DE4211116A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Katalysatorzustandserkennung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose des Zustandes von Katalysatoren, die zur Reduzierung der Schadstoffemissionen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.

Es ist im Interesse möglichst geringer Schadstoffemissionen wün­ schenswert, Katalysatoren mit verminderter Konvertierungsfähigkeit zu erkennen und zu ersetzen. So existieren gesetzgeberische Forde­ rungen nach Systemen, die in der Lage sind, den Rückgang der Konver­ tierungsfähigkeit mit Bordmitteln (On Board Diagnose) zu diagnosti­ zieren. Bei bekannten Systemen (P 40 24 210, US 4 622 809) werden dazu die Signale von jeweils einer ersten vor dem Katalysator ange­ ordneten Lambdasonde, die auch als Regelsonde dient, und einer hin­ ter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde zu Diagnose­ zwecken verglichen.

Dazu wird die periodische Schwingung des Lambdawertes ausgenutzt, die sich, bedingt durch die Zweipunkt-Charakteristik des Gemischre­ gelverfahrens, zumindest in stationären Betriebszuständen einstellt.

Der Mittelwert dieser Schwingung entspricht idealerweise dem Regel­ sollwert, bspw. Lambda=1. Die Halbperioden der Schwingung, in denen mageres Gemisch vorliegt, sind mit einem Sauerstoffüberschuß im Ab­ gas verbunden, während in den anderen Halbperioden Sauerstoffmangel aufgrund fetter Gemischzusammensetzung vorliegt. Aufgrund seiner Sauerstoffspeicherfähigkeit puffert der Katalysator sowohl den Sauerstoffmangel als auch den Sauerstoffüberschuß innerhalb gewisser Grenzen und übt so einen mittelnden Einfluß auf den Sauerstoffgehalt des Abgases aus. Dieser Einfluß wird bei den bekannten Verfahren durch einen Vergleich der Amplituden der vor und hinter dem Kataly­ sator angeordneten Abgassonden erfaßt und zur Beurteilung der Kon­ vertierungsfähigkeit herangezogen.

Ein Nachteil der angegebenen Verfahren liegt in der ausgeprägten Ab­ hängigkeit der Signalamplituden von anderen individuellen Parametern wie der Temperatur und der chemischen und thermischen Alterung jeder einzelnen der beiden Sonden. Die Beurteilung der Konvertierungs­ fähigkeit nach diesen Verfahren ist daher mit entsprechenden Unsi­ cherheiten behaftet. Dies kann dazu führen, daß Katalysatoren, die die gesetzlichen Anforderungen nicht mehr erfüllen, nicht erkannt werden, so daß die Schadstoffemission ansteigt.

Es ist zu erwarten, daß sich diese Nachteile bei weiter steigenden Anforderungen an die Abgasqualität und an die Überwachung abgasrele­ vanter Systemkomponenten noch vergrößern. So ist bei weiter herabge­ setzten Grenzwerten der Fall denkbar, daß die von einem Fahrzeug un­ ter Testbedingungen emittierten Schadstoffmengen auch dann schon oberhalb der genannten Grenzwerte liegen, wenn sich im normalen Re­ gelungsbetrieb noch kein Wechselanteil mit nennenswerten Amplituden im Signal der hinteren Sonde findet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Beurteilung der Konvertierungsfähigkeit von Katalysatoren, das nicht mit den genannten Unsicherheiten behaftet ist, und das darüberhinaus auch bei den vorgenannten weiter ver­ schärften Anforderungen zuverlässige Aussagen über die Katalysator­ qualität liefert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Verfahrens- und Vorrichtungsansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der ent­ sprechenden Vorrichtung finden sich in der Zeichnung und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung in Verbindung mit einer bekannten Regelstrecke für die Regelung des Kraftstoff/Luftgemisches für eine Brennkraftmaschine.

Fig. 2 offenbart beispielhaft Signalabläufe, wie sie an verschiede­ nen Stellen der Vorrichtung nach Fig. 1 auftreten können.

Fig. 3 stellt Signalverläufe dar, wie sie bei der Durchführung wei­ terer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens auftre­ ten können.

