DE102008008985B4

DE102008008985B4 - Verfahren zur OSC-basierten Diagnose eines Katalysators

Info

Publication number: DE102008008985B4
Application number: DE102008008985.0A
Authority: DE
Inventors: Frank-Michael Wittig; Dr. Hübner Georg Albrecht; Hans Joachim Surburg; Alexander Kleiser
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: DE102008008985A1

Abstract

Verfahren zur OSC-basierten On-Board-Diagnose eines in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angeordneten zu diagnostizierenden Katalysators KD zur Reinigung von Abgas umfassend – Bereitstellen von zumindest einem Referenzkatalysator KR des gleichen Typs wie des Katalysators KD mit bekannten jedoch unterschiedlichen, eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwerten KWR – Durchführen von Referenz-OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur für jeden Referenzkatalysator KR während einer Aufheizphase, wobei der jeweilige Referenzkatalysator KR in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird – Ermitteln von Referenz-OSC-Daten aus den Referenz-OSC-Messungen – Zuordnen der Referenz-OSC-Daten zu den Kennwerten KWR für jeden Katalysator und Speichern der zugeordneten Referenz-OSC-Daten – Bereitstellen der zugeordneten Referenz-OCS-Daten in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs – Durchführen von OSC-Messungen On-Board des Kraftfahrzeugs für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur des Katalysators KD während einer Aufheizphase, wobei der Katalysator KD in einem Zeitintervall von zumindest 5 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird – Ermitteln von OSC-Daten aus den OSC-Messungen – Vergleichen der OSC-Daten mit den Referenz-OSC-Daten und Ermitteln eines plausiblen Kennwerts KWP für den Katalysator KD aus dem Vergleichsergebnis dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs ermittelt und als Kennwert KWP gewählt wird oder der Schnittpunkt der dem maximalen Gradienten zugeordneten Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP gewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur OSC-basierten Diagnose eines in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordneten zu diagnostizierenden Katalysators zur Reinigung von Abgas, sowie ein Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Ausführung dieses Verfahrens.
Gesetzliche Anforderungen zur Onboard-Diagnose OBD von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verlangen eine Überwachung emissionsrelevanter Bauteile und Systeme im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs. Den in der Abgasanlage von derartigen Kraftfahrzeugen angeordneten Katalysatoren kommt als schadstoffinduzierenden Bauelementen eine zentrale Bedeutung zu. Zur Validierung von derartigen Katalysatoren wird häufig eine aktive Diagnose eingesetzt, die auf der Bestimmung einer Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC durch Fett-Mager-Gemisch Sprünge. Die so ermittelte OSC wird mit gemessenen kumulierten Emissionen bestimmter Schadstoffe im Abgas korreliert um den Katalysator entsprechend den gesetzlichen Anforderungen als defekt oder nicht defekt anzeigen zu können.
Aus der Offenlegungsschrift DE 102 57 059 A1 ist beispielsweise ein Diagnoseverfahren für Katalysatoren mit einer Speicherfähigkeit für Sauerstoff und Stickoxide bekannt. Zur Bestimmung der OSC des betriebswarmen Katalysators wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor dem Speicherkatalysator wiederholt so erhöht und verringert, dass sich eine Änderung im Signal einer vor und einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde abbildet, wobei eine Zeitverzögerung zwischen der Änderung der Sauerstoffkonzentration vor dem Katalysator und dem zugehörigen Signal nach dem Katalysator zur Bestimmung der OSC ausgewertet wird.
Die sukzessive Verschärfung der Abgasgrenzwerte, sowie der damit zusammenhängende OBD-Schwellwerte stellt eine enorme Herausforderung für die Katalysatordiagnose in Hinsicht auf die Anforderungen an die Trennschärfe, mit der zwischen einem noch akzeptablen und einem besten nichtakzeptablen Katalysator auch im nichtstationären Betrieb unterschieden werden kann. Bei üblichen Diagnosen, die auf stationäre betriebsame Zustände des diagnostizierenden Katalysators beschränkt sind, ist diese Trennschärfe üblicherweise deutlich vermindert.
