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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Anspringverhaltens
eines Abgaskatalysatorsystems im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine,
wobei dem Abgaskatalysatorsystem ein Abgas, entstanden durch die
Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches, zugeführt wird
und bei dem das Anspringverhalten anhand des Konvertierungsvermögens in
einem die Warmlaufemissionen maßgeblich
beeinflussenden Anspringbereich des Abgaskatalysatorsystems beurteilt
wird.
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Moderne
Kraftfahrzeugmotoren verwenden üblicherweise
einen katalytischen Konverter zum Herabsetzen der von ihnen erzeugten
Abgasemissionen. Solche Konverter wirken zum chemischen Verändern des
von den Motoren erzeugten Gasgemisches und tragen damit zum Erfüllen der
verschiedenen, die Abgasemissionen regelnden Umweltbestimmungen
bei. Die Verschärfung
der gesetzlichen Bestimmungen betrifft in letzter Zeit nicht nur
die Abgasemissionen selbst, sondern zunehmend auch die Anforderungen
an die Überwachung
des Betriebsverhaltens bzw. der Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysatorsystems,
im Folgenden vereinfacht als Katalysatorsystem bezeichnet, im Rahmen
einer Eigendiagnose während
des normalen Fahrbetriebes, einer so genannten On-Board-Diagnose
(OBD).
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Bei
ordnungsgemäßem Betrieb
können
moderne Dreiwegekatalysatoren in Verbindung mit einer Lambda-Regelungseinrichtung
die Konzentration der drei hauptsächlichen unerwünschten
Abgase, Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und verschiedene Stickoxide,
um etwa 90% herabsetzen. Die maximale Umsetzung aller drei Abgasbestandteile
setzt voraus, dass der Motor mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von
Lambda = 1 betrieben wird. Um die erforderliche präzise Gemischregelung
zu erreichen, ist es bekannt, der anhand von Betriebsdaten erfolgenden Steuerung
der Einspritzventile zusätzlich
die so genannte Lambdaregelung zu überlagern. Mit einer im Abgassystem
angeordneten Lambdasonde wird dabei festgestellt, ob das Gemisch
zu fett oder zu mager eingestellt ist. Abhängig vom Sondensignal wird im
Steuergerät
ein Korrekturfaktor für
die Einspritzzeitdauer berechnet, so dass sich im Mittel ein Lambdawert
= 1 einstellt. Zur weiteren Verbesserung des Lambdaregelverhaltens
sind inzwischen im Zusammenhang mit Stufenkatalysatoren hochentwickelte 3-Lambda-Sonden-Konzepte
bekannt, bei denen eine lineare Vorkatlambdasonde, eine erste binäre Lambdasonde
(Sprungsonde) stromabwärts
des Vorkatalysators und eine zweite Sprungsonde stromabwärts des
Stufenkatalysators vorgesehen sind, vgl. B. Pfalzgraf et al., "Das Audi-SULEV-Turbokonzept" in: Tagungsband "Emission-Control", Dresden, 9./10. Juni
2002, S. 53 bis 79.
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Auch
bei optimaler Lambda-Regelungsstrategie können genügend hohe Konversionsraten
nur mit Katalysatorsystemen erreicht werden, die in allen Betriebsbereichen
ein ausreichendes Konvertierungsvermögen aufweisen. Zum Bestimmen
der Funktionsfähigkeit
eines betriebswarmen Katalysatorsystems ist die Möglichkeit
bekannt, eine Beurteilung auf der Grundlage von Messungen der Sauerstoffspeicherfähigkeit
im Katalysator vorzunehmen, wobei allgemein von einer Korrelation
der Sauerstoffspeicherfähigkeit
mit der Funktionsfähigkeit
des Katalysators, also dem Katalysatorwirkungsgrad, ausgegangen
wird. Diese Annahme wird auch im Folgenden zu Grunde gelegt. Ein
gealterter Katalysator hat demnach ein deutlich schlechteres Sauerstoffspeicherverhalten.
Bei derartigen bekannten Verfahren wird typischerweise zusätzlich zu
der stromaufwärts
des Katalysators vorhandenen Sonde eine zweite stromabwärts des
Katalysators eingebaut und die Signalamplituden der Sonde stromabwärts des Katalysators
werden mit den Signalamplituden stromaufwärts des Katalysators verglichen.