Fig. 4 offenbart Flußdiagramme zur rechnergesteuerten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 5 dient zur Verdeutlichung einer Maßzahl A für die Katalysator­ qualität.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Fig. 1 zeigt ein mit 1 bezeichnetes Kraftstoffzumeßmittel im An­ saugrohr 2 einer Brennkraftmaschine 3. Je eine Abgassonde 4 und 5 ist vor, bzw. nach einem Katalysator 6 im Abgasrohr 7 der Brenn­ kraftmaschine angeordnet. Weiterhin ist ein Vergleichsmittel 9 für das Ausgangssignal der Abgassonde 4 mit einem Regelsollwert, ein Sollwertgebermittel 10, ein Regler 11, ein Multiplikationsmittel 12 sowie ein Vorsteuermittel 13 vorhanden. Diese bereits aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung wird um den gestrichelt gezeichneten Komplex 8 ergänzt.

Dieser umfaßt ein Mittel 15 zur Speicherung und Ausgabe von Regler­ parametern, bzw. Steuerwerten zur Beeinflussung des Verhaltens des Reglers 11, ein Ablaufsteuerungsmittel 14, ein Signalfilter 16 für das Signal der Abgassonde 5, einen Schwellwertdetektor 17, ein Mit­ tel 18 zur Feststellung der Häufigkeit H, mit der die Schwellwerte im Mittel 17 überschritten werden, ein Mittel 19, das die Häufigkeit H mit einem Schwellwert Hmin vergleicht, ein Mittel 20, das ein Feh­ lersignal ausgibt oder speichert, wenn der Schwellwert Hmin über­ schritten wird sowie optional ein Mittel 21 zur Mittelung des Regel­ faktors FR.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden Vorsteuerwerte tp aus dem Vorsteuermittel 13 in der Multiplikationsstufe 12 mit einem Regel­ faktor FR multipliziert. Mit dem so erhaltenen Kraftstoffzumeßsignal ti wird das Kraftstoffzumeßmittel 1, bspw. ein Einspritzventil, an­ gesteuert. Das so im Ansaugrohr 2 gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch gelangt nach der Verbrennung in der Brennkraftmaschine 3 als Abgas in das Abgasrohr 7, in dem jeweils durch die Abgassonden 4 und 5 der Restsauerstoffgehalt des Abgases erfaßt wird. Das Signal der Sonde 4 wird in dem Vergleichsmittel 9 mit einem Sollwert aus dem Sollwert­ gebermittel 10 verglichen. Das Vergleichsergebnis dient als Ein­ gangsgröße für den PI-Regler 11, der als Ausgangssignal den bereits erwähnten Regelfaktor FR herausgibt. In den meisten Fällen wird auf einen Lambdawert von 1 geregelt, da sich bei diesem Wert ein Optimum der Konvertierung der verschiedenen Schadstoffe in dem Katalysator 6 ergibt. Der durch die katalytische Reaktion veränderte Sauerstoffge­ halt des Abgases wird durch die zweite Abgassonde 5 erfaßt. Die Ver­ bindung der Abgassonde 5 mit dem Regler 11 deutet eine bekannte Füh­ rung der Regelung durch die Abgassonde 5 an, mit deren Hilfe Fehler der vorderen Sonde 4 in gewissen Grenzen kompensiert werden können.

Soweit wie bisher beschrieben ist der Regelkreis mit dem Katalysator und einer ersten, als Regelsonde vor dem Katalysator angebrachten Abgassonde und einer zweiten Abgassonde, die den Sauerstoffgehalt des Abgases hinter dem Katalysator erfaßt, aus dem Stand der Technik bekannt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen darüber hinaus die im folgenden beschriebenen Komponenten aus dem gestri­ chelt gezeichneten Komplex 8, die in bestimmten Betriebszuständen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aktiviert werden. Bei Verwendung einer 2-Punkt-Regelung im Normalbetrieb der Brenn­ kraftmaschine löst das Ablaufsteuerungsmittel 14 über den Schalter 22 eine Testphase aus. Daraufhin greift das Mittel 15 zur gesteuer­ ten Beeinflussung des Regelfaktors FR in die Regelschwingung so ein, daß sich bspw. die Amplituden der Regelschwingung (FR-Schwingung) in vorbestimmter Weise sukzessive vergrößern.

