-
Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für ein katalytisch wirksames Abgasreinigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 10 2004 062 408 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Abgasreinigungselements, dem Abgas eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors zugeführt wird, bekannt, wobei ein Signal eines stromauf des Abgasreinigungselements angeordneten ersten Lambdasensors erfasst wird und eine als Reaktion auf einen sprungartig durchgeführten Mager-Fett-Wechsel des Motorbetriebs auftretende Sprungantwort des Abgasreinigungselements in Form eines Signals eines stromab des Abgasreinigungselements angeordneten weiteren Lambdasensors in Bezug auf eine Alterung des Abgasreinigungselements ausgewertet wird. Durch meist unvermeidliche Messunsicherheiten oder auch durch sich ergebende Streuungen von maßgeblichen Eigenschaften der dabei beteiligten Bauteile aufgrund von Fertigungstoleranzen ergibt sich jedoch oftmals eine unerwünschte Ungenauigkeit in Bezug auf die getroffene Diagnose.
-
Aus der
DE 100 08 563 A1 ist ein Diagnoseverfahren für einen Stickoxid-Speicherkatalysator bekannt, bei welchem die charakteristischen Werte eines Stickoxid-Desorptionspeaks nach einem Übergang von einem Absorptionsmodus in einen Regenerationsmodus ausgewertet werden.
-
Die
DE 101 53 769 A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung eines Katalysators, der in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Dabei wird eine Änderungsrate eines NOx-Niveaus im Abgasstrom über einen Zeitraum bestimmt. Basierend auf der Änderungsrate des NOx-Niveaus wird die Katalysatorschädigung geschätzt.
-
Die
DE 103 19 983 B3 offenbart ein Verfahren zur Lambda-Regelung bei einer Brennkraftmaschine mit einem im Abgastrakt angeordneten Katalysator. Die Lambda-Regelung erfolgt unter Verwendung eines NOx-Sensors, der in dem Katalysator oder stromabwärts von diesem angeordnet ist. Gleichzeitig erfolgt aufgrund der gemessenen NOx-Werte eine Regelung des Betriebszustands und eine Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität für den Katalysator zur Diagnose.
-
Die
DE 198 23 921 A1 offenbart ein Verfahren zur Überprüfung eines NOx-Speicherkatalysators. Dabei wird eine Abnahme eines Wirkungsgrades des NOx-Speicherkatalysators an der Abnahme der Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators unter eine vorbestimmten Mindestkapazität erkannt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges Diagnoseverfahren für ein katalytisch wirksames Abgasreinigungselement eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Diagnoseverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Charakteristischerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Abgassensor stromab des Abgasreinigungselements ein Stickoxidsensor eingesetzt. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen Stickoxidsensor, welcher sowohl ein mit der Stickoxid-Konzentration im Abgas korrelierendes Signal, als auch ein Lambdasignal bereitstellt. Bei dem Lambdasignal kann es sich um ein binäres und/oder ein lineares bzw. stetiges Lambdasignal handeln. Dies ist für die gebräuchlichen Stickoxidsensoren, welche auf einem Zwei-Kammer-Messprinzip beruhen, meist der Fall. Somit stehen bei Realisierung des stromabwärtigen Abgassensors durch einen einzelnen gebräuchlichen Stickoxidsensor wenigstens zwei Ausgangssignale zur Verfügung, welche gleichermaßen für eine Auswertung der Reaktion des Abgasreinigungselements auf eine Abgasbeaufschlagung mit einer sprunghaft von mager nach fett bzw. von fett nach mager wechselnder Zusammensetzung ausgewertet werden können. Dadurch ist bei geringem Bauteilaufwand eine Verbesserung der Diagnosesicherheit ermöglicht.
-
In Bezug auf eine Beurteilung des Alterungszustands des Abgasreinigungselements können wahlweise mehrere oder alle der verfügbaren Signale des bzw. der stromabwärtigen Abgassensors bzw. Abgassensoren ausgewertet werden. Dem entsprechend werden das mit dem Abgaslambda korrelierende Binärsignal und das von einer Stickoxid-Konzentration im Abgas bestimmte Stickoxid-Konzentrationssignal des Stickoxidsensors ausgewertet.
