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Dokumentenidentifikation DE102004062408B4 02.10.2008
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität des Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine und Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine
Anmelder Continental Automotive GmbH, 30165 Hannover, DE
Erfinder Arlt, Tino, 93059 Regensburg, DE;
Korbel, Krzysztof, 93049 Regensburg, DE;
Rösel, Gerd, Dr., 93055 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 23.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004062408
Offenlegungstag 13.07.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.10.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2008
IPC-Hauptklasse F01N 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine. Sie betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum andern sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln. Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch einen Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.

In diesem Zusammenhang muss sichergestellt werden, dass die Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems auch in der gewünschten Art und Weise über eine lange Betriebsdauer funktionieren und Fehler zuverlässig erkannt werden.

Aus der US 6 637 194 B2 ist es bekannt eine erste Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators zu ermitteln durch Integration einer Überschusssauerstoffflussrate, die in den Abgaskatalysator über ein erstes Zeitintervall einströmt und eine zweite Sauerstoffspeicherkapazität zu ermitteln, durch Integration einer Sauerstoffdesorptionsrate über ein zweites Zeitintervall.

Aufgabe der Erfindung ist es gemäß eines Aspekts ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein präzises Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung gemäß eines weiteren Aspekts ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die ein präzises Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus gemäß eines ersten Aspekts durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Abgastrakt, in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind. Der Abgaskatalysator wird mit Sauerstoff beladen, bis er gesättigt ist, das heißt kein weiterer Sauerstoff mehr chemisch gebunden werden kann in dem Abgaskatalysator. Ein vorgegebenes erstes fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders wird eingestellt. Ein erster Sauerstoffspeicherkapazitätswert wird ermittelt abhängig von den Messsignalen der ersten und zweiten Abgassonde. Anschließend wird der Abgaskatalysator wieder erneut mit Sauerstoff beladen, bis er gesättigt ist. Ein vorgegebenes zweites fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird in dem Brennraum des Zylinders eingestellt. Das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterscheidet sich von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis.

Ein zweiter Sauerstoffspeicherkapazitätswert wird ermittelt abhängig von den Messsignalen der ersten und zweiten Abgassonde. Ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert wird abhängig von dem ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten ermittelt.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass ein geändertes Ansprechverhalten der ersten und/oder zweiten Abgassonden durch Alterung oder dergleichen zu einem Fehler bei dem Ermitteln der ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerte führt, die jedoch aufgrund des unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unterschiedlich sind. Dies ermöglicht auf einfache Weise den korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswert abhängig von dem ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswert zu ermitteln und so den Fehler durch das geänderte Ansprechverhalten der ersten und/oder zweiten Abgassonde einfach und weitgehend zu eliminieren.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine, das sich von dem ersten Aspekt darin unterscheidet, dass in dem Abgaskatalysator gespeicherter Sauerstoff ganz entladen wird und somit dann kein Sauerstoff mehr in dem Abgaskatalysator chemisch gebunden ist. Anschließend wird ein vorgegebenes erstes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders eingestellt und der erste Sauerstoffspeicherkapazitätswert ermittelt zu den Messsignalen der ersten und zweiten Abgassonde. Danach wird in dem Abgaskatalysator gespeicherter Sauerstoff erneut ganz entladen. Anschließend wird ein vorgegebenes zweites, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders eingestellt. Der zweite Sauerstoffspeicherkapazitätswert wird ermittelt abhängig von den Messsignalen der ersten und zweiten Abgassonde. Ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert wird abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten ermittelt.

Auch auf diese Weise können entsprechend des Vorgehens des ersten Aspekts der Erfindung Fehler beim Ermitteln des Sauerstoffspeicherkapazitätswertes weitgehend eliminiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Korrekturwert abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes ermittelt und der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert abhängig von dem zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswert und dem Korrekturwert ermittelt. So kann der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert sehr einfach ermittelt werden.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Korrekturwert aus einem Kennfeld abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerts ermittelt wird. Dies ist besonders präzise und das Kennfeld kann einfach durch Versuche oder Simulationen ermittelt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Korrekturwert mittels einer abschnittsweisen linearen Funktion abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes ermittelt. Dies hat den Vorteil eines geringen Speicherbedarfs für die abschnittsweise lineare Funktion und ermöglicht ein einfaches und präzises Ermitteln des Korrekturwertes.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Korrekturwert abhängig von dem ersten, zweiten oder einem dritten fetten beziehungsweise mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt. Das dritte fette beziehungsweise magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist weniger fett beziehungsweise weniger mager als das erste oder zweite. Auf diese Weise kann einfach der Korrekturwert präzise ermittelt werden.