Wenn als Testfunktion eine gesteuerte Modulation der Gemischzusam­ mensetzung durchgeführt wird, ist es sinnvoll, den Regelfaktor FR vor Testbeginn zu mitteln und den Test mit diesem gemittelten Wert zu beginnen. Für diesen Zweck ist das Mittel 21 vorgesehen. Ein Signalfilter 16, das nur verhältnismäßig schnelle Änderungen des Signals der Abgassonde 5 weitergibt und eine langsame Änderung blockiert, ist zwischen der Abgassonde 5 und dem Schwellwertdetektor 17 angeordnet. Jedesmal wenn eine schnelle Änderung im Signal der Abgassonde 5 eintritt und die Amplitude des Wechsels so groß ist, daß beide Schwellwerte TVI und TVII durchlaufen werden, registriert ein Mittel 18 dieses Ereignis und bildet daraus ein Signal H für die Häufigkeit dieser Ereignisse. Die schnellen Änderungen im Signal der hinteren Sonde 5 treten insbesondere dann auf, wenn sich ein Wechsel der Gemischzusammensetzung auch noch nach dem Katalysator bemerkbar macht. Der Schwellwertdetektor 19 vergleicht diesen Wert H mit einem vorgegebenen Schwellwert Hmin. Wenn H den Schwellwert übersteigt, d. h. wenn das Signal der hinteren Sonde 5 die Schwellwerte TVI, TVII mit einer gewissen Mindesthäufigkeit durchläuft, gibt das Mittel 20 ein Fehlersignal aus oder speichert ein Fehlersignal zur späteren Verwendung ab. Gleichzeitig wird über die Verbindung des Blocks 19 mit der Ablaufsteuerung 14 die Testphase beendet.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich anhand der Fig. 2 beschreiben, in der verschiedene Signalverläufe über der Zeit dargestellt sind. Zeitliche Verschiebungen zwischen den Signa­ len (FR, USV, USH), die unvermeidlicherweise durch Gaslaufzeiten auftreten und die bspw. entscheidend zum Entstehen der Lambdaschwin­ gung im 2-Punkt-Regelungsbetrieb beitragen, wurden nicht darge­ stellt.

Die Fig. 2a zeigt beispielhaft den Verlauf des Regelfaktors FR und Fig. 2b das dazu korrespondierende Signal USV der vorderen Abgasson­ de 4. Die Fig. 2c und d stellen zugehörige Signalverläufe USH der hinteren Sonde 5 dar, wie sie sich bei Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens in zwei verschiedenen Alterungsstufen des Kataly­ sators 6 einstellen können.

Wird im Normalbetrieb eine 2-Punkt-Regelung ausgeführt, führt der Regelfaktor FR eine Schwingung um den Wert 1 aus. Siehe dazu das Zeitintervall (t=0, t=to) in der Fig. 2a. Während der Zeitspannen, in denen FR größer als 1 ist, liegt fettes Gemisch und damit Sauer­ stoffmangel vor. In diesen Zeiten wird vorher im Katalysator 6 ge­ speicherter Sauerstoff abgebaut und die oberhalb der FR=1-Linie lie­ genden schraffierten Flächen können daher als Maß für den Sauer­ stoffmangeleintrag in den Katalysator oder allgemeiner als Maß für die Sauerstoffmenge betrachtet werden, die dem Gemisch zur stöchio­ metrischen Zusammensetzung fehlt. Analog dazu repräsentieren die un­ ter der FR=1-Linie (Magerphasen) liegenden Flächen einen Sauerstoff­ überschuß-Eintrag. Im folgenden werden diese Einträge auch als Sauerstoffmangel- und Sauerstoffüberschußmengen bezeichnet.

Vor Beginn der Testphase zum Zeitpunkt to wird im dargestellten Fall zunächst nach dem 2-Punkt-Prinzip mit normal großen Amplituden ge­ regelt. Während der genannten Sauerstoffüberschußphasen nimmt der Katalysator Sauerstoff aus dem Abgas auf und gibt ihn in Sauerstoff­ mangelphasen wieder an das Abgas ab. Der Katalysator wirkt daher ausgleichend auf den Sauerstoffgehalt des Abgases und mittelt die Regelschwingung im Normalbetrieb im wesentlichen aus. Die hinter dem Katalysator angeordnete Sonde 5 liefert in diesem Fall, wie in den Fig. 2c und d dargestellt, noch kein Abbild des Signalverhaltens der vorderen Sonde.

Anschließend wird zum Zeitpunkt to eine Testphase mit sukzessive an­ wachsender Integratorsteigung gestartet. Wie aus der Fig. 2a ent­ nehmbar, stellt sich als Folge in diesem Ausführungsbeispiel eine sukzessiv anwachsende Amplitude der Regelschwingung ein, wobei die Vergrößerungen im wesentlichen symmetrisch zur FR=1-Linie, also un­ ter Beibehaltung des FR-Mittelwertes erfolgen.

