WO2018104425A1 - Verfahren und steuergerät zur durchführung von diagnosen eines abgassystems eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und steuergerät zur durchführung von diagnosen eines abgassystems eines verbrennungsmotors Download PDF

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WO2018104425A1
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Martin Knopp
Miroslav Bilac
Frank Meier
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for carrying out diagnoses of an exhaust gas system of an internal combustion engine and to a control device configured to carry out such a method.
  • a method and such a control unit are known for example from DE 10 2013 201 228 A1 of the applicant.
  • particulate filters for exhaust gas purification must also be expected in engines that can be operated with gasoline fuel. Under an Otto fuel is understood, for example, gasoline, LPG, CNG, ethanol and mixtures thereof.
  • Previously used three-way catalysts are preferably integrated into particulate filters, for example by coating their filter structures with a catalyst material.
  • the present invention differs from the known method by the characterizing features of claim 1 and the known control device by the characterizing features of the independent
  • an oxygen storage capacity of the four-way catalytic converter is determined to check the operability of a four-way catalytic converter through which the exhaust gas of the internal combustion engine flows and the functionality depends on the determined
  • Oxygen storage capacity is assessed, and wherein a loading of the four-way catalyst is determined with soot and the soot load is compared with a loading threshold or wherein a temperature of the four-way catalyst is determined and compared with a temperature threshold, and wherein the determination of the oxygen storage capacity is released only when the soot load is less than the load threshold and / or the temperature is less than the temperature threshold.
  • the control unit according to the invention is adapted to the flow of this
  • This technical teaching is based on the finding that a high soot load in combination with a high exhaust gas temperature and an excess of oxygen in the exhaust gas, which is determined in determining the oxygen storage capacity, can lead to ignition and combustion of the soot charge.
  • soot ignition and combustion of soot is either avoided or limited in its extent to a value that affects the determination of the oxygen storage capacity only slightly.
  • the determination of the oxygen storage capacity of the four-way catalyst can be carried out with sufficient accuracy.
  • Internal combustion engine is first operated in a conditioning phase with an air ratio less than 1, so that its oxygen storage is emptied and that the internal combustion engine is then operated in a filling phase with air ratios greater than one, so that the catalyst is filled with oxygen and that the oxygen storage capacity of the in the filling phase in the four-way catalyst, the amount of oxygen flowed in is determined.
  • the conditioning produces reproducible test conditions so that the subsequent filling phase leads to reliable results.
  • Conditioning phase is operated until a immediately downstream of the four-way catalytic converter arranged and exposed to the exhaust rear exhaust probe detects an oxygen deficiency, and that the subsequent filling phase takes until the downstream of the four-way catalytic converter arranged rear exhaust gas probe detects an excess of oxygen and in that the oxygen flowed into the four-way catalyst during the filling phase is determined using the signal of a front exhaust gas probe located upstream of the four-way catalyst and exposed to the exhaust gas.
  • the operation with an air ratio less than 1 is maintained until an accumulated oxygen deficiency entry into the four-way catalyst exceeds a predetermined threshold.
  • the determined oxygen storage capacity be compared to a storage capacity threshold and that the four-way catalyst be judged good if the determined oxygen storage capacity is greater than the storage capacity threshold.
  • a further preferred refinement is characterized in that a frequency of determining the oxygen storage capacities is determined and compared with a frequency threshold value and that when the determined frequency is smaller than the frequency threshold value, the
  • the frequency is determined as a quotient of the number of ascertained oxygen storage capacities in the counter and the plurality of driving cycles in the denominator over a plurality of driving cycles.
  • the internal combustion engine is operated in the regeneration phase with lower efficiency compared to an optimal efficiency.
  • the exhaust gas temperature is increased, which is favorable for the then desired combustion of the soot.
  • the lower efficiency is generated by a spark retard of combustion chamber fillings of the internal combustion engine.
  • a further preferred embodiment is characterized in that in an internal combustion engine of a hybrid vehicle whose drive train In addition to the internal combustion engine also has an electric machine, the electric machine is controlled in a regeneration phase so that it applies the currently required drive torque in part or alone.
  • the internal combustion engine can then be operated in an optimal operating state for the regeneration, in which it generates, for example, a large exhaust gas mass flow with poor efficiency, in which oxygen excess and high temperatures prevail, without the then only slight torque of the internal combustion engine being felt by the driver
  • control device is set up, in particular programmed to control the sequence of at least one of these embodiments of the method and to carry out the particular embodiment of the method with it.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a four-way catalytic converter
  • FIG. 2 shows a first example of a release range dependent on the temperature and the soot load for determining the
  • FIG. 3 shows a second example of a release area which is dependent on the temperature and the soot load for determining the
  • FIG. 4 shows a third example of a release area which is dependent on the temperature and the soot load for determining the
  • Figure 5 is a flow chart as a first embodiment of a release of a determination of the oxygen storage capacity of the four-way catalyst
  • FIG. 6 is a flowchart as a first embodiment of enabling a determination of the oxygen storage capacity of the four-way catalyst.
  • FIG. 7 shows a flow chart of a determination of a frequency of a performance of the determination of the oxygen storage capacity of the four-way catalyst and an optionally active triggering if the frequency is too low.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 with a
  • Air supply system 12 an exhaust system 14 and a controller 16.