Bevorzugt ist das dritte fette beziehungsweise magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis geeignet so vorgegeben, dass es geeignet nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt. Das dritte fette beziehungsweise magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht somit bevorzugt im wesentlichen dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass bei dem geeignet gewählten dritten fetten beziehungsweise mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis sich eine Änderung der Ansprechzeit der ersten und/oder zweiten Abgassonde nur vernachlässigbar auf einen derart ermittelbaren Sauerstoffspeicherkapazitätswert auswirkt.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Korrekturwert abhängig von einer Differenz des dritten und des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses dividiert durch eine Differenz des ersten und des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt wird. Dies ermöglicht einfach ein äußerst präzises Ermitteln des Korrekturwertes.

Besonders vorteilhaft kann eine Diagnose des Abgaskatalysators erfolgen abhängig von dem korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswert. Der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert ist ein Maß für den Wirkungsgrad des Abgaskatalysators. Die Diagnose kann beispielsweise das Überprüfen des korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes auf das Einhalten eines vorgebbaren Wertebereichs beinhalten.

Gemäß eines dritten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Abgastrakt, in dem der Abgaskatalysator, die erste Abgassonde stromaufwärts des Abgaskatalysators und die zweite Abgassonde stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind. Das Ermitteln der ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerte erfolgt entsprechend des Vorgehens gemäß des ersten Aspekts der Erfindung. Die Dynamik-Zeitdauer wird ermittelt abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes und dem ersten und zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die Dynamik-Zeitdauer ist die Summe der zeitlichen Änderungen des Ansprechverhaltens der ersten und zweiten Abgassonde im Vergleich zu ihrem Neuzustand. Die Dynamik-Zeitdauer kann so einfach und präzise ermittelt werden.

Gemäß eines vierten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln der Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden der Brennkraftmaschine. Der vierte Aspekt unterscheidet sich von dem dritten Aspekt dadurch, dass die ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerte gemäß des Vorgehens des zweiten Aspekts der Erfindung ermittelt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des dritten oder vierten Aspekts der Erfindung erfolgt eine Diagnose der ersten und/oder zweiten Abgassonde abhängig von der Dynamik-Zeitdauer. Die Diagnose kann beispielsweise darin bestehen, dass die Dynamik-Zeitdauer auf das Über- oder Unterschreiten eines vorgebbaren Wertebereichs überprüft wird. Sie besteht jedoch bevorzugt darin, dass die Änderung der Ansprechzeit entweder der ersten oder zweiten Abgassonde auf eine andere Art und Weise ermittelt wird und somit abhängig dann zusätzlich von der Dynamik-Zeitdauer auf die Änderung des Ansprechverhaltens der jeweils anderen Abgassonde geschlossen werden kann und dieses dann geeignet auf das Überschreiten oder Unterschreiten eines vorgebbaren Wertebereichs überprüft wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,

2 ein Ablaufdiagramm eines Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,

3 und 4 verschiedene Signalverläufe.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugskennzeichen gekennzeichnet.

Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.

Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.

Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.

In dem Abgastrakt ist ein Abgaskatalysator angeordnet, der als Dreiwegekatalysator 21 ausgebildet ist. Ferner ist in dem Abgastrakt ein weiterer Abgaskatalysator bevorzugt angeordnet, der als NOX-Katalysator 23 ausgebildet ist.

Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.

Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird.

Ferner ist eine erste Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der ersten Abgassonde 42 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1–Z4. Ferner ist eine zweite Abgassonde 43 vorgesehen, die stromabwärts des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der zweiten Abgassonde 43 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Abgaskatalysators.

Die erste Abgassonde 42 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde. Die zweite Abgassonde 43 ist eine binäre Lambdasonde. Sie kann jedoch auch eine lineare Lambdasonde sein.

Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.

Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind.

Ein Programm ist in einem Programmspeicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert und kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden. Mittels des Programms kann ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert ermittelt werden oder auch eine Dynamik-Zeitdauer DELTA_T.

