DE10257059B4

DE10257059B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Katalysatoreinheiten

Info

Publication number: DE10257059B4
Application number: DE10257059A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Pott Ekkehard; Axel Lang; Oliver Kirstein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2022-12-07
Also published as: DE10257059A1; WO2004053307A1

Abstract

Verfahren zur Diagnose einer Katalysatoreinheit eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors, wobei die N-Abgasstränge mit jeweils einer Katalysatoreinheit bestückt sind und sich stromab der Katalysatoreinheiten in einer gemeinsamen Abgasleitung vereinen und eine Steuerung eines Lambda-Wertes des Abgases in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: (a) die Katalysatoreinheiten von N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten; (b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren mit einem Abgassystem mit N-Abgasstrangen bekannt. Jeder Abgasstrang kann dabei mit einer Katalysatoreinheit bestückt sein, die wiederum aus einem oder mehreren Katalysatoren, beispielsweise einem Vorkatalysator oder einem Hauptkatalysator, besteht. Einem Abgasstrang können dabei jeweils ein oder mehrere Zylinder, die in Zylindergruppen zusammengefasst werden, zugeordnet sein. Zur Einhaltung von gesetzlichen Abgasemissionsvorschriften ist eine On-Board-Überwachung der Katalysatoren erforderlich. Ein bekanntes Verfahren zur Diagnose von Katalysatoren in Abgasanlagen ist die Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC). Eine Verringerung der OSC wird als Frühindikator für eine Katalysatordeaktivierung herangezogen, da häufig eine thermische Alterung des Katalysators zu einem OSC-Einbruch bereits vor einer Deaktivierung der in derartigen Katalysatoren verbauten Edelmetallkomponenten führt Die OSC wird dabei üblicherweise ermittelt, indem ein Lambda-Wert des Abgases stromauf des zu überwachenden Katalysators einer zyklischen Schwankung zwischen einer fetten (Lambda < 1) und einer mageren (Lambda > 1) Phase um den Wert 1,0 herum unterworfen und das Lambda-Signal stromab des Katalysators mit dem Lambda-Signal stromauf des Katalysators verglichen wird. Ist die OSC hoch, kann der in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoff das Reduktionsmittelangebot in Fettphasen der Lambda-Schwankung weitgehend verarbeiten. Daher sind die Schwankungen des Lambda-Signals stromab des Katalysators relativ gering.
Ist die OSC gering, reicht die gespeicherte Sauerstoffmenge nicht aus, um das Reduktionsmittelangebot umfassend umzusetzen Das Lambda-Signal folgt in diesem Fall mit relativ hoher Amplitude dem Lambda-Signal stromauf vor dem Katalysator
Unterschreitet die OSC einen vorgegebenen Grenzwert – erkennbar an dem Überschreiten eines Grenzwertes der Amplitude des Lambda-Signals stromab des Katalysators relativ zur Amplitude des Lambda-Signals stromauf des Katalysators -, so wird der betreffende Katalysator als defekt erkannt und eine Fehlerinformation ausgegeben. Alternativ kann zu dem Vergleich von Lambda-Werten auch das Spannungssignal von Sprungantwort-Lambdasonden ausgewertet werden, die stromauf und stromab des zu überwachenden Katalysators angeordnet sind. Derartige Sonden ermöglichen zwar keine Messung von Lambda-Werten, wohl aber eine Auswertung von Lambda-Sprüngen bei einem Mager → Fett oder Fett → Magerübergang. Den Lambda-Sprüngen entsprechen Spannungssprünge des Sondensignals. Liegen die Spannungssprünge dieser Sonden vor und nach dem Katalysator zeitlich dicht beieinander, so ist die OSC niedrig, liegen die Spannungssprünge zeitlich weit auseinander, so ist die OSC hoch. Ferner ist eine Anordnung einer Breitband-Lambdasonde zur Messung des Lambda-Wertes vor dem Katalysator und eine Sprungantwort-Lambdasonde hinter dem Katalysator zur Ermittlung der OSC bekannt.
Bei den bekannten Verfahren ist es für eine genaue Ermittlung der OSC erforderlich, dass stromauf und stromab des zu überwachenden Katalysators zumindest eine Sonde angeordnet ist. Bei einem Abgassystem mit N-Abgassträngen und einer Abgaszusammenführung stromab der Katalysatoren kann mit einer Sonde stromab der Abgaszusammenführungseinrichtung nur die Zusammensetzung des Mischgases aus den verschiedenen Abgassträngen erfasst werden Eine individuelle Überwachung der Katalysatoren ist damit nicht ohne weiteres möglich Andererseits ist der Einsatz von Sonden in jedem Abgasstrang stromab der Katalysatoren mit hohen Kosten verbunden.
Aus der DE 196 20 417 C2 ist bereits ein Diagnoseverfahren für eine Katalysatoranlage bekannt, bei dem ein Vor- und ein Hauptkatalysator nacheinander in einem Abgasrohr angeordnet sind Über den Hauptkatalysator ist eine Bypassklappe geschaltet Stromauf und stromab der Katalysatoranlage sind Sonden angeordnet. Zur Diagnose wird Abgas durch den Vor- und Hauptkatalysator oder nur durch den Vorkatalysator geleitet und jeweils die Zusammensetzung des Abgases erfasst. Damit kann der Zustand jedes Katalysators sowie der der gesamten Anlage diagnostiziert werden. Anstelle von zusätzlichen Sonden wird eine Bypassklappe benötigt.
Es ist ferner aus der EP 0 595 044 B1 eine Vorrichtung zur betriebsmäßigen Erfassung einer Verschlechterung eines katalytischen Drei-Wege-Wandlers einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zwei Abgasleitungen, die mit Zylindergruppen verbunden sind, sich in eine gemeinsame Auspuffleitung vereinigen. Der katalytische Drei-Wege-Wandler ist in der gemeinsamen Auspuffleitung oder in jeder der einzelnen Auspuffleitungen oder in allen angeordnet. Um eine verbesserte Diagnose des Zustands der gesamten Katalysatoranlage zu erreichen, sind Synchronisationserfassungsmittel zur Bestimmung, ob bestimmte Bedingungen erfüllt oder nicht erfüllt sind, vorgesehen. Es wird dabei eine Diagnose mit je einer Sonde stromauf von zwei Vorkatalysatoren und einer Sonde stromab eines Hauptkatalysators durchgeführt.
Ferner ist aus der EP 1 057 989 A2 ein Luft-Kraftstoff-Kontroll-System für Motoren bekannt, wobei ein Abgassystem mit mehreren Abgassträngen, welche sich Strom ab von Katalysatoren zu einer gemeinsamen Abgasleitung vereinen, überwacht wird. Während einer Katalysatordiagnose werden dabei alle Abgasstränge mit einer synchronen Lambdawertanregung beaufschlagt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine Diagnose von Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems für ein Abgassystem mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors erfolgen kann, die genau ist und gleichzeitig kostengünstig und konstruktiv einfach realisiert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß werden bei einem gattungsgemäßen Verfahren folgende Schritte durchgeführt:

(a) die Katalysatoreinheiten von zumindest N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten;
(b) für die Katalysatoreinheit des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch eine genaue Diagnose einer Gruppe von K Katalysatoreinheiten mit nur einem in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung angeordneten Sensor zur Auswertung der Lambda-Reaktion des Abgases, da durch die Beaufschlagung von K Abgassträngen mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas diese Katalysatoreinheiten keinen Beitrag zur Lambdawert-Reaktion in dem Mischabgas bringen. Damit lassen sich sowohl Sensoren einsparen als auch, aufgrund der genauen Diagnose defekte Katalysatoreinheiten identifizieren und austauschen
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem genau N – 1 Katalysatoreinheiten sauerstofffrei gehalten werden, und die Schritte (a) und (b) für die Bestimmung des Katalysatordiagnosewerts der Katalysatoreinheit des N-ten Abgasstranges vorgesehen sind. Hiermit lässt sich eine individuelle Diagnose der Katalysatoreinheit des N-ten Abgaszweiges unabhängig von den Katalysatoreinheiten der anderen Abgaszweige vornehmen.
Die Katalysatoreinheiten können zweckmäßigerweise jeweils einen Vorkatalysator, einen Hauptkatalysator oder eine Kombination von Vorkatalysator und Hauptkatalysator aufweisen. Es versteht sich, dass bei einer Kombination von Vorkatalysator und Hauptkatalysator ohne weitere Maßnahmen eine OSC und ein Katalysatordiagnosewert dieser Kombination ermittelt wird.
Um eine individuelle Diagnose sämtlicher Katalysatoreinheiten der N-Abgasstränge durchzuführen, werden die Schritte (a) und (b) sukzessive nacheinander für sämtliche Abgasstränge vorgenommen.
Erfindungsgemäß kann auch zunächst eine nicht zwischen den einzelnen Katalysatoreinheiten differenzierende Diagnose des gesamten Katalysatorsystems erfolgen und erst bei einer erkannten Schadigung des Gesamtsystems eine individuelle Prüfung der einzelnen Katalysatoreinheiten durchgeführt werden. Bei einem ordnungsgemäß arbeitenden System kann auf die individuelle Prüfung verzichtet werden.
Um überflüssige Prüfungen einer als defekt erkannten Katalysatoreinheit zu vermeiden, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass für eine solche Katalysatoreinheit nur eine vorgegebene Anzahl Wiederholungen der Schritte (a) und (b) vorgesehen ist.
Es ist zweckmäßig, als Lambdawert-Anregung des Abgases einen an sich bekannten Lambda-Wobbel mit vorgegebener Amplitude und Frequenz zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose von Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors, weist eine Gemischregelungseinrichtung für eine Steuerung eines Lambda-Wertes in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten auf Dabei ist in jedem der N-Abgasstränge stromauf jeder Katalysatoreinheit und in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Sauerstoffsensor angeordnet. Eine Steuereinrichtung ist vorgesehen, welche die Signale der Sauerstoffsensoren verarbeitet, über Stellmittel den Lambda-Wert des Abgases in den N-Abgassträngen beeinflussen kann und folgende Schritte veranlasst:

(a) die Katalysatoreinheiten von zumindest N – 1 Abgasstrangen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten;
(b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine genaue Diagnose von ausgewählten Katalysatoreinheiten mit nur einem in dem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung angeordneten Sauerstoffsensor.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Patentansprüchen – für sich oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.
Die Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:
1 einen Verbrennungsmotor mit einem Abgassystem mit zwei Abgassträngen;
2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens;
3 den zeitlichen Verlauf eines Lambda-Signals einer stromab eines Katalysators angeordneten Sonde während einer Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit bei einem nicht geschädigten Katalysator,
4 den zeitlichen Verlauf eines Lambda-Signals einer stromab eines Katalysators angeordneten Sonde während einer Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit bei einem geschädigten Katalysator;
5 den zeitlichen Verlauf des Lambda-Signals von stromauf bzw stromab von zwei Katalysatoren angeordneten Sonden bei einer Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Darstellung in 1 zeigt einen an sich bekannten Verbrennungsmotor 1 mit vier Zylindern. Der Verbrennungsmotor 1 kann ein vorzugsweise direkt einspritzender Ottomotor oder ein Dieselmotor sein. Je zwei Zylinder sind zu einer Gruppe zusammengefasst und einem Abgasstrang 5A bzw. 5B zugeordnet Die Abgasstränge 5A bzw. 5B jeweils mit einer Katalysatoreinheit 2A bzw. 2B bestückt. Jede Katalysatoreinheit 2A, 2B kann ein Vorkatalysator, ein Hauptkatalysator oder auch eine Kombination von Vor- und Hauptkatalysator sein, Im vorliegenden Fall besteht die Katalysatoreinheit 2A aus einem Vorkatalysator V und einem stromab von diesem angeordneten Hauptkatalysator H. Bei den Katalysatoren kann es sich jeweils um einen Drei-Wege-Katalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator handeln. Stromauf der Katalysatoreinheiten sind jeweils Sensoren 3A bzw. 3B in den Abgassträngen 5A bzw. 5B angeordnet. Die Abgasstränge 5A und 5B münden in eine gemeinsame Abgasleitung 6 und bilden mit dieser zusammen das Abgassystem des Verbrennungsmotors 1. An der Mündungsstelle ist eine Abgaszusammenführungseinheit 6A angeordnet. In einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung 6 stromab der Katalysatoreinheiten 2A und 2B und der Abgaszusammenführungseinheit 6A ist ein Sensor 4 für das Mischabgas an den Abgassträngen 2A und 2B angeordnet.
Die Sensoren 3A, 3B und 4 sind als Breitband-Lambdasonde, als Sprungantwort-Lambdasonde oder als NOx-Sensor mit einem Lambdawert-Signalausgang ausgebildet. Die Signale der Sensoren 3A, 3B und 4 werden von einer Steuereinheit 7 erfasst und ausgewertet. Die Steuereinheit 7 gibt je nach Zusammensetzung des Abgases in den Abgassträngen 5A, 5B sowie der Abgasleitung 6 Signale an eine Gemischregeleinrichtung 8 weiter. Die Gemischregeleinrichtung 8 regelt oder steuert über Stellmittel 10, beispielsweise über eine Drosselklappe 9, das Kraftstoffgemisch, das den Zylindern zugeführt wird.
Bevorzugt wird als Lambdawertanregung des Abgases ein Wobbel mit vorgegebener Frequenz und Amplitude verwendet.
Erfindungsgemäß werden folgende Schritte durchgeführt