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Die
heutigen Abgas-Grenzwerte nehmen die höchstmögliche Konversionsrate über ausgedehnte Betriebsbereiche
als gegeben an und legen dementsprechend sehr niedrige Gesamt-Grenzwerte
fest. Der Katalysator erreicht seinen Arbeitsbereich, also einen
guten Wirkungsgrad, jedoch erst, wenn seine Temperatur oberhalb
der so genannten Anspringtemperatur (ca. 350°C) liegt, weshalb das Emissionsverhalten
beim Kaltstart bzw. Warmlauf zunehmend eine Schlüsselrolle spielt.
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Um
die Gesamt-Grenzwerte überhaupt
einhalten zu können,
ist deshalb ein möglichst
schnelles Erreichen der Anspringtemperatur unbedingt erforderlich.
Es sind verschiedene Warmlaufstrategien bzw. Katalysatorheizmaßnahmen
bekannt, die das Anspringen (Light-Off) beschleunigen sollen, so
beispielsweise durch motornahen Einbau des Katalysators und/oder
durch eine Erhöhung
der Abgasenergie mittels Sekundärlufteinblasung.
Die in diesem Zusammenhang maßgeblichen
Größen sind
demnach die mit dem Abgas in den Abgastrakt eingebrachte Wärmemenge
und die im Verlauf des Abgaskanals aufzuheizenden thermischen Massen.
Da der Katalysator über
die Fahrzeugslebensdauer lokal seine Wirksamkeit verliert, wird
in der Regel eine Heizstrategie verwendet, die unabhängig vom
Alterungszustand des Katalysators ist und ein möglichst rasches Aufheizen ermöglicht.
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Gemäß den Vorschriften
der erweiterten On-Board-Diagnose (OBD 2) muss zukünftig der Ausfall
bzw. das Nachlassen der Effizienz jeder emissionsrelevanten Komponente
detektiert werden. Da das Anspringverhalten eines Katalysators aus
den genannten Gründen
im höchsten
Grad emissionsrelevant für
das Gesamtemissionsverhalten eines Zertifizierungsfahrzyklusses
ist, muss gemäß den OBD-Anforderungen
eine Verschlechterung des Anspringverhaltens überwacht und, bei Überschreitung der
Grenzwerte, durch die OBD-Lampe angezeigt werden.
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Das
aus der oben genannten
DE
43 30 997 A1 bekannte gattungsgemäße Verfahren geht davon aus,
dass es, um einen Warmlauf mit niedrigen Emissionen zu erreichen,
in der Regel genügt,
den Bereich des Katalysatorsystems, der von den Abgasen als erstes
durchströmt
wird und somit für
die Warmlaufemissionen maßgeblich
ist – den
Anspringbereich, – zum
Konvertieren zu bringen. Das Anspringverhalten des Katalysatorsystems
wird also anhand des Konvertierungsvermögens des Anspringbereichs beurteilt,
wobei dieser bei einem Stufenkatalysator durch den Vorkatalysator,
ansonsten durch den vorderen Bereich des Katalysators gebildet ist.
Im Einzelnen wird vorgeschlagen, die Temperatur des Anspringbereichs
im betriebswarmen Zustand, vorzugsweise durch einen Temperatursensor,
zu erfassen und es wird anhand der Auswirkungen, die die Zufuhr des
Luft-Kraftstoff-Gemisches
auf diese Temperatur hat, das Anspringverhalten des Katalysators
beurteilt. Da die Konvertierung ein exothermer Prozess ist, korreliert
eine geringe Temperaturerhöhung
mit einem geringen Konvertierungsvermögen im Anspringbereich.
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Da
beim bekannten Verfahren die Funktionsfähigkeit des Anspringbereichs
im Ganzen beurteilt wird, beinhaltet dieser Ansatz, ähnlich wie
andere bekannte Verfahren, die eine Light-Off-Diagnose aus der Kat-Wirkungsgraddiagnose
ableiten, die bei heißem
Katalysator durchgeführt
wird (Sauerstoffspeichervergleich mit Grenzkatalysator), ein nicht
unwesentliches Risiko, da diese Ansätze keine Aussage über den
Katalysatorwirkungsgrad in der Abhängigkeit des Ortes beinhalten.
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Aus
der
DE 197 53 842
A1 ist es im Übrigen bei
einem Verfahren zum Betreiben eines Abgaskatalysators bekannt, zur
beschleunigten Aufheizung mindestens eine Aufheizmaßnahme einzuleiten
und bei Erreichen der Anspringtemperatur wieder zu deaktivieren.
