DE102010033713B4

DE102010033713B4 - Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators

Info

Publication number: DE102010033713B4
Application number: DE102010033713A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-08-07
Filing date: 2010-08-07
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-08-08
Also published as: US8522608B2; US20120031178A1; DE102010033713A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) im Abgasstrang (2) zu einer Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Sauerstoffspeichers (4), wobei zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) in Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang (2) sowohl eine Vorkatlambdasonde (5) vorgeordnet, als auch eine Nachkatlambdasonde (6) nachgeordnet ist, wobei a) zunächst der Sauerstoffspeicher soweit als möglich von Sauerstoff geteert wird oder mit Sauerstoff gefüllt wird, b) anschließend ein Wechsel zu einer Beaufschlagung mit magerem bzw. fetter Abgas erfolgt, bis das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde ein erstes vorbestimmtes Kriterium erfüllt, wobei ein erstes Zeitintegral über die pro Zeit eingetragene bzw. entnommene Menge an Sauerstoff ab dem Zeitpunkt des Wechsels bis zum Durchlaufen eines ersten Schwellwerts ermittelt wird, wobei ferner c) unmittelbar nach Schritt b) ein weiterer Wechsel zu einer Beaufschlagung mit fettem bzw. magerem Abgas erfolgt, bis das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde ein zweites vorbestimmtes Kritierium erfüllt, und wobei ein zweites Zeitintegral...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator im Abgasstrang zu einer Brennkraftmaschine zugeordneten Sauerstoffspeichers, wobei zumindest einem Abschnitt des Katalysators in Strömungsrichtung von Abgas im Abgasstrang sowohl eine Vorkatlambdasonde vorgeordnet als auch eine Nachkatlambdasonde nachgeordnet ist.
Es ist bekannt, die Sauerstoffeinspeicherkapazität dadurch zu bestimmen, dass zunächst der Sauerstoffspeicher vollständig von Sauerstoff geleert wird, er anschließend mit magerem Abgas beaufschlagt wird, und dass während der Beaufschlagung mit magerem Abgas die anhand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ermittelbare pro Zeit eingetragene Sauerstoffmenge über die Zeit aufintegriert wird. Typischerweise ermittelt man das Integral beginnend vom Einsetzen der Beaufschlagung mit magerem Abgas zum Zwecke des Eintragens von Sauerstoff und endend damit, dass ein Schwellwert im Signal der Nachkatlambdasonde durchlaufen wird. Dieses Durchlaufen des Schwellwertes löst dann unmittelbar wieder einen Wechsel zur Beaufschlagung mit fettem Abgas aus.
Anhand der Ausgangssignale der Vorkatlambdasonde wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas festgelegt, mit dem der Katalysator beaufschlagt wird.
Aus der US 2002/0157379 A1 und der derselben Patentfamilie zugehörigen DE 601 26 022 T2 ist ein Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betreffend eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem es darum geht, die Befüllung des Sauerstoffspeichers auf einem mittleren Wert zu halten. Hierzu werden nacheinander die Sauerstoffeinspeicherkapazität in der oben beschriebenen Weise und die Sauerstoffausspeicherkapazität in der Umkehrung der oben beschriebenen Weise ermittelt, sodass der Wert für die mittlere Befüllung des Sauerstoffspeichers festgelegt werden kann. Bei diesem Verfahren und bei den anderen Verfahren des Standes der Technik kann sich ein Versatz im Ausgangssignal der Vorkatlambdasonde schädlich auswirken: Zeigt die Lambdasonde eine höhere Ausgangsspannung oder eine niedrige Ausgangsspannung, als sie sich bei dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis normalerweise bei ordnungsgemäß funktionierender Lambdasonde einstellen würde, so wird eine zu hohe bzw. zu niedrige Sauerstoffspeicherkapazität gemessen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie die Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators auch bei einem solchen Versatz im Ausgangssignal einer Lambdasonde korrekt ermittelt werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird somit in der an sich bekannten Weise

a) zunächst der Sauerstoffspeicher soweit als vollständig möglich von Sauerstoff geleert oder mit Sauerstoff gefüllt, und es erfolgt
b) ein Wechsel zu einer Beaufschlagung mit magerem bzw. fetter Abgas, bis das Ausgangssignal der Lambdasonde ein erstes vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Das Kriterium soll vorliegend so gewählt sein, dass selbst bei einem Versatz im Ausgangssignal der Lambdasonde bis zu einem bestimmten Ausmaß hin der Sauerstoffspeicher vollständig gefüllt bzw. geleert ist, wenn das vorbestimmte Kriterium erfüllt ist. Ein erstes Zeitintegral wird dann über die pro Zeit eingetragene bzw. entnommene Menge an Sauerstoff ab dem Zeitpunkt des Wechsels bis zum Durchlaufen eines ersten Schwellwerts ermittelt.

Unmittelbar anschließend wird dann

c) genau dasselbe unter Umkehr der Beaufschlagung, also von mager zu fett bzw. von fett zu mager, durchgeführt, wobei auch hier das Ende der Beaufschlagung durch ein zweites vorbestimmtes Kriterium vorgegeben wird, das ebenfalls so gewählt ist, dass selbst bei einem Versatz bis zu einem (vor-)bestimmten Ausmaß hin der Sauerstoffspeicher vollständig geleert ist bzw. gefüllt ist. Auch hier wird ein Zeit integral berechnet (zweites Zeitintegral), und zwar über die pro Zeit entnommene bzw. eingetragene Menge an Sauerstoff, auch hier beginnend mit dem Zeitpunkt des Wechsels bis zum Durchlaufen eines (zweiten) Schwellwerts.

Sodann werden in Schritt

d) die Beträge beider Integrale addiert, um so ein Maß für die Sauerstoffspeicherkapazität zu erhalten.

Das erste bzw. zweite vorbestimmte Kriterium beinhalten insbesondere, dass das Ausgangssignal der Lambdasonde einen weiteren, also dritten bzw. vierten, Schwellwert durchläuft, wobei der dritte bzw. vierte Schwellwert vorliegend so definiert ist, dass er nach dem ersten bzw. nach dem zweiten Schwellwert durchlaufen wird. Nach dem Durchlaufen des dritten bzw. vierten Schwellwerts kann dann darauf geprüft werden, ob der Wert des Ausgangssignals (also die Ausgangsspannung) der Lambdasonde oder seine zeitliche Ableitung eine Grenze (also einen fünften oder bzw. sechsten Schwellwert) erreicht.
Das Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität unterscheidet sich von herkömmlichen Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität darin, dass zwar die Integrale jeweils bis zum Durchlaufen eines Schwellwerts ermittelt werden, dass aber nicht das Durchlaufen dieses Schwellwerts selbst einen Wechsel im Beaufschlagen mit magerem bzw. fettem Abgas bewirkt. insbesondere beinhaltet das vorbestimmte Kriterium in der Regel, dass der sonst den Wechsel in der Beaufschlagung auslösende Schwellwert bereits erreicht ist, dass aber nach wie vor dieselbe Beaufschlagung erfolgt. Es wird somit die Beaufschlagung mit magerem bzw. fettem Abgas beim ersten Mal und vorzugsweise beide Male verlängert, um gewährleisten zu können, dass der Sauerstoffspeicher tatsächlich gefüllt bzw. geleert ist.
ist diese Bedingung nämlich erfüllt, bewirkt der