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DE102005034880A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage Download PDF

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DE102005034880A1
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Abstract

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Diagnose eines Einzelkatalysators (7) einer Brennkraftmaschine (1) zugehörigen Abgasreinigungsanlage in Y-Konfiguration, trotz fehlender Abgassonde zwischen dem Einzelkatalysator (7) und einem Hauptkatalysator (11). Die Diagnose erfolgt anhand der Signale von der Abgasreinigungsanlage zugehörigen Abgassonden. Anhand dieser Signale wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Einzelkatalysators (7), trotz fehlender Abgassonde zwischen dem Einzelkatalysator (7) und dem Hauptkatalysator (11), ermittelt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage.
  • Entsprechend den gültigen gesetzlichen Vorschriften ist für Neufahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine eine Eigenüberwachungsfunktion (On Board Diagnose) vorgeschrieben, welche die Einhaltung der maximal zulässigen Emissionen an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden überwacht. Um den gesetzlichen Forderungen zu entsprechen, werden üblicherweise verschiedene Diagnosefunktionen innerhalb der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine integriert. Insbesondere der Diagnose von im Abgastrakt der Brennkraftmaschine vorhandenen Katalysatoren kommt hierbei besondere Bedeutung zu.
  • Für die Diagnose von Katalysatoren sind gegenwärtig Verfahren üblich, bei denen die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC, Oxygen Storage Capacity) des Katalysators bestimmt und als Maß für die Fähigkeit des Katalysators Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide zu konvertieren herangezogen wird. Kernstück der OSC basierten Katalysatordiagnose ist die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators. Üblicherweise werden hierzu Sauerstoffmengen bilanziert, welche in einem definierten Zeitabschnitt in den Katalysator hineinströmen bzw. wieder herausströmen. Gleichzeitig muss durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass die bereits im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge keinen Fehler bei der OSC-Bestimmung verursacht.
  • Allen gegenwärtig bekannten Methoden zur OSC-Bestimmung ist gemeinsam, dass diese eine Abgassonde stromaufwärts und eine Abgassonde stromabwärts des zu diagnostizierenden Katalysators benötigen. Falls eine dieser Abgassonden fehlt, ist eine Diagnose des Katalysators anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit nicht möglich. Insbesondere für Abgasreinigungsanlagen in Y-Konfiguration können Varianten auftreten, bei denen nicht stromaufwärts und stromabwärts aller vorhandener Katalysatoren Abgassonden angeordnet sind. Abgasreinigungsanlagen in Y-Konfiguration weisen mit einer ersten Abgasbank und einer zweiten Abgasbank zwei Abgasbänke auf, denen jeweils ein erster Einzelkatalysator und ein zweiter Einzelkatalysator zugeordnet sind. Stromabwärts der Einzelkatalysatoren wird das Abgas in ein gemeinsames Abgasrohr zusammengeführt. Weiter stromabwärts mündet das gemeinsame Abgasrohr in einen Hauptkatalysator.
  • Zur Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit aller drei Katalysatoren einer Abgasreinigungsanlage in Y-Konfiguration mit den üblicherweise verwendeten Verfahren werden fünf Abgassonden benötigt. Jeweils eine Abgassonde stromaufwärts der Einzelkatalysatoren und jeweils zwischen den Einzelkatalysatoren und dem Hauptkatalysator, sowie stromabwärts des Hauptkatalysators. Aus Kostengründen kann die Einsparung einer Abgassonde zwischen einem Einzelkatalysator und dem Hauptkatalysator erforderlich sein. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit dieses Einzelkatalysators kann dann mit den üblicherweise verwendeten Verfahren nicht bestimmt werden.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Diagnose eines Einzelkatalysators einer Abgasreinigungsanlage in Y-Konfiguration, trotz fehlender Abgassonde zwischen dem Einzelkatalysator und einem Hauptkatalysator, ermöglicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Diagnose eines Einzelkatalysators einer Abgasreinigungsanlage in Y-Konfiguration, trotz fehlender Abgassonde zwischen dem Einzelkatalysator (im Folgenden als zweiter Einzelkatalysator bezeichnet) und einem Hauptkatalysator, bei dem die Diagnose anhand der Signale von der Abgasreinigungsanlage zugehörigen Abgassonden erfolgt. Für das Verfahren wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit des anderen in der Abgasreinigungsanlage vorhandenen Einzelkatalysators (im Folgenden als erster Einzelkatalysator bezeichnet) anhand der Signale zweier Abgassonden mit dem bekannten Verfahren ermittelt, wobei eine Abgassonde stromaufwärts und eine andere Abgassonde zwischen dem ersten Einzelkatalysator und dem Hauptkatalysator angeordnet ist.
