DE10331334A1 - Process to determine the oxygen holding characteristics of an automotive catalytic converter - Google Patents
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Abstract
Description
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, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with a in an exhaust tract of the Internal combustion engine arranged exhaust aftertreatment arrangement at least one catalyst and one upstream of the catalyst arranged first lambda probe and a downstream of the catalyst arranged second lambda probe, wherein for determining an oxygen storage capacity of the catalyst in a first step (a) before a lambda value the catalyst is actively adjusted to a value less than 1 until an oxygen stored in the catalyst is completely discharged, and subsequently in a second step (b), the lambda value before the catalyst actively adjusted to a value greater than 1 until the catalyst is complete is loaded with oxygen, wherein by means of an oxygen balance the oxygen storage capacity the catalyst is determined, according to the preamble of the claim 1.
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 Kohlenwasserstoff(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 Lambda sonde 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
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.To For diagnostic purposes, the OSC is additional with a light-off and conversion behavior of the catalyst correlated. For measuring the OSC, for example, first by Setting a rich lambda value of, for example, 0.95 to 0.98 an optionally stored in the catalyst oxygen and subsequently by setting a lambda value of, for example, 1.02 to 1.05 with a lean, oxygen-rich exhaust gas again with oxygen filled. This is the OSC over measured an oxygen balance. The emptying and filling of the Catalyst with oxygen is doing a jump of an output signal a downstream of the catalyst lambda probe into the grease or determined and controlled in the lean.
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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.Of the Invention is based on the object, a method of o.g. kind regarding diagnosis times and frequency of diagnosis for the exhaust aftertreatment arrangement to improve.
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.These The object is achieved by a Method of o.g. Art with the solved in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß gleichzeitig während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wenigstens ein Parameter der Lambdasonden bestimmt und aus dem Parameter eine Funktionsfähigkeit der Lambdasonden bestimmt wird.To It is inventively provided that simultaneously while the determination of the oxygen storage capacity at least one parameter the lambda probes determines and from the parameter a functionality the lambda probes is determined.
Dies hat den Vorteil, daß Diagnosen von Katalysatorzustand und Zustand der Lambdasonden parallel ablaufen, so daß Diagnosezeiten verringert und Homogenphasen für Diagnosen verkürzt sind.This has the advantage that diagnoses run parallel from the catalyst state and state of the lambda probes, so that diagnostic times reduced and homogeneous phases for Diagnoses shortened are.
Beispielsweise ist der Katalysator ein Vorkatalysator oder ein Hauptkatalysator.For example the catalyst is a precatalyst or a main catalyst.
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.For example, the catalyst is a NOx storage catalytic converter or the exhaust aftertreatment device additionally has a downstream of the catalyst NOx storage catalytic converter, wherein under predetermined conditions a time-limited NO x regeneration of the NO x storage carried out catalyst, the NO x regeneration as a first step (a ) and after completion of the NO x regeneration, the second step (b) is performed. This has the advantage that the determination of the oxygen storage capacity of the catalyst is combined with a NO x regeneration of the NO x storage catalyst such that the regeneration phase of the NO x regeneration is at the same time the oxygen removal phase of the determination of the oxygen storage capacity of the catalyst. This reduces and minimizes diagnostic times with deviation from the optimum operating mode of the internal combustion engine for a current operating state thereof.
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 unterschied liche 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.The determination of at least one parameter of the lambda probes includes, for example, a plausibility check, wherein it is checked in the first step (a) and / or in the second step (b) whether the first and second lambda probes simultaneously display the expected rich or lean exhaust gas composition. In the event that the plausibility check results in a plausibility violation, ie a difference Liche display of the exhaust gas composition before and after the catalyst by the two lambda probes, it is determined whether the first or second lambda probe is defective. To determine the faulty lambda probe expediently a vorbe tuned operating mode of the internal combustion engine, in particular a homogeneous lambda-1 operation set.
