DE102004050628A1 - Verfahren zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Oxidationskatalysators - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) eines Oxidationskatalysators einer Brennkraftmaschine wird gemäß einer ersten Alternative vorgeschlagen, dass in einem ersten Schritt Ia die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis lambda >> 1,0 betrieben wird, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig zu befüllen, in einem zweiten Schritt IIa die Brennkraftmaschine mit einem konstanten Luft/Kraftstoffverhältnis lambda = 1,0 - DELTAlambda betrieben wird, wobei mittels eines Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Austrags (SIGMA O¶Aus¶) von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator durchgeführt wird, und in einem dritten Schritt IIIa auf der Basis dieser Bilanzierung (SIGMA O¶Aus¶) die Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des Oxidationskatalysators überprüft wird. Vorschlagsgemäß kann die Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des Oxidationskatalysators auch ohne das Vorhandensein von einer dem Oxidationskatalysator vorgeschalteten Lambdasonde erfolgen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Oxidationskatalysators einer Brennkraftmaschine.
  • Die Sauerstoffspeicherkapazität ist eine ideale Größe zur Diagnose eines Abgaskatalysators. Die Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators wird in der Regel mittels zweier Lambdasonden durchgeführt, wobei die erste stromauf des Katalysators angeordnet ist und die zweite stromab des Katalysators angeordnet ist und die Differenz der Messwerte zur Bestimmung der aktuellen Sauerstoffspeicherkapazität verwendet wird. Je nach Größe der Sauerstoffspeicherkapazität wird der Katalysator dann als in Ordnung oder als nicht in Ordnung diagnostiziert.
  • Weist die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine jedoch keine stromauf des Katalysators angeordnete Lambdasonde auf, so ist die Diagnose der Sauerstoffspeicherkapazität nicht oder nur in sehr aufwändiger Art und Weise möglich.
    •
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Oxidationskatalysators bereitzustellen, welches insbesondere dann, wenn stromauf des Katalysators keine Lambdasonde vorgesehen ist, eine exakte Bestimmung bzw. Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität ermöglicht. Zudem soll dieses Verfahren ohne großen Aufwand durchführbar sein.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem gemäß einer ersten Alternative in einem ersten Schritt die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ >> 1,0 betrieben wird, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig zu befüllen, in einem zweiten Schritt die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 – Δλ betrieben wird, wobei mittels eines Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Austrags von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator durchgeführt wird, und in einem dritten Schritt auf der Basis dieser Bilanzierung die Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators überprüft wird. Somit kann zum Beispiel nach einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, der schon nach kürzester Zeit eine vollständige Befüllung des Sauerstoffspeichers zur Folge hat, auf einfachste Art und Weise auf die verbleibende Sauerstoffspeicherkapazität geschlossen werden.
  • Und gemäß einer zweiten Lösungsalternative wird in einem ersten Schritt die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ << 1,0 betrieben, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig zu entleeren, wird in einem zweiten Schritt die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 + Δλ betrieben, wobei mittels eines Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Eintrags von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator durchgeführt wird, und wird in einem dritten Schritt auf der Basis dieser Bilanzierung die Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators überprüft. Damit kann zum Beispiel nach einem ausreichend langen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine ebenfalls auf die verbleibende Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators geschlossen werden.
  • Vorteilhaft wird das Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 +/- Δλ eingestellt, indem bei konstanter Last, konstanter Drehzahl und/oder konstanter Kraftstoffzufuhr zunächst ein Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 eingeregelt wird und daraufhin die Last, die Drehzahl und/oder die Kraftstoffzufuhr variiert wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis um einen konstanten Betrag +/- Δλ zu verändern. Diese Regelung lässt sich besonders dann sehr genau durchführen, wenn die Last und die Drehzahl konstant gehalten werden und lediglich die Kraftstoffzufuhr bzw. die Kraftstoffeinspritzung variiert wird, so dass sich das Luft/Kraftstoffverhältnis um einen bekannten Wert ändert. Somit ist die Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses nur mit sehr geringen Abweichungen behaftet.
  • Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung wird die Bilanzierung des Eintrags oder des Austrags von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator solange durchgeführt, bis dass die Bilanzsumme einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, wobei dieser Grenzwert einem noch hinreichend funktionsfähigen Oxidationskatalysator zugeordnet ist. Denn beim Erreichen bzw. Überschreiten dieses Grenzwertes wurde in den Oxidationskatalysator eine vorgegebene Menge an Sauerstoff eingetragen oder wurde aus dem Oxidationskatalysator eine vorgegebene Menge an Sauerstoff ausgetragen, was bereits eine zuverlässige Aussage für eine ausreichende Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators darstellt. Dies setzt natürlich voraus, dass der Grenzwert erreicht wird, bevor eine dem Oxidationskatalysator nachgeschaltete Messsonde bzw. Lambdasonde einen vorgegebenen Messwert anzeigt, der einem Durchbruch von im Abgas enthaltenen Stickoxiden oder Kohlenwasserstoff entspricht und somit anzeigt, dass der Sauerstoffspeicher vollständig entleert ist oder vollständig befüllt ist.
  • Und gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Bilanzierung des Eintrags oder des Austrags von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator solange durchgeführt, bis eine dem Oxidationskatalysator nachgeschaltete Messsonde bzw. Lambdasonde einen vorgegebenen Messwert anzeigt, wobei dieser Messwert wiederum anzeigt, dass der Sauerstoffspeicher nunmehr vollständig entleert ist oder vollständig befüllt ist.
  • Aus der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses und der Bilanzsumme des Eintrags oder des Austrags von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator kann dann mittels eines Kennfeldes die aktuelle Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators ermittelt werden. Dabei berücksichtigt dieses Kennfeld insbesondere auch den Typ des jeweils verwendeten Oxidationskatalysators.
  • Die aktuelle Sauerstoffspeicherkapazität kann daraufhin in einem abschließenden Schritt mit einem Referenzwert verglichen werden, um zu überprüfen, ob der ermittelte Wert der Sauerstoffspeicherkapazität einem ausreichend aktiven Oxidationskatalysator entspricht oder nicht.
    •
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Flußdiagramm des Verfahrens zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Oxidationskatalysators gemäß einer ersten Alternative; und
  • 2 ein Flußdiagramm des Verfahrens gemäß einer zweiten Alternative.
  • Verfahrensgemäß wird bei der ersten Alternative in einem ersten Schritt Ia die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ >> 1,0 betrieben, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig mit Sauerstoff zu befüllen. Dies erfolgt beispielsweise bei einem über eine gewisse Zeit andauernden Schubbetrieb der Brennkraftmaschine.
  • In einem zweiten Schritt IIa wird die Brennkraftmaschine dann mit einem konstanten Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 – Δλ betrieben, wobei mittels eines vorzugsweise direkt im Oxidationskatalysator angeordneten Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Austrags Σ oAus von Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators durchgeführt wird.
  • Danach wird in einem dritten Schritt IIIa auf der Basis dieser Bilanzierung Σ oAus die Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators überprüft.
  • Bei der zweiten völlig gleichwertigen Alternative des Verfahrens wird in einem ersten Schritt Ib die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ << 1,0 betrieben, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig von Sauerstoff zu entleeren, wobei dies beispielsweise bei einem über eine gewisse Zeit andauernden Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt.
  • Der zweite Schritt IIb sieht des weiteren vor, dass die Brennkraftmaschine mit einem konstanten Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 + Δλ betrieben wird, wobei mittels des im Oxidationskatalysator angeordneten Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Eintrags Σ oEin von Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators stattfindet.
  • Und im dritten Schritt IIIb wird auch bei der zweiten Alternative auf der Basis dieser Bilanzierung Σ oEin die Sauerstoffspeicherkapazität des Oxidationskatalysators überprüft.
  • Bei beiden Alternativen wird das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 +/- Δλ eingestellt, indem bei konstanter Last, konstanter Drehzahl und konstanter Kraftstoffzufuhr zunächst ein Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 eingestellt wird, gegebenenfalls kontrolliert wird, dass der Sauerstoffbeladungssensor während des Betriebes bei λ = 1,0 keine Änderung der Sauerstoffbeladung anzeigt und daraufhin die Last, die Drehzahl und/oder die Kraftstoffzufuhr variiert wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis λ um einen konstanten Betrag +/- Δλ zu verändern. Dabei soll die Variation der genannten Parameter der Brennkraftmaschine möglichst so erfolgen, dass sich das Luft/Kraftstoffverhältnis λ nur genau definiert verändert.