Als Kriterium für
das Erreichen der Anspringtemperatur wird die über das Abgas dem Katalysator
zugeführte
thermische Energie herangezogen und die Aufheizmaßnahme deak tiviert,
wenn die zugeführte
Energiemenge einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Ferner
sind Katalysatoren bekannt, bei denen stromab Zonen bzw. Segmente
vorgesehen sind oder ausgenutzt werden, die im Hinblick auf bestimmte
Eigenschaften bzw. Funktionen des Katalysators real unterschiedlich
ausgestaltet sind. Dabei geht es jeweils um die Generierung bzw.
funktionelle Ausnutzung tatsächlich
unterschiedlicher axialer Zonen im Katalysatorsystem und nicht um
die Überprüfung der
angestrebten Eigenschaften, insbesondere nicht um die Überwachung
des Anspringverhaltens im Anspringbereich. Beispielsweise ist aus
der
DE 42 41 494 A1 ein
Verfahren zur Steuerung der Aufheizung eines zumindest in einem
Teilbereich elektrisch beheizbaren Katalysators bekannt. Dabei soll
eine schnelle Aufheizung und eine auch im Abgasstrom erheblich über dessen
Temperatur liegende Temperatur im beheizbaren Teilbereich erzielt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Anspringverhalten eines
Katalysatorsystems in einem Kraftfahrzeug zu überwachen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen
und bevorzugte Maßnahmen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
der eingangs genannten Art löst
die Aufgabe dadurch, dass ein dem Anspringbereich im Warmlauf bis
zu einem Zeitpunkt mit dem Abgas zugeführter Wärmemengeneintrag als Kriterium
für das
sukzessive Einsetzen der Konvertierung (Anspringen) in stromab hintereinander
liegenden Teilvolumina des Anspringbereichs herangezogen wird und
dass die Funktionsfähigkeit
mindestens eines der stromab nacheinander ausreichend aufgeheizten
Teilvolumina zum jeweiligen Zeitpunkt des Anspringens einzeln überprüft und beurteilt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Differenzierung
zwischen unterschiedlichen, stromab hintereinander liegenden Segmentscheiben
bzw. Teilvolumina des Anspringbereichs erlaubt örtlich differenzierte Aussagen über das
Konvertierungsvermögen
im Anspringbereich und erhöht
damit die Diagnosesicherheit des Anspringverhaltens. Insbesondere
können
aus der Ortsabhängigkeit
des Konvertierungsvermögens
Unterscheidungen hinsichtlich einer stromab im Katalysatorvolumen
vorliegenden homogenen oder inhomogenen Alterung gezogen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
können
damit vorteilhaft Formen der Alterung unterschieden und im Hinblick auf
die Konvertierung zum Anspring-Zeitpunkt
berücksichtigt
werden. Das Verfahren eröffnet
die Möglichkeit,
der Reihe nach den gesamten Anspringbereich, oder einen Teil davon,
hinsichtlich der Funktionsfähigkeit
zu überprüfen. Der
zur Beurteilung der Teilvolumina erforderli che definierte Wärmemengeneintrag
lässt sich
ohne weiteres mit an sich bekannten Maßnahmen, wie einem Temperaturmodell
oder Messungen, ermitteln bzw. kontrollieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auf einfache Weise dadurch durchgeführt werden, dass zunächst mindestens
zu einem der Zeitpunkte, in denen ein vorgegebener Wärmemengeneintrag
erreicht wird und von einem Anspringen der entsprechenden Teilvolumina
ausgegangen werden kann, das Katalysatorsystem im mageren Warmlauf
mit einer definierten fetten Abgasmenge beschickt wird. Das Abgas wird
dann mittels einer stromab nahe des Anspringbereichs angeordneten,
bei Einsetzen der Konvertierung betriebsbereiten Abgassauerstoff-Sonde
untersucht, wobei anhand der Auswirkungen, die die Zufuhr der definierten
fetten Abgasmengen zu den entsprechenden Zeitpunkten auf das Abgaslambda
hat, die Funktionsfähigkeit
mindestens eines Teilvolumens des Anspringbereichs beurteilt wird.
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Besonders
vorteilhaft ist die Möglichkeit, dass
während
des Warmlaufs die Funktionsfähigkeit von
mindestens zwei stromab hintereinander liegenden, im wesentlichen
gleich großen,
Teilvolumina in der gegebenen Anordnung nacheinander überprüft wird,
indem das Katalysatorsystem zu den aufeinander folgenden Zeitpunkten
des Anspringens der mindestens zwei Teilvolumina jeweils mit einer
vom Wärmemengeneintrag
zum jeweiligen Zeitpunkt abhängigen
fetten Abgasmenge beschickt wird.