Eine derartige Verminderung der Trennschärfe ist vor allem deswegen problematisch, da Emissionswerte insbesondere beim Kaltstart beziehungsweise beim Warmlauf des Verbrennungsmotors auftreten. Die üblichen Katalysatoren erreichen ihren jeweiligen optimalen Wirkungsgrad erst bei einer Temperatur oberhalb der sogenannten Anspringtemperatur oder Light-off-Temperatur bei ca. 350°C. Zur Überwachung des Anspringverhaltens eines Katalysators ist bereits eine Light-off-Diagnose mit geringer Trennschärfe, beispielsweise aus der DE 43 30 997 A1 bekannt, wobei die Auswirkung der zuvor eines Luft-Kraftstoffgemischs auf die Temperatur des Katalysators erfasst wird. Dabei korreliert eine geringe Temperaturerhöhung mit einem geringen Konvertierungsvermögen des Katalysators.
Aus der DE 10 2004 004 277 A1 ist bereits ein Verfahren zur Beurteilung der Güte eines einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugsnachgeschalteten Abgaskatalysators bekannt, bei dem der von der Brennkraftmaschine kommende Abgasstrom zur Konvertierung der darin enthaltenen Schadstoffkomponenten durch den Abgaskatalysator geleitet wird, wobei der Abgaskatalysator einen Sauerstoffspeicher aufweist, in den bei Sauerstoffüberschuss Sauerstoff einspeicherbar ist und aus dem bei Sauerstoffmangel Sauerstoff ausspeicherbar ist, und wobei der Abgaskatalysator in Abhängigkeit vom Alterungsgrad eine bestimmte Light-Off-Temperatur als Katalysator-Anspringtemperatur aufweist, bei der ein bestimmter vorgegebener Anteil der im Abgasstrom vorhandenen Schadstoffe vom Abgaskatalysator konvertiert wird. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in Abhängigkeit von dem Erreichen eines vorgegebenen Sauerstoffspeicherkapazitätswertes des Sauerstoffspeichers eine aktuelle Katalysatortemperatur erfasst wird, die mit einem auf denselben Sauerstoffkapazitätswert bezogenen Katalysatortemperatur-Vergleichswert verglichen wird, dass anschließend im Falle einer gegenüber dem Katalysatortemperatur-Vergleichswert festgestellten höheren aktuellen Katalysatortemperatur ein Temperaturanstieg ermittelt wird, und dass anschließend die Light-Off-temperatur als zum Temperaturanstieg proportionale Größe, vorzugsweise proportionale Größe ermittelt wird.
Ferner ist aus der EP 01 136 671 B1 ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Katalysators für die Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors während des Betriebs des Motors bekannt, wobei der Katalysator eine Anspringtemperatur und einen Umsetzungsgrad r_CO für Kohlenmonoxid (CO) aufweist. Vorgesehen ist, dass der Verbrennungsmotor mit einer elektronischen Steuerung aus Motorelektronik und OBD-Elektronik ausgerüstet ist und zur Beurteilung der verbliebenen katalytischen Aktivität des Katalysators die Differenz ∆T der aktuellen Katalysatoraustrittstemperatur des Abgases T_A zur Anspringtemperatur für Kohlenmonoxid T_CO,_50%,frisch des frischen Katalysators ∆T = T_A – T_{CO,50%,frisch} im aktuellen Motorbetriebspunkt bestimmt und der Umsetzungsgrad r_CO für Kohlenmonoxid ermittelt werden und dass ein Überschreiten der Temperaturdifferenz ∆T über einen Grenzwert ∆T_G an einem Motorbetriebspunkt bei gleichzeitigem Vorliegen eines Umsetzungsgrades r_CO für Kohlenmonoxid unter einem Grenzwert r_CO,G des Umsetzungsgrades für Kohlenmonoxid in der OBD-Elektronik als Fehlerfunktion des Katalysators aufgezeichnet wird.