-
Dabei wird ein skalierter Alterungszustand des Abgasreinigungselements in Abhängigkeit von einer um den Abgasmassenstrom durch das Abgasreinigungselement korrigierten Verzögerungszeit des Binärsignals des Stickoxidsensors gegenüber einem den Mager-Fett-Wechsel und/oder den Fett-Mager-Wechsel stromauf des Abgasreinigungselements charakterisierenden Signal und/oder in Abhängigkeit von einer in der Verzögerungszeit durch das Abgasreinigungselement geströmten Abgasmasse ermittelt. Auf diese Weise können Laufzeiteinflüsse des strömenden Abgases auf eine durch eine Alterung des Abgasreinigungselements bedingte Änderung der Sprungantwort berücksichtigt werden. Beispielsweise kann durch Vergleich mit für unterschiedlich stark gealterte Abgasreinigungselemente empirisch ermittelten und in Kennlinien hinterlegten Werten eine Skalierung des Alterungszustands erreicht werden. Dabei kann beispielsweise einem ungealterten Abgasreinigungselement ein Skalierungswert von Null und einem grenzwertig gealterten Abgasreinigungselement ein Skalierungswert von eins als skalierter Alterungszustand zugeordnet sein.
-
Neben der Signalverzögerungszeit des Binärsignals des Stickoxidsensors kann zusätzlich ein Zeitpunkt und/oder eine Signalhöhe eines lokalen Maximums und/oder Minimums von dessen Stickoxid-Konzentrationssignal in Bezug auf einen Alterungszustand des Abgasreinigungselements ausgewertet werden. Eine Auswertung eines zwischen zwei vorgebbaren Zeitpunkten ermittelten Zeitintegrals des Stickoxid-Konzentrationssignals des Stickoxidsensors kann ebenfalls vorgesehen sein.
-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt ein Lambdasprung mit einer Sprungamplitude im Bereich zwischen 0,9 bis 2,0 gewählt. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einem Mager-Fett-Wechsel ausgehend von einem Lambdawert von größer 1,0 auf einen Lambdawert von 0,99 bis 0,85 bzw. bei einem Fett-Mager-Wechsel ausgehend von einem Lambdawert von 0,95 bis 0,85 auf einen Lambdawert größer 1,0 gesprungen wird. Somit ist infolge der vergleichsweise geringen Anfettung auf einen Lambdawert von 0, 99 bis allenfalls 0,85 das Verfahren in vorteilhafter Weise bei einem Abgasreinigungselement eines Dieselmotors anwendbar, da bei Dieselmotoren eine Anfettung auf Lambdawerte unterhalb 0,85 nur schwierig oder gar nicht durchgeführt werden kann. Besonders vorteilhaft ist eine Anfettung auf etwa einen Lambdawert von 0,9. Dabei ist unter einem Lambdawert wie üblich das Verhältnis von dem Verbrennungsmotor zugeführter Luft und Kraftstoff in Bezug auf den stöchiometrischen Lambdawert von 1,0 zu verstehen. Wird der Verbrennungsmotor mit doppeltem Luftüberschuss, also mit einem Motor-Lambdawert von 2,0 betrieben, so weist das Abgas, falls diesem keine Stoffe zugeführt oder entzogen werden, im eingeschwungenen Zustand ebenfalls einen mageren Abgas-Lambdawert von 2,0 auf. Allerdings kann ein Abgasreinigungselement, welches mit Abgas von sich sprunghaft änderndem Lambdawert beaufschlagt wird, den Einschwingvorgang beeinflussen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Abgasreinigungselement über eine Speicherfähigkeit für Sauerstoff und/oder für einen reduzierenden Abgasbestandteil verfügt. Der Verlauf des Einschwingvorgangs ist von der Beschaffenheit des Abgasreinigungsbauteils bzw. seiner katalytischen Beschichtung abhängig. Dabei beeinflussen auch alterungsbedingte Veränderungen den Verlauf der Sprungantwort. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sprungantwort auf einen entsprechenden sprungartigen Lambdawechsel mittels des stromabwärtigen Abgassensors in Bezug auf alterungsbedingte Veränderungen analysiert.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Auswertung der Sprungantwort bei einem Fett-Mager-Wechsel des Motorbetriebs nur dann vorgenommen, wenn der Motor vor dem Wechsel in den Magerbetrieb eine vorgebbare Mindestzeitspanne im Fettbetrieb betrieben wurde. Diese Mindestzeitspanne wird vorzugsweise derart gewählt, dass sichergestellt ist, dass Einschwingvorgänge eines vorangegangenen Mager-Fett-Wechsels abgeklungen sind. Damit ist gewährleistet, dass eine in Bezug auf vorangegangene Lambdaschwankungen unbeeinflusste Sprungantwort ausgewertet wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Motor im Fettbetrieb wenigstens annähernd stationär betrieben wird. Unter annähernd stationär ist ein Betrieb zu verstehen, bei welchem eine Drehzahl und/oder eine Last des Verbrennungsmotors um weniger als etwa +/- 10 %, insbesondere um weniger als +/- 5 % um einen mittleren Werte schwanken. Auf diese Weise kann die Ergebnisqualität der Diagnose in Bezug auf Ergebnisstreuung verbessert werden.