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Das Überprüfen kann
auf zwei miteinander auch kombinierbare Arten realisiert werden.
Zum einen kann zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit eines bestimmten Teilvolumens
dann, wenn das Abgaslambda bei Durchgang einer definierten fetten Abgasmenge
nicht mager bleibt, die zeitliche Länge des fetten Abgaslambdasignals
zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit
des Teilvolumens herangezogen werden. Zum anderen kann die zur Untersuchung
eines bestimmten Teilvolumens vorgesehene fette Abgasmenge in Abhängigkeit
von dem Ergebnis der Beurteilung der stromauf des zu untersuchenden
Teilvolumens liegenden Teilvolumina gezielt so gewählt wird,
dass dann, wenn eine Anzahl m der stromauf liegenden Teilvolumina
als funktionsfähig
beurteilt wurden, zur Untersuchung des bestimmten Teilvolumens eine
fette Abgasmenge abgeschickt wird, die derart bemessen ist, dass
m+1 angesprungene und funktionsfähige
Teilvolumina vorhanden sein müssten,
um das resultierende Abgaslambda mager zu halten.
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Darüber hinaus
kann der Anspringbereich in einem vereinfachten Sinne auch in der
Weise überprüft werden,
dass in aufeinander folgenden Warmläufen sukzessive überprüft wird,
ob überhaupt
noch ein Teilvolumen funktionsfähig
ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann vorteilhaft in den zunehmend standardmäßig bei der Abgasnachbehandlung
gegebenen technischen Kontext integriert werden, indem zur Überwachung
des Anspringverhaltens und des Konvertierungsvermögens eines
Stufenkatalysators die Lambdasonden eines durch 3-Lambdasonden-Regelung
gesteuerten Stufenkatalysators verwendet werden, wobei eine lineare
Vorkat-Lambdasonde, eine erste binäre, zwischen Vor- und Hauptkatalysator
angeordnete, zur Überwachung
des Anspringverhaltens dienende, Lambdasonde und eine zweite binäre, stromab
des Stufenkatalysators angeordnete, zur Überwachung des Konvertierungsvermögens des
Stufenkatalysators dienende Lambdasonde vorgesehen werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowohl im Rahmen
einer On-Board-Diagnose als auch im Rahmen einer Werkstatt-Diagnose
eingesetzt werden kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine Übersichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine
und einiger Komponenten, die im Zusammenhang mit der Erfindung von
Bedeutung sind; und
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2 ein Flussdiagramm des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 beschränkt sich auf die sehr schematische
Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 und der für die Erfindung
wichtigsten weiteren Komponenten. Über einen Ansaugtrakt 2 wird
der Brennkraftmaschine 1 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt und
die Abgase werden in einen Abgaskanal 3 abgegeben. Im Ansaugtrakt 2 können beispielsweise ein
hier nicht dargestellter Luftmassensensor, eine Drosselklappe und
eine oder mehrere Einspritzdüsen angebracht
sein. Im Abgaskanal 3 sind – in Stromrichtung des Abgases
gesehen –,
vor dem Vorkatalysator 8, zwischen Vor- und Hauptkatalysator 9,
sowie hinter dem Hauptkatalysator 9, drei Abgassauerstoff-Sonden 4, 5 und 6 angeordnet.
Die Abgassauerstoff-Sonden 4, 5 und 6 sind
jeweils über
Verbindungsleitungen mit einem Steuergerät 7 verbunden, welches
die Sondensignale sowie weitere Sensorsignale auswertet und über weitere
Verbindungsleitungen insbesondere die Einspritzdüse bzw. die Einspritzdüsen der
Brennkraftmaschine 1 ansteuert. Zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es nicht zwingend erforderlich, dass alle in 1 dargestellten Komponenten gleichzeitig
vorhanden sind. Je nach Ausführungsbeispiel
kann die eine oder andere Komponente entfallen. Eine für das erfindungsgemäße Verfahren
besonders wesentliche Komponente ist die stromab des Vorkatalysators 8 angeordnete
Abgassauerstoff-Sonde 5, die dazu dient, die vom Konvertierungsvermögen im Vorkatalysator 8 abhängigen Änderungen
im Abgas zu detektieren, wenn das Katalysatorsystem im mageren Warmlauf zuvor,
wie weiter unten näher
beschrieben, gezielt mit einer definierten fetten Abgasmenge beschickt wird.