Außerdem ist aus der EP 1 114 920 A2 bereits ein Verfahren zum Monitoring eines katalytischen Konverters während einer Aufwärmphase bekannt, welche umfasst das Bestimmen einer Änderung eines Ausgangsignals eines Abgassauerstoffsensors, der stromabwärts des katalytischen Konverters angeordnet ist relativ zum Signal eines Abgassauerstoffsensors der stromaufwärts des katalytischen Konverters angeordnet ist während einer Katalysator Aufwärmphase, die indiziert wird durch einen Kaltstart. Dabei wird eine Katalysator Light-Off-Temperatur bestimmt wenn die oben genannte Änderung auftritt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sauerstoffspeicherfähigkeits OSC-basierte Diagnose eines in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten zu diagnostizierenden Katalysators zur Reinigung von Abgas mit einer hohen Trennschärfe zur Unterscheidung von geschädigten und nicht geschädigten Katalysatoren zur Verfügung zu stellen.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur OSC-basierten On-Board-Diagnose eines in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angeordneten zu diagnostizierenden Katalysators KD zur Reinigung von Abgas folgende Schritte vorgenommen:

– Bereitstellen von zumindest einem Referenzkatalysator K_R des gleichen Typs wie des Katalysators K_D mit bekannten jedoch unterschiedlichen, eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwerten KWR
– Durchführen von Referenz-OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur für jeden Referenzkatalysator K_R während einer Aufheizphase, wobei der jeweilige Referenzkatalysator K_R in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird
– Ermitteln von Referenz-OSC-Daten aus den Referenz-OSC-Messungen
– Zuordnen der Referenz-OSC-Daten zu den Kennwerten KWR für jeden Katalysator und Speichern der zugeordneten Referenz-OSC-Daten
– Bereitstellen der zugeordneten Referenz-OSC-Daten in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs
– Durchführen von OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur des Katalysators KD während einer Aufheizphase, wobei der Katalysator KD in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird
– Ermitteln von OSC-Daten aus den OSC-Messungen
– Vergleichen der OSC-Daten mit den Referenz-OSC-Daten und Ermitteln eines plausiblen Kennwerts KWP für den Katalysator KD aus dem Vergleichsergebnis
– wobei ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs ermittelt und als Kennwert KWP gewählt wird oder der Schnittpunkt der dem maximalen Gradienten zugeordneten Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP gewählt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren fokussiert auf den Light-off-Bereich des zu diagnostizierenden Katalysators K_D in dem erhöhte Schadstoffemissionen auftreten. Katalysatorschädigungen, die insbesondere durch Alterung der katalytisch wirksamen Beschichtung während der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden und von der Onboard-Diagnose quantitativ bewertet werden, machen sich auch bei der OSC in erster Linie in dem Light-off-Bereich bemerkbar, so dass durch die Fokussierung auf diesen Bereich eine deutlich erhöhte Trennschärfe gegenüber den gängigen Diagnoseverfahren erreicht wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs oder der Schnittpunkt der Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP verwendet wird.
Die Ermittlung vom OSC-Referenz-Daten erfolgt dabei vorzugsweise durch Beaufschlagung des Katalysators mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall und einer anschließenden Beaufschlagung des Katalysators mit einem mageren Abgas und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab des Katalysators während einer Aufheizphase. Eine derartige Aufheizphase tritt beispielsweise auf nach einem Kaltstart, wobei erfindungsgemäß in der Aufheizphase optional ein Katalysator-Heizen erfolgen kann. Eine Aufheizphase kann ferner nach längerer Auskühlung des Katalysators im unbefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors und anschließendem Wiedereinsetzen der motorischen Verbrennung auftreten.
Erfindungsgemäß wird zumindest ein Referenzkatalysator K_R des gleichen Typs wie der zu diagnostizierende Katalysator KD mit bekanntem eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwert KWR bereitgestellt. Bevorzugt ist die Bereitstellung von zumindest zwei Referenzkatalysatoren K_R bekannten, jedoch unterschiedlichen Kennwerten KWR, da hiermit eine einfache Klassifizierung des zu diagnostizierenden Katalysators KD möglich ist.