-
Unter Verzicht auf das Stationaritätserfordernis kann alternativ auch ein instationärer Motorbetrieb zur Durchführung des Diagnoseverfahrens ausgenutzt werden. Insbesondere bei einem Lastsprung von einer ersten niedrigen Motorlast und überstöchiometrischem Betrieb zu einer zweiten höheren Motorlast, beispielsweise im Zusammenhang mit Beschleunigungen (Kick-down) kann eine Diagnose des Abgasreinigungselements vorgesehen sein. Hierbei werden Motorbetriebsparameter so vertrimmt, dass im Zusammenhang mit dem Lastsprung kurzzeitig ein unterstöchiometrischer Betrieb (λ < 1) erreicht wird. In diesem Fall wird bevorzugt nur die Sprungantwort des Mager-Fett-Wechsels für Diagnosezwecke ausgewertet, weil die Fettbetriebsdauer typischerweise nur kurz ist. Diese Variante hat den großen Vorteil, dass das Auftreten von stationären Betriebszuständen nicht abgewartet werden muss und die entsprechenden Diagnosezeiten und Intervalle daher deutlich kürzer ausfallen.
-
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes für den Alterungszustand nur die auf einen Mager-Fett-Wechsel auftretende Sprungantwort ausgewertet wird und bei Überschreiten des Schwellenwerts im Sinne einer stärkeren Alterung zusätzlich die auf einen Fett-Mager-Wechsel auftretende Sprungantwort ausgewertet wird. Dadurch wird der Auswerteaufwand verringert, da bei einem gering gealterten Abgasreinigungselement im allgemeinen ohne Nachteil eine größere Skalierungstoleranz in Bezug auf den Alterungszustand zulässig ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden eine Häufigkeit und/oder eine Höhe für ermittelte Überschreitungen eines vorgebbaren Grenzwerts für den Alterungszustand statistisch ausgewertet und bei einer vorgebbaren statistischen Signifikanz für ein tatsächliches Überschreiten des Grenzwerts eine vorgegebene OBD-Fehlerroutine ausgelöst. Ein Überschreiten des Grenzwerts ist vorliegend im Sinne einer vergrößerten Alterung zu verstehen, da eine Skalierung eines zunehmenden Alterungszustands sowohl absteigend als auch aufsteigend erfolgen kann. Vorgesehen ist, dass im Laufe der Betriebszeit nach und nach eine Vielzahl von Abläufen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens mit Auswertung der Sprungantwort auf einen Lambdawechsel durchgeführt werden. Dadurch liegen nach einer gewissen Zeit eine Vielzahl von typischerweise skalierten Werten für den Alterungszustand des Abgasreinigungselements vor. Damit lassen sich beispielsweise statistische Trendanalysen erstellen oder es kann eine statistische Absicherung in Bezug auf einen Fehler erster oder zweiter Art für das Vorliegen einer Grenzalterung auf ein vorgebbares Maß minimiert werden. Bevorzugt ist das Vorsehen einer vorgebbaren Irrtumswahrscheinlichkeit für eine Aussage bezüglich des Vorliegens eines vorgebbaren kritischen Alterungszustands bei einer Berücksichtigung einer vorgebbaren Zahl an Auswertungen für Sprungantworten. Eine OBD-Fehlerroutine sieht bevorzugt das Erzeugen eines Warnsignals vor. Weitere Maßnahmen, wie beispielsweise Eingriffe in den Motorbetrieb können ebenfalls vorgesehen sein. Für starke Überschreitungen des vorgebbaren Grenzalterungszustands kann eine Einschränkung des Fahrbetriebs in Bezug auf verfügbare Motorleistung oder dergleichen vorgesehen sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren im Zusammenhang mit einer Regeneration für einen dem Motor zugeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator durchgeführt. Falls eine Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysator nur einen kurzeitigen Fettbetrieb des Verbrennungsmotors von wenigen Sekunden erfordert, kann zur Durchführung des Diagnoseverfahrens eine Verlängerung der regenerationsbedingten Fettbetriebszeit um eine vorgebbare Zeitspanne auf insgesamt beispielsweise 10 bis 20 Sekunden vorgesehen sein. Auf diese Weise kann sowohl der Mager-Fett-Wechsel als auch der Fett-Mager-Wechsel ausgewertet werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn der Stickoxid-Speicher definiert befüllt bzw. entleert ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Diagnose eines Diesel-Oxidationskatalysators und/oder eines katalytisch beschichteten Dieselpartikelfilters und oder eines Stickoxid-Speicherkatalysators als Abgasreinigungselement angewendet werden. Dabei ist das Verfahren aufgrund der Aussagekraft und Zuverlässigkeit auch und insbesondere für ein Abgasreinigungselement mit einer katalytischen Beschichtung mit einer vergleichsweise geringen Sauerstoffspeicherkapazität von weniger als 0,5 g Sauerstoff je Liter Bauteilvolumen im Neuzustand anwendbar.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 ein in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnetes Abgasreinigungselement mit vor- und nachgeschalteten Abgassensoren,
- 2 ein Zeitdiagramm mit schematisch dargestellten Verläufen von Signalen von zur Diagnose eingesetzten Abgassensoren im Zusammenhang mit einem LambdaWechsel und
- 3 ein Zeitdiagramm mit schematisch dargestellten Verläufen von Stickoxid-Konzentrationssignalen als Sprungantwort auf einen Mager-Fett-Wechsel bei unterschiedlichem Alterungszustand des betreffenden Abgasreinigungselements.
-
In 1 ist grob schematisch ein Ausschnitt A aus einem Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors dargestellt. Unter Beschränkung auf hier vorrangig interessierende Bestandteile zeigt 1 ein Abgasreinigungselement 2, das in einem Abgasstrang 1 des nicht dargestellten Verbrennungsmotors angeordnet ist. Das Abgasreinigungselement 2 ist in einem Gehäuse 3 untergebracht und wird beim Betrieb des Verbrennungsmotors entsprechend den Pfeilen 4 vom Abgas des Verbrennungsmotors durch- und/oder umströmt. Stromauf und stromab des Abgasreinigungselements 2 sind im Abgasstrang 1 eine erste Lambdasonde 5 sowie ein Stickoxidsensor 6 und eine zweite Lambdasonde 7 angeordnet.
-
Nachfolgend wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass es sich bei dem nicht dargestellten Verbrennungsmotor um eine überwiegend mager betriebene Brennkraftmaschine, insbesondere um einen Dieselmotor handelt. Bei dem zu diagnostizierende Abgasreinigungselement 2 kann es sich um einen Diesel-Oxidationskatalysator, einen katalytisch beschichteten Dieselpartikelfilter oder eine Stickoxid-Speicherkatalysator handeln. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass das Abgasreinigungselement 2 ein Diesel-Oxidationskatalysator mit einer katalytischen Beschichtung mit einer vergleichsweise geringen Sauerstoffspeicherfähigkeit von etwa 0,45 g Sauerstoff je Liter Katalysatorvolumen ist. Dem Abgasreinigungselement 2 können weitere Abgasbehandlungskomponenten oder Bauteile wie beispielsweise ein Partikelfilter und/oder ein SCR-, Dreiwege- oder Stickoxid-Speicherkatalysator und weitere Abgassensoren, wie beispielsweise Temperaturfühler vor- und/oder nachgeschaltet sein, was nicht gesondert dargestellt ist.
-
Die Lambdasonden 5, 7 sind vorliegend als so genannte Breitband-Lambdasonden ausgebildet, welche in Bezug auf den Lambdawert des beaufschlagenden Abgases ein kontinuierliches Signal abgeben. Der Stickoxidsensor 6 ist als amperometrischer Zweikammer-Sensor ausgebildet, welcher sowohl ein mit der Stickoxid-Konzentration des beaufschlagenden Abgases korrelierendes Signal, als auch ein von der Sauerstoffkonzentration abhängiges Signal mit Zweipunktverhalten abgeben kann. Letzteres wird nachfolgend vereinfachend als Binärsignal bezeichnet. Die genannten Signale werden von einem nicht dargestellten elektronischen Steuergerät erfasst und ausgewertet.
-
Nachfolgend werden anhand der im Diagramm von 2 dargestellten zeitlichen Signalverläufe der Abgassensoren 5, 6, 7 bevorzugte Vorgehensweisen zur Diagnose des Abgasreinigungselements 2 erläutert. Im Zeitdiagramm von 2 ist eine Versuchszeit t auf der Abszisse abgetragen. Auf der mit λ bezeichneten Ordinate sind den Signalen der Lambdasensoren 5, 7 zugeordnete Abgaslambdawerte abgetragen. Dabei ist die Spur 20 dem Signalverlauf des stromauf des Abgasreinigungselements 2 angeordneten ersten Lambdasensors 5 und die Spur 21 entsprechend dem Signalverlauf des stromab des Abgasreinigungselements 2 angeordneten zweiten Lambdasensors 7 zugeordnet. Analog sind auf der mit Sb bezeichneten Ordinate dem Binärsignal des Stickoxidsensors 6 zugeordnete Signalwerte in Millivolt mV und auf der mit cNOx bezeichneten Ordinate dem Stickoxid-Konzentrationssignal des Stickoxidsensors 6 zugeordnete Stickoxid-Konzentrationswerte in ppm abgetragen. Der Verlauf des Binärsignals ist durch Spur 22 und der Verlauf des Stickoxid-Konzentrationssignals durch die Spur 23 wiedergegeben.