Für eine Abgasnachbehandlungsanordnung mit zwei parallel im Abgasstrang angeordneten Katalysatoren umfaßt die Bestimmung wenigstens eines Parameters der Lambdasonden beispielsweise eine Vertauschung der jeweiligen ersten Lambdasonden vor den Katalysatoren und/oder der jeweiligen zweiten Lambdasonden nach den Katalysatoren, wobei 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. Die Zustandsänderung des Abgases ist beispielsweise ein Sprung von magerer Abgaszusammensetzung zu fetter Abgaszusammensetzung oder ein Sprung von fetter Abgaszusammensetzung zu magerer Abgaszusammensetzung ist.For an exhaust aftertreatment device with two parallel arranged in the exhaust system catalysts comprises the determination at least one parameter of the lambda probes, for example, a permutation the respective first lambda probes before the catalysts and / or the respective second lambda probes according to the catalysts, wherein the Step (a) for a second of the parallel catalysts by a predetermined Time offset is executed later as for the corresponding other first of the two parallel catalysts, wherein a permutation of the terminal of the two first lambda probes the two catalysts is determined, if for a predetermined number of cycles of steps (a) and (b) the first lambda probe of the second Catalyst a change in state of Indicates exhaust gas before the first lambda probe of the first catalyst, and wherein a permutation of the terminal of the two second lambda probes the two catalysts is determined, if for a predetermined number of cycles of steps (a) and (b) the second lambda probe of the second Catalyst a change of state the exhaust gas before the second lambda probe of the first catalyst displays. The state change of the exhaust gas is, for example, a leap of lean exhaust gas composition to fat exhaust gas composition or a jump from fat exhaust gas composition to lean exhaust gas composition.
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.In a preferred embodiment of the invention comprises the determination at least one parameter of the lambda probes a dynamic behavior of Lambda probes, wherein a gradient of the temporal change of an output signal the lambda probe is determined and a faulty lambda probe is determined when the gradient is smaller than a predetermined value is. The gradient of the temporal change at the transition from rich exhaust gas composition to lean exhaust gas composition is determined, for example, at the end of step (b). Purpose moderately a maximum gradient or an averaged gradient is determined and compared with a corresponding predetermined value.
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.Around the active intervention of diagnoses, which may affect both Consumption as well as pollutant emissions can have a negative impact, so low as possible to hold on, will be more testing cycles dependent on the result of determination of oxygen storage capacity requested.
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.For example for the Case, that the Oxygen storage capacity gives a value in the range of a fresh catalyst and the Lambda sensors as functional have been recognized for a predetermined time interval, especially until the next reboot the internal combustion engine, no further test cycles requested.
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.For example for the Case, that the Oxygen storage capacity a value in the range between a fresh catalyst and a defective catalyst results in a predetermined first number, in particular 2 to 5, requested by further test cycles.
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.For example for the Case, that the Oxygen storage capacity gives a value in the range of a defective catalyst becomes a predetermined second number, in particular 6 to 10, of further test cycles requested.
Zweckmäßigerweise ist die erste Anzahl von weiteren Prüfzyklen kleiner als die zweite Anzahl von weiteren Prüfzyklen.Conveniently, the first number of further test cycles is less than the second Number of additional test cycles.
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.Conveniently, In the first step (a), a lambda value in the range of 0.95 to 0.98 or less and in the second step (b) a lambda value in the range from 1.02 to 1.05, especially 1.03.
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.In a preferred embodiment of the invention comprises the determination at least one parameter of the lambda probes an examination of a Lean stress and / or a fatigue stress of the first and / or second Lambda probe.
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 inFurther Features, advantages and advantageous embodiments of the invention arise from the dependent ones claims, and from the following description of the invention with reference to the attached Drawings. These show in
Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft für zwei Abgasnachbehandlungsanordnungen
wie in den
Parallel
zur OSC-Messung
Wie
in
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
Zur
Bewertung der Dynamik der Sondenspannung
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.When Dynamic criterion, for example, the maximum gradient be used when changing from rich exhaust gas composition after lean exhaust gas composition. Alternatively, an averaged Gradient ranging from a minimum fat lambda value to one Minimum lean lambda yields.
Eine
grobe Plausibilisierung der zweiten Lambdasonde
Ergeben
sich bei dieser Grobplausibilisierung zwischen "Lambda vor dem Vorkatalysator
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.Around to ensure the simultaneous, parallel expiration of the diagnosis a share is defined, which results from the sub - releases of the individual test functions such as catalyst testing, lambda test etc. Alternatively, a global share is defined, which is the physical test conditions of the individual part examinations considered. Only when this release is given, the active measuring phase of the Lambda adjustment executed.
Eine
Vertauschungserkennung wird parallel zu dem aktiven Lambdaeingriff
für die
OSC-Messung
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
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