Das Programm wird in einem Schritt S1 (2) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Der Start erfolgt bevorzugt dann, wenn ein neuer korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC_COR oder eine neue Dynamik-Zeitdauer DELTA_T ermittelt werden soll. Dies kann beispielsweise einmal pro Motorlauf oder auch in fest vorgegebenen Zeitabständen oder auch nach einer vorgebbaren Fahrdistanz erfolgen.

In einem Schritt S3 wird der Dreiwegekatalysator 21 mit Sauerstoff beladen, bis er gesättigt ist.

In einem Schritt S5 wird ein vorgegebenes erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM1_SP in den Brennräumen der Zylinder Z1 bis Z4 vorgegeben und bevorzugt mittels Beeinflussen der zuzumessenden Kraftstoffmenge eingestellt, insbesondere mittels einer Lambda-Regelung. Ein Schritt S7 wird abgearbeitet, nachdem das vorgegebene erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM1_SP vorgegeben worden ist, also zu einem Zeitpunkt, in dem noch nicht notwendigerweise tatsächlich ein entsprechendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist. In dem Schritt S7 wird geprüft, ob das durch die erste Abgassonde 42 erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_MEAS1 in den Zylindern Z1 bis Z4 kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert LAM_THD. Der Schwellenwert LAM_THD entspricht bevorzugt dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis.

Ist die Bedingung des Schrittes S7 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S9 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgebbare Zeitdauer oder einen vorgebbaren Kurbelwellenwinkel verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt 7 fortgesetzt wird. Die Zeitdauer, in der das Programm in dem Schritt S9 verharrt ist geeignet kurz gewählt und zwar derart, dass Änderungen des durch die erste Abgassonde 42 erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_MEAS1 sehr zeitnah und mit hoher Präzision erfasst werden.

Ist die Bedingung des Schrittes S7 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S11 einem ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC1 ein Term hinzu addiert, der das Integral eines Luftmassenstroms MAF in die Zylinder Z1 bis Z4 multipliziert mit eins minus dem Kehrwert des durch die erste Abgassonde 42 erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses LAM_MEAS1 ist. Der Term wird zusätzlich multipliziert mit einem Sauerstofffaktor O2_FAC, der den Anteil des Sauerstoffs in dem Luftmassenstrom MAF repräsentiert. Der Sauerstofffaktor O2_FAC hat beispielsweise den Wert 0,23. Das Integrieren erfolgt über die Zeitdauer seit der letzten Abarbeitung des Schrittes S11 bei dem aktuellen Programmdurchlauf.

In einem Schritt S13 wird geprüft, ob das durch die zweite Abgassonde 43 erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_MEAS2 kleiner ist als der Schwellenwert LAM_THD. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S11 erneut fortgesetzt.

Ist die Bedingung des Schrittes S13 hingegen erfüllt, so wird – gegebenenfalls nach einer gewissen Zeitdauer – in einem Schritt S15 der Dreiwegekatalysator 21 erneut mit Sauerstoff beladen, bis er gesättigt ist. Anschließend wird dann in einem Schritt S18 ein vorgegebenes zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM2_SP in den Brennräumen der Zylinder Z1 bis Z4 vorgegeben und bevorzugt mittels des Lambda-Reglers tatsächlich eingestellt. Das vorgegebene zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM2_SP unterscheidet sich von dem vorgegebenen ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM1_SP. Es kann beispielsweise einen Luftverhältniswert von 0,9 aufweisen und beispielsweise das vorgegebene erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM1_SP einen Luftverhältniswert von beispielsweise 0,8 aufweisen. Bevorzugt aber nicht notwendigerweise liegen die Werte in Hinblick auf das Luftverhältnis der vorgegebenen ersten und zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse in etwa in einem Bereich von 0,7 bis 0,9.

Anschließend wird die Bearbeitung in einem Schritt S20 analog zu dem Schritt S7 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S20 nicht erfüllt so wird die Bearbeitung nach einem Verharren in einem Schritt S22, der dem Schritt S9 entspricht, erneut in dem Schritt S20 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S20 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt 24 zu einem zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC2 der entsprechenden Term wie in dem Schritt S11 hinzuaddiert.

In einem Schritt S26 wird analog zu dem Schritt S13 geprüft, ob das durch die zweite Abgassonde 43 erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_MEAS2 kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert LAM_THD. Ist die Bedingung des Schrittes S26 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S24 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S26 hingegen erfüllt, so ist in dem Dreiwegekatalysator 21 kein Sauerstoff mehr gebunden.