Bei dem Ermitteln der Referenz-OSC-Daten wird der Katalysator K_R jeweils für zumindest 5 Sekunden mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt, um eine Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Referenz-OSC-Daten, zu gewährleisten.
Für jeden Referenzkatalysator K_R erfolgt eine Zuordnung der Referenz-OSC-Daten zu dem Kantenkennwert KWR und eine Speicherung. Hierbei wird für die Erfindung ausgenutzt, dass einem bestimmten Zustand eines Katalysators eine charakteristische OSC entspricht.
Die nach den vorangehenden Schritten ermittelten zugeordneten Referenz-OSC-Daten werden vor Durchführung einer Onboard-Diagnose für den zu diagnostizierenden Katalysator KD in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt.
Erfindungsgemäß werden nun während einer Aufheizphase des zu diagnostizierenden Katalysators OSC-Daten in Abhängigkeit von einer Katalysatortemperatur ermittelt. Der Katalysator KD wird hierbei für mindestens 5 Sekunden mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt. Es hat sich gezeigt, dass im üblichen Fahrbetrieb von Kraftfahrzeugen Betriebsphasen mit konstanten Abgasmassenstrom auftreten, sodass eine Reproduzierbarkeit der OSC-Werte gegeben ist.
Zur Auswertung der ermittelten OSC-Daten erfolgt ein Vergleich mit den gespeicherten Referenz-OSC-Daten, die in der Motorsteuerung des Fahrzeugs zur Verfügung stehen. Der Vergleich wird für verschiedene Temperaturen vorgenommen, wozu ein Vergleichsmaß gebildet wird. Die Referenz-OSC-Daten, der die ermittelten OSC-Daten des zu diagnostizierenden Katalysators KD unter Verwendung des Vergleichmaßes am nächsten liegen, entsprechen einem Kennwert, der mit dem plausiblen Kennwert KWP des zu diagnostizierenden Katalysators identifiziert werden.
In Abhängigkeit von dem ermittelten Kennwert KW wird ein elektrisches Signal für die Motorsteuerung/oder eine Anzeigenvorrichtung erzeugt, womit den gesetzlichen Vorschriften Genüge getan werden kann.
Als OSC-Verlaufskurve OSC-Verlauf wird eine Menge von zumindest zwei OSC-Werten mit zugeordneter Katalysatortemperatur bezeichnet. Es versteht sich, dass für OSC-Verläufe, insbesondere mit mehr als zwei Temperaturwerten, durch an sich bekannte Interpolationsverfahren ein OSC-Verlauf auch für zwischen den gemessenen Werten liegende OSC-Werte rechnerisch ermittelt werden kann.
Die Referenz-OSC-Daten können temperaturabhängige OSC-Messergebnisse, ein temperaturabhängiger Referenz-OSC-Verlauf und/oder ein Referenz-Light-off OSC-Wert und eine Referenz-Light-off OSC Temperatur sein.
Die Temperaturabstände zwischen den Messungen können selbstverständlich im Rahmen der Erfindung in geeigneter Weise gewählt werden, um eine gewünschte Genauigkeit des Verfahrens zu gewährleisten. Vorzugsweise werden Referenz-OSC-Messungen in einem Abstand von 10°C Katalysatortemperatur durchgeführt.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass es nicht erforderlich ist, dass die OSC-Verläufe über den gesamten Temperaturbereich einer Aufheizphase miteinander verglichen werden, sondern dass es ausreicht, eine Charakteristik von OSC-Verlaufskurven bzw. dem OSC-Verlauf zu ermitteln und miteinander zu vergleichen, um einen für die Schädigung des zu diagnostizierenden Katalysators charakteristischen plausiblen Kennwert KWP zu ermitteln.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die OSC-Messergebnisse zur Ermittlung einer Light-off-Temperatur und eines Light-off-OSC für die Referenzkatalysatoren K_R und/oder dem zu diagnostizierenden Katalysator KD herangezogen. Vorzugsweise wird die Light-off-Temperatur des Katalysators bestimmt durch die Temperatur bei der der Katalysator eine signifikante OSC erreicht hat, beispielsweise 50 Prozent der OSC, die der gleiche Katalysator nach Erreichen seiner Betriebstemperatur aufweist.