  • Beim Flußdiagramm der 1 wird die Bilanzierung des Austrags Σ oAus von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator zum Beispiel so lange durchgeführt, bis die Bilanzsumme einen vorgegebenen Grenzwert G erreicht bzw. überschreitet, der einem noch ausreichend funktionsfähigen Oxidationskatalysator zugeordnet ist, ohne dass es dabei zu einem Durchbruch von im Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) oder Kohlenwasserstoff (HC) kommt.
  • Und beim Fußdiagramm der 2 wird die Bilanzierung des Eintrags Σ oEin von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator hingegen so lange durchgeführt, bis eine dem Oxidationskatalysator nachgeschaltete Messsonde einen vorgegebenen Messwert M anzeigt, der einem Durchbruch von im Abgas enthaltenem Stickoxid oder Kohlenwasserstoff entspricht und somit anzeigt, dass der Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig befüllt ist. Aus der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses +/- Δλ und der Bilanzsumme des Eintrags oder des Austrags Σ oEin, Σ oAus von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator wird anschließend mittels eines Kennfeldes die aktuelle Sauerstoffspeicherkapazität OSC ermittelt. Abschließend wird die ermittelte Sauerstoffspeicherkapazität OSC dann mit einem vorgegebenen Referenzwert R verglichen, und wird anhand des Vergleichsergebnisses entscheiden, ob der Oxidationskatalysator noch in Ordnung ist oder nicht mehr in Ordnung ist.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Oxidationskatalysators einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt Ia die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ >> 1,0 betrieben wird, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig zu befüllen, in einem zweiten Schritt IIa die Brennkraftmaschine mit einem konstanten Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 – Δλ betrieben wird, wobei mittels eines Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Austrags (Σ oAus) von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator durchgeführt wird, und in einem dritten Schritt IIIa auf der Basis dieser Bilanzierung (Σ oAus) die Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des Oxidationskatalysators überprüft wird.
  2. Verfahren zur Überprüfung der Sauerstoffspeicherkapazität eines Oxidationskatalysators einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt Ib die Brennkraftmaschine mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis λ << 1,0 betrieben wird, um den Sauerstoffspeicher des Oxidationskatalysators vollständig zu entleeren, in einem zweiten Schritt IIb die Brennkraftmaschine mit einem konstanten Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 + Δλ betrieben wird, wobei mittels eines Sauerstoffbeladungssensors eine Bilanzierung des Eintrags (Σ oEin) von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator durchgeführt wird, und in einem dritten Schritt IIIb auf der Basis dieser Bilanzierung (Σ oEin) die Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des Oxidationskatalysators überprüft wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 +/- Δλ eingestellt wird, indem bei konstanter Last, konstanter Drehzahl und konstanter Kraftstoffzufuhr zunächst ein Luft/Kraftstoffverhältnis λ = 1,0 eingeregelt wird, kontrolliert wird, dass der Sauerstoffbeladungssensor während des Betriebes bei λ = 1,0 keine Änderung der Sauerstoffbeladung anzeigt und daraufhin die Last, die Drehzahl und/oder die Kraftstoffzufuhr variiert wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis λ um einen konstanten Betrag +/- Δλ zu verändern.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilanzierung des Eintrags oder des Austrags (Σ oEin, Σ oAus) von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator solange durchgeführt wird, bis die Bilanzsumme einen vorgegebenen Grenzwert (G) erreicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (G) einer noch ausreichenden Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des Oxidationskatalysators zugeordnet ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilanzierung des Eintrags oder des Austrags (Σ oEin, Σ oAus) von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator solange durchgeführt wird, bis eine dem Oxidationskatalysator nachgeschaltete Messsonde einen vorgegebenen Messwert (M) anzeigt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert (M) der Messsonde einem Durchbruch von im Abgas enthaltenem Stickoxiden (NOX) oder Kohlenwasserstoff (HC) entspricht und somit anzeigt, dass der Sauerstoffspeicher vollständig entleert ist oder vollständig befüllt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass aus der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses +/- Δλ und der Bilanzsumme des Eintrags oder des Austrags (Σ oEin, Σ oAus) von Sauerstoff in den Oxidationskatalysator mittels eines Kennfeldes die Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des Oxidationskatalysators ermittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) mit einem vorgegebenen Referenzwert (R) verglichen wird.
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