In einem Schritt S28 wird anschließend ein Korrekturwert COR abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC1, OSC2 ermittelt.

Anschließend wird in einem Schritt S30 ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC_COR ermittelt und zwar durch ein Multiplizieren des zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC2 mit dem Korrekturwert COR. Anschließend wird das Programm in einem Schritt S32 beendet.

Mittels des korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC_COR kann dann beispielsweise eine Diagnose des Dreiwegekatalysators durchgeführt werden. Bevorzugt werden die Schritte S9 bis S13 und S18 bis S28 durchgeführt während einer Regenerationsphase des NOX-Speicherkatalysators 23. Im Falle eines Nicht-Vorhandenseins des NOX-Speicherkatalysators werden die entsprechenden Schritte bevorzugt während einer sogenannten Ausräumphase (Purge-Phase) des Dreiwegekatalysators 21 durchgeführt. Die Ausräumphase schließt sich beispielsweise an einen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine ohne Zumessung von Kraftstoff an.

Mittels des korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC_COR kann eine Diagnose des Dreiwegekatalysators 21 durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass überprüft wird, ob der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC_COR in einem vorgebbaren Wertebereich liegt. Das Vorgehen entsprechend Schritt S9 bis S13 und S18 bis S28 kann auch als Durchbruchmethode bezeichnet werden.

Der Korrekturwert COR kann in dem Schritt S28 beispielsweise aus einem Kennfeld, wobei unter einem Kennfeld auch eine sogenannte Kennlinie verstanden werden kann, abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes ermittelt werden. Das Kennfeld kann einfach durch Versuche, beispielsweise an einem Motorprüfstand, oder durch geeignete Simulationen ermittelt werden und ist in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert.

Alternativ kann der Korrekturwert in dem Schritt S28 auch mittels einer abschnittsweisen linearen Funktion abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC1, OSC2 ermittelt werden. Die abschnittsweise lineare Funktion hat bevorzugt zwei lineare Abschnitte, deren Steigungen abhängen von dem Vorzeichen der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC1, OSC2. Die jeweiligen Steigungen und Geraden-Abschnitte können ebenso mittels geeigneter Versuche, zum Beispiel an dem Motorprüfstand, oder durch geeignete Simulationen ermittelt sein und in dem Datenspeicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert sein.

Der Korrekturwert COR kann auch, wie in einem Schritt S38 angegeben, abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC1, OSC2, den vorgegebenen ersten und zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen LAM1_SP, LAM2_SP und einem vorgegebenen dritten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM3_SP in den Brennräumen der Zylinder Z1 bis Z4 ermittelt werden. Das vorgegebene dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM3_SP ist weniger fett als das erste und das zweite vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis und ist bevorzugt nahezu das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Es kann beispielsweise in Bezug auf die Luftzahl einen Wert von 0,9999 haben.

Das Berechnen des Korrekturwertes COR erfolgt in dem Schritt S38 bevorzugt mittels der dort angegebenen Formel. Durch die geeignete Wahl des vorgegebenen dritten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM3_SP kann so der Korrekturwert COR sehr präzise ermittelt werden. Falls das Berechnen des Korrekturwertes COR entsprechend des Schrittes S38 erfolgt, wird der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC_COR in dem Schritt S36 bevorzugt durch Bilden einer Differenz des zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC2 und des Korrekturwertes ermittelt.

Alternativ oder auch zusätzlich zu den Schritten S28 und S30 oder S38 und S36 kann auch ein Schritt S34 vorgesehen sein, in dem die Dynamik-Zeitdauer DELTA_T abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes OSC1, OSC2, dem Luftmassenstrom MAF, dem Sauerstofffaktor O2_FAC und den vorgegebenen ersten und zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen LAM1_SP, LAM2_SP ermittelt wird und zwar bevorzugt entsprechend der in dem Schritt S34 angegebenen Formel.

Die Dynamik-Zeitdauer DELTA_T repräsentiert Änderungen der Ansprechzeitdauern der ersten und zweiten Abgassonden 42, 43 im Vergleich zu dem Neuzustand der Abgassonden 42, 43 und kann so beispielsweise zur Diagnose der Abgassondendynamik herangezogen werden. Insbesondere kann so die zweite Abgassonde 43 besonders gut einer Diagnose unterzogen werden, wobei dann bevorzugt die erste Abgassonde 42 auf geeignete andere Art und Weise hinsichtlich ihrer Änderung in ihrer Ansprechzeitdauer untersucht wird und so dann auf die Änderungen der Ansprechzeitdauer der zweiten Abgassonde 43 mittels der Dynamik-Zeitdauer DELTA_T geschlossen werden kann und diese dann auf das Über- oder Unterschreiten eines vorgebbaren Wertebereichs untersucht werden kann.