(a) die Katalysatoreinheiten von N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten;
(b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt

Die Durchführung der Schritte (a) und (b) wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 7 veranlasst.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Abgassystem mit mehr als zwei, allgemein mit N-Abgassträngen einsetzbar ist. Ferner kann das Abgassystem zusätzlich zu den N-Abgassträngen weitere Abgasstränge aufweisen, die nicht in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen werden. Insbesondere kann die gemeinsame Abgasleitung 6 weiteren stromab der Abgaszusammenführungsreinrichtung 6A angeordneten Katalysatoreinheiten Abgas zuführen. Ferner kann auch eine Gruppe von K Katalysatoreinheiten gemeinsam diagnostiziert werden, indem das Verfahren auf eine Gruppe von K Abgassträngen angewendet wird.
Um alle Katalysatoreinheiten einen definierten Zustand zu versetzen, können auch sämtliche N Katalysatoreinheiten für ein vor dem Zeitintervall T liegendes Zeitintervall T1 in einen sauerstofffreien Zustand versetzt werden. Vorzugsweise ist eine individuelle Steuerung des Lambdawertes des Abgases in jedem Abgasstrang stromauf der Katalysatoreinheiten möglich.
In 2 sind bevorzugte Ablaufschritte des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens in einem Flussdiagramm zusammengestellt. In Schritt S1 wird mittels des Sensors 4 eine Messung des Mischgases in der gemeinsamen Abgasleitung 6 durchgeführt und die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Katalysatoreinheiten sämtlicher Abgasstränge bzw. ein Katalysator-Diagnosewert ermittelt. In Schritt S2 wird in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Schrittes S1 verzweigt. Für den Fall, dass der Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit des aus den Katalysatoreinheiten der einzelnen Abgasstränge gebildeten Katalysatorsystems ergibt dass dieses insgesamt nicht defekt ist, erfolgt ein Rücksprung zu Schritt S1. Das bei der Diagnose des Katalysatorsystems verwendete Verfahren beruht auf der Auswertung der Reaktion des Abgases auf eine Lambdawert-Anregung und ist an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Ergibt die Diagnose des Schrittes S1, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysatorsystems unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, wird in Schritt S3 das Abgas fett eingestellt, um damit sämtliche Katalysatoreinheiten sauerstofffrei zu machen. Im Fall der 1 sind das die Katalysatoreinheiten 2A und 2B.
In einem folgenden Schritt S4 wird eine Katalysatoreinheit, beispielsweise 2B, während eines vorgegebenen Zeitintervalls T mit stöchiometrischem oder leicht fettem Abgas beaufschlagt, während eine Diagnose der Katalysatoreinheit 2A erfolgt. Hierzu wird beispielsweise über die Gemischregeleinrichtung 8 das Abgas im Abgasstrang 5A zwischen fett und mager gesteuert bzw. geregelt. Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor 1 während der Diagnose der Katalysatoreinheit 2A so betrieben, dass die sauerstofffrei gehaltene Katalysatoreinheit 2B unter konstanten Bedingungen, bevorzugt mit Abgas mit einem konstanten Lambdawert, betrieben wird. Während der Durchführung von Schritt S4 werden in an sich bekannter Weise aus dem Vergleich der Lambda-Signale der Sensoren 3A und 4 die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Katalysatoreinheit 2A sowie in Abhängigkeit hiervon ein Katalysatordiagnosewert für die Katalysatoreinheit 2A bestimmt. Im Anschluss an Schritt 4 erfolgt in Schritt S5 eine Diagnose der Katalysatoreinheit 2B analog zur Diagnose in Schritt S.
