration in einen Magerbetrieb;
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2 eine graphische Veranschaulichung einer
Kombination von Katalysator- und
Lambdasonden-Diagnose;
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3 eine graphische Veranschaulichung einer
Lambdasonden-Vertauschungserkennung
für ein
Zwei-Bank-Konzept bei korrekt angeschlossenen Lambdasonden;
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4 eine graphische Veranschaulichung einer
Lambdasonden-Vertauschungserkennung
für ein
Zwei-Bank-Konzept bei vertauschten Lambdasonden nach den Katalysatoren
der Abgasbänke;
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5 eine graphische Veranschaulichung einer
Lambdasonden-Vertauschungserkennung
für ein
Zwei-Bank-Konzept bei vertauschten Lambdasonden vor den Katalysatoren
der Abgasbänke;
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6 eine schematische Darstellung
einer Brennkraftmaschine mit Vorkatalysator und NOx-Speicherkatalysator;
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7 eine schematische Darstellung
einer Brennkraftmaschine mit zwei Abgasbänken, die jeweils einen Vorkatalysator
mit jeweils stromauf und stromab angeordneten Lambdasonden aufweisen und
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8 ein schematisches Blockdiagramm
eines Verfahrens mit reduzierter Diagnosezeit für eine aktive Katalysatordiagnose.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft für zwei Abgasnachbehandlungsanordnungen
wie in den 6 und 7 dargestellt, beschrieben.
In 6 weist eine Brennkraftmaschine 10 in
einem Abgasstrang eine Abgasnachbehandlungsanordnung auf, die in
Strömungsrichtung
gesehen folgendes aufweist, eine erste Lambdasonde 12,
welche zur Abgabe eines stetigen Lambdasignals ausgebildet ist,
einen Vorkatalysator 14, eine zweite Lambdasonde 16, welche
zur Abgabe eines Sprungsignals ausgebildet ist, einen NOx-Speicherkatalysator 18 und einen NOx-Sensor 20. Bei der Ausführung der
Brennkraftmaschine 10 gemäß 7 weist die Abgasnachbehandlungsanordnung
folgendes auf, eine erste Abgasbank 100 und eine zweite
Abgasbank 200, die bei 22 zusammen führen und
in einen gemeinsamen NOx-Speicherkatalysator 18 münden, dem
ein NOx-Sensor 20 nachgeordnet
ist. Die erste Abgasbank 100 umfaßt in Strömungsrichtung gesehen eine erste
Lambdasonde 112 der ersten Abgasbank 100, welche
zur Abgabe eines stetigen Lambdasignals ausgebildet ist, einen Vorkatalysator 114 der
ersten Abgasbank 100 sowie eine zweite Lambdasonde 116 der
ersten Abgasbank 100, welche zur Abgabe eines Sprungsignals
ausgebildet ist. Die zweite Abgasbank 200 umfaßt in Strömungsrichtung
gesehen eine erste Lambdasonde 212 der zweiten Abgasbank 200,
welche zur Abgabe eines stetigen Lambdasignals ausgebildet ist,
einen Vorkatalysator 214 der zweiten Abgasbank 200 sowie
eine zweite Lambdasonde 216 der zweiten Abgasbank 200,
welche zur Abgabe eines Sprungsignals ausgebildet ist.
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1 und 2 veranschaulichen anhand von Graphen
für Lambdawerte über die
Zeit eine Messung einer Sauerstoffspeicherkapazität (OSC – Oxygen-Storage-Capacity)
unter Ausnutzung einer NOx-Regeneration
bei einer Brennkraftmaschine mit einer Konfiguration gemäß 6. In 1 ist auf den horizontalen Achsen 24 die
Zeit t, auf der vertikalen Achse 26 ein Lambdawert und
auf der vertikalen Achse 28 eine Sondenspannung aufgetragen.
Ein Graph 30 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Lambda vor
dem Vorkatalysator 14. Ein Graph 32 zeigt eine Sondenspannung
der Lambdasonde 16 nach dem Vorkatalysator 14.
Ein Graph 34 zeigt eine Sondenspannung des NOx-Sensors 20 nach
dem NOx-Speicherkatalysator 18.
Zusätzlich
sind die Signale "Anforderung
der NOx-Regeneration" 36, "OSC-Messung" 38, "Ende der Messung OSC" 40 und "Freigabe Magerbetrieb" 42 in ihrer
zeitlichen Korrelation zu den Graphen 30, 32 und 34 aufgetragen.