Bevorzugt ist das zweite fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM2_SP weniger fett als das vorgegebene erste fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM1_SP. ES kann jedoch auch umgedreht sein, mit der Folge, dass gegebenenfalls das Vorzeichen des Korrekturwertes COR angepasst sein muss.

Das Programm gemäß der 2 kann in alternativer Ausgestaltung auch so ausgebildet sein, dass in den Schritten S3 und S15 jeweils der in dem Dreiwegekatalysator 21 gespeicherte Sauerstoff ganz entladen wird. Die in den Schritten S9 und S18 vorgegebenen ersten und zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse sind dann entsprechend mager gewählt, wobei dann bevorzugt das vorgegebene erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das vorgegebene zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM2_SP. In den Bedingungen der Schritte S5, S13, S20 und S26 ist dann das Kleiner-Zeichen ersetzt durch ein Größer-Zeichen.

In den 3 und 4 sind jeweils die Messsignale MS2 der zweiten Abgassonde 43 und ein aus dem Messsignal MS1 der ersten Abgassonde 42 abgeleitetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgedrückt durch das Luftverhältnis L1 dargestellt. Die gestrichelte Linie stellt das stöchiometrische Luftverhältnis dar. Die Fläche des Rechtecks, das mit 52 bezeichnet ist ist repräsentativ für den ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC1. Die Fläche in 4, die mit dem Bezugszeichen 54 versehen ist ist repräsentativ für den zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswert OSC2. Die Teilflächen 56 und 58 haben den gleichen Flächeninhalt und entsprechen dem wahren Sauerstoffspeicherkapazitätswert. Die Teilflächen 58 und 60 erstrecken sich über die Dynamik-Zeitdauer DELTA_T und ihr Flächeninhalt hängt somit von dem jeweiligen vorgegebenen ersten beziehungsweise zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM1_SP, LAM2_SP ab. Je näher das jeweilige vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, desto geringer ist der Gesamtanteil der Teilflächen an der jeweiligen Gesamtfläche.


Anspruch[de]
Verfahren zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1–Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, bei dem

– der Abgaskatalysator mit Sauerstoff beladen wird, bis er gesättigt ist,

– ein vorgegebenes erstes fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM1_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) eingestellt wird,

– ein erster Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC1) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– der Abgaskatalysator mit Sauerstoff beladen wird, bis er gesättigt ist,

– ein vorgegebenes zweites, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich fettes Luft/Kraftstoffverhältnis (LAM2_SP) in dem Brennraum des Zylinders eingestellt wird,

– ein zweiter Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC2) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC_COR) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2) ermittelt wird.
Verfahren zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, bei dem

– in dem Abgaskatalysator gespeicherter Sauerstoff ganz entladen wird,

– ein vorgegebenes erstes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) eingestellt wird,

– ein erster Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC1) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– in dem Abgaskatalysator gespeicherter Sauerstoff ganz entladen wird,

– ein vorgegebenes zweites, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM2_SP) in den Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) eingestellt wird,

– ein zweiter Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC2) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– ein korrigierter Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC_COR) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem

– ein Korrekturwert (COR) abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1, OSC2) ermittelt wird und

– der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC_COR) abhängig von dem zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC2) und dem Korrekturwert (COR) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Korrekturwert (COR) aus einem Kennfeld abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1, OSC2) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Korrekturwert (COR) mittels einer abschnittsweisen linearen Funktion abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1, OSC2) ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Korrekturwert (COR) abhängig von dem ersten, zweiten und einem dritten fetten beziehungsweise mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM3_SP) ermittelt wird, wobei das dritte fette beziehungsweise magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis weniger fett beziehungsweise weniger mager ist als das erste oder zweite. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Korrekturwert (COR) abhängig von einer Differenz des dritten und des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (LAM3_SP, LAM2_SP) dividiert durch eine Differenz des ersten und des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (LAM1_SP, LAM2_SP) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Dynamik-Zeitdauer (DELTA_T) ermittelt wird abhängig von der Differenz des ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1, OSC2) und dem ersten und zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM1_SP, LAM2_SP), und der korrigierte Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC_COR) abhängig von der Dynamik-Zeitdauer (DELTA_T) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Diagnose des Abgaskatalysators erfolgt abhängig von dem korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC_COR). Verfahren zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1) und einem Abgastrakt (1), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, bei dem