  • air supply system 12 is an air mass meter 18 and a
  • the air flowing through the air supply system 12 into the internal combustion engine 10 air is mixed in combustion chambers 20 of the engine 10 with gasoline fuel, which is injected via injection valves 22 directly into the combustion chambers 20.
  • the resulting combustion chamber fillings are ignited and burned by igniters 24, such as spark plugs.
  • a rotation angle sensor 25 detects the rotation angle of a shaft of the internal combustion engine 10 and thereby allows the control unit 16 to trigger the ignitions in predetermined angular positions of the shaft.
  • the exhaust gas resulting from the burns is discharged through the exhaust system 14.
  • the exhaust system 14 includes a four-way catalyst 26.
  • the four-way catalyst 26 is in the example shown, a particulate filter having an inner honeycomb structure of porous filter material, the exhaust gas 28th
  • the filter material is catalytically coated in the illustrated example, so that it still has the effect of a three-way catalyst in addition to its particle filter effect.
  • the three-way catalyst is known to convert the three exhaust gas constituents nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide into three reaction paths.
  • the particulate filter action represents a fourth way, which is the designation as a four-way catalyst.
  • the loading of the four-way catalyst 26 with particles increases its flow resistance for the exhaust gas 28 and thus an adjusting over the four-way catalyst 26 differential pressure dp.
  • the differential pressure dp is detected by a differential pressure sensor 29 in the illustrated embodiment. Downstream of the four-way catalyst 26 is optionally on
  • a front exhaust gas probe 32 exposed to the exhaust gas is disposed immediately before the four-way catalytic converter 26.
  • a rear exhaust gas probe 34 also exposed to the exhaust gas is arranged immediately after the four-way catalytic converter 26.
  • the front exhaust gas probe 32 is preferably a broadband lambda probe which allows a measurement of the air ratio lambda over a wide range of air frequencies.
  • Temperature sensor 36 in thermal contact with the exhaust gas 28 at the four-way
  • Catalyst 26 is arranged, which detects the temperature of the four-way catalyst 26.
  • the internal combustion engine 10 is coupled in the illustrated embodiment with an electric machine 38, which, depending on the control by the control unit 16, provides a drive torque or a braking torque receives.
  • the control unit processes the signals of the mass air flow sensor 18, the rotation angle sensor 25, the differential pressure sensor 29, the front
  • the control unit 16 also processes signals from other or further sensors for controlling the illustrated actuators or other or other actuators.
  • the controller 16 switches, for example, a fault lamp
  • FIG. 2 is a diagram showing a release range 41 of values of a temperature T of the four-way catalyst 26 over a range of
  • Load values B of the four-way catalyst 26 is shown hatched with soot particles.
  • the temperature Tu is a lower limit temperature which must at least be reached for a diagnosis
  • the temperature threshold value TSW is a temperature at which the soot stored in the four-way catalytic converter 26 just does not burn with oxygen excess in the exhaust gas.
  • the loading threshold BSW is a value relative to the
  • Oxygen storage capacity of a good four-way catalyst 26 is so small that combustion of the associated soot load would not significantly affect the result of oxygen storage capacity measurement.
  • FIG. 3 shows a temperature defined by the temperature values Tu and TSW
  • Release range 43 which is limited only by the temperature T of the four-way catalyst. This embodiment is based on the assumption that below the limit temperature ignition of the soot does not take place and the release can therefore take place without consideration of the soot loading.
  • FIG. 4 shows a release area 45 defined only by a loading threshold value BSW. This embodiment is based on the assumption that a load that is smaller than the loading threshold value BSW can only falsify and tolerate a determined oxygen storage capacity to a negligible extent.
  • the release areas 41, 43 and 45 respectively provide Areas in which, in various embodiments, a measurement of the oxygen storage capacity of the four-way catalyst 26 is released.
  • FIG. 5 shows a flow chart as an exemplary embodiment of a
  • a block 42 represents a main program for controlling the internal combustion engine 10, in which, for example, the throttle valve 19, the ignition device 20, the
  • step 44 is repeatedly reached in a predetermined manner, in which the loading B of the four-way catalyst 26 is determined with soot. This is done, for example, by evaluating the differential pressure signal dp provided by the differential pressure sensor 29.
  • step 46 the loading B is compared with the loading threshold BSW, which has been explained with reference to FIGS. 2 and 4. If the load B is greater than the threshold BSW, the program flow branches back to the
  • step 48 the temperature T of the four-way catalytic converter 26 is determined in step 48, for example by reading in the signal of the temperature sensor 36.
  • step 50 it is checked whether the temperature T is between the lower value Tu and the upper value TSW which have been explained with reference to FIGS. 2 and 3. If this is the case, in step 52 a diagnosis of the four-way
  • Catalyst 26 released. This means that the control unit 16 performs such a diagnosis, if no other criteria, for example a
  • Main program 42 continues without a diagnosis of the four-way catalyst 26 is released.
  • the diagnosis is therefore enabled only when the temperature of the four-way catalyst 26 between the lower value Tu and the
  • Loading threshold BSW is. This corresponds to FIG. 2.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment which corresponds to an OR combination of the conditions represented by FIGS. 3 and 4. From the
  • step 54 in which the loading B of the four-way catalyst is determined.
  • step 56 the determined load B is compared with the load threshold BSW. If the loading B is less than the loading threshold BSW, a diagnosis of the four-way catalyst 26 is released in step 58. Subsequently, the program flow is continued with the main program 42, in which, if there are no other lock criteria, the diagnosis of the four-way catalyst 26 is performed.