Damit verbunden wachsen die abwechselnd erfolgenden Sauerstoffman­ gel- und Sauerstoffüberschußeinträge ebenfalls symmetrisch an. Wie aus Fig. 2b ersichtlich ist, zeigt die vor dem Katalysator angeordne­ te Abgassonde 4 keine signifikante Reaktion auf die Vergrößerung der Amplituden. Ihr Signal USV zeigt jeweils den fett-mager bzw. den um­ gekehrten Wechsel an, wobei ein tiefer Signalpegel für Sauerstoff­ überschuß charakteristisch ist.

Andere Verhältnisse ergeben sich bei den Abb. 2c und 2d, die das korrespondierende Signal USH der hinteren Abgassonde 5 für zwei verschiedene Alterungsstufen des Katalysators darstellen.

In den dort durch die Zeitpunkte to und t1c bzw. t1d markierten Zeitspannen können die wachsenden Sauerstoffüberschuß- und Sauer­ stoffmangelmengen noch durch die mittelnde Wirkung des Katalysators kompensiert werden.

Diese mittelnde Wirkung ist jedoch durch die endliche Sauerstoff­ speicherfähigkeit des Katalysators beschränkt.

Überschreiten die wachsenden Sauerstoffmangel- und Sauerstoffüber­ schußmengen die Grenzen dieser mittelnden Wirkung, so machen sich die Schwankungen des Regelfaktors FR auch im Signal USH der hinteren Sonde bemerkbar. In den Fig. 2c und d tritt ein entsprechendes Durchlaufen der Schwellwerte TVI, TVII zum Zeitpunkt t1c bzw. t1d ein.

Bei einem Katalysator, dessen Konvertierungsfähigkeit den gesetzli­ chen Anforderungen nicht mehr entspricht, kann bereits eine relativ geringfügige Vergrößerung der Amplituden nicht mehr durch die mit­ telnde Wirkung des Katalysators ausgeglichen werden.

Wegen der synchron zur Zunahme der Testdauer verlaufenden Vergröße­ rung kann daher die Zeitspanne Δt=t1-to zur Beurteilung der Sauer­ stoffspeicherkapazität bzw. der Konvertierungsfähigkeit des Kataly­ sators herangezogen werden. Je kleiner die Sauerstoffspeicherfähig­ keit des Katalysators ist, desto früher wird der in der Fig. 2 mit t1c bzw. t1d bezeichnete Zeitpunkt eintreten. Die dargestellte Zeit­ spanne tg kann auf die jeweils geltenden gesetzgeberischen Forderun­ gen zur Katalysatorqualität abgestimmt werden. Im Beispiel der Fig. 2c genügt der Katalysator demnach nicht mehr den Anforderungen, wäh­ rend er im Beispiel der Fig. 2d noch als gut zu beurteilen ist.

Eine Messung der Zeitdauer Δt kann darüber hinaus ein stetiges Maß für die verbleibende Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators lie­ fern.

Hervorzuheben ist, daß die Vergrößerung der Sauerstoffmangel- bzw. Überschußeinträge solange durchgeführt wird, bis das Signal der hin­ teren Abgassonde springt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ge­ lingt es somit gewissermaßen die Sprungcharakteristik der hinteren Abgassonde zur Katalysatordiagnose heranzuziehen. Aufgrund der ver­ gleichsweise guten Stabilität der Lage des Sprungs im Abgassonden­ ausgangssignal bezüglich Temperaturänderung und Alterungserscheinun­ gen ergeben sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Praxis können auch bei einem noch guten Katalysator verein­ zelte Wechsel im Sondensignal durch statistische Schwankungser­ scheinungen auftreten. Um sichere Aussagen über den Katalysatorzu­ stand zu ermöglichen, wird daher beobachtet, ob die Vergleichs­ schwellwerte TVI und TVII in einer vorgegebenen Zeitspanne mit einer vorbestimmten Mindesthäufigkeit H<Hmin durchlaufen werden. Außerdem bleibt anzumerken, daß die verhältnismäßig schnelle Vergrößerung der Amplituden aus Gründen der besseren zeichnerischen Darstellung ge­ wählt wurde. In der Praxis wird man die Vergrößerung aus Gründen der Auflösung des Verfahrens geringer wählen, so daß das Signal der vor­ deren Abgassonde 4 den Signalpegel zwischen Testbeginn und Ende we­ sentlich öfter passiert als dargestellt.

