DE4331153C2 - Verfahren zur Gewinnung von fehlerspezifischen Beurteilungskriterien eines Abgaskatalysators und einer Regel-Lambdasonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bekanntlich werden in den Abgasleitungen von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, aber auch von anderen Abgas­ erzeugern, Katalysatoren zur zumindest weitgehenden Entfernung von giftigen Abgasbestandteilen, wie Kohlenmonoxid, Kohlenwas­ serstoffen und Stickoxiden, eingesetzt. Diese arbeiten nur dann zufriedenstellend, wenn sie nicht thermisch gealtert oder durch Ablagerung bestimmter im Abgas enthaltener Elemente, wie Blei, Phosphor oder Silizium, vergiftet sind. Während die thermische Alterung eines Katalysators sein Sauerstoffspeichervermögen reduziert, hat die beschriebene Katalysatorvergiftung praktisch keine Beeinträchtigung des Sauerstoffspeichervermögens zur Folge.

In der Regel wird in der Abgasströmung vor dem Katalysator eine Regel-Lambdasonde angeordnet, die einen Bestandteil eines elek­ trischen Regelkreises bildet, der die Zusammensetzung des dem Abgaserzeuger zuzuführenden Kraftstoff-Luft-Gemischs auf einen für die Verbrennung und damit auch die Abgaszusammensetzung optimalen Wert einstellen soll. Infolge Anordnung der Regel- Lambdasonde in der Abgasströmung kann auch sie durch Vergiftung in ihrer Arbeitsweise beeinträchtigt werden.

Verständlicherweise ist man daran interessiert, durch Vergiftung und/oder thermische Alterung bedingte Beeinträchtigungen der Arbeitsweisen von Katalysator und Regel -Lambda-Sonde erfassen zu können. So beschreiben bspw. die DE-OS 24 44 334, DE-OS 38 30 515 und 41 01 616 Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung der Aktivität von katalytischen Reaktoren, die aber letztlich alle nur Beeinträchtigungen der Reaktoren durch die thermische Alterung, nicht aber durch Vergiftung zu erkennen gestatten. Aus der DE-PS 34 43 649 ist ferner ein Verfahren zur Überprüfung der Katalysator-Funktion bei einem mit Lambda-Sondenregelung ausgerüsteten Motor bekannt, bei dem bei konstanten Betriebsbedingungen die Regelfrequenz der Regelung mit einer vor dem Katalysator angeordneten Lambda-Sonde ermittelt, die Regelfrequenz der Regelung mit einer hinter dem Katalysator angeordneten Lambda- Sonde ermittelt, sodann der Quotient beider Regelfrequenzen gebildet und der Quotient mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Auch bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch lediglich ein thermisch gealterter Katalysator in Betracht gezogen und weitere Fehlerquellen unberücksichtigt gelassen. Des weiteren ist aus der DE 35 00 594 A1 bekannt, die Funktionstüchtigkeit eines beispielsweise durch die Verwendung von verbleiten Kraftstoff vergifteten Katalysators mittels eines Zumesssystems zu überwachen, bei dem die Ausgangssignale von jeweils einer vor und einer nach dem Katalysator angeordneten Abgasmesssonde hinsichtlich der Amplitude der Regelschwingungen ausgewertet werden. Jedoch wird bei diesem bekannten Zumesssystem bei der Auswertung eine durch thermische Alterung oder eine Vergiftung verursachten Funktionsuntüchtigkeit der Lambda-Sonde oder ein thermisch gealterter Katalysator nicht in Erwägung gezogen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, welches bei einer Kombination von Regel-Lambda-Sonde und Katalysator auftretende, durch eine Vergiftung oder thermische Alterung bedingte Fehler erfassen kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem in einer definierten Betriebsweise betriebenen Abgaserzeuger die Parameter Amplitude, Regellage und Regelfrequenz der Ausgangsspannungen von Regel- und Diagnose-Sonde zur Erfassung von auf thermische Alterung oder einer Vergiftung zurückzuführenden fehlerhaften Arbeitsweisen der Kombination aus Katalysator und Regel-Sonde dienen können. Erfindungsgemäß werden Werte dieser Parameter ermittelt und mit vorgegebenen Sollwerten verglichen und das Vergleichsergebnis zur Erfassung des Betriebszustandes des Katalysators und der Regel-Sonde herangezogen. Die Erfindung verwendet hierzu eine Kenntnis der auf die verschiedenen Fehlermöglichkeiten zurückzuführenden Abweichungen der Sonden- Ausgangsspannungen von ihren ordnungsgemäßen Betriebsweisen zugeordneten Sollwerten. Da erfindungsgemäß mehrere Parameter der Ausgangsspannungen verwendet werden und zwischen einer thermischen Alterung und einer Vergiftung unterschieden werden kann, wird eine genauere und schnellere Fehlerdiagnose möglich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen (Ansprüche 2 bis 7).