Zum Zeitpunkt t1 wird eine NOx-Regeneration
angefordert, wobei vorher die Brennkraftmaschine in einem Magerbetrieb
mit Lambda»1
betrieben wurde. Im Zeitintervall t1-t2 wird zur NOx-Regeneration
vor dem Vorkatalysator 14 ein Lambda im fetten Bereich
(fette Abgaszusammensetzung) von beispielsweise 0,8 bis 0,9 eingestellt.
Beendet wird diese Phase durch Wechsel des Lambdas nach dem NOx-Speicherkatalysator 18 von mager nach fett,
d.h. die Sondenspannung 34 steigt sprungartig an. Bereits
vor dem Zeitpunkt t2 ist der gesamte Sauerstoff
aus dem Vorkatalysator 14 ausgeräumt, was an dem Anstieg der
Sondenspannung 32 der Lambdasonde 16 nach dem
Vorkatalysator 14 (Sprung ins Fette) ersichtlich ist. Sobald
das gesamte in dem NOx-Speicherkatalysator 18 enthaltene
NOx umgesetzt ist, steigt auch die Sondenspannung 34,
da das Regenerationsabgas bis nach dem NOx-Speicherkatalysator 18 durchbricht,
was zu einem Ende der NOx-Regeneration zum
Zeitpunkt t2 führt. Je nach Betriebsartanforderung
könnte
nun in den Lambda-1-Betrieb oder den Magerbetrieb übergegangen
werden. Es wird jedoch unabhängig
von der sich der NOx-Regeneration im Zeitintervall
t1-t2 anschließenden Betriebsart
nach Beendigung der NOx-Regeneration bei
t2 auf einen mageren Lambda-1-Punkt (Lambda
1,02 bis 1,05) umgeschaltet und der in den Vorkatalysator eingetragene
Sauerstoff aufkumuliert, bis die Sondenspannung 32 der
Lambdasonde 16 nach dem Vorkatalysator 14 den
Durchbruch von magerem Abgas zum Zeitpunkt t3 anzeigt. Im
Zeitintervall 44 vom Zeitpunkt t2 bis
zum Zeitpunkt t3 wird Sauerstoff in den
Vorkatalysator 14 eingetragen, bis dieser vollständig mit
Sauerstoff beladen ist. Somit wird die NOx-Regeneration
im Zeitintervall t1-t2 als
OSC-Ausräumphase
genutzt, so daß diese
nicht zusätzlich
extra ablaufen muß.
Wie mit Pfeil 46 in 2 angedeutet,
erfolgt somit die OSC-Messung im Zeitintervall t1-t3 und die NOx-Regeneration
im Zeitintervall t1-t2.
Somit überlappen
sich diese beiden Vorgänge
zeitlich bzw. teilweise parallel und benötigen insgesamt weniger Zeit,
als wenn beide Vorgänge
seriell bzw. separat nacheinander ablaufen würden.
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Parallel
zur OSC-Messung 46 werden die Lambdasignale 32 und 34 plausibilisiert
und zwar bzgl. ihres Dynamikverhaltens überprüft und hinsichtlich der Vertau schung
von jeweiligen ersten und zweiten Lambdasonden bei einem Zwei-Bank-System,
wie in 7 dargestellt, überwacht,
was nachfolgend genauer beschrieben wird.
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Wie
in 2 mit Pfeil 48 angedeutet,
erfolgt im Zeitbereich vor t1 eine Prüfung der
Magerspannung der Sondensignale 32 und 34. Wie
weiterhin mit Pfeil 50 angedeutet, erfolgt im Zeitintervall
zwischen t1 und t2,
also während
der Ausräumphase
der OSC-Messung bzw. der NOx-Regeneration, eine Prüfung der
Fettspannung der Sondensignale 32 und 34.
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Am
Ende der NOx-Regeneration bzw. des Ausräumschrittes
der OSC-Messung zum Zeitpunkt t2 erfolgt
ein Sprung von fetter Abgaszusammensetzung zu magerer Abgaszusammensetzung.
Dies wird genutzt, um ein Dynamikverhalten der Lambdasonde 12 vor
dem Vorkatalysator 14 zu prüfen. In 2 ist die Dynamikmessung der ersten Lambdasonde 12 mit 52 gekennzeichnet.
Als Bewertungskriterium für
die Dynamik wird beispielsweise der Gradient als Delta O2/dt, Delta-Spannung/dt oder Delta-Sauerstoffpumpstrom/dt
herangezogen. Es wird beispielsweise der Gradient zwischen den Lambdasollwerten
mit dem tatsächlich
gemessenen Gradienten des Lambdasignals verglichen. Unterschreitet der
Dynamikwert eine vorbestimmte Schwelle, wird auf Fehler erkannt.