Die Light-off-Temperatur und die Light-off-OSC können nun zur Charakterisierung der jeweiligen Katalysatoren herangezogen werden. Die Kennwerte KWR bzw. KWP reflektieren, dass eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit bei relativ niedriger Katalysatortemperatur einen relativ wenig geschädigten Katalysator auszeichnet. Im Unterschied hierzu hat ein stärker geschädigter Katalysator eine geringere Sauerstoffspeicherfähigkeit und/oder eine höhere Light-off-Temperatur.
Zweckmäßiger Weise weist der konstante Abgasmassenstrom einen Wert in einem Bereich zwischen 20 kg/h und 80 kg/h auf, da in diesem Bereich die typischen Abgasmassenströme während einer Aufheizphase der heutigen Brennkraftmaschinen liegen.
Die Referenz-OSC-Messungen werden vorzugsweise für eine Schar von konstanten Abgasmassenströmen mit zumindest zwei Mitgliedern durchgeführt. Beispielweise kann ein Mitglied der Schar einen konstante Abgasmassenstrom mit einem Wert von 30 kg/h und das zweite Mitglied einen Wert von 40 kg/h aufweisen.
Ferner ist es zweckmäßig während des Durchführens der OSC-Messungen den Verbrennungsmotor in einem Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs bei einer Last oberhalb des Leerlaufs zu betreiben.
Das Zeitintervall für das der Referenzkatalysator beziehungsweise der zu diagnostizierende Katalysator jeweils mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird liegt günstigerweise in einem Bereich zwischen 5 Sekunden und 50 Sekunden. Das Zeitintervall muss lang genug sein, um zumindest die Durchführung einer Referenz-OCS-Messung beziehungsweise einer OSC-Messung, vorzugsweise indem der Katalysator mit Abgas mit einem Sprung in der Sauerstoffkonzentration beaufschlagt wird, zu erlauben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können der Kennwert KWR so wie der Kennwert KWP eine Schadstoffkonversionseffizienz des Katalysators für Kohlendioxid, Stickoxide oder Kohlenwasserstoffe charakterisieren.
Die Referenz-Katalysatoren wie der zu diagnostizierende Katalysator können ein 3-Wege-Katalysator, ein Oxidationskatalysator, ein SCR-Katalysator oder ein Nox-Speicherkatalysator sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordneten zu diagnostizierenden Katalysator zur Reinigung von Abgas geschaffen mit einer Einrichtung zur OSC-basierten Onboard-Diagnose umfassend Mittel zum

– Bereitstellen von zugeordneten Referenz-OSC-Daten in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs
– Durchführen von OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur des Katalysators KD während einer Aufheizphase, wobei der Katalysator KD in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird
– Ermitteln von OSC-Daten aus den OSC-Messungen
– Vergleichen der OSC-Daten mit den Referenz-OSC-Daten und Ermitteln eines plausiblen Kennwerts KWD für den Katalysator KD aus dem Vergleichsergebnis
– wobei die zugeordneten Referenz-OSC-Daten ermittelt wurden durch
– Bereitstellen von zumindest zwei Referenzkatalysatoren K_R des gleichen Typs wie des Katalysators K_D mit bekannten jedoch unterschiedlichen, eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwerten KWR
– Durchführen von Referenz-OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur für jeden Referenzkatalysator K_R während einer Aufheizphase, wobei der jeweilige Referenzkatalysator K_R in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird
– Ermitteln von Referenz-OSC-Daten aus den Referenz-OSC-Messungen
– Zuordnen der Referenz-OSC-Daten zu den Kennwerten KWR für jeden Katalysator und Speichern der zugeordneten Referenz-OSC-Daten.

Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, mit denen ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs ermittelt und als Kennwert KWP gewählt wird oder mit denen der Schnittpunkt der dem maximalen Gradienten zu geordneten Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP gewählt wird.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist analoge Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren auf.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Patentansprüchen anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen genauer beschrieben.
Es zeigen
1 – eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
2 – eine schematische Darstellung von temperaturabhängigen OSC-Verläufen
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 10, beispielsweise ein Otto-Motor oder eine Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage 12 und einem Motorsteuergerät 20 für ein Kraftfahrzeug. Die Abgasanlage 12 weist stromab des Verbrennungsmotors 10 einen Katalysator 16 zur Konvertierung von schädlichen oder unerwünschten Komponenten des Abgases in andere Komponenten auf. Stromauf des Katalysators 16 ist eine Lambdasonde 17 einem Abgaskanal 12 angeordnet. Stromab des Katalysators 16 ist eine weitere Lambdasonde 18 angeordnet. Bei den Sonden 16 und 18 kann es sich jeweils um eine binäre oder stetige Lambdasonde handeln, die in kürzester Zeit betriebsbereit ist, wie sie beispielsweise in der DE 103 37 840 A1 beschrieben ist.
Das Motorsteuergerät 20 erfasst in an sich bekannter Weise Betriebparameter der Brennkraftmaschine 10 vorzugsweise sind weitere Sensoren vorgesehen, insbesondere um eine Temperatur des Katalysators zu ermitteln. Vorzugsweise handelt es sich bei der, bei dem Verfahren verwendeten Katalysatortemperatur um eine mittlere Katalysatortemperatur für deren Messung einem Abgas nah des Katalysators oder einem Katalysatorkörper angeordneter Temperatursensor eingesetzt wird. Grundsätzlich kann die Katalysatortemperatur auch aus einem Motormodell berechnet werden, wobei jedoch im Allgemeinen eine geringere Genauigkeit bei der ermittelten Katalysatortemperatur in Kauf genommen werden muss.
Zur OSC-basierten Onboard-Diagnose ist eine Einrichtung vorgesehen, die Mittel aufweist zum

– Bereitstellen von zugeordneten Referenz-OSC-Daten in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs
– Durchführen von OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur des Katalysators KD während einer Aufheizphase, wobei der Katalysator KD in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird
– Ermitteln von OSC-Daten aus den OSC-Messungen
– Vergleichen der OSC-Daten mit den Referenz-OSC-Daten und Ermitteln eines plausiblen Kennwerts KWP für den Katalysator KD aus dem Vergleichsergebnis.

Die Referenz-OSC-Daten können die temperaturabhängigen OSC-Messergebnisse selbst sein- oder nach entsprechender Berechnung ein temperaturabhängiger Referenz-OSC-Verlauf und/oder ein Referenz-Light-off OSC-Wert und eine Referenz-Light-off OSC Temperatur sein. Das gleiche gilt analog für die OSC-Daten des Katalysators KD.
Vorzugsweise werden die zugeordneten Referenz-OSC-Daten in einer Tabelle in der Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs abgelegt, vorzugsweise zusammen mit den entsprechenden Temperaturwerten, sowie ggfs. dem Wert des Abgasmassenstroms und des Zeitintervalls.
Die OSC-Messungen werden im üblichen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs vorgenommen, wobei Phasen mit einem konstanten Abgasmassenstrom passiv erfasst werden. Ferner können diese Phasen mittels der Motorsteuerung aktiv erzwungen werden.
Die zugeordneten Referenz-OSC-Daten werden durch Untersuchungen verschieden gealterter Katalysatoren KR nach Start eines Test-Kraftfahrzeugs ermittelt. Dabei werden die zugeordneten Referenz-OSC-Daten ermittelt durch

– Bereitstellen von zumindest einem Referenzkatalysator K_R des gleichen Typs wie des Katalysators K_D mit bekannten jedoch unterschiedlichen, eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwerten KWR
– Durchführen von Referenz-OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur für jeden Referenzkatalysator KR während einer Aufheizphase, wobei der jeweilige Referenzkatalysator KR in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird
– Ermitteln von Referenz-OSC-Daten aus den Referenz-OSC-Messungen
– Zuordnen der Referenz-OSC-Daten zu den Kennwerten KWR für jeden Katalysator und Speichern der zugeordneten Referenz-OSC-Daten.