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Die
Erfindung kann jedoch nicht nur, wie in 1 dargestellt, in Verbindung mit einem
motornah installierten Stufenkatalysator 8, 9 eingesetzt
werden. Gleichwertig ist auch eine Abgasanlage die, gegebenenfalls
nur ideell, in zwei Teile, Monolithe genannt, aufgeteilt ist. Der
zweite Monolith 9 kann beispielsweise durch einen Unterbodenkatalysator
gebil det sein, so dass die räumliche
Trennung der beiden Monolithe 8 und 9 erheblich
größer als
dargestellt ausfällt.
Grundsätzlich
kann auch ein Diesel-Katalysator erfindungsgemäß überwacht werden.
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Ebenso
ist es möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren
bei einer Brennkraftmaschine anzuwenden, bei der Kraftstoff direkt
in die Brennräume der
Zylinder eingespritzt wird.
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Die
neuen Lambdaregelungs-Konzepte mit drei Lambdasonden sehen eine
lineare Vorkat-Lambdasonde 4 zur präzisen Messung des Luft/Kraftstoff-Gemisches
und zusätzlich
eine erste binäre Lambdasonde 5 (Sprungsonde)
stromab des Vorkatalysators 8 und eine zweite Sprungsonde 6 stromab des
Stufenkatalysators zur Nachregelung vor. Die lineare Vorkat-Lambdasonde 4 wird
erfindungsgemäß vorteilhaft
auch zur Steuerung des zur Diagnose einzelner Teilvolumina erforderlichen
definierten Einbringens fetter Abgasmengen eingesetzt, sie überwacht
also, ob die richtigen, definierten Abgasmengen tatsächlich unterwegs
sind. Die erfindungswesentliche erste Sprungssonde 5 könnte ebensogut auch
durch eine allerdings aufwändigere
lineare Lambdasonde ersetzt werden. Zum Überwachen bzw. zur Diagnose
des Anspringens der Abgasnachbehandlung werden demnach erfindungsgemäß vorteilhaft
die ersten beiden aus dem 3-Lambdasonden-Konzept
bekannten Sonden 4 und 5 eingesetzt. Die Nachkat-Lambdasonde 6 kann
zur Diagnose des Katalysatorverhaltens im betriebswarmen Zustand herangezogen
werden; diese Sonde ist im Warmlauf normalerweise noch nicht auf
Betriebstemperatur.
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Bei
der Konfiguration des Katalysatorsystems gemäß 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist das Volumen, bzw. die sich stromab erstreckende Länge, des
ersten Monoliths, also des Anspringbereichs 8, höchstens
so zu wählen,
dass die beiden vorderen Lambdasonden 4 und 5 zum
spätesten
Zeitpunkt des Anspringens bei einem Grenzmonolith (Grenzbrick) betriebsbereit
sind, also selbst genügend
aufge heizt sind, um nicht durch die bekannte Wasserschlagsproblematik
gefährdet zu
sein. Die Sondenbetriebsbereitschaft durch den reinen Aufheizvorgang
liegt derzeit bei zirka 7 bis 11 Sekunden. Der späteste Zeitpunkt
Tmax des Light-Offs ist dabei im positiven
Sinne (OBD-Lampe leuchtet nicht auf) derart definiert, dass zu diesem
Zeitpunkt ein Grundkonvertierungsgrad des Katalysatorvolumens vorliegt,
das lokal ein ausreichend hohes Temperaturniveau und einen ausreichend
hohen katalytischen Wirkungsgrad hat, damit im Weiteren die Gesamt-Emissionsgrenzwerte
noch erfüllbar
sind. Tmax korreliert in diesem Sinne mit
einem maximalen Wärmemengeneintrag.
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Die
besondere Bedeutung der erfindungsgemäßen Differenzierungsmöglichkeiten
hinsichtlich der Funktionsfähigkeit
einzelner stromab hintereinander liegender Segmente (Teilvolumina) 8a liegt
in der OBD relevanten Anspring-Diagnose des Katalysatorsystems,
die gegenüber
bekannten Verfahren eine höhere
Diagnosesicherheit hat. So kann in der Praxis einerseits der Fall
auftreten, dass sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit und damit in Korrelation die
katalytische Aktivität
gleichmäßig auf
das gesamte Volumen des Anspringbereichs 8 verteilt (z.