-
Zur Diagnose des Abgasreinigungselements werden an den im Diagramm von 2 mit den Kreisen 24 und 25 bezeichneten Stellen durch Beeinflussung des Motorbetriebs sprungartig Wechsel des Motorlambdas durchgeführt. Dabei handelt es sich bei der durch das Bezugszeichen 24 gekennzeichneten Stelle um einen Mager-Fett-Wechsel, bei welchem sprungartig innerhalb weniger Arbeitsspiele von einem Motorlambdawert von etwa 1,65 auf einen Motorlambdawert von etwa 0,9 gesprungen wird. Umgekehrt wird an der durch das Bezugszeichen 25 gekennzeichneten Stelle in einem Fett-Mager-Wechsel vom Motorlambdawert von etwa 0,9 wieder auf einen für den Betrieb des Dieselmotors typischen Normalwert von 1,65 für das Motorlambda zurückgesprungen. Dementsprechend sinkt der Wert des durch die erste Lambdasonde 5 erfassten Abgaslambda eingangsseitig des Abgasreinigungselements 2 steil ab bzw. steigt steil an, was durch den durch Spur 20 wiedergegebenen Signalverlauf wiedergegeben ist. Dabei wird der Mager-Fett-Wechsel bevorzugt derart durchgeführt, dass damit ein steiles Ansteigen der Stickoxid-Rohemission des Motors um mehrere hundert ppm verbunden ist. Analog ist mit dem Fett-Mager-Wechsel ein steiles Absinken der Stickoxid-Rohemission verbunden. Dabei wird vorliegend der Verlauf der Stickoxid-Rohemission und der korrespondierenden Stickoxid-Konzentration im Abgas eingangsseitig des Abgasreinigungselements 2 messtechnisch nicht erfasst und ist deshalb nicht gesondert dargestellt. Die den Lambdawerten zugeordneten Stickoxid-Konzentrationswerte können jedoch in Form von gespeicherten Kennlinien vorliegen. Eine messtechnische Erfassung durch einen stromauf des Abgasreinigungselements 2 angeordneten Stickoxidsensor kann natürlich vorgesehen sein.
-
Wie von den Erfindern festgestellt wurde, kann eine Analyse einer messtechnisch durch einen Stickoxidsensor und/oder durch einen Lambdasensor erfassten Sprungantwort des Abgasreinigungselements 2 auf einen jeweiligen aufgeprägten sprungartigen Mager-Fett-Wechsel bzw. Fett-Mager-Wechsel wertvolle und signifikante Informationen in Bezug auf seinen Alterungszustand liefern. Nachfolgend werden unter weiterem Bezug auf 2 bevorzugte Auswertungen der in Form der Signalverläufe 21, 22, 23 von zweiter Lambdasonde 7 und Stickoxidsensor 6 vorliegenden Sprungantworten erläutert. Dabei können die durch Auswertung der Signalverläufe 21, 22, 23 ermittelten Kennwerte jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination zur Ermittlung eines skalierten Alterungszustands herangezogen werden.
-
Nicht erfindungsgemäß wird ein gegenüber dem Absinken des Lambdasignals 20 des ersten Lambdasensors 5 verzögerter Anstieg des Binärsignals 22 des Stickoxidsensors 6 im Zusammenhang mit einem Mager-Fett-Wechsel ausgewertet. Es versteht sich jedoch, dass anstelle des durch den ersten Lambdasensor 5 messtechnisch erfassten Lambdasignals 20 auch ein die Lambdawerte eingangs des Abgasreinigungselements 2 charakterisierendes Signal aus motorischen Betriebsparametern modelliert und als Bezugssignal herangezogen werden kann.
-
Die genannte Signalverzögerung korrespondiert mit einem verzögerten Lambda-Eins-Durchgang ausgangsseitig des Abgasreinigungselements 2 gegenüber dem entsprechenden Lambdawechsel eingangsseitig des Abgasreinigungselements 2. Ursache der Verzögerung ist ein Zeit beanspruchendes Abreagieren von im Abgasreinigungselement 2 gespeichertem Sauerstoff mit reduzierenden Abgasbestandteilen, die mit dem Wechsel zu fetten Bedingungen dem Abgasreinigungselement 2 zugeführt werden. Wie festgestellt wurde, verläuft eine mit zunehmender Alterung nachlassende katalytische Wirksamkeit des vorliegend als Oxidationskatalysator ausgebildeten Abgasreinigungselements 2 parallel zu einer Verminderung der Sauerstoffspeicherfähigkeit. Mit zunehmender Alterung aufgrund nachlassender Sauerstoffspeicherfähigkeit wird auch die Verzögerung des Binärsignals 22 gegenüber dem Lambdasignal 20 geringer. Daher kann durch Auswerten der Verzögerung des Binärsignals 22 gegenüber dem Lambdasignal 20 ein skalierbarer Alterungszustand für das Abgasreinigungselement 2 ermittelt werden. Für eine quantitative Auswertung wird bevorzugt die Zeitspanne zwischen dem Durchgang der abfallenden Flanke des Lambdasignals 20 durch einen vorgebbaren Lambdawert und dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Binärsignals 22 durch einen Signalwert Sb vorgegebener Größe ausgewertet. Bevorzugt ist eine Auswertung einer im Diagramm mit t4 bezeichneten Zeitspanne zwischen dem Durchgang der abfallenden Flanke des Lambdasignals 20 durch den Lambdawert von λ = 1,0 und dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Binärsignals 22 durch einen Signalwert von Sb = 0,3 V.
-
Bevorzugt erfolgt eine Korrektur oder Normierung der ermittelten Verzögerungszeit t4 um die alterungsunabhängige Gaslaufzeit des Abgases. Besonders bevorzugt ist eine Korrektur oder Normierung auf das in der ermittelten Verzögerungszeit t4 durch die Laufstrecke zwischen den Sensoren 5 und 6 geströmte auf Normbedingungen bezogene Abgasvolumen oder auf die Abgasmasse. Die entsprechenden Werte von Abgasnormvolumen oder Abgasmasse können in Motorbetriebskennfeldern für den jeweiligen Motorbetriebspunkt hinterlegt sein oder aus Kennfelddaten vom Steuergerät berechnet werden. Für eine Korrektur des Temperatureinflusses ist bevorzugt eine Abgastemperaturmessung mittels eines Temperatursensors stromauf oder stromab des Abgasreinigungselements vorgesehen. Die Genauigkeit der Temperaturkorrektur kann durch Anordnung eines Temperatursensors im Abgasreinigungselement 2 weiter verbessert werden. Es kann vorgesehen sein, die ermittelte Verzögerungszeit t4 zusätzlich um eine Ansprechzeit insbesondere des Stickoxidsensors 6 zu korrigieren. Ebenfalls vorteilhaft ist eine Korrektur oder Normierung der ermittelten Verzögerungszeit t4 um oder auf ein Sauerstoffäquivalent der dem Abgasreinigungselement 2 mit dem Abgas insbesondere in der Verzögerungszeit t4 zugeführten reduzierenden Abgasbestandteile. Auf diese Weise können Lambdaunterschiede des fetten Lambdawerts bei zu unterschiedlichen Zeitpunkten und mit unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführten Mager-Fett-Wechseln berücksichtigt werden.
-
Wie von den Erfindern festgestellt wurde, ist auch eine Verzögerung des Binärsignals 22 des Stickoxidsensors 6 gegenüber dem Ansteigen des Lambdasignals 20 des ersten Lambdasensors 5 bei einem Fett-Mager-Wechsel abhängig vom Alterungszustand des Abgasreinigungselements 2. Die Ursache einer Verzögerung ist in diesem Fall ein Zeit beanspruchendes Einspeichern von Sauerstoff, der mit dem Wechsel zu mageren Bedingungen dem Abgaselement 2 mit dem Abgas zugeführt wird. Infolge des entsprechenden Einspeichereffekts schlägt ein sprungartiger Wechsel von fetter zu magerer Abgaszusammensetzung eingangsseitig des Abgasreinigungselements 2 nicht sofort durch, sondern ist zeitverzögert. Analog zur oben beschriebenen Vorgehensweise wird für eine quantitative Auswertung bevorzugt die Zeitspanne zwischen dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Lambdasignals 20 durch einen vorgebbaren Lambdawert und dem Durchgang der abfallenden Flanke des Binärsignals 22 durch einen Signalwert vorgegebener Größe ausgewertet. Bevorzugt ist eine Auswertung einer im Diagramm nicht gesondert bezeichneten Zeitspanne zwischen dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Lambdasignals 20 durch einen Lambdawert von λ = 1,0 oder mit z.B. λ = 1,1 geringfügig höher und dem Durchgang der abfallenden Flanke des Binärsignals 22 durch einen Signalwert von Sb = 0,3 V. Dabei werden erfindungsgemäß die vom Alterungszustand unabhängigen Signal-Laufzeitanteile entsprechend den oben genannten Korrekturen bzw. Normierungen berücksichtigt.
-
Anstelle oder zusätzlich zu einer Auswertung des Binärsignals 22 als Sprungantwort auf einen Fett-Mager-Wechsel kann in analoger Weise auch das Lambdasignal 21 des zweiten Lambdasensors 7 ausgewertet werden. Für eine quantitative Auswertung wird bevorzugt die Zeitspanne zwischen dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Lambdasignals 20 durch einen vorgebbaren Lambdawert und dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Lambdasignals 21 durch einen Signalwert vorgegebener Größe ausgewertet. Bevorzugt ist eine Auswertung einer im Diagramm mit t1 bezeichneten Zeitspanne zwischen dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Lambdasignals 20 und dem Durchgang der ansteigenden Flanke des Lambdasignals 21 jeweils durch den Lambdawert von λ = 1,0. Dabei werden erfindungsgemäß die vom Alterungszustand unabhängigen Signal-Laufzeitanteile entsprechend den oben genannten Korrekturen bzw. Normierungen hier ebenfalls berücksichtigt.
-
Eine Auswertung des Binärsignals 22 und/oder des Lambdasignals 21 als Sprungantwort auf einen Fett-Mager-Wechsel wird vorzugsweise nur dann vorgenommen, wenn die Zeitdauer des Fettbetriebs vor dem Fett-Mager-Wechsel eine vorgebbare Mindestdauer im Bereich von wenigstens etwa 2 Sekunden bis etwa 10 Sekunden, besonders bevorzugt eine Mindestdauer von wenigstens etwa 3 Sekunden beträgt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein Fett-Mager-Wechsel nur dann ausgewertet wird, wenn infolge einer ausreichend langen Fettbetriebszeit gespeicherter Sauerstoff aus dem Abgasreinigungselement 2 vollständig entfernt wurde und die Zeit zum erneuten Einspeichern nicht durch im Abgasreinigungselement 2 verbliebene Sauerstoffreste beeinflusst ist. Erfindungsgemäß erfolgt eine Auswertung des Binärsignals 22 und/oder des Lambdasignals 21 als Sprungantwort auf einen Fett-Mager-Wechsel zusätzlich nur dann, wenn vorgebbare Stationaritätskriterien in Bezug auf den Motorbetrieb während der Fettphase vor einem Fett-Mager-Wechsel erfüllt sind. Diese Stationaritätskriterien betreffen bevorzugt einen vorgebbaren Last- und/oder Drehzahlschwankungsbereich des Motors und/oder einen Lambdaschwankungsbereich. Werden Schwankungen der genannten Größen von mehr als beispielsweise +/- 5 % festgestellt, so unterbleibt eine Auswertung der Sprungantwort. Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Auswertung des Binärsignals 22 und/oder des Lambdasignals 21 als Sprungantwort auf einen Fett-Mager-Wechsel nur dann vorgenommen wird, wenn das Abgasreinigungselement 2 bereits eine vorgebbare Alterungschwelle erreicht hat. Die Auswertung unterbleibt bei unkritisch geringer Alterung, für die bevorzugt eine hohe Genauigkeit für den skalierten Alterungszustand nicht erforderlich ist.
-
Wie von den Erfindern weiter festgestellt wurde, tritt als Antwort auf einen sprungartigen Mager-Fett-Wechsel beim Stickoxid-Konzentrationssignal 23 des Stickoxidsensors 6 typischerweise ein lokales Maximum, gefolgt von einem lokalen Minimum auf. Die Erfinder haben ferner festgestellt, dass Zeitpunkt und/oder Signalhöhe des lokalen Maximums und/oder Minimums abhängig vom Alterungszustand des Abgasreinigungselements 2 sind. Als Ursache für den diskontinuierlichen Anstieg des Stickoxid-Konzentrationssignals kann eine vorübergehende katalytische Denox-Aktivität des Abgasreinigungselements 2 angesehen werden. Diese Denox-Aktivität zeigt ein alterungsbedingtes Nachlassen, weshalb sowohl Zeitpunkt als auch Signalhöhe des lokalen Maximums und/oder Minimums als quantitatives Maß für einen Alterungszustand dienen können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, wenigstens einen der genannten Parameter in Bezug auf einen skalierbaren Alterungszustand auszuwerten.
-
Zur Verdeutlichung wird nachfolgend auf das in 3 dargestellte Zeitdiagramm Bezug genommen. Aufgetragen sind darin durch die Spuren 30, 31, 32 und 33 wiedergegebene Verläufe von Stickoxid-Konzentrationssignalen des Stickoxidsensors 6 im unmittelbaren Anschluss an einen erfolgten Mager-Fett-Wechsel entsprechend 2. Dabei wurde gegenüber dem Zeitdiagramm von 2 ein größerer Maßstab für die Zeitabszisse t gewählt. Auf der Ordinate sind zugehörige Stickoxid-Konzentrationswerte cNOx abgetragen. Die Spuren 30, 31, 32 und 33 geben Verläufe von Stickoxid-Konzentrationssignalen für zunehmend stark temperaturgealterte Abgasreinigungselemente 2 entsprechend dem Pfeil 34 wieder. Wie ersichtlich ergibt sich mit zunehmender Alterung eine abnehmende Ausprägung von Höhe des lokalen Signal-Maximums 35 und Tiefe des lokalen Signal-Minimums 36. Ferner rücken lokales Maximum 35 und lokales Minimum 36 mit zunehmendem Alterungszustand des Abgasreinigungselements 2 näher zusammen.
-
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die entsprechenden Konzentrationsunterschiede Δc zwischen lokalem Maximum 35 und lokalem Minimum 36 zu ermitteln und einem skalierten Alterungszustand des Abgasreinigungsbauteils entsprechend einer bevorzugt vorab ermittelten Kennlinie zuzuordnen. Wie ersichtlich, ist der Stickoxidkonzentrationsunterschied Δc30 für ein gering gealtertes Abgasreinigungselement 2, dem die Spur 30 zugeordnet ist, deutlich größer als der Stickoxidkonzentrationsunterschied Δc33 für ein entsprechendes, stärker temperaturgealtertes Abgasreinigungselement 2, dem hier beispielhaft die Spur 33 zugeordnet ist. In analoger Weise kann eine Zeitspanne Δt zwischen dem Auftreten des lokalen Maximums 35 und dem lokalen Minimum 36 als Maß für einen Alterungszustand des Abgasreinigungselements 2 herangezogen werden. Die den Spuren 30 und 33 von unterschiedlich gealterten Abgasreinigungselementen 2 zugeordneten entsprechenden Zeitspannen sind im Diagramm von 3 mit Δt30 und Δt33 gekennzeichnet.
-
Zur Quantifizierung des Alterungszustandes kann es außerdem vorgesehen sein, ein Zeitintegral des Stickoxidkonzentrationssignals des Stickoxidsensors 6 zu ermitteln. Hierzu wird bevorzugt zu einem vorgebbaren ersten Zeitpunkt ta im unmittelbaren Anschluss an einen erfolgten Mager-Fett-Wechsel mit der Integration begonnen und zu einem vorgebbaren zweiten Zeitpunkt te die Integration beendet. Auf diese Weise wird ein einer Impulsfläche entsprechender charakteristischer Wert einer Sprungantwort auf einen Mager-Fett-Wechsel erhalten. Als erster vorgebbarer Zeitpunkt ta für den Beginn der Signalintegration wird bevorzugt der Zeitpunkt des Durchgangs der abfallenden Flanke des Lambdasignals 20 durch den Lambdawert von X = 1,0 gewählt. Als zweiter vorgebbarer Zeitpunkt tb für das Ende der Signalintegration wird bevorzugt der Zeitpunkt des Erreichens des lokalen Maximums 35 oder des lokalen Minimums 36 oder des Signaldurchgangs durch eine horizontale 37 Tangente durch das lokale Maximum 35 gewählt. Wird auf den ersten Lambdasensors 5 verzichtet, so ist das erreichen des lokalen Maximums 35 eine vorteilhafte Wahl für den vorgebbaren ersten Zeitpunkt ta. Bei der Signalintegration kann ein additiver Integrationsanteil, gegeben etwa durch die Fläche zwischen Abszisse und einer horizontalen Tangente an das lokale Minimum 36 durch nachträgliche Subtraktion berücksichtigt werden. Dadurch kann der Einfluss einer vertikalen Signalverschiebung berücksichtigt werden.
-
Wie vorstehend erläutert, stehen somit eine Mehrzahl von Kennwerten zur Verfügung, welche durch entsprechende Auswertung der in Form von Signalen des Stickoxidsensors 6 und/oder des zweiten Lambdasensors 7 zur Verfügung stehenden Sprungantworten zur Ermittlung eines skalierbaren oder skalierten Alterungszustands herangezogen werden können. Zur Verbesserung der Aussagegenauigkeit ist es bevorzugt vorgesehen, diese Kennwerte einer statistischen Auswertung zuzuführen. Dabei können wiederum Ergebnisse einer Mehrzahl von im Laufe der Betriebszeit vorgenommenen Diagnosevorgängen berücksichtigt werden. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, von einer vorgebbaren statistischen Verteilung derart auszugehen, dass für einen ermittelten Wert für den Alterungszustand eine statistische Sicherheit angegeben werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, lediglich dann eine Fehleranzeige zu aktivieren, wenn eine Irrtumswahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines zugeordneten skalierten Alterungszustands einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise können eine hohe Diagnosesicherheit erzielt und Fehldiagnosen mit hoher Sicherheit vermieden werden. Es können selbstverständlich auch Anzeigen für gestufte Werte für den Alterungszustand vorgesehen sein.