In der Fig. 2a wird die Vergrößerung der Sauerstoffmangel- und Über­ schußmengen beispielhaft durch eine Erhöhung der Integratorsteigung herbeigeführt.

Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese spezielle Signalform, sondern umfaßt vielmehr alle weiteren Signalverläufe, die eine Vergrößerung der Sauerstoffmangel- und Überschußmengen be­ wirken. Ein weiteres Beispiel für einen Regelungseingriff auf die Gemischbildung ist in der Fig. 3a dargestellt, die eine sukzessive Vergrößerung der Proportionalsprünge P1, P2, . . . vorsieht.

Die Fig. 3b zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Verwendung einer sukzessive ansteigenden Verzögerungszeit tIS, während der das Ausgangssignal des Reglers 11 nach einem Sprung im Ausgangssignal der vorderen Sonde 4 konstant gehalten wird (Integratorstop).

Fig. 3c offenbart ein Ausführungsbeispiel mit Verzögerungszeiten tv, die ebenfalls nach einem Wechsel im Ausgangssignal der vorderen Son­ de 4 wirksam werden. In diesem Fall soll die Integration während der Zeitspannen tv1, tv2 . . . jeweils bei gleichbleibender Integrations­ richtung und -Steigung weiterlaufen. Der Beginn der Zeitspannen tvi wird jeweils durch das Ende der Totzeit tt markiert.

Neben diesen geregelten Verläufen der Gemischbildung kann das erfin­ dungsgemäße Verfahren auch durch eine gesteuerte Modulation des Kraftstoffzumeßsignals herbeigeführt werden. Als Beispiel dazu zeigt die Fig. 3d einen sinusförmigen Verlauf des Faktors FR mit anstei­ gender Amplitude.

Wenn als Testfunktion die Variante der gesteuerten Gemischmodulation gewählt wird, kann das Testergebnis verfälscht werden, wenn als Startpunkt der Vergrößerung nicht der wirkliche Lambda-Mittelwert gewählt wird. Um Fehldiagnosen auszuschließen, ist es daher sinn­ voll, vor dem Beginn der Vergrößerung den Wert des Regelfaktors FR oder des Signals der vorderen Abgassonde über einige Schwingungs­ perioden zu mitteln und den erhaltenen Wert als Startwert für die Vergrößerung zu benutzen. Dazu ist das Mittel 21 vorgesehen.

Wenn im Normalbetrieb eine stetige Regelung ausgeführt wird, kann eine der dargestellten Möglichkeiten (2-Punktregelung, Steuerung der Gemischmodulation) als Testfunktion ausgeführt werden.

Die Fig. 4a offenbart ein Beispiel eines Flußdiagramms zur rechner­ gesteuerten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu wird in einem Schritt S1 durch die Ablaufsteuerung 14 zunächst geprüft, ob die zur Testdurchführung notwendigen Voraussetzungen erfüllt sind. Dazu zählen insbesondere: Ablauf einer Mindestbetriebszeit seit der letzten Testdurchführung, um den Test nicht unnötig oft auszuführen, Betriebsbereitschaft der beiden Sonden, ausreichende Temperatur von Brennkraftmaschine und Katalysator und das Vorliegen eines Betriebszustandes mit näherungsweise konstanter geringer Last, bspw. des Leerlaufs. Ist eine der Voraussetzungen nicht erfüllt, so wird der Normalbetrieb beibehalten (Schritt S10). Andernfalls wird in einem Schritt S2, evtl. nach einer vorhergehenden Mittelung des Regelfaktors FR durch das Mittel 21, die im wesentlichen symmetri­ sche Vergrößerung der Sauerstoffmangel- und Sauerstoffüberschuß­ mengen gestartet.