  • step 56 indicates that the loading B is greater than the threshold value BSW
  • the temperature T of the four-way catalyst 26 is determined in step 60 without a load being released.
  • step 62 the temperature T is compared with the temperature threshold TSW. If the temperature T is greater than the temperature threshold TSW, so that in the case of excess oxygen a
  • the program returns to the main program 52 without releasing the diagnosis.
  • the step 62 shows that the temperature T of the four-way catalyst is smaller than that
  • Temperature threshold TSW is, the diagnosis is released in step 58. Subsequently, the main program 42 is continued, and then, if no other lock criteria are met, a diagnosis of the four-way catalyst 26 is performed.
  • FIG. 7 shows an embodiment which ensures that the diagnosis is carried out with a predetermined minimum frequency. From the main program 42, a step 61 is repeatedly reached in a predetermined manner, in which it is checked whether the diagnosis has been released. If so, in a step 63 the diagnosis of the four-way catalyst 26 becomes
  • the step 63 represents a program module with which the procedure of the diagnosis of the four-way catalyst 26 is controlled. Subsequently, in step 64, a count x indicating a number of diagnoses performed is incremented by one before the main program is continued in step 42. If the diagnosis shows that the four-way catalyst 26 the
  • an error signal is generated and stored. After statistical protection then, for example, the error lamp 40 in
  • step 61 If, on the other hand, it is determined in step 61 that the diagnosis has not been released, a number y of driving cycles which have taken place since a predetermined time, for example the time of an exhaust gas examination with workshop equipment, is determined in step 66.
  • step 68 the number x of the on-board diagnoses of the four-way catalyst 26 performed since that time is divided by the number y of the driving cycles.
  • step 70 the frequency z is compared with a frequency threshold zsw. If the frequency threshold zsw is greater than the one determined

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Betreiben eines mit Otto-Kraftstoff betreibbaren Verbrennungsmotors (10). Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines vom Abgas (28) des Verbrennungsmotors (10) durchströmten Vier-Wege-Katalysators (26) eine Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators (26) ermittelt wird und die Funktionsfähigkeit in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffspeicherkapazität beurteilt wird, und wobei eine Beladung (B) des Vier- Wege-Katalysators (26) mit Ruß ermittelt wird und die Rußbeladung (B) mit einem Beladungsschwellenwert (BSW) verglichen wird oder wobei eine Temperatur (T) des Vier-Wege-Katalysators (26) ermittelt und mit einem Temperaturschwellenwert (TSW) verglichen wird und wobei die Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität nur dann freigegeben wird, wenn die Rußbeladung (B) kleiner als der Beladungsschwellenwert (BSW) und/oder die Temperatur (T) kleiner als der Temperaturschwellenwert (TSW) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Steuergerät zur Durchführung von Diagnosen eines
Abgassvstems eines Verbrennungsmotors
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Diagnosen eines Abgassvstems eines Verbrennungsmotors sowie ein zum Durchführen eines solchen Verfahrens eingerichtetes Steuergerät. Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät sind zum Beispiel aus der DE 10 2013 201 228 A1 der Anmelderin bekannt.
Aufgrund immer strenger werdender Anforderungen an die sogenannten tail pipe Emissionen von Kraftfahrzeugen ist auch bei mit Otto-Kraftstoff betreibbaren Motoren mit der Einführung von Partikelfiltern zur Abgasreinigung zu rechnen. Unter einem Otto-Kraftstoff wird dabei zum Beispiel Benzin, LPG, CNG, Ethanol und Mischungen daraus verstanden. Bisher bereits verwendete Drei-Wege- Katalysatoren werden dabei bevorzugt in Partikelfilter integriert, indem zum Beispiel deren Filterstrukturen mit einem Katalysatormaterial beschichtet werden.
Bei einer solchen Integration von Partikelfilter und Drei-Wege-Katalysator muss die Funktionsfähigkeit der verschiedenen Komponenten wie es auch jetzt schon für separate abgasrelevante Bauteile üblich ist, mit on board Diagnosesystemen überprüft werden. Separate Drei-Wege-Katalysatoren werden durch Bestimmung ihrer Sauerstoffspeicherkapazität überprüft. Noch gute Drei-Wege-Katalysatoren besitzen eine höhere Sauerstoffspeicherkapazität als in Folge von
Alterungsprozessen bereits schlechte Drei-Wege-Katalysatoren. Ein Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität ist zum Beispiel aus der eingangs genannten DE 10 2013 201 228 A1 bekannt. Bei Versuchen zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazitäten von Vier- Wege-Katalysatoren hat sich gezeigt, dass ein verbreitetes on board Diagnose Verfahren zum Teil zu hohe Werte für die Sauerstoffspeicherkapazität ergab. Bei dem bekannten Verfahren wird der Verbrennungsmotor zunächst mit fettem Gemisch betrieben, um im Katalysator gespeicherten Sauerstoff vollständig aufzubrauchen. Dieser Verfahrensabschnitt wird auch als Ausräumen
bezeichnet. Anschließend erfolgt ein Betrieb mit magerem Gemisch, bei dem die Speicherplätze des Katalysators vollständig mit Sauerstoff besetzt werden, was auch als Füllen bezeichnet wird.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem bekannten Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und von dem bekannten Steuergerät durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen
Vorrichtungsanspruchs.