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung soll der Erläuterung der Erfindung dienen.

In der beigefügten Zeichnung sind für fünf verschiedene Fehler­ möglichkeiten der "Kombination" aus Regel-Lambdasonde und Abgas­ katalysator die Verläufe der jeweiligen Spannung u1 über der Zeit t am Ausgang der Regel-Lambdasonde und u2 über der Zeit t der Diagnose-Lambdasonde einander gegenübergestellt. Vorausge­ setzt ist dabei während der Erfassung dieser Spannungsverläufe eine praktisch stationäre Betriebsweise des Abgaserzeugers, hier der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

Betrachtet man zunächst die beiden obersten Spannungsverläufe, so ergeben sie sich, wenn sowohl der Katalysator als auch die Regelsonde sich in einwandfreiem Betriebszustand befinden, also weder eine thermische Alterung noch eine Vergiftung vorliegt. Wie man erkennt, ist die Amplitude der Ausgangsspannung u2 der Diagnosesonde angesichts der abgasreinigenden Wirkung des Kata­ lysators erheblich kleiner als die Spannungsamplitude der Aus­ gangsspannung u1 der in Strömungsrichtung vor dem Katalysator angeordneten Regelsonde.

In dem zweiten Diagrammpaar von oben ist der Spannungsverlauf u1 am Ausgang der Regeldiode unverändert geblieben, während die Amplitude der Ausgangsspannung u2 der Diagnosesonde einen Schwellwert überschritten hat. Dies ist ein Anzeichen für thermische Alterung des Katalysators, während sich die Regel­ sonde nach wie vor in ordnungsgemäßen Zustand befindet.

Demgegenüber zeichnet sich der dem dritten Diagrammpaar von oben in der Zeichnung zugrundeliegende Fall einer thermisch gealter­ ten Regelsonde, aber eines einwandfreien Katalysators dadurch aus, daß bei unverändertem Spannungsverlauf u1 am Ausgang der Regelsonde der Spannungsverlauf u2 am Ausgang der Diagnosesonde gleichsam eine höhere Regellage, nämlich in Richtung fetter, de­ finiert; Amplitude und Frequenz beider Ausgangsspannungen sind gegenüber dem Ausgangszustand (oberstes Diagrammpaar) unverän­ dert geblieben.

Während sich die bisher behandelten beiden Fehlerfälle auf ther­ mische Alterung beziehen, treten die weiteren drei Diagrammpaare der Zeichnung im Falle einer Vergiftung auf.

Betrachtet man zunächst das vierte Diagrammpaar von oben, so ist angenommen, daß Katalysator und Regelsonde vergiftet sind. Dies hat eine reduzierte Regelfrequenz der Regelsonde, d. h. eine re­ duzierte Frequenz ihrer Ausgangsspannung u1 und demgemäß (ent­ sprechend der dadurch verringerten "Beeinflussungsfrequenz" des Abgases) eine verringerte Regelfrequenz in der Ausgangsspannung u2 der Diagnosesonde zur Folge. Hinzu kommt eine Drift der Regellage der Spannung u2 in Richtung fett.

Dem fünften Diagrammpaar von oben in der Zeichnung liegt der­ selbe Fehlerfall zugrunde. Die Ausgangsspannung u1 der Regel­ sonde ist gegenüber dem eben behandelten Fall unverändert ge­ blieben, dementsprechend zeigt sich auch für die Ausgangsspan­ nung u2 der Diagnosesonde eine gegenüber dem ordnungsgemäßen Zustand verringerte Regelfrequenz. Gegenüber dem eben behan­ delten Diagrammpaar fehlt jedoch die Drift in Richtung fett.