Zusätzlich werden Rollmessungen unter Verwendung von Abgasmesstechnik in den Referenzkatalysatoren durchgeführt, um den Einfluss von Gemischvertrimmungen unter dynamischen Fahrbedingungen bewerten zu können. Die Rollmessungen können vorzugsweise im FTP 75 – Test (erster Fahrhügel der ersten bzw. dritten Phase) erfolgen.
Aus den Messungen der Fahrten mit konstantem Abgasmassenstrom werden vorzugsweise vollständige Temperaturverläufe der OSC (OSC-Verläufe) während der Aufheizphase gewonnen, die für den jeweiligen Alterungszustand des Referenzkatalysators K_R charakteristisch sind. Die OSC-Verläufe sind typischerweise S-förmig mit einem steilen Anstieg der OSC im Bereich der Light-Off-Temperatur.
Vorzugsweise werden die zugeordneten Referenz-OSC-Daten zusammen mit der den entsprechenden Temperaturwerten, sowie ggfs. dem Wert des Abgasmassenstroms und des Zeitintervalls bei den jeweiligen OSC-Messungen in einer Tabelle gespeichert.
In 2 sind schematisch typische OSC-Verläufe von Katalysatoren A, B in Abhängigkeit von einer mittleren Katalysatortemperatur T dargestellt. Die OSC-Verläufe können Referenz-OSC-Verläufe oder OSC-Verläufe eines zu diagnostizierenden Katalysators KD sein.
Als Light-off-Temperatur TLO des Katalysators wird die Temperatur bezeichnet, bei der der Katalysator eine signifikante OSC, beispielsweise von 50 Prozent der bei Betriebstemperatur erreichten Wertes aufweist. Die signifikante OSC wird als Light-Off-OSC bezeichnet.
Die mit A bezeichnete Kurve wurde für einen wenig geschädigten Katalysator ermittelt. Die Light-Off Temperatur TLO liegt im Bereich der größten Steigung des OSC-Verlaufs.
Die mit B bezeichnete Kurve illustriert den Fall eines stärker geschädigten Katalysators, der eine geringere maximale OSC bei erreichter Betriebstemperatur aufweist. Die entsprechende Light-Off-Temperatur TLO’ bezüglich der OSC ist gegenüber der Light-off-Temperatur TLO des wenig geschädigten Katalysators zu höheren Werten hin verschoben.
Die Light-Off-Temperatur und die Light-off-OSC können nun zur Charakterisierung der jeweiligen Katalysatoren herangezogen werden, da die OSC-Verläufe zeigen, dass eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit bei relativ niedriger Katalysatortemperatur einen relativ wenig geschädigten Katalysator auszeichnet. Im Unterschied hierzu hat ein stärker geschädigter Katalysator eine geringere Sauerstoffspeicherfähigkeit und/oder eine höhere Light-off-Temperatur.
Erfindungsgemäß können ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs oder der Schnittpunkt der Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP verwendet werden.