Offenbarung der Erfindung
Diese Merkmale sehen vor, dass zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines vom Abgas des Verbrennungsmotors durchströmten Vier-Wege-Katalysators eine Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators ermittelt wird und die Funktionsfähigkeit in Abhängigkeit von der ermittelten
Sauerstoffspeicherkapazität beurteilt wird, und wobei eine Beladung des Vier- Wege-Katalysators mit Ruß ermittelt wird und die Rußbeladung mit einem Beladungsschwellenwert verglichen wird oder wobei eine Temperatur des Vier- Wege-Katalysators ermittelt und mit einem Temperaturschwellenwert verglichen wird, und wobei die Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität nur dann freigegeben wird, wenn die Rußbeladung kleiner als der Beladungsschwellenwert und/oder die Temperatur kleiner als der Temperaturschwellenwert ist. Das erfindungsgemäße Steuergerät ist dazu eingerichtet, den Ablauf dieses
Verfahrens zu steuern und das Verfahren damit durchzuführen.
Diese technische Lehre basiert auf der Erkenntnis, dass eine hohe Rußbeladung in Verbindung mit einer hohen Abgastemperatur und einem bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität herrschenden Sauerstoffüberschuss im Abgas zu einer Zündung und Verbrennung der Rußbeladung führen kann. Das
Verbrauchen von Sauerstoff bei der Verbrennung des Rußes führt dazu, dass eine stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators angeordnete Abgassonde verzögert auf die Einstellung von Luftüberschuss am Eingang des Vier-Wege- Katalysators reagiert. Unter sonst gleichen Bedingungen erfolgt die Reaktion dann, wenn Ruß verbrannt wird, später, als wenn kein Ruß verbrannt wird. Dies könnte dazu führen, dass ein defekter Vier-Wege-Katalysator, der nur noch eine unzureichende Sauerstoffspeicherkapazität besitzt, von der on board Diagnose nicht erkannt wird, so dass die gesetzlichen Forderungen nicht erfüllt wären.
Durch die Erfindung wird eine Zündung und Verbrennung von Ruß entweder vermieden oder in ihrem Ausmaß auf einen Wert begrenzt, der die Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität nur wenig beeinträchtigt. Dadurch kann die Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators ausreichend genau erfolgen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der
Verbrennungsmotor zunächst in einer Konditionierungsphase mit einer Luftzahl kleiner als 1 betrieben wird, so dass sein Sauerstoffspeicher geleert wird und dass der Verbrennungsmotor anschließend in einer Füllungsphase mit Luftzahlen größer als Eins betrieben wird, so dass der Katalysator mit Sauerstoff befüllt wird und dass die Sauerstoffspeicherkapazität aus der in der Füllungsphase in den Vier-Wege-Katalysator eingeströmten Sauerstoffmenge bestimmt wird. Die Luftzahl ist bekanntlich ein Maß für das Kraftstoff/Luft-Verhältnis, mit dem der Verbrennungsmotor betrieben wird. Gemessen an einem stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Verhältnis (Luftzahl Lambda = 1 ) sind Luftzahlen kleiner als 1 mit einem Kraftstoffüberschuss und Luftzahlen größer als 1 mit einem
Luftüberschuss und damit auch einem Sauerstoffüberschuss verbunden.
Durch die Konditionierung werden reproduzierbare Testbedingungen erzeugt, so dass die anschließende Füllungsphase zu zuverlässigen Ergebnissen führt.
Bevorzugt ist auch, dass der Verbrennungsmotor zunächst in der
Konditionierungsphase betrieben wird, bis eine unmittelbar stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators angeordnete und dem Abgas ausgesetzte hintere Abgassonde einen Sauerstoffmangel detektiert, und dass die anschließende Füllungsphase solange dauert, bis die stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators angeordnete hintere Abgassonde einen Sauerstoffüberschuss detektiert und dass der während der Füllungsphase in den Vier-Wege-Katalysator eingeströmte Sauerstoff unter Verwendung des Signals einer stromaufwärts des Vier-Wege- Katalysators angeordneten und dem Abgas ausgesetzten vorderen Abgassonde bestimmt wird.
Bevorzugt ist auch, dass der Betrieb mit einer Luftzahl kleiner als 1 solange aufrecht erhalten wird, bis ein aufsummierter Sauerstoffmangeleintrag in den Vier-Wege-Katalysator einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Weiter ist bevorzugt, dass die ermittelte Sauerstoffspeicherkapazität mit einem Speicherkapazitätsschwellenwert verglichen wird und dass der Vier-Wege- Katalysator als gut beurteilt wird, wenn die ermittelte Sauerstoffspeicherkapazität größer als der Speicherkapazitätsschwellenwert ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Häufigkeit der Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazitäten ermittelt und mit einem Häufigkeitsschwellenwert verglichen wird und dass dann, wenn die ermittelte Häufigkeit kleiner als der Häufigkeitsschwellenwert ist, der
Verbrennungsmotor in einer Regenerationsphase vorübergehend nach
Möglichkeit mit Luftzahlen größer als 1 und Abgastemperaturen betrieben wird, bei denen im Vier-Wege-Katalysator gespeicherter Ruß verbrennt.
Bevorzugt ist auch, dass die Häufigkeit als Quotient der über eine Vielzahl von Fahrzyklen hinweg gezählten Ermittlungen der Sauerstoffspeicherkapazitäten im Zähler und der Vielzahl von Fahrzyklen im Nenner ermittelt wird.