  • Weiterhin wird die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des ersten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators anhand der Signale der Abgassonde stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators und der Signale einer Abgassonde stromabwärts des Hauptkatalysators ermittelt. Des Weiteren wird die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators anhand der Signale einer Abgassonde stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators und der Signale der Abgassonde stromabwärts des Hauptkatalysators bestimmt. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators wird anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit des ersten Einzelkatalysators, der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des ersten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators ermittelt. Der Diagnose des zweiten Einzelkatalysators erfolgt mittels der Sauerstoffspeicherfähigkeit.
  • Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass eine Diagnose des zweiten Einzelkatalysators, trotz fehlender Abgassonde zwischen dem zweiten Einzelkatalysator und dem Hauptkatalysator erfolgen kann. Somit kann die Abgasreinigungsanlage durch den Verzicht auf eine Abgassonde kostengünstig realisiert werden. Weiterhin ist mit dem Verfahren eine Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators auch für den Fall möglich, das seine Sauerstoffspeicherfähigkeit sehr viel geringer ist als die des Hauptkatalysators.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators nach folgender Formel bestimmt: OSC2 = OSC1 + OSC2HK – OSC1HK,wobei OSC2 die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators, OSC1 die Sauerstoffspeicherfähigkeit des ersten Einzelkatalysators, OSC2HK die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators und OSC1HK die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des ersten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators bezeichnen. Neben einer einfachen der Berechnung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators ergibt die Differenzbildung zwischen den Termen OSC2HK und OSC1HK noch einen weiterer Vorteil. Durch die Differenzbildung wird der Einfluss von Fehlern bei der Messung der Signale der Abgassonden und Fehlern der Abgassonden auf die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit verringert. Als mögliche Fehler sind hier Offsetfehler von linearen Lambda-Sonden, Fehler aufgrund des Schaltverzugs von binären Lambda-Sonden oder Fehler bei der Bestimmung des Luftmassenstroms zu nennen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der zweite Einzelkatalysator während der Bestimmung von OSC1HK mit einem stöchiometrischen Abgas betrieben (Lambda = 1,0). Hierdurch wird sichergestellt, dass über den zweiten Einzelkatalysator kein Sauerstoff in den Hauptkatalysator eingetragen oder ausgetragen und dadurch die Bestimmung von OCS1HK verfälscht wird.