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Zur
Bewertung der Dynamik der Sondenspannung 32 der zweiten
Lambdasonde 32 nach dem Vorkatalysator 14 wird
der Sprung von fetter Abgaszusammensetzung zu magerer Abgaszusammensetzung
zum Zeitpunkt t3 am Ende der OSC-Messung 46 genutzt.
In 2 ist die Dynamikmessung
der zweiten Lambdasonde 16 mit 54 gekennzeichnet.
Die Messung und Bewertung der Sondendynamik erfolgt beispielsweise
analog wie bei der ersten Lambdasonde 12 vor dem Vorkatalysator 14.
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Als
Dynamikkriterium kann beispielsweise auch der maximale Gradient
herangezogen werden, der sich beim Wechsel von fetter Abgaszusammensetzung
nach magerer Abgaszusammensetzung ergibt. Alternativ wird ein gemittelter
Gradient berechnet, der sich von einem Mindestfett-Lambdawert zu einem
Mindestmager-Lambda ergibt.
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Eine
grobe Plausibilisierung der zweiten Lambdasonde 16 nach
dem Vorkatalysator 14 in Relation zu der ersten Lambdasonde 12 vor
dem Vorkatalysator 14 erfolgt in der jeweiligen Meßphase "Mager" im Zeitintervall
t2-t3 bzw. "Fett" im Zeitintervall t1-t2. Im Mageren
mit Lambda > 1, beispielsweise Lambda
= 1,03 bis 1,05, wird nach entsprechender Entprellzeit, welche Gaslaufzeiten
und Katalysator-Ausräumzeiten
berücksichtigt,
geprüft,
ob die zweite Lambdasonde 16 nach dem Vorkatalysator 14 ebenfalls
mager anzeigt. Nach Einstellung von fettem Gemisch vor dem Vorkatalysator 14 wird
nach entsprechender Entprellzeit überprüft, ob das Lambda nach dem
Vorkatalysator 14 ebenfalls fett anzeigt.
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Ergeben
sich bei dieser Grobplausibilisierung zwischen "Lambda vor dem Vorkatalysator 14" und "Lambda nach dem Vorkatalysator 14" Plausibilitätsverletzungen,
weil beispielsweise die erste Lambdasonde 12 vor dem Vorkatalysator "fett" anzeigt, wohingegen
die zweite Lambdasonde 16 nach dem Vorkatalysator "mager" anzeigt oder umgekehrt, wird
ein Fehlerverdacht gesetzt. Daraufhin wird eine genaue Überprüfung angestoßen, die
die Zuordnung des Plausibilitätsfehlers
zum Fehlerort gewährleisten soll,
d.h. es wird festgestellt, ob die erste Lambdasonde 12 oder
die zweite Lambdasonde 16 defekt ist. Für diese Überprüfung wird zweckmäßigerweise
eine Betriebsart angefordert, die günstig für eine schnelle Fehlerfindung
ist, wie beispielsweise ein Homogen-Lambda-1-Betrieb.
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Um
das gleichzeitige, parallel Ablaufen der Diagnose zu gewährleisten,
wird eine Freigabe definiert, die sich aus den Unterfreigaben der
einzelnen Prüffunktionen
ergibt, wie Katalysatorprüfung,
Lambdaprüfung
usw.. Alternativ wird eine globale Freigabe definiert, die die physikalischen
Prüfbedingungen
der einzelnen Teilprüfungen
berücksichtigt.
Erst wenn diese Freigabe gegeben ist, wird die aktive Meßphase der
Lambdaverstellung ausgeführt.
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3, 4 und 5 veranschaulichen
einen Ablauf der Überwachung
auf Sondenvertauschung zwischen den ersten Lambdasonden 112, 212 vor
den Vorkatalysatoren 114, 214 und den zweiten
Lambdasonden 116, 216 nach den Vorkatalysatoren 114, 214 jeweils
der beiden Abgasbänke 100 und 200. 3 zeigt einen zeitlichen
Verlauf von Lambdawerten bei einer Abgasnachbehandlungsanordnung
im Zustand "i.O.", 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf von
Lambdawerten bei einer Abgasnachbehandlungsanordnung im Zustand "vertauschte zweite
Lambdasonden 116, 216 nach dem Vorkatalysator 114, 214" und 5 zeigt einen zeitlichen Verlauf von
Lambdawerten bei einer Abgasnachbehandlungsanordnung im Zustand "vertauschte erste
Lambdasonden 112, 212 vor dem Vorkatalysator 114, 214". Das in 3, 4 und 5 jeweils
obere Achsenkreuz betrifft die erste Abgasbank 100 und
das jeweilige untere Achsenkreuz betrifft die zweite Abgasbank 200.