Bevorzugt ist auch, dass der Verbrennungsmotor in der Regenerationsphase mit im Vergleich zu einem optimalen Wirkungsgrad geringeren Wirkungsgrad betrieben wird. Dadurch wird die Abgastemperatur erhöht, was für die dann erwünschte Verbrennung des Rußes günstig ist.
Weiter ist bevorzugt, dass der geringere Wirkungsgrad durch eine Spätzündung von Brennraumfüllungen des Verbrennungsmotors erzeugt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs, dessen Antriebsstrang zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor auch eine elektrische Maschine aufweist, die elektrische Maschine in einer Regenerationsphase so gesteuert wird, dass sie das aktuell erforderliche Antriebsdrehmoment zum Teil oder allein aufbringt. Der Verbrennungsmotor kann dann in einem für die Regeneration optimalen Betriebszustand betrieben werden, in dem er bei schlechtem Wirkungsgrad zum Beispiel einen großen Abgasmassenstrom erzeugt, in dem Sauerstoffuberschuss und hohe Temperaturen herrschen, ohne dass das dann nur noch geringe Drehmoment des Verbrennungsmotors eine für den Fahrer spürbare
Veränderung der Fahrcharakteristik bewirkt.
Mit Blick auf Vorrichtungsaspekte ist bevorzugt, dass das Steuergerät dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert ist, den Ablauf von wenigstens einer dieser Ausgestaltungen des Verfahrens zu steuern und die jeweilige Ausgestaltung des Verfahrens damit durchzuführen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
Figur 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Vier-Wege-Katalysator;
Figur 2 ein erstes Beispiel eines von der Temperatur und der Rußbeladung abhängigen Freigabebereichs für eine Bestimmung der
Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators; Figur 3 ein zweites Beispiel eines von der Temperatur und der Rußbeladung abhängigen Freigabebereichs für eine Bestimmung der
Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators;
Figur 4 ein drittes Beispiel eines von der Temperatur und der Rußbeladung abhängigen Freigabebereichs für eine Bestimmung der
Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators;
Figur 5 ein Flussdiagramm als erstes Ausführungsbeispiel einer Freigabe einer Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege- Katalysators;
Figur 6 ein Flussdiagramm als erstes Ausführungsbeispiel einer Freigabe einer Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege- Katalysators; und
Figur 7 ein Flussdiagramm einer Ermittlung einer Häufigkeit einer Durchführung der Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege- Katalysators und einer ggf. aktiv erfolgenden Auslösung bei zu geringer Häufigkeit.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einem
Luftzufuhrsystem 12, einem Abgassystem 14 und einem Steuergerät 16. Im Luftzufuhrsystem 12 befindet sich ein Luftmassenmesser 18 und eine
stromabwärts des Luftmassenmessers 18 angeordnete Drosselklappe 19. Die über das Luftzufuhrsystem 12 in den Verbrennungsmotor 10 strömende Luft wird in Brennräumen 20 des Verbrennungsmotors 10 mit Otto-Kraftstoff gemischt, das über Einspritzventile 22 direkt in die Brennräume 20 eingespritzt wird. Die resultierenden Brennraumfüllungen werden mit Zündvorrichtungen 24, beispielsweise Zündkerzen, gezündet und verbrannt. Ein Drehwinkelsensor 25 erfasst den Drehwinkel einer Welle des Verbrennungsmotors 10 und erlaubt dem Steuergerät 16 dadurch eine Auslösung der Zündungen in vorbestimmten Winkelpositionen der Welle. Das aus den Verbrennungen resultierende Abgas wird durch das Abgassystem 14 abgeleitet. Das Abgassystem 14 weist einen Vier-Wege-Katalysator 26 auf. Der Vier-Wege- Katalysator 26 ist im dargestellten Beispiel ein Partikelfilter, der eine innere Wabenstruktur aus porösem Filtermaterial besitzt, das vom Abgas 28
durchströmt wird und das im Abgas 28 enthaltene Partikel zurückhält. Das Filtermaterial ist im dargestellten Beispiel katalytisch beschichtet, so dass es zusätzlich zu seiner Partikelfilterwirkung noch die Wirkung eines Drei-Wege- Katalysators besitzt. Der Dreiwege-Katalysator konvertiert bekanntlich auf drei Reaktionswegen die drei Abgasbestandteile Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Die Partikelfilterwirkung stellt einen vierten Weg dar, was die Bezeichnung als Vier-Wege-Katalysator begründet.
Die Beladung des Vier-Wege-Katalysators 26 mit Partikeln erhöht dessen Strömungswiderstand für das Abgas 28 und damit einen sich über dem Vier- Wege-Katalysator 26 einstellenden Differenzdruck dp. Der Differenzdruck dp wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Differenzdrucksensor 29 erfasst. Stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators 26 ist optional ein
zusätzlicher Drei-Wege-Katalysator 30 angeordnet. Stromaufwärts des Vier- Wege-Katalysators 26 ist eine dem Abgas ausgesetzte vordere Abgassonde 32 unmittelbar vor dem Vier-Wege-Katalysator 26 angeordnet. Stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators 26 ist eine ebenfalls dem Abgas ausgesetzte hintere Abgassonde 34 unmittelbar nach dem Vier-Wege-Katalysator 26 angeordnet. Die vordere Abgassonde 32 ist bevorzugt eine Breitband-Lambdasonde, die eine Messung der Luftzahl Lambda über einen breiten Luftzahlbereich hinweg erlaubt. Die hintere Abgassonde 34 ist bevorzugt eine sogenannte Sprung- Lambdasonde, mit der die Luftzahl Lambda = 1 besonders genau gemessen werden kann, weil sich das Signal dieser Abgassonde dort sprungartig ändert. Vgl. Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 23. Auflage, Seite 524.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein dem Abgas ausgesetzter
Temperatursensor 36 in thermischem Kontakt mit dem Abgas 28 am Vier-Wege-
Katalysator 26 angeordnet, der die Temperatur der Vier-Wege-Katalysators 26 erfasst.