  • Alternativ kann die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators auch mit einem leicht abgewandelten Verfahren erfolgen. Für das Verfahren wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Hauptkatalysators anhand der Signale der Abgassonde zwischen dem ersten Einzelkatalysator und dem Hauptkatalysator und der Signale der Abgassonde stromabwärts des Hauptkatalysators ermittelt. Weiterhin wird die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators anhand der Signale der Abgassonde stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators und der Signale der Abgassonde stromabwärts des Hauptkatalysators ermittelt. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators wird anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Hauptkatalysators und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators ermittelt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses alternativen Verfahrens wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators nach folgender Formel bestimmt: OSC2 = OSC2HK – OSCHK,wobei OSC2 die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators, OSC2HK die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators und des Hauptkatalysators und OSCHK die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Hauptkatalysators bezeichnen. Diese Formel gestattet eine einfache Berechnung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators. Des Weiteren wird durch die Differenzbildung der Einfluss von Fehlern bei der Messung der Signale der Abgassonden und Fehlern der Abgassonden auf die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit verringert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Einzelkatalysator während der Bestimmung von OSC2HK mit einem stöchiometrischen Abgas betrieben (Lamba=1,0). Hierdurch wird sichergestellt, dass über den ersten Einzelkatalysator kein Sauerstoff in den Hauptkatalysator eingetragen oder ausgetragen und dadurch die Bestimmung von OCS2HK verfälscht wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung der einzelnen Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK), indem der Lambda-Wert des Abgases in den entsprechenden Katalysatoren durch gezielte Maßnahmen so variiert wird, dass ein oszillierender Verlauf um den Wert Lambda = 1,0 entsteht. Die Schwingungsparameter (Kurvenform, Amplitude, Periodendauer) werden so gewählt, dass sich gegenüber dem Normalbetrieb eine wesentlich höhere Sauerstoffbeladung (Sauerstoffmenge welche wechselweise eingespeichert bzw. ausgelagert werden muss) ergibt. Aus dem Verlauf der Signale der entsprechenden Abgassonde muss eine Reaktion zu verzeichnen sein, welche die Berechnung der jeweiligen Sauerstoffspeicherfähigkeit ermöglicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt die Ermittlung der einzelnen Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK), indem der Lambda-Wert des Abgases durch geeignete Maßnahmen sprunghaft um den Wert Lambda = 1,0 verändert wird. Bei dieser Ausführung erfolgt die Lambda-Anregung mit Lambda-Sprüngen (z. B. von Lambda = 0,95 auf Lambda = 1,05 und von Lambda = 1,05 auf Lambda = 0,95). Des Weiteren wird gewöhnlich auf eine Variation der Parameter Amplitude und Anregungsdauer verzichtet. Die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators erfolgt durch Bilanzierung der in den Katalysator eingetragenen bzw. ausgetragenen Sauerstoffmenge über den Zeitraum vom Beginn des Lambda-Sprungs bis zur Feststellung einer Reaktion an der entsprechenden Abgassonde stromabwärts des Katalysators.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verfahren für eine Brennkraftmaschine angewendet, die überwie gend im überstöchiometrischen Betrieb (Magerbetrieb) arbeitet. Bei diesem Betrieb entstehen hohe Mengen an Stickoxiden, wodurch eine effiziente Reinigung des Abgases erforderlich ist. Eine effiziente Reinigung kann durch eine Abgasreinigungsanlage in Y-Konfiguration sichergestellt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind der erste und zweite Einzelkatalysator als Dreiwegekatalysator und der Hauptkatalysator als NOx-Speicherkatalysator ausgeführt. Mit dieser Konfiguration können Stickoxide im Abgas besonders effektiv verringert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der einzelnen Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK) anhand der während einer Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators erfassten Signale der Abgassonden. Zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators wird der Lambda-Wert des Abgases sprunghaft verändert. Diese Sprünge können für die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten genutzt werden. Hierdurch kann die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit ohne durch die Katalysatordiagnose verursachte zusätzliche Emissionen durchgeführt werden und ohne zusätzlichen Kraftstoff für die Bestimmung zu