Nachdem die Startzeit to=tstart durch hier nicht dargestellte Zeit­ geber und Speicherkomponenten in einem Schritt S3 erfaßt worden ist, wird in einem Schritt S4 geprüft, ob die im Mittel 18 ermittelte Häufigkeit H den Schwellwert Hmin im Mittel 19 überschreitet. Ist dies der Fall vor Ablauf einer Zeitspanne tg der Fall, gilt der Ka­ talysator als fehlerhaft und es erfolgt die Ausgabe eines entspre­ chenden Fehlersignals in einem Schritt S9. Wird die Häufigkeit Hmin dagegen noch nicht überschritten, so schließt sich ein Schritt S5 an, in dem die Zeitspanne t=t1-to, d. h. die seit Testbeginn abge­ laufene Zeit bestimmt wird. Solange diese Zeit kleiner als ein vor­ bestimmter Grenzwert tg bleibt, wird über einen entsprechenden Ab­ frageschritt S6 wieder zum Schritt S4 zurückverzweigt. Wenn dagegen t den Wert tg überschreitet, ohne daß H den Grenzwert Hmin über­ schritten hat, wird die beschriebene Schleife verlassen. In diesem Fall wird die genannte Vergrößerung in einem Schritt S7 gestoppt und in einem Schritt S8 zum normalen Regelungsbetrieb zurückgekehrt.

Der vorstehend beschriebene Verfahrensablauf liefert eine Ja/Nein- Entscheidung in der Frage, ob die Konvertierungsfähigkeit des Kata­ lysators noch den gesetzlichen Bestimmungen entspricht. Gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahrensablauf nach der Fig. 4b ist es jedoch darüberhinaus auch möglich, ein stetiges Maß für die Kataly­ satorqualität zu erhalten.

Dazu wird im Anschluß an die Verfahrensschritte aus der Fig. 4a, die vor der Marke A liegen, die Testdauer Δt=t1-to in einem Schritt S11 erfaßt. In einem Schritt S12 erfolgt eine Prüfung, ob der Wert H den Schwellwert Hmin überschritten hat. Die aus diesen beiden Schritten gebildete Schleife wird erst nach Überschreiten von Hmin verlassen. Im anschließenden Schritt S13 wird eine Ja/Nein Entscheidung im Hinblick auf die Katalysatorqualität getroffen. Ist die Zeitdauer Δt kleiner als der Grenzwert tg, erfolgt das Setzen eines Katalysa­ torfehlersignals in dem Schritt S15. Ist die Zeitdauer Δt dagegen größer als tg wird ein Signal A=A(Δt) gebildet, das bspw. wie in der Fig. 5 dargestellt, ein stetiges Maß für die Qualität des Kataly­ sators darstellt. A ist umso größer, je größer Δt ist. Der Wert A=100% charakterisiert auf diese Weise einen neuwertigen Katalysa­ tor, während der Wert A=0% für einen Katalysator an der Alterungs­ grenze typisch ist. Das Bestimmen eines solchen stetigen Maßes für die Katalysatorqualität erlaubt die Abschätzung der noch zu erwar­ tenden Lebensdauer des Katalysators. Bei festen Prüfintervallen, z. B. im Rahmen von Wartungsdiensten oder Kontrolluntersuchungen kann somit abgeschätzt werden, ob der Katalysator die Zeit bis zur näch­ sten Prüfung voraussichtlich noch störungsfrei funktioniert oder ob er bereits vorher ausgetauscht werden sollte.

Claims (12)

1. Verfahren zur Beurteilung der Sauerstoffspeicherfähigkeit (Kon­ vertierungsfähigkeit) eines Katalysators zur Reduzierung der Schad­ stoffemissionen einer Brennkraftmaschine, die mit einer 2-Punkt-Lambdaregelung und einer ersten vor dem Katalysator angeord­ neten, als Regelsonde dienenden Abgassonde und einer hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im normalen Regelungsbetrieb periodisch wechselnden Einträge von Sauerstoffüberschuß (magere Gemischzusam­ mensetzung) und von Sauerstoffmangel (fette Gemischzusammensetzung) in den Katalysator sukzessiv und symmetrisch, d. h. unter Beibehal­ tung des Mittelwerts solange vergrößert werden, bis sich die Wechsel in der Gemischzusammensetzung im Signal der hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde bemerkbar machen und daß dann vom Ausmaß der symmetrischen Vergrößerung auf die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators geschlossen wird und daß bei nicht mehr ausreichender Sauerstoffspeicherfähigkeit ein Katalysatorfehlersignal ausgegeben wird.