Als Option ist der Verbrennungsmotor 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer elektrischen Maschine 38 gekoppelt, die, je nach Ansteuerung durch das Steuergerät 16, ein Antriebsmoment bereitstellt oder ein Bremsmoment aufnimmt. Das Steuergerät verarbeitet die Signale des Luftmassenmessers 18, des Drehwinkelsensors 25, des Differenzdrucksensors 29, der vorderen
Abgassonde 32, der hinteren Abgassonde 34 und des Temperatursensors 36 und bildet daraus Ansteuersignale zur Einstellung der Winkelposition der Drosselklappe 18, zur Auslösung von Zündungen durch die Zündvorrichtung 20, zum Einspritzen von Kraftstoff durch die Einspritzventile 22 und zur Steuerung der elektrischen Maschine 38, sofern eine solche vorhanden ist. Alternativ oder ergänzend verarbeitet das Steuergerät 16 auch Signale anderer oder weiterer Sensoren zur Ansteuerung der dargestellten Stellglieder oder auch weiterer oder anderer Stellglieder. Das Steuergerät 16 schaltet zum Beispiel eine Fehlerlampe
40 ein, wenn es eine zu geringe Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege- Katalysators 26 feststellt.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem ein Freigabebereich 41 von Werten einer Temperatur T des Vier-Wege-Katalysators 26 über einem Bereich von
Beladungswerten B des Vier-Wege-Katalysators 26 mit Rußpartikeln schraffiert dargestellt ist. Die Temperatur Tu ist eine untere Grenztemperatur, die für eine Diagnose mindestens erreicht sein muss, und der Temperaturschwellenwert TSW ist eine Temperatur, bei der im Vier-Wege-Katalysator 26 eingelagerter Ruß bei Sauerstoffüberschuss im Abgas gerade noch nicht verbrennt. Der Beladungsschwellenwert BSW ist ein Wert, der im Verhältnis zur
Sauerstoffspeicherkapazität eines guten Vier-Wege-Katalysators 26 so klein ist, dass eine Verbrennung der zugehörigen Rußbeladung das Ergebnis einer Sauerstoffspeicherkapazitätsmessung nicht signifikant beeinflussen würde.
Figur 3 zeigt einen durch die Temperaturwerte Tu und TSW definierten
Freigabebereich 43, der nur durch die Temperatur T des Vier-Wege-Katalysators beschränkt ist. Diese Ausgestaltung basiert auf der Annahme, dass unterhalb der Grenztemperatur eine Zündung des Rußes nicht erfolgt und die Freigabe daher ohne Berücksichtigung der Rußbeladung erfolgen kann.
Figur 4 zeigt einen nur durch einen Beladungsschwellenwert BSW definierten Freigabebereich 45. Diese Ausgestaltung basiert auf der Annahme, dass eine Beladung, die kleiner als der Beladungsschwellenwert BSW ist, eine ermittelte Sauerstoffspeicherkapazität nur in vernachlässigbarem Ausmaß verfälscht und damit toleriert werden kann. Die Freigabebereiche 41 , 43 und 45 stellen jeweils Bereiche dar, in denen bei verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Messung der Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators 26 freigegeben wird. Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem zum Beispiel Freigabebedingungen verwirklicht werden, wie sie in der Figur 2 dargestellt sind. Ein Block 42 repräsentiert ein Hauptprogramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10, in dem zum Beispiel die Drosselklappe 19, die Zündvorrichtung 20, die
Einspritzventile 22 und die elektrische Maschine 38 (sofern vorhanden) so angesteuert werden, dass sich ein gewünschtes Drehmoment ergibt. Aus diesem Hauptprogramm heraus wird in vorbestimmter Weise wiederholt ein Schritt 44 erreicht, in dem die Beladung B des Vier-Wege-Katalysators 26 mit Ruß ermittelt wird. Dies erfolgt zum Beispiel durch Auswertung des vom Differenzdrucksensor 29 bereitgestellten Differenzdrucksignals dp. Im Schritt 46 wird die Beladung B mit dem Beladungsschwellenwert BSW verglichen, der unter Bezug auf die Figuren 2 und 4 erläutert worden ist. Wenn die Beladung B größer als der Schwellenwert BSW ist, verzweigt der Programmablauf zurück in das
Hauptprogramm 42, ohne dass eine Diagnose freigegeben wird. Wenn die Beladung B dagegen kleiner als der Schwellenwert BSW ist, wird im Schritt 48 die Temperatur T des Vier-Wege-Katalysators 26 ermittelt, in dem zum Beispiel das Signal des Temperatursensors 36 eingelesen wird. Im Schritt 50 wird überprüft, ob die Temperatur T zwischen dem unteren Wert Tu und dem oberen Wert TSW liegt, die unter Bezug auf die Figuren 2 und 3 erläutert worden sind. Wenn dies der Fall ist, wird im Schritt 52 eine Diagnose des Vier-Wege-
Katalysators 26 freigegeben. Das bedeutet, dass das Steuergerät 16 eine solche Diagnose durchführt, wenn keine andere Kriterien, zum Beispiel eine
Anforderung eines maximalen Drehmoments, eine Durchführung sperren. Wenn dies nicht der Fall ist, die Temperatur T also kleiner als TU oder größer als der Temperaturschwellenwert TSW ist, wird die Motorsteuerung mit dem