verbrauchen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten OSC1HK und OSC2HK am Ende einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators. Hierdurch wird der Einfluss der in dem NOx-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxide auf die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten eliminiert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Bestimmung von OSC1HK der Lambda-Wert des durch den ersten Einzelkatalysators strömenden Abgases entsprechend mager gewählt (z. B. Lambda > 1,05), so dass der NOx-Speicherkatalysator in den Zustand versetzt wird, die im Ab gas enthaltenen Stickoxide wieder einspeichern zu können. Hierdurch wird sichergestellt, dass durch die Bestimmung von OSC1HK keine zusätzlichen Stickoxidemissionen entstehen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der Bestimmung von OSC2HK der Lambda-Wert des durch den zweiten Einzelkatalysators strömenden Abgases entsprechend mager gewählt (z. B. Lambda > 1,05), so dass der NOx-Speicherkatalysator in den Zustand versetzt wird, die im Abgas enthaltenen Stickoxide wieder einspeichern zu können. Hierdurch wird sichergestellt, dass durch die Bestimmung von OSC2HK keine zusätzlichen Stickoxidemissionen entstehen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der erste Einzelkatalysator während der Bestimmung von OSC2HK mit einem leicht überstöchiometrischen Abgas betrieben (z. B. 1,0 < Lambda < 1,01). Hierdurch wird der erste Einzelkatalysator langsam mit Sauerstoff befüllt. Die Befüllung muss sehr langsam ablaufen damit sichergestellt ist, dass kein Sauerstoff aus dem ersten Einzelkatalysator das Ergebnis bei der Bestimmung von OSC2HK verfälscht. Die Einhaltung dieser Forderung kann mit der zwischen dem ersten Einzelkatalysator und dem NOx-Speicherkatalysator angeordneten Abgassonde überwacht werden. Nachdem die Bestimmung von OSC2HK abgeschlossen ist, kann die Bestimmung von OSC1 beschleunigt zu Ende gebracht werden. Der Vorteil der Bestimmung von OSC1 nach dieser Ausführung besteht in einer Verringerung des Einflusses von Messfehlern der Abgassonden aufgrund von dynamischen Vorgängen, da der Vorgang langsamer gegenüber der Bestimmung von OSC1 bei einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators abläuft.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Abgassonden stromaufwärts des ersten und des zweiten Einzelkatalysators als lineare Lambda-Abgassonden realisiert. Die Abgassonde zwischen dem ersten Einzelkatalysator und dem Hauptkatalysator ist als binäre Lambda-Abgassonde ausgeführt. Ferner ist die Abgassonde stromabwärts des Hauptkatalysators als binäre Lambda-Abgassonde oder als NOx-Abgassonde mit Lambda-Signalausgang ausgeführt. Diese Konfiguration ermöglicht eine effiziente Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine in Y-Konfiguration und
  • 2 zeitliche Verläufe der Signale von Abgassonden zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist eine einer Brennkraftmaschine 1 zugehörige Abgasreinigungsanlage in Y-Konfiguration dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist zwei Zylinderbänke 2, 3 auf. Der Zylinderbank 2 ist eine Abgasbank 5 und der Zylinderbank 3 ist eine Abgasbank 4 zur Reinigung des von der jeweiligen Zylinderbank 2, 3 erzeugten Abgases zugeordnet. Des Weiteren umfasst die Abgasbank 4 einen Einzelkatalysator 6 und die Abgasbank 5 einen Einzelkatalysator 7 zur Reinigung der in den jeweiligen Zylinderbänken 2, 3 erzeugten Abgase. Stromabwärts werden Abgasrohre 8, 9 der Abgasbänke 4, 5 in ein gemeinsames Abgasrohr 10 zusammengeführt. Das gemeinsame Abgasrohr mündet in einem Hauptkatalysator 11. Der Hauptkatalysator 11 dient zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas, die mit den Einzelkatalysatoren 6, 7 nur unzureichend entfernt werden können. Beispielhaft kann der Hauptkatalysator 11 als NOx-Speicherkatalysator 11 und die Einzelkatalysatoren 6,7 als Dreiwegekatalysator ausgeführt werden.
  • Ferner weist die Abgasreinigungsanlage eine Abgassonde 12 stromaufwärts eines ersten Einzelkatalysators 6, eine Abgassonde 13 stromaufwärts eines zweiten Einzelkatalysators 7, eine Abgassonde 14 zwischen dem ersten Einzelkatalysator 6 und dem Hauptkatalysator 11 und eine Abgassonde 15 stromabwärts des Hauptkatalysators 11 auf. Die Abgassonden 12, 13, 14, 15 können beispielsweise als lineare oder binäre Lambda-Sonden ausgeführt werden. Die Signale der Abgassonden 12, 13, 14, 15 werden von einer elektronischen Recheneinheit 16 erfasst. Anhand der Signale kann eine Regelung des der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches, eine Regeneration einzelner Katalysatoren oder eine Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten einzelner Katalysatoren erfolgen. Zwischen dem zweiten Einzelkatalysator 7 und dem Hauptkatalysator 11 ist keine Abgassonde vorhanden. Trotzdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators 7.
  • Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 2 die zeitlichen Verläufe der Signale der Abgassonden 12, 13, 14, 15 dargestellt. In diesem Beispiel arbeitet die Brennkraftmaschine 1 überwiegend im überstöchiometrischen Betrieb (Magerbetrieb). Somit sind der Hauptkatalysator 11 als NOx-Speicherkatalysator und die Einzelkatalysatoren 6,7 als Dreiwegekatalysator ausgeführt. Weiterhin sind die Abgassonden 12, 13 stromaufwärts der beiden Einzelkatalysatoren 6, 7 als lineare Lambda-Sonde und die Abgassonde 14 zwischen dem ersten Einzelkatalysator 6 und dem NOx-Speicherkatalysator als binäre Lambda-Sonde realisiert. Die Abgassonde 15 stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators ist als binäre Lambda-Sonde oder als NOx-Sensor mit Lambda-Signalausgang ausgeführt. Die Diagnose der Abgasreinigungsanlage erfolgt mittels zweier Diagnosezyklen, wobei für die Diagnose innerhalb der einzelnen Diagnosezyklen jeweils sprunghafte Veränderungen im Verlauf des Lambda-Wertes des Abgases, bedingt durch eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators, verwendet werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Diagnose der Abgasreinigungsanlage ohne zusätzliche Emissionen durchgeführt wird, welche von der Katalysatordiagnose verursacht werden, und dass nur eine minimale Menge an zusätzlichem Kraftstoff für die Diagnose benötigt wird.
  • Zu Beginn des ersten Diagnosezyklus (erste Regeneration des NOx-Speicherkatalysators) wird der Lambda-Wert des Abgases beider Abgasbänke 4, 5 zum Zeitpunkt t1 sprunghaft von Lambda > 1,5 auf Lambda ≈ 0,8 verändert. Die sprunghafte Veränderung zeigt sich im Verlauf der Signale der linearen Abgassonden 12, 13 stromaufwärts der beiden Einzelkatalysatoren 6, 7. Zum Zeitpunkt t1 sind alle Katalysatoren durch den Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1 mit Sauerstoff gesättigt. Das Umschalten in den Fettbetrieb führt dazu, dass der in den beiden Einzelkatalysatoren 6, 7 gespeicherte Sauerstoff ausgelagert und zur Oxydation der im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide verwendet wird. Sobald der in den beiden Einzelkatalysatoren 6, 7 gespeicherte Sauerstoff aufgebraucht ist, strömt das fette Abgas unbeeinflusst durch die beiden Einzelkatalysatoren 6, 7 hindurch. Diesen Zustand zeigt die binäre Abgassonde 14 zwischen dem ersten Einzelkatalysator 6 und dem NOx-Speicherkatalysator zum Zeitpunkt t2 an. Nun kann mit Hilfe einer Sauerstoffbilanz die Sauerstoffspeicherfähigkeit des ersten Einzelkatalysators 6 ermittelt werden. Sie kann anhand der in 2 eingezeichneten Fläche, welche das Signal der Abgassonde 12 stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators 6 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 mit der Geraden parallel zur Zeitachse durch den Punkt Lambda = 1 einschließt, ermittelt werden.
  • Nachdem der Sauerstoff in den Einzelkatalysatoren 6, 7 aufgebraucht ist, gelangt das fette Abgas zum NOx-Speicherkatalysator. Hier werden nun der gespeicherte Sauerstoff und die gespeicherten Stickoxide freigesetzt. Der Sauerstoff wird wieder unmittelbar zur Oxidation der im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide eingesetzt. Die gespeicherten Stickoxide werden zunächst zu Stickstoff und Sauerstoff reduziert. Der entstehende Sauerstoff wird dabei sofort wieder für die Oxidation der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide herangezogen. Nachdem der gesamte in den Katalysatoren gespeicherte Sauerstoff aufgebraucht ist, kann das fette Abgas nicht mehr aufoxidiert werden. Dies führt zum so genannten Fett-Durchbruch, welcher vom Lambda-Signal der Abgassonde 15 stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators zum Zeitpunkt t3 angezeigt wird. Dieser Zeitpunkt kennzeichnet das Ende der ersten Regeneration des NOx-Speicherkatalysators.