B. bei thermischer Alterung). In diesem Fall wird offenbar ein anderes
Anspringverhalten vorliegen, als wenn andererseits z. B. eine inhomogene
Sauerstoffspeicherung vorliegt, etwa dann, wenn die ersten Schichten
bzw. Segmente 8a stirnseitig durch schlechten Kraftstoff
vergiftet und damit vollkommen inaktiv sind und das Restvolumen
des Anspringbereichs 8 eine größere katalytische Aktivität (respektive
Sauerstoffspeicherfähigkeit)
hat, als das Gesamtvolumen des Anspringbereichs 8 bei gleichmäßiger Verteilung
der Alterung. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann diese Formen der Alterung unterscheiden und im Hinblick auf
die Konvertierung zum Zeitpunkt des Anspringens berücksichtigen.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Diagnose eines maximalen Volumens des Anspringbereichs 8,
welches im Grenzfall aufgeheizt und ausreichend aktiv sein muss,
um die Gesamtemissionsgrenz werte sicher zu unterscheiden. Dabei
wird durch das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren
zusätzliche
Exotherme im Katalysator zu dessen schnellerem Durchheizen erzeugt.
Die höhere
Diagnosesicherheit kann gegebenenfalls zum Abbau von Sicherheitsreserven durch
höhere
Edelmetallbeladungen genutzt werden.
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2 zeigt mit Hilfe eines
Flussdiagramms die in der bevorzugen Ausführungsform zur Überwachung
des Anspringverhaltens durchzuführenden Schritte.
Bis zum Zeitpunkt Tmax ist eine solche Emissionsmenge
emittiert, dass mit der einsetzenden katalytischen Wirkung die Grenzwerte
noch eingehalten werden können.
Im ersten Schritt 10 beginnt mit dem Kaltstart der Brennkraftmaschine
der Warmlauf, bei dem auf mehrere hundert °C erhitzte Abgase das Katalysatorsystem
stromab sukzessive aufheizen.
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Wie
schnell im konkreten Fall eine zum Anspringen ausreichende Aufheizung
bis zu welchem stromab liegenden Segment bzw. Teilvolumen 8a eintritt,
ist, außer
vom Wärmemengeneintrag,
insbesondere von den aufzuheizenden thermischen Massen abhängig. Im
nächsten
Schritt 11 wird die tatsächlich in den Anspringbereich 8 eingebrachte
Wärmemenge
beispielsweise mittels eines Temperaturmodells oder mittels Sensorik
in üblicher
Weise ermittelt, es wird also das Integral der eingebrachten minus
der abfließenden
Wärmemengen
gebildet. Dadurch kann im folgenden Schritt 12 abgefragt
werden, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt ein für das Anspringen eines bestimmten,
zu untersuchenden Teilvolumens 8a ausreichender Wärmemengeneintrag
erreicht sein müsste.
Ist das nicht der Fall, so erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 11,
also weitere Erwärmung.
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Trifft
die Abfrage des Schrittes 12 dagegen zu, so schließt sich
an Schritt 12 ein Schritt 13 an. In Schritt 13 wird
zur Diagnose bei magerem Warmlauf (mager bezieht sich hier auf das
Abgaslambda), wie er prinzipiell ob mit oder ohne Sekundärluft erzeugbar
ist, das Katalysatorsystem mit einer oder mehreren definierten fetten
Abgasmengen beschickt. Im allgemeinen Rahmen der Erfindung können diese
fetten Abgasmengen durch die lineare Lambdasonde 4 überwacht
und es kann der Fetteintrag ins Abgas insbesondere in der weiter
unten beschriebenen Weise vom Wärmemengeneintrag
nach Schritt 11 abhängig gemacht
werden.
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Ist
zu diesen Zeitpunkten, in denen das Katalysatorsystem jeweils mit
einer definierten fetten Abgasmenge beschickt wird, ein ausreichender
Sauerstoffspeicher und damit genügend
Teilvolumen aktiv, so reagieren die fetten Abgasmengen mit dem gespeicherten
Sauerstoff, so dass das binäre
Lambdasondensignal von Sonde 5 mager bleibt. Kommt es dagegen
beim Durchgang der jeweiligen fetten Abgasmenge zu einem Binärsondensignaldurchbruch Richtung
fett, ist der durch die Aufheizung aktivierte Sauerstoffspeicher
zu gering. Dieser Zusammenhang wird im Schritt 14 abgefragt.
Wenn das binäre Lambdasondensignal
tatsächlich
fett wird, ist es meist geschickt, nicht notwendigerweise sofort
ein OBD-Warnignal auszulösen,
da im allgemeinen stromab eines als nicht funktionsfähig eingestuften Teilvolumens 8a des
Anspringbereichs 8 noch mindestens ein weiteres Teilvolumen
innerhalb des Anspringbereichs 8 zur Verfügung steht,
durch das, sofern es durch einen gegenüber dem vorherigen zwar vergrößerten Wärmemengeneintrag,
jedoch noch innerhalb der Zeit Tmax, aufheizbar
ist, noch genügend katalytische
Aktivität
generierbar ist. Trifft also die Abfrage im Schritt 14 zu,
so kann im nächsten
Schritt 15 eine Erhöhung
des Wärmemengensollwerts
beim nächsten
Warmlauf berechnet und in Schritt 16 mit der Vorgabe eines
neuen Wärmemengensollwerts ein
Rücksprung
zu Schritt 12 vollzogen werden.
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Trifft
die Abfrage in Schritt 14 dagegen nicht zu, so wird im
nächsten
Schritt 17 abgefragt, ob der Wärmemengensollwert, der in Schritt 12 zugrundegelegt
worden war, einen mit Tmax korrelierten Schwellenwert überschreitet.
Ist das nicht der Fall, wird also mindestens ein noch funktionsfähiges Teilvo lumen 8a aktiv
und ist dieses weit genug stromauf im Anspringbereich gelegen, um
durch sein rechtzeitiges Funktionieren keine zu hohen, durch späteres noch
so gutes Konvertieren im betriebswarmen Zustand nicht wiedergutzumachende,
Warmlaufemissionen zuzulassen, so ist der Warmlauf im positiven Sinne
abgeschlossen, die OBD-Lampe leuchtet nicht auf, vgl. Schritt 18.
Trifft die Abfrage im Schritt 17 dagegen zu, so wird in
Schritt 19 die OBD-Lampe aufleuchten.
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Das Überprüfen der
Teilvolumina 8a kann im einzelnen beispielsweise folgendermaßen organisiert
werden:
Unmittelbar nachdem das stromab erste Teilvolumen 8a gemäß Schritt 12 in 2 ausreichend aufgeheizt ist,
wird gemäß Schritt 13 eine
für ein
Teilvolumen passende fette Abgasmenge abgeschickt, die im Folgenden
mit "1F" bezeichnet sei.
Die binäre
Lambdasonde 5 bleibt gemäß Schritt 14 nur dann
mager, wenn genau dieses, im Anspringbereich 8 stromab erste,
Teilvolumen 8a tatsächlich
funktionsfähig
ist, da die stromab folgenden Teilvolumina bzw. stromab jenseits
des Anspringbereichs 8 gelegene weitere Katalysatorvolumina
auf Grund des zu geringen Wärmemengeneintrags
zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht aktiv sein können. Ein als funktionsfähig beurteiltes
Teilvolumen 8a sei im Folgenden mit "+",
ein nicht funktionsfähiges
mit "–" bezeichnet.
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Im
Fall, dass das erste Teilvolumen + war, muss zur Beurteilung des
zweiten, vorteilhafterweise etwa gleich groß gewählten Teilvolumens eine für zwei Teilvolumina
passende fette Abgasmenge, also 2F, abgeschickt werden, da bei einer
Abgasmenge 1F bereits das funktionierende erste Teilvolumen für ein mager
bleibendes Lambdasondensignal sorgen würde. Bei einer Abgasmenge 2F
ergibt sich für
die beiden ersten Teilvolumina eine 'ortsabhängige Funktionsfähigkeits-Signatur', entweder:
++
oder +–,
wobei
die Reihenfolge der Beurteilungen + und – der Reihenfolge der Teilvolumina
stromab im Anspringbereich entspricht.
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Im
Fall des Ergebnisses ++ muss anschließend zu dem Zeitpunkt, wenn
das stromab dritte Teilvolumen aufgeheizt ist, eine Abgasmenge 3F
abgeschickt werden, woraufhin entweder die Signatur +++ oder ++– festgestellt
wird. Im Fall des Ergebnisses +– muss
anschließend
mindestens eine Abgasmenge 2F abgeschickt werden; es kann jedoch
auch eine Abgasmenge 3F abgeschickt werden, wobei dann allerdings
zwischen den Signaturen +–+
und +–– anhand
der zeitlichen Dauer des – bei
dieser Konstellation notwendig! – fetten Abgaslambdasignals
differenziert werden muss (+–+
wird demnach durch ein, verglichen mit +––, kürzeres fettes Signal indiziert).
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Bei
der anschließenden
Untersuchung des vierten Teilvolumens kann entweder, unabhängig von der
vorangehenden Signatur, die eigentlich nur bei der Signatur +++
wirklich notwendige Abgasmenge 4F abgeschickt werden, wobei dann
jedoch anhand der zeitlichen Länge
des fetten Signals zwischen unterschiedlichen Signaturen, wie beispielsweise
+––– und +––+ diskriminiert
werden muss. Die Alternative besteht darin, dass die zur Untersuchung
eines bestimmten Teilvolumens vorgesehene fette Abgasmenge in Abhängigkeit
von dem Ergebnis der Beurteilung der stromauf des zu untersuchenden
Teilvolumens liegenden Teilvolumina gezielt so gewählt wird, dass
dann, wenn eine Anzahl m der stromauf liegenden Teilvolumina als
funktionsfähig
beurteilt wurden, zur Untersuchung des bestimmten Teilvolumens eine fette
Abgasmenge abgeschickt wird, die derart bemessen ist, dass m+1 angesprungene
und funktionsfähige
Teilvolumina vorhanden sein müssten,
um das resultierende Abgaslambda mager zu halten. Beispielsweise
kann bei der gegebenen Signatur +––, also m=1, eine Abgasmenge
(m+1)F, also 2F abgeschickt werden, um zwischen den Signaturen +––– und +––+ zu unterscheiden.
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Welche
Untersuchungsstrategie (Abstellen auf Zeitdauer des Lambdasondensignals
oder vom vorherigen Ergebnis abhängige
Wahl der fetten Abgasmenge), bzw. welche Kombination vorzuziehen ist,
hängt von
den jeweiligen genauen Anforderungen an das Monitoring des Anspringverhaltens
ab und von der Genauigkeit bzw. Schnelligkeit, also insbesondere
dem Anspringverhalten der Lambdasonde 5, mit der die in
Frage kommenden Verfahrenschritte durchführbar und auswertbar sind.
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Im
anderen, in der Praxis interessanteren Ausgangsfall, dass das erste
Teilvolumen "-" war, kann ähnlich vorgegangen
werden. Wenn zur Beurteilung des zweiten Teilvolumens eine Abgasmenge 1F
abgeschickt wird, resultiert die Signatur –+ oder ––. Beim Ergebnis –+ könnte eine
lokalisierte, auf das erste Teilvolumen begrenzte Vergiftung vermutet werden,
während
beim Ergebnis –– eher an
einen stromab kontinuierlich gealterten Anspringbereich zu denken
ist. In diesem Fall ist es sinnvoll, im nächsten Warmlauf in Schritt 16 einen
erhöhten
Wärmemengensollwert
für Schritt 12 vorzugeben,
um die Diagnose des Anspringbereichs 8 gleich mit der Untersuchung
des stromab dritten Teilvolumens beginnen zu können.
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In
einer vereinfachten Version kann das Überprüfen so erfolgen, dass das Katalysatorsystem zu
dem Zeitpunkt, wenn ein für
das Anspringen zunächst
nur des stromab ersten Teilvolumens ausreichender Wärmemengeneintrag
erfolgt ist, mit einer zum ersten Teilvolumen passenden fetten Abgasmenge
beschickt wird und dass der Warmlauf dann, wenn das Abgaslambda
mager bleibt, als positiv abgeschlossen beurteilt wird und dann,
wenn das Abgaslambda fett wird, beim nächsten Warmlauf ein für das Anspringen
zunächst
nur der ersten beiden, im wesentlichen gleich großen, Teilvolumina
ausreichender Wärmemengeneintrag
erfolgt. Daraufhin wird das Katalysatorsystem mit einer für ein Teilvolumen
passenden fetten Abgasmenge beschickt, so dass die stromab hintereinander
liegenden Teilvolumina des Anspringbereichs in aufeinanderfolgenden Warmläufen sukzessive überprüfbar sind,
indem dann, wenn in voraus gehenden Warmläufen das erste bis n-te Teilvolumen
als nicht funktionsfähig
beurteilt wurde, im (n+1)-ten Warmlauf ein für das erste bis (n+1)-te Teilvolumen
ausreichender Wärmemengeneintrag
erfolgt und das Katalysatorsystem danach mit einer für ein Teilvolumen
passenden fetten Abgasmenge beschickt wird.