Hauptprogramm 42 fortgesetzt, ohne dass eine Diagnose des Vier-Wege- Katalysators 26 freigegeben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Diagnose also nur dann freigegeben, wenn die Temperatur des Vier-Wege- Katalysators 26 zwischen dem unteren Wert Tu und dem
Temperaturschwellenwert TSW liegt und die Beladung kleiner als der
Beladungsschwellenwert BSW ist. Dies entspricht der Figur 2. Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das einer Oder-Verknüpfung der durch die Figuren 3 und 4 repräsentierten Bedingungen entspricht. Aus dem
Hauptprogramm 42 wird in vorbestimmter Weise wiederholt ein Schritt 54 erreicht, in dem die Beladung B des Vier-Wege-Katalysators ermittelt wird. Im Schritt 56 wird die ermittelte Beladung B mit dem Beladungsschwellenwert BSW verglichen. Wenn die Beladung B kleiner als der Beladungsschwellen BSW ist, wird in Schritt 58 eine Diagnose des Vier-Wege-Katalysators 26 freigegeben. Anschließend wird der Programmablauf mit dem Hauptprogramm 42 fortgesetzt, in den dann, wenn keine anderen Sperrkriterien vorliegen, die Diagnose des Vier-Wege-Katalysators 26 durchgeführt wird. Ergibt der Schritt 56 dagegen, dass die Beladung B größer als der Schwellenwert BSW ist, wird in Schritt 60 die Temperatur T des Vier-Wege-Katalysators 26 ermittelt, ohne dass eine Beladung freigegeben worden ist. Im Schritt 62 erfolgt ein Vergleich der Temperatur T mit dem Temperaturschwellenwert TSW. Wenn die Temperatur T größer als der Temperaturschwellenwert TSW ist, so dass bei Sauerstoffüberschuss eine
Zündung des eingelagerten Rußes droht, kehrt das Programm ohne Freigabe der Diagnose in das Hauptprogramm 52 zurück. Ergibt der Schritt 62 dagegen, dass die Temperatur T des Vier-Wege-Katalysators kleiner als der
Temperaturschwellenwert TSW ist, wird im Schritt 58 die Diagnose freigegeben. Anschließend wird das Hauptprogramm 42 fortgesetzt, wobei dann, wenn keine anderen Sperrkriterien erfüllt sind, eine Diagnose des Vier-Wege-Katalysators 26 durchgeführt wird.
Figur 7 zeigt eine Ausgestaltung, die sicherstellt, dass die Diagnose mit einer vorbestimmten Mindesthäufigkeit durchgeführt wird. Aus dem Hauptprogramm 42 heraus wird in vorbestimmter Weise wiederholt ein Schritt 61 erreicht, in dem überprüft wird, ob die Diagnose freigegeben worden ist. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt 63 die Diagnose des Vier-Wege-Katalysator 26
durchgeführt. Der Schritt 63 repräsentiert ein Programmodul, mit dem der Ablauf der Diagnose des Vier-Wege-Katalysator 26 gesteuert wird. Anschließend wird im Schritt 64 ein Zählerstand x, der eine Anzahl durchgeführter Diagnosen angibt, um eins erhöht, bevor das Hauptprogramm im Schritt 42 fortgesetzt wird. Wenn die Diagnose ergibt, dass der Vier-Wege-Katalysator 26 den
Anforderungen nicht mehr genügt, wird ein Fehlersignal erzeugt und gespeichert. Nach statistischer Absicherung wird dann zum Beispiel die Fehlerlampe 40 in
Figur 1 eingeschaltet. Wird im Schritt 61 dagegen festgestellt, dass die Diagnose nicht freigegeben wurde, wird im Schritt 66 eine Zahl y von Fahrzyklen ermittelt, die seit einem vorbestimmten Zeitpunkt, zum Beispiel dem Zeitpunkt einer mit Werkstattmitteln erfolgten Abgasuntersuchung, stattgefunden haben. Im Schritt 68 wird die Zahl x der seit diesem Zeitpunkt durchgeführten On-Board-Diagnosen des Vier-Wege- Katalysators 26 durch die Zahl y der Fahrzyklen dividiert. Das Ergebnis z = x/y ist eine Häufigkeit der On-Board-Diagnosen des Vier-Wege-Katalysators 26. Im Schritt 70 wird die Häufigkeit z mit einem Häufigkeitsschwellenwert zsw verglichen. Wenn der Häufigkeitsschwellenwert zsw größer als die ermittelte
Häufigkeit z ist, die Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität also zu selten erfolgte, wird im Schritt 72 eine Ermittlung einer Regeneration des Vier-Wege- Katalysator 26 aktiv ausgelöst. Anschließend wird das Verfahren mit dem
Hauptprogramm 42 fortgesetzt.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines mit Otto-Kraftstoff betreibbaren
Verbrennungsmotors (10), dadurch gekennzeichnet, dass zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines vom Abgas (28) des Verbrennungsmotors (10) durchströmten Vier-Wege-Katalysators (26) eine Sauerstoffspeicherkapazitat des Vier-Wege-Katalysators (26) ermittelt wird und die Funktionsfähigkeit in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffspeicherkapazität beurteilt wird, und wobei eine Beladung (B) des Vier-Wege-Katalysators (26) mit Ruß ermittelt wird und die Rußbeladung (B) mit einem Beladungsschwellenwert (BSW) verglichen wird oder wobei eine Temperatur (T) des Vier-Wege- Katalysators (26) ermittelt und mit einem Temperaturschwellenwert (TSW) verglichen wird und wobei die Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität nur dann freigegeben wird, wenn die Rußbeladung (B) kleiner als der