  • Eine Sauerstoffbilanzierung des gesamten Sauerstoff-Ausräumvorganges aller Katalysatoren der Abgasreinigungsanlage liefert eine gespeicherte Sauerstoffmenge. Diese gespeicherte Sauerstoffmenge ist jedoch nicht repräsentativ für den Katalysatorzustand, da darin auch die gespeicherte Menge an Stickoxiden enthalten ist. Aus diesem Grund muss bei der Bestimmung von OSC1HK und OSC2HK der Einfluss der in dem NOx-Speicherkatalysator eingespeicherten Stickoxide eliminiert werden. Darum erfolgt die Bestimmung von OSC1HK und OSC2HK am Ende einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators. Während des ersten Diagnosezyklus wird zur Bestimmung von OSC2HK eine erste Abgasbank 4 ab dem Zeitpunkt t3 mit einem stöchiometrischen Abgas (Lambda = 1,0) betrieben. Dieser Betrieb kann mit einem konstanten Lambda oder mit einem oszillierendem Verlauf des Lambda-Wertes erfolgen, dessen Mittelwert Lambda = 1,0 ergibt. In 2 ist der Betrieb mit einem oszillierenden Verlauf des Lambda-Wertes dargestellt und im Verlauf des Signals der linearen Abgassonde 12 ersichtlich. Eine zweite Abgasbank 5 wird mit magerem Abgas betrieben, wobei der Lambda-Wert des Abgases einen definierten Wert aufweist. Anschließend wird die vollständige Befüllung des zweiten Einzelkatalysators 7 und des NOx-Speicherkatalysators mit Sauerstoff abgewartet. Das Ende dieses Vorganges wird anhand des Lambda-Signals der Abgassonde 15 stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators zum Zeitpunkt t4 angezeigt. Mittels einer Sauerstoffbilanzierung wird OSC2HK ermittelt. OSC2HK kann anhand der in 2 eingezeichneten Fläche, welche das Signal der Abgassonde 13 stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators 7 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 mit der Geraden parallel zur Zeitachse durch den Punkt Lambda = 1 einschließt, ermittelt werden.
  • Für den zweiten Diagnosezyklus werden die Signale der Abgassonden 12, 13, 14, 15 während der folgenden Regeneration des NOx-Speicherkatalysators benutzt. Hierbei werden die Rollen der Abgasbänke 4, 5 getauscht, d. h. ab dem Zeitpunkt t5 wird die zweite Abgasbank 5 mit einem stöchiometrischen Abgas (Lambda = 1,0) betrieben. Die erste Abgasbank 4 wird ab diesem Zeitpunkt mit magerem Abgas betrieben, wobei der Lambda-Wert des Abgases einen definierten Wert aufweist. Anschließend wird die vollständige Befüllung des ersten Einzelkatalysators 6 und des NOx-Speicherkatalysators mit Sauerstoff abgewartet. Das Ende dieses Vorganges wird anhand des Lambda-Signals der Abgassonde 15 stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators zum Zeitpunkt t6 angezeigt. Mittels einer Sauerstoffbilanzierung wird OSC1HK ermittelt. OSC1HK kann anhand der in 2 eingezeichneten Fläche, welche das Signal der Abgassonde 12 stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators 6 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 mit der Geraden parallel zur Zeitachse durch den Punkt Lambda = 1 einschließt, ermittelt werden.