2. Verfahren zur Beurteilung der Sauerstoffspeicherfähigkeit (Kon­ vertierungsfähigkeit) eines Katalysators zur Reduzierung der Schad­ stoffemissionen einer Brennkraftmaschine, die mit einer stetigen Lambdaregelung und einer ersten vor dem Katalysator angeordneten, als Regelsonde dienenden Abgassonde und einer hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde ausgerüstet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß periodisch wechselnde Einträge von Sauerstoffüberschuß (magere Gemischzusammensetzung) und von Sauerstoffmangel (fette Ge­ mischzusammensetzung) in den Katalysator hervorgerufen werden, daß diese Einträge sukzessiv und symmetrisch, d. h. unter Beibehaltung des Mittelwerts Lambda=1 solange vergrößert werden, bis sich die Wechsel in der Gemischzusammensetzung im Signal der hinter dem Kata­ lysator angeordneten Abgassonde bemerkbar machen und daß dann vom Ausmaß der symmetrischen Vergrößerung auf die Sauerstoffspeicher­ fähigkeit des Katalysators geschlossen wird und daß bei nicht mehr ausreichender Sauerstoffspeicherfähigkeit ein Katalysatorfehler­ signal ausgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wech­ sel in der Gemischzusammensetzung durch Ausführen einer Testfunktion herbeigeführt werden, wobei die Testfunktion darin besteht, eine Zweipunktregelung der Gemischzusammensetzung auszuführen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergrößerung solange durchgeführt wird, bis sich die Änderungen in der Gemischzusammensetzung bei fehlerhaftem Katalysa­ tor auch im Signal der hinter dem Katalysator angeordneten Abgasson­ de bemerkbar machen müßten und daß, wenn dies nicht der Fall ist, auf einen funktionsfähigen Katalysator geschlossen wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vergrößerung der genannten Einträge durch eine Veränderung von Regelparametern im Regelungsbetrieb hervorgerufen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro­ portionalanteile der Regelung vergrößert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Verzöge­ rungszeiten, die im Anschluß an einen Sondensignalwechsel zur Wir­ kung kommen, vergrößert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verzögerungszeiten der Wert des Regelfaktors FR oder der Wert der Integratorsteigung konstant gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der genannten Einträge über eine gesteuerte Modulation des Kraftstoffzumeßsignals hervorgerufen wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1-9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es nur in bestimmten Betriebszuständen, beispiels­ weise bei geringer Last oder im Leerlauf der Brennkraftmaschine aus­ gelöst wird.

11. Vorrichtung zur Beurteilung der Sauerstoffspeicherfähigkeit (Konvertierungsfähigkeit) eines Katalysators zur Reduzierung der Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine, die mit einer Lambda­ regelung und einer vor dem Katalysator angeordneten, als Regelsonde dienenden ersten Abgassonde und einer hinter dem Katalysator ange­ ordneten zweiten Abgassonde ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, die zur Beurteilung der Sauerstoffspei­ cherfähigkeit das Kraftstoffzumeßsignal so verändern, daß sich die Sauerstoffeinträge und die Sauerstoffmangeleinträge sukzessive ver­ größern und daß ferner Mittel vorhanden sind, die das Signal der hinteren Abgassonde mit vorgegebenen Schwellwerten vergleichen und daß ferner Mittel vorhanden sind, die feststellen, ob diese Schwellwerte mit einer Mindesthäufigkeit durchlaufen werden und daß ferner Mittel zur Ausgabe eines Signal, das den Katalysatorzustand charakterisiert, vorhanden sind.

12. System zur Bildung eines Fehlersignals in Verbindung mit der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators bei einer Brennkraftma­ schine, die mit einer Lambdaregelung und einer ersten vor dem Kata­ lysator angeordneten, als Regelsonde dienenden Abgassonde und einer hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffzumeßsignal in einer Testphase so moduliert wird, daß es um einen Mittelwert schwingt und daß die jeweils oberhalb und unterhalb dieses Mittelwertes liegenden Inhalte der Flächen, die durch eine Gerade, die den Mittelwert re­ präsentiert, und den zeitlichen Verlauf des Kraftstoffzumeßsignals zwischen zwei Schnittpunkten mit der genannten Gerade begrenzt wer­ den, mit zunehmender Testdauer solange symmetrisch, d. h. unter Bei­ behaltung des Mittelwerts vergrößert werden, bis sich die Wechsel in der Gemischzusammensetzung im Signal der hinter dem Katalysator an­ geordneten Abgassonde bemerkbar machen und daß ein Maß der bis dahin erfolgten Vergrößerung mit einem Grenzwert verglichen wird und daß bei Erreichen dieses Grenzwerts ein Katalysatorfehlersignal ausgege­ ben wird.