Auf den horizontalen Achsen 10 ist wieder die Zeit t und
auf den vertikalen Achsen 26 ein Lambdawert aufgetragen. Graph 130 zeigt
einen zeitlichen Verlauf von Lambda gemäß der ersten Lambdasonde 112 vor
dem Vorkatalysator 114 für die erste Abgasbank 100 und
Graph 132 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Lambda gemäß der zweiten
Lambdasonde 116 nach dem Vorkatalysator 114 für die erste
Abgasbank 100. Graph 230 zeigt einen zeitlichen
Verlauf von Lambda gemäß der ersten
Lambdasonde 212 vor dem Vorkatalysator 214 für die zweite
Abgasbank 200 und Graph 232 zeigt einen zeitlichen
Verlauf von Lambda gemäß der zweiten
Lambdasonde 216 nach dem Vorkatalysator 214 für die zweite
Abgasbank 200. Bei einem System mit zwei Abgasbänken 100 und 200,
wie in 7 dargestellt,
besteht als weitere Fehlerquelle die Möglichkeit, daß die ersten
Lambdasonden 112, 212 oder die zweiten Lambdasonden 116, 216 beim
Einbau oder Wechsel vertauscht eingebaut werden. Dadurch passen
die Lambda-Regelparameter einer Abgasbank 100, 200 nicht
zum gemessenen Lambdasignal. Daraus resultieren falsche Reglereingriffe,
die Fehldiagnosen oder Emissionsverschlechterungen zur Folge haben
können.
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Eine
Vertauschungserkennung wird parallel zu dem aktiven Lambdaeingriff
für die
OSC-Messung 46 (2)
durchgeführt,
wie in 3 graphisch veranschaulicht.
Hierzu wird die aktive Lambdaverstellung für die Katalysatordiagnose für die beiden
Abgasbänke 100 und 200 zeitlich
versetzt angefordert. Der Zeitversatz T1 wird derart gewählt, daß zunächst die
Lambdaverstellung für
die erste Abgasbank 100 erfolgt und die Lambdaverstellung
für die
zweite Abgasbank 200 erst dann durchgeführt wird, wenn für die erste
Bank 100 die Prüfung über den
Sondensprung bei t2 bereits beendet wurde
oder im Fehlerfall ausreichend Zeit zum Ablauf der Diagnose in der
ersten Abgasbank 100 gegeben war. Diese notwendige, zeitliche
Verschiebung ist beispielsweise fest bedatet, insbesondere über ein
Del ta-T, oder die zeitliche Verschiebung wird über Modelle ermittelt, die
das OSC des Vorkatalysators 114, 214 in Abhängigkeit von
Gasdurchsatz, Katalysatortemperatur berücksichtigen. Ausgewertet wird
entweder der Mager-Fett-Sprung oder der Fett-Mager-Sprung der Sondensignale 132, 232 bzw. 130, 230.
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4 veranschaulicht, wie sich
vertauschte zweite Lambdasonden 116, 216 nach
den Vorkatalysatoren 114, 214 auswirken und erkannt
werden. Nach der Lambdaverstellung bei t1 für die erste
Abgasbank 100 reagiert die zweite Lambdasonde 116 nach
dem Vorkatalysator 114 für diese Abgasbank 100 nicht,
sondern es springt die zweite Lambdasonde 216 nach dem
Vorkatalysator 214 der zweiten Abgasbank 200,
wie mit Pfeil 58 angedeutet. Bei der anschließenden Verstellung
für die
zweite Abgasbank 200 bei t1' gibt es die entsprechende,
gleiche Fehlreaktion der zweiten Lambdasonde 116 nach dem
Vorkatalysator 114 der ersten Abgasbank 100, wohingegen
die zweite Lambdasonde 216 nach dem Vorkatalysator 214 der
zweiten Abgasbank 200 nicht reagiert, wie mit Pfeil 60 angedeutet.
Wird dieses Fehlverhalten in mehreren Meßphasen erkannt, so wird ein
Fehler "zweite Lambdasonden 116, 216 nach dem
Vorkatalysator 114, 214 vertauscht" gesetzt. Pfeil 56 bezeichnet
eine maximale Zeit bis zu dem ein Sondensprung erwartet wird.