  • Nun ist die Ermittlung von OSC2 nach der Formel OSC2 = OSC1 + OSC2HK – OSC1HKmöglich. Bei der Wahl des mageren Lambda-Wertes für die Bestimmung von OSC2HK und OSC1HK sollte beachtet werden, dass der Lambda-Wert des Abgases so gewählt wird, dass der NOx-Speicherkatalysator bereits in der Lage ist die im Abgas enthaltenen Stickoxide wieder einzuspeichern (z.B. Lambda > 1,05). Auf diese Art und Weise entstehen bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeiten keine zusätzlichen Stickoxidemissionen.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine (1) geschalteten Abgasreinigungsanlage, die eine erste Abgasbank (4) und eine zweite Abgasbank (5) aufweist und die umfasst einen zur ersten Abgasbank (4) zugehörigen ersten Einzelkatalysator (6) und einen zur zweiten Abgasbank (5) zugehörigen zweiten Einzelkatalysator (7), deren Abgasrohre stromabwärts der beiden Einzelkatalysatoren (6, 7) in ein gemeinsames Abgasrohr (10) zusammengeführt werden, einen stromabwärts des gemeinsamen Abgasrohrs (10) angeordneten Hauptkatalysator (11), eine Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6), eine Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7), eine Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) und eine Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11), wobei – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC1) des ersten Einzelkatalysators (6) anhand der Signale der Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6) und der Signale der Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) ermittelt wird, – die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermittelt wird, – die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermittelt wird und – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC2) des zweiten Einzelkatalysators (7) anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC1) des ersten Einzelkatalysators (6), der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC2) des zweiten Einzelkatalysators (7) anhand folgender Gleichung ermittelt wird: OSC2 = OSC1 + OSC2HK – OSC1HK,wobei OSC2 die Sauerstoffspeicherfähigkeit des zweiten Einzelkatalysators (7), OSC1 die Sauerstoffspeicherfähigkeit des ersten Einzelkatalysators (6), OSC2HK die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) und OSC1HK die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) bezeichnen.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Einzelkatalysator (7) während der Ermittlung der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) mit einem stöchiometrischen Abgas betrieben wird.
  4. Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine (1) geschalteten Abgasreinigungsanlage, die eine erste Abgasbank (4) und eine zweite Abgasbank (5) aufweist und die umfasst einen zur ersten Abgasbank (4) zugehörigen ersten Einzelkatalysator (6) und einen zur zweiten Abgasbank (5) zugehörigen zweiten Einzelkatalysator (7), deren Abgasrohre stromabwärts der beiden Einzelkatalysatoren (6, 7) in ein gemeinsames Abgasrohr (10) zusammengeführt werden, einen stromabwärts des gemeinsamen Abgasrohrs (10) angeordneten Hauptkatalysator (11), eine Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6), eine Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7), eine Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) und eine Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11), wobei – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSCHK) des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde zwischen dem ersten Einzelkatalysators (6) und dem Hauptkatalysator (11) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermittelt wird, – die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermittelt wird und – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC2) des zweiten Einzelkatalysators (7) anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSCHK) des Hauptkatalysators (11) und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC2) des zweiten Einzelkatalysators (7) anhand folgender Gleichung ermittelt wird: OSC2 = OSC2HK – OSCHK,wobei OSCHK die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Hauptkatalysators (11) bezeichnet.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einzelkatalysator (6) während der Ermittlung der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) mit einem stöchiometrischen Abgas betrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der einzelnen Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK) erfolgt, indem die Katalysatoren (6, 7, 11), für welche die Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK) ermittelt werden sollen, mit Abgas betrieben werden, dessen Lambda-Wert einen oszillierenden zeitlichen Verlauf um den Wert Lambda = 1,0 aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der einzelnen Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK) erfolgt, indem die Katalysatoren (6, 7, 11), für welche die Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1, OSC1HK, OSC2HK, OSCHK) ermittelt werden sollen, mit Abgas betrieben werden, dessen Lambda-Wert sprunghaft verändert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren für Brennkraftmaschinen Anwendung findet, die überwiegend im überstöchiometrischen Betrieb arbeiten.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einzelkatalysatoren (6, 7) als Dreiwegekatalysator und der Hauptkatalysator (11) als NOx-Speicherkatalysator ausgeführt sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der einzelnen Sauerstoffspeicherfähigkeiten anhand der während einer Regeneration des NOx- Speicherkatalysators erfassten Signale der Abgassonden erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung von der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) am Ende einer Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung von der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) der Lambda-Wert des durch den ersten Einzelkatalysators (6) strömenden Abgases entsprechend gewählt wird, so dass der NOx-Speicherkatalysator in den Zustand versetzt wird, die im Abgas enthaltenen Stickoxide wieder einspeichern zu können.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung von der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) der Lambda-Wert des durch den zweiten Einzelkatalysators (7) strömenden Abgases entsprechend gewählt wird, so dass der NOx-Speicherkatalysator in den Zustand versetzt wird, die im Abgas enthaltenen Stickoxide wieder einspeichern zu können.