– der Abgaskatalysator mit Sauerstoff beladen wird, bis er gesättigt ist,

– ein vorgegebenes erstes fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM1_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) eingestellt wird,

– ein erster Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC1) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– der Abgaskatalysator mit Sauerstoff beladen wird, bis er gesättigt ist,

– ein vorgegebenes zweites, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich fettes Luft/Kraftstoffverhältnis (LAM2_SP) in dem Brennraum des Zylinders eingestellt wird,

– ein zweiter Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC2) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– die Dynamik-Zeitdauer (T_DELTA) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2) ermittelt wird.
Verfahren zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, bei dem

– in dem Abgaskatalysator gespeicherter Sauerstoff ganz entladen wird,

– ein vorgegebenes erstes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) eingestellt wird,

– ein erster Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC1) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– in dem Abgaskatalysator gespeicherter Sauerstoff ganz entladen wird,

– ein vorgegebenes zweites, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM2_SP) in den Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4) eingestellt wird,

– ein zweiter Sauerstoffspeicherkapazitätswert (OSC2) ermittelt wird abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– die Dynamik-Zeitdauer (T_DELTA) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem abhängig von der Dynamik-Zeitdauer (DELTA_T) eine Diagnose der ersten und/oder zweiten Abgassonde (42, 43) erfolgt. Vorrichtung zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, die ausgebildet ist zum

– Beladen des Abgaskatalysators mit Sauerstoff, bis er gesättigt ist,

– Einstellen eines vorgegebenen ersten fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM1_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4),

– Ermitteln eines ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43 ),

– Beladen des Abgaskatalysators mit Sauerstoff, bis er gesättigt ist,

– Einstellen eines vorgegebenen zweiten, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM2_SP) in dem Brennraum des Zylinders,

– Ermitteln eines zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC2) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– Ermitteln eines korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC_COR) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, die ausgebildet ist zum

– Vollständigen Entladen des in dem Abgaskatalysator gespeicherten Sauerstoffs,

– Einstellen eines vorgegebenen ersten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (LAM1_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4),

– Ermitteln eines ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– Vollständigen Entladen des in dem Abgaskatalysator gespeicherten Sauerstoffs,

– Einstellen eines vorgegebenen zweiten, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (LAM2_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4),

– Ermitteln eines zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC2) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– Ermitteln eines korrigierten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC_COR) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2).
Vorrichtung zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, die ausgebildet ist zum

– Beladen des Abgaskatalysators mit Sauerstoff, bis er gesättigt ist,

– Einstellen eines vorgegebenen ersten fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM1_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4),

– Ermitteln eines ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– Beladen des Abgaskatalysators mit Sauerstoff, bis er gesättigt ist,

– Einstellen eines vorgegebenen zweiten, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAM2_SP) in dem Brennraum des Zylinders,

– Ermitteln eines zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC2) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– Ermitteln der Dynamik-Zeitdauer (T_DELTA) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2).
Vorrichtung zum Ermitteln einer Dynamik-Zeitdauer für Abgassonden einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4) und einem Abgastrakt (4), in dem der Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde (42) stromaufwärts des Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde (43) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sind, die ausgebildet ist zum

– Vollständigen Entladen des in dem Abgaskatalysator gespeicherten Sauerstoffs,

– Einstellen eines vorgegebenen ersten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (LAM1_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4),

– Ermitteln eines ersten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC1) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43),

– Vollständigen Entladen des in dem Abgaskatalysator gespeicherten Sauerstoffs,

– Einstellen eines vorgegebenen zweiten, im Vergleich zu dem ersten unterschiedlich mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (LAM2_SP) in dem Brennraum des Zylinders (Z1 bis Z4),

– Ermitteln eines zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswertes (OSC2) abhängig von den Messsignalen (MS1, MS2) der ersten und zweiten Abgassonde (42, 43) und

– Ermitteln der Dynamik-Zeitdauer (T_DELTA) abhängig von den ersten und zweiten Sauerstoffspeicherkapazitätswerten (OSC1, OSC2).






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