Claims

Verfahren zur OSC-basierten On-Board-Diagnose eines in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angeordneten zu diagnostizierenden Katalysators KD zur Reinigung von Abgas umfassend – Bereitstellen von zumindest einem Referenzkatalysator K_R des gleichen Typs wie des Katalysators K_D mit bekannten jedoch unterschiedlichen, eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwerten KWR – Durchführen von Referenz-OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur für jeden Referenzkatalysator K_R während einer Aufheizphase, wobei der jeweilige Referenzkatalysator K_R in einem Zeitintervall von zumindest 10 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird – Ermitteln von Referenz-OSC-Daten aus den Referenz-OSC-Messungen – Zuordnen der Referenz-OSC-Daten zu den Kennwerten KWR für jeden Katalysator und Speichern der zugeordneten Referenz-OSC-Daten – Bereitstellen der zugeordneten Referenz-OCS-Daten in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs – Durchführen von OSC-Messungen On-Board des Kraftfahrzeugs für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur des Katalysators KD während einer Aufheizphase, wobei der Katalysator KD in einem Zeitintervall von zumindest 5 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird – Ermitteln von OSC-Daten aus den OSC-Messungen – Vergleichen der OSC-Daten mit den Referenz-OSC-Daten und Ermitteln eines plausiblen Kennwerts KWP für den Katalysator KD aus dem Vergleichsergebnis dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs ermittelt und als Kennwert KWP gewählt wird oder der Schnittpunkt der dem maximalen Gradienten zugeordneten Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz OSC-Daten temperaturabhängige OSC-Messergebnisse, ein temperaturabhängiger Referenz-OSC-Verlauf und/oder ein Referenz-Light-off OSC-Wert und eine Referenz-Light-off OSC Temperatur sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die OSC-Daten temperaturabhängige OSC-Messergebnisse, ein temperaturabhängiger OSC-Verlauf und/oder ein Light-off OSC Wert und eine Light-off OSC-Temperatur sind.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Light-off OSC-Wert und die Referenz-Light-off Temperatur aus den temperaturabhängigen Referenz-OSC-Messwerten und/oder dem temperaturabhängigen Referenz-OSC-Verlauf ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Light-off OSC-Wert und die Light-off Temperatur aus den temperaturabhängigen OSC-Messwerten und/oder dem temperaturabhängigen OSC-Verlauf ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert _KWP in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Light-off OSC-Temperatur zum Light-off OSC gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Abgasmassenstrom einen Wert in einem Bereich zwischen 20 kg/h und 80 kg/h aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Durchführens der OSC-Messungen der Verbrennungsmotor in einem Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs bei einer Last oberhalb des Leerlaufs betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall in einem Bereich zwischen 5 sec. und 50 sec. liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte KWR und _KWP eine Schadstoffkonversionseffizienz des Katalysators für Kohlendioxid, Stickoxide oder Kohlenwasserstoffe charakterisieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator ein 3 Wege-Katalysator, ein Oxidationskatalysator, ein SCR-Katalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator ist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und eines in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordneten zu diagnostizierenden Katalysators KD zur Reinigung von Abgas mit einer Einrichtung zur OSC-basierten On-Board-Diagnose umfassend Mittel zum – Bereitstellen von zugeordneten Referenz-OSC-Daten in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs – Durchführen von OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur des Katalysators KD während einer Aufheizphase, wobei der Katalysator KD in einem Zeitintervall von zumindest 5 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird – Ermitteln von OSC-Daten aus den OSC-Messungen – Vergleichen der OSC-Daten mit den Referenz-OSC-Daten und Ermitteln eines plausiblen Kennwerts KWP für den Katalysator KD aus dem Vergleichsergebnis wobei die zugeordneten Referenz-OSC-Daten ermittelt wurden durch – Bereitstellen von zumindest einem Referenzkatalysator K_R des gleichen Typs wie des Katalysators KD mit bekannten jedoch unterschiedlichen, eine Schädigung des Katalysators charakterisierenden Kennwerten KWR – Durchführen von Referenz-OSC-Messungen für zumindest zwei Werte einer Katalysatortemperatur für jeden Referenzkatalysator K_R während einer Aufheizphase, wobei der jeweilige Referenzkatalysator K_R in einem Zeitintervall von zumindest 5 sec. mit einem konstanten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird – Ermitteln von Referenz-OSC-Daten aus den Referenz-OSC-Messungen – Zuordnen der Referenz-OSC-Daten zu den Kennwerten KWR für jeden Katalysator und Speichern der zugeordneten Referenz-OSC-Daten dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind mit denen ein maximaler Gradient des OSC-Verlaufs ermittelt und als Kennwert KWP gewählt wird oder mit denen der Schnittpunkt der dem maximalen Gradienten zu geordneten Gradientengerade mit der Temperaturachse des OSC-Verlaufs als Kennwert KWP gewählt wird.