  15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einzelkatalysator (6) während der Ermittlung von der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) mit einem leicht überstöchiometrischen Abgas betrieben wird.
  16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassonden (12, 13) stromaufwärts der beiden Einzelkatalysatoren (6, 7) als lineare Lambda-Abgassonden, die Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) als binäre Lambda-Abgassonde und die Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) als binäre Lambda-Abgassonde oder als NOx-Abgassonde mit Lambda-Signalausgang ausgeführt sind.
  17. Vorrichtung zur Diagnose einer in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine (1) geschalteten Abgasreinigungsanlage, die eine erste Abgasbank (4) und eine zweite Abgasbank (5) aufweist und die umfasst einen zur ersten Abgasbank (4) zugehörigen ersten Einzelkatalysator (6) und einen zur zweiten Abgasbank (5) zugehörigen zweiten Einzelkatalysator (7), deren Abgasrohre stromabwärts der beiden Einzelkatalysatoren (6, 7) in ein gemeinsames Abgasrohr (10) zusammengeführt werden, einen stromabwärts des gemeinsamen Abgasrohrs (10) angeordneten Hauptkatalysator (11), eine Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6), eine Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7), eine Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) und eine Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11), mit Mitteln, welche – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC1) des ersten Einzelkatalysators (6) anhand der Signale der Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6) und der Signale der Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) ermitteln, – die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermitteln, – die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermitteln und – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC2) des zweiten Einzelkatalysators (7) anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC1) des ersten Einzelkatalysators (6), der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC1HK) des ersten Einzelkatalysators (6) und des Hauptkatalysators (11) und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) ermitteln.
  18. Vorrichtung zur Diagnose einer in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine (1) geschalteten Abgasreinigungsanlage, die eine erste Abgasbank (4) und eine zweite Abgasbank (5) aufweist und die umfasst einen zur ersten Abgasbank (4) zugehörigen ersten Einzelkatalysator (6) und einen zur zweiten Abgasbank (5) zugehörigen zweiten Einzelkatalysator (7), deren Abgasrohre stromabwärts der beiden Einzelkatalysatoren (6, 7) in ein gemeinsames Abgasrohr (10) zusammengeführt werden, einen stromabwärts des gemeinsamen Abgasrohrs (10) angeordneten Hauptkatalysator (11), eine Abgassonde (12) stromaufwärts des ersten Einzelkatalysators (6), eine Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7), eine Abgassonde (14) zwischen dem ersten Einzelkatalysator (6) und dem Hauptkatalysator (11) und eine Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11), mit Mitteln, welche – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSCHK) des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde zwischen dem ersten Einzelkatalysators (6) und dem Hauptkatalysator (11) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermitteln, – die Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) anhand der Signale der Abgassonde (13) stromaufwärts des zweiten Einzelkatalysators (7) und der Signale der Abgassonde (15) stromabwärts des Hauptkatalysators (11) ermitteln und – die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC2) des zweiten Einzelkatalysators (7) anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSCHK) des Hauptkatalysators (11) und der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeiten (OSC2HK) des zweiten Einzelkatalysators (7) und des Hauptkatalysators (11) ermitteln.
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