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5 veranschaulicht, wie sich
vertauschte erste Lambdasonden 112, 212 vor dem
Vorkatalysator 114, 214 auswirken und erkannt
werden. Zur Überwachung
wird hier der Lambda-Sollwert 30a vor dem Vorkatalysator 114 der
ersten Abgasbank 100 und der Lambda-Sollwert 30b vor
dem Vorkatalysator 214 der zweiten Abgasbank 200 mit
dem Lambda-Istwert 130, 230 der ersten Lambdasonden 112, 212 vor
dem Vorkatalysator 114, 214 bei aktiv angeforderter
Verstellung verglichen. Zunächst
wird im Zeitintervall t1-t2 eine
Lambdasollverstellung für
die erste Abgasbank 100 ausgegeben (beispielsweise fett:
Katalysator ausräumen).
Im Fehlerfall reagiert nicht die erste Lambdasonde 112 (Signal 130)
vor dem Vorkatalysator 114 der ersten Abgasbank 100 auf
die Verstellung, sondern die erste Lambdasonde 212 vor
dem Vorkatalysator 214 der zweiten Abgasbank 200 (Signal 230).
Beendet wird die Fettverstellung über das Lambdasignal 132 (3) nach dem Vorkatalysator 114 der
ersten Abgasbank 100. Bei der anschließenden Verstellung nach Mager
für die erste
Abgasbank 100 im Zeitintervall t2-t3 wird das Signal 230 der ersten
Lambdasonde 212 vor dem Vorkatalysator 214 der
zweiten Abgasbank 200 mager anzeigen, während das Signal 130 der
ersten Lambdasonde 112 vor dem Vorkatalysator 114 der
ersten Abgasbank 100 nicht reagiert. Das genau umgekehrte
Verhalten ergibt sich bei den dazu zeitlich versetzten Lambdaverstellungen
für die
zweite Abgasbank 200 in den Zeitintervallen t1'-t2 und
t2'-t3'.
Nach einer entsprechend applizierbaren Anzahl von Verstellintervallen
mit bestätigtem
Fehler, wird ein Fehler "erste
Lambdasonden 112, 212 vor dem Vorkatalysator 114, 214 vertauscht" gesetzt. Ein Signal 62 für "Fehlerverdacht" und ein Signal 64 für "Fehler" ist in 5 dargestellt.
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Um
den aktiven Eingriff von Diagnosen, der sowohl aus Verbrauchsgründen, als
auch aus Emissionsgründen
negativ sein kann, so gering als möglich zu halten, ist es vorgesehen,
abhängig
vom Diagnoseergebnis zu bewerten, wie viele Prüfzyklen für ein sicheres Ergebnis notwendig
sind. Dies ist auch in 8 anhand
eines schematischen Ablaufdiagramms veranschaulicht. Ergibt der
Prüfzyklus
in Schritt 66 "OSC-Messung
durchgeführt
(1. Ergebnis)" bzgl.
der Katalysatordiagnose (OSC-Messung) einen sehr großen OSC-Wert,
der im Bereich eines Ergebnisses für einen frischen Katalysator
liegt, so wird in einem Entscheidungsschritt 68 die Abzweigung 70 "OSC»mäßg gealtert" zu Schritt 72 "Messende" gewählt und
für diesen
Trip die aktive Diagnose unterbunden, insofern die Lambdasignale
bei der Prüfung
plausibel und i.O. waren. Das Prüfergebnis für Katalysator
und Lambdasonden wird für
diesen Fall auf "geprüft" gesetzt (Zyklus-Flag
oder Z_flag gesetzt). Liegt das Prüfergebnis für den OSC-Wert aus Schritt 66 zwischen
dem Wert für
einen sehr guten Katalysator und einem defekten Katalysator (n.i.O.), so
wird in dem Entscheidungsschritt 68 die Abzweigung 74 "mäßig gealtert>OSC>Grenzkat" zu Schritt 76"Anzahl x Prüfungen für Z_flag" gewählt,
wobei x beispielsweise eine Zahl von 2 bis 5 ist, und es wird damit
eine der Zahl x entsprechende Anzahl von Prüfungen angefordert, bevor der
Katalysator als geprüft gilt.
Liegt das Prüfergebnis
für den
OSC-Wert aus Schritt 66 im Bereich eines defekten Katalysators (n.i.O.),
dann wird in dem Entscheidungsschritt 68 die Abzweigung 78 "OSC<Grenzkat" zu Schritt 80 "Anzahl y Prüfungen für Z_flag" gewählt, wobei
y beispielsweise eine Zahl von 6 bis 10 ist, und es wird damit eine
der Zahl y entsprechende Anzahl von Prüfungen angefordert, bevor der
Katalysator als geprüft gilt,
um den Fehler zu entprellen.