Wie sich gezeigt hat, kann bei Vergiftung von Katalysator und Regelsonde auch das unterste Diagrammpaar in der Figur auftreten und signifikant sein: Die Regelfrequenz ist unverändert geblie­ ben, ebenso die Amplituden der beiden Ausgangsspannungen u1 und u2 der Lambdasonden. Dagegen ist die Regellage der Ausgangsspan­ nung u2 der Diagnosesonde in der Zeichnung nach unten, d. h. in Richtung mager, verschoben. Dies zeigt deutlich ein Vergleich der beiden rechten Diagramme des obersten und des untersten Dia­ grammpaars in der Zeichnung.

Dadurch, daß das erfindungsgemäße Verfahren gleichsam drei Ein­ zelparameter, nämlich Spannungsamplitude, Regellagendrift und Regelfrequenz (als Maß für die Ansprechgeschwindigkeit der Regelsonde) zur Verfügung stellt, ist es möglich, gleichsam in einer die Zusammenstellung in der Zeichnung zugrundelegenden Verfahrensweise nicht nur fehlerhafte Arbeitsweisen von Regel­ sonde und Katalysator schlechthin zu erkennen, sondern auch die Zuordnung der Fehler zu Regelsonde und/oder Katalysator sowie die Art der Fehler zu diagnostizieren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Überprüfung der Arbeitsweisen eines in einer Abgasleitung eines Abgaserzeugers angeordneten, der Abgasreinigung dienenden Katalysators und einer vor diesem in der Abgasströmung angeordneten Regel-Sonde, die Bestandteil eines elektrischen Regelkreises ist, mit einer nach dem Katalysator in der Abgasströmung angeordneten Diagnose-Sonde, wobei der Abgaserzeuger in einer vorgegebenen Betriebsweise betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Werte von Amplitude, Regellage und Regelfrequenz der Ausgangsspannungen von Regel- und Diagnose-Sonde ermittelt und
• - mit vorgegebenen Sollwerten von Amplitude, Regellage und Regelfrequenz verglichen und
• - das Vergleichsergebnis zur Erfassung von einer thermischen Alterung oder Vergiftung des Katalysators und der Regel-Sonde zuordenbaren fehlerhaften Betriebszuständen herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaserzeuger in einer stationären Betriebsweise betrieben und einem einwandfreien Betriebszustand von Katalysator und Regel-Sonde das Auftreten einer Ausgangsspannung der Diagnose-Sonde über eine Zeit t mit erheblich kleineren Amplitudenwerten als sie die Ausgangsspannung der Regel-Sonde aufweist, zugeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auftreten einer Ausgangsspannung der Diagnose-Sonde über eine Zeit t, die Amplitudenwerte größer als ein Schwellwert aufweist und einer Ausgangsspannung der Regel- Sonde, die Amplitudenwerte aufweist, die unverändert gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand sind, ein Betriebszustand mit thermisch gealtertem Katalysator und einer einwandfreien Regel-Sonde zugeordnet wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auftreten von Ausgangsspannungen der Diagnose- bzw. Regel-Sonde über eine Zeit t, die gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand unveränderte Amplituden- und Regelfrequenzwerte aufweisen und einer Ausgangsspannung der Diagnose-Sonde mit gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand höherer Regellage, ein Betriebszustand mit thermisch gealterter Regel-Sonde und einem einwandfreien Katalysator zugeordnet wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 3-4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auftreten von Ausgangsspannungen der Diagnose- bzw. Regel-Sonde über einen Zeit t, die gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand eine reduzierte Regelfrequenz aufweisen und einer Ausgangsspannung der Diagnose-Sonde mit einer gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand unveränderter oder höherer Regellage, ein Betriebszustand mit vergiftetem Katalysator und vergifteter Regel- Sonde zugeordnet wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Auftreten von Ausgangsspannungen von Diagnose-Sonde bzw. Regel- Sonde über eine Zeit t, die gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand unveränderte Amplituden- und Regelfrequenzwerte aufweisen und einer Ausgangsspannung der Diagnose-Sonde mit einer gegenüber dem einwandfreien Betriebszustand niedrigerer Regellage, ein Betriebszustand mit vergiftetem Katalysator und vergifteter Regel-Sonde zugeordnet wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaserzeuger mit Teillast betrieben wird.