In Schritt S6 werden die Katalysatordiagnosewerte der Katalysatoreinheit 2A und 2B gespeichert. In Schritt S7 erfolgt in Abhängigkeit von dem Ergebnis in Schritt S6 eine Verzweigung. Sind die Katalysatoreinheiten 2A und 2B aufgrund der vorhergehenden Diagnose als nicht defekt erkannt worden, wird zu Schritt S9 verzweigt und festgestellt, dass eine Fehlmessung stattgefunden hat. In diesem Fall wird eine erneute Diagnose in Schritt S1 vorgenommen. Ist zumindest eine der Katalysatoreinheiten 2A oder 2B defekt, erfolgt eine Verzweigung zu Schritt S8 und eine Anzeige bzw. Speicherung, dass und gegebenenfalls welche der Katalysatoreinheiten 2A oder 2B defekt sind. Es versteht sich, dass die Durchführung der erfindungsgemäßen Schritte (a) und (b) auch in Abhängigkeit von anderen Bedingungen vorgenommen werden kann. Um überflüssige Diagnoseschritte zu vermeiden, kann auch eine Katalysatoreinheit, die als defekt erkannt wurde oder die mehrfach als defekt erkannt wurde, in der Folge von der Prüfung ausgeschlossen werden.
In 3 ist der zeitliche Verlauf von Lambda-Signalen einer Breitband-Lambdasonde stromauf und stromab einer Katalysatoreinheit gemäß einem an sich bekannten Verfahren zur Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit dargestellt.
Dabei wird die Katalysatoreinheit mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases beaufschlagt; in diesem Fall einer Wobbel-Anregung mit vorgegebener Frequenz und Amplitude. 3 zeigt den Verlauf bei einer nicht geschädigten Katalysatoreinheit, bei der eine genügend große Sauerstaffspeicherfähigkeit vorliegt. Das Lambda-Signal stromab der Katalysatoreinheit schwankt daher nur geringfügig um den Wert Lambda = 1.
In 4 ist entsprechend 3 der zeitliche Verlauf von Lambda-Signalen vor und hinter einer geschädigten Katalysatoreinheit mit geringer Sauerstoffspeicherfähigkeit dargestellt. Das Lambda-Signal der stromab der Katalysatoreinheit angeordneten Sonde folgt mit einer geringen Phasenverschiebung dem Lambda-Signal der stromauf der Katalysatoreinrichtung angeordneten Sonde.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf von Lambda-Signalen vor und hinter den Katalysatoreinheiten 2A und 2B bei einer erfindungsgemäßen Diagnose der Katalysatoreinheit 2A. Hierbei wird Bezug genommen auf eine Konfiguration wie in 1 dargestellt. Die Katalysatoreinheit 2B wird mit einem leicht fetten Abgas (Lambda < 1) beaufschlagt, Abweichend von der Darstellung in 5 kann die Katalysatoreinheit 2B auch mit stark fetten oder mit stöchiometrischem Abgas beaufschlagt werden. Die Katalysatoreinheit 2A wird mit einer zyklisch schwankenden Fett-Mager-Anregung beaufschlagt. Da die Katalysatoreinheit 2B sauerstofffrei gehalten wird, sind die Schwankungen des Lambda-Signals in der gemeinsamen Abgasleitung 6 angeordneten Sensor 4 allein auf die Schwankungen des Lambdawerts vor der Katalysatoreinheit 2A zuruckzuführen. Zur Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Katalysatoreinheit 2A können daher im Wesentlichen die Lambda-Signale der Sensoren 3A und 4 in an sich bekannter Weise herangezogen werden. Allerdings ist die Amplitude der Schwankung des Lambda-Signals am stromabwärts der Katalysatoreinheiten 2A und 2B liegenden Sonde geringer, da der Abgasmassenstrom in der gemeinsamen Abgasleitung 6 größer ist als in den einzelnen Abgassträngen 5A bzw. 5B. Diese Verringerung ist bei der Auswertung der Lambda-Signale und bei der Vorgabe von Grenzwerten, von denen eine Katalysatoreinheit als defekt erkannt wird, zu berücksichtigen.
Alternativ zur Verwendung einer Breitband-Lambdasonde, wie in den 3 bis 5 gezeigt, kann die Diagnose der Katalysatoreinheiten auch mit einer Sprungantwort Lambdasonde, einem NOx-Sensor mit einem Lambdawert-Signalausgang oder einer Kombination derartiger Sonden erfolgen.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur individuellen Diagnose einer oder mehrerer Katalysatoreinheiten, die jeweils in einem der N Abgasstränge angeordnet sind, eingesetzt. Jedoch ist auch eine kollektive Diagnose von Gruppen von K Katalysatoreinheiten, die in einer entsprechenden Gruppe von K Abgassträngen angeordnet sind, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich

Claims

Verfahren zur Diagnose einer Katalysatoreinheit eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors, wobei die N-Abgasstränge mit jeweils einer Katalysatoreinheit bestückt sind und sich stromab der Katalysatoreinheiten in einer gemeinsamen Abgasleitung vereinen und eine Steuerung eines Lambda-Wertes des Abgases in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: (a) die Katalysatoreinheiten von N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten; (b) für die Katalysatoreinheiten des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.
Verfahren zur Diagnose einer Gruppe von K Katalysatoreinheiten eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors mit K < N, wobei die N-Abgasstränge mit jeweils einer Katalysatoreinheit bestückt sind und sich stromab der Katalysatoreinheiten in einer gemeinsamen Abgasleitung vereinen und eine Steuerung eines Lambda-Wertes des Abgases in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: (a) die Katalysatoreinheiten von N – K Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten; (b) für die Katalysatoreinheiten der K anderen Abgasstränge wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstofffrei gehaltenen Katalysatoreinheiten unter konstanten Bedingungen betrieben werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine als defekt erkannte Katalysatoreinheit die Schritte (a) und (b) eine vorgegebene Anzahl mal wiederholt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem zusätzlich zu den N-Abgassträngen weitere Abgasstränge aufweist, für die die Schritte (a) und (b) nicht vorgenommen werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) und (b) sukzessive nacheinander für eine vorgegebene Gruppe der N-Abgasstränge durchgeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysatorsystems durch Beaufschlagung der N-Katalysatoreinheiten mit einer Lambda-Anregung des Abgases und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ermittelt wird, dass aus diesem Wert ein Katalysatorsystem-Diagnosewert bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von diesem Katalysatorsystem-Diagnosewert die Schritte (a) und (b) durchgeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lambdawert-Anregung des Abgases ein Lambda-Wobbel mit vorgegebener Amplitude und Frequenz vorgesehen ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheiten jeweils als Vorkatalysator, Hauptkatalysator oder eine Kombination aus Vorkatalysator und Hauptkatalysator ausgebildet sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit stromauf der Katalysatoreinheiten der N-Abgasstränge sowie in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung jeweils Sauerstoffsensoren angeordnet sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der stromauf der Katalysatoreinheiten angeordneten Sensoren eine Breitband-Lambdasonde, eine Sprungantwort-Lambdasonde oder ein NOx-Sensor mit einem Lambdawert-Signalausgang ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung angeordnete Sensor eine Breitband-Lambdasonde, eine Sprungantwort-Lambdasonde oder ein NOx-Sensor mit einem Lambdawert-Signalausgang ist.
Vorrichtung zur Diagnose einer Katalysatoreinheit eines Katalysatorsystems eines Abgassystems mit N-Abgassträngen eines Verbrennungsmotors, wobei die N-Abgasstränge mit jeweils einer Katalysatoreinheit bestückt sind und sich stromab der Katalysatoreinrichtungseinheiten in einer gemeinsame Abgasleitung vereinen, und mit einer Gemischregelungseinrichtung für eine Steuerung eines Lambdawertes des Abgases in den N-Abgassträngen stromauf der Katalysatoreinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der N-Abgasstränge stromauf der Katalysatoreinheit ein Sauerstoffsensor sowie in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung jeweils ein Sauerstoffsensor angeordnet ist und dass eine Steuer- und Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die Signale der Sauerstoffsensoren verarbeitet, über Steilmittel den Lambdawert des Abgases in den N-Abgassträngen beeinflussen kann und die folgenden Schritte veranlassen kann: (a) die Katalysatoreinheiten von N – 1 Abgassträngen werden durch Beaufschlagung mit einem stöchiometrischen oder fetten Abgas für ein vorgegebenes Zeitintervall T in einem sauerstofffreien Zustand gehalten; (b) für die Katalysatoreinheit des N-ten Abgasstranges wird durch Beaufschlagung der Katalysatoreinheiten mit einer Lambdawert-Anregung des Abgases während des Zeitintervalls T und Auswertung einer zugeordneten Lambdawert-Reaktion des Abgases stromab der Abgaszusammenführung in einem Bereich der gemeinsamen Abgasleitung ein Wert einer Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein Katalysatordiagnosewert bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem zusätzlich zu den N-Abgassträngen weitere Abgasstränge aufweist, für die die Schritte (a) und (b) nicht vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheiten als Vorkatalysator, Hauptkatalysator oder Kombination von Vor- und Hauptkatalysator ausgebildet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffsensoren als Breitband-Lambdasonde, als Sprungantwort-Lambdasonde oder als als NOx-Sensor mit einem Lambdawert-Signalausgang ausgebildet sind.