Beladungsschwellenwert (BSW) und/oder die Temperatur (T) kleiner als der Temperaturschwellenwert (TSW) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Verbrennungsmotors (10) zunächst in einer Konditionierungsphase mit einer Luftzahl kleiner als 1 betrieben wird, so dass sein Sauerstoffspeicher geleert wird und dass der Verbrennungsmotor (10) anschließend in einer
Füllungsphase mit Luftzahlen größer als Eins betrieben wird, so dass der Vier-Wege-Katalysator (26) mit Sauerstoff befüllt wird und dass die
Sauerstoffspeicherkapazität aus der in der Füllungsphase in den Vier-Wege- Katalysator (26) eingeströmten Sauerstoffmenge bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verbrennungsmotor (10) zunächst in der Konditionierungsphase betrieben wird, bis eine unmittelbar stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators (26) angeordnete und dem Abgas (28) ausgesetzte hintere Abgassonde (34) einen Sauerstoffmangel detektiert, und dass die anschließende
Füllungsphase solange dauert, bis die stromabwärts des Vier-Wege- Katalysators (26) angeordnete hintere Abgassonde (34) einen
Sauerstoffüberschuss detektiert und dass der während der Füllungsphase in den Vier-Wege-Katalysator (26) eingeströmte Sauerstoff unter Verwendung des Signals einer stromaufwärts des Vier-Wege-Katalysators (26) angeordneten und dem Abgas (28) ausgesetzten vorderen Abgassonde (32) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Betrieb mit einer Luftzahl kleiner als 1 solange aufrecht erhalten wird, bis ein aufsummierter Sauerstoffmangeleintrag in den Vier-Wege-Katalysator einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die ermittelte Sauerstoffspeicherkapazität mit einem Speicherkapazitätsschwellenwert verglichen und dass der Vier-Wege- Katalysator (26) als gut beurteilt wird, wenn die ermittelte
Sauerstoffspeicherkapazität größer als der Speicherkapazitätsschwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Häufigkeit der Ermittlung der
Sauerstoffspeicherkapazitäten ermittelt und mit einem
Häufigkeitsschwellenwert verglichen wird und dass dann, wenn die ermittelte Häufigkeit kleiner als der Häufigkeitsschwellenwert ist, der
Verbrennungsmotor (10) in einer Regenerationsphase vorübergehend nach Möglichkeit mit Luftzahlen größer als 1 und Abgastemperaturen betrieben wird, bei denen im Vier-Wege-Katalysator (26) gespeicherter Ruß verbrennt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Häufigkeit als Quotient der über eine Vielzahl von Fahrzyklen hinweg gezählten Ermittlungen der Sauerstoffspeicherkapazitäten im Zähler und der Vielzahl von Fahrzyklen im Nenner ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) in der Regenerationsphase mit im Vergleich zu einem optimalen Wirkungsgrad geringeren Wirkungsgrad betrieben wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der geringere Wirkungsgrad durch eine Spätzündung von Brennraumfüllungen des
Verbrennungsmotors (26) erzeugt wird.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotor (10) eines Hybridfahrzeugs, dessen
Antriebsstrang zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor (10) auch eine elektrische Maschine (38) aufweist, die elektrische Maschine (38) in einer Regenerationsphase so gesteuert wird, dass sie das aktuell erforderliche Antriebsdrehmoment zum Teil oder allein aufbringt.
1 . Steuergerät (16), das zum Betreiben eines mit Otto-Kraftstoff betreibbaren Verbrennungsmotors (10) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) dazu eingerichtet ist, zum Überprüfen der
Funktionsfähigkeit eines vom Abgas (28) des Verbrennungsmotors (10) durchströmten Vier-Wege-Katalysators (26) eine Sauerstoffspeicherkapazität des Vier-Wege-Katalysators (26) zu ermitteln und die Funktionsfähigkeit in Abhängigkeit von der ermittelten Sauerstoffspeicherkapazität zu beurteilen, und dabei eine Beladung (B) des Vier-Wege-Katalysators (26) mit Ruß zu ermitteln und die Rußbeladung (B) mit einem Beladungsschwellenwert (BSW) zu vergleichen oder eine Temperatur (T) des Vier-Wege-Katalysators (26) zu ermitteln und mit einem Temperaturschwellenewert (TSW) zu vergleichen und die Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität nur dann freizugeben, wenn die Rußbeladung (B) kleiner als der
Beladungsschwellenwert (BSW) und/oder die Temperatur (T) kleiner als der Temperaturschwellenwert (TSW) ist.
2. Steuergerät (16) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, einen Ablauf eines Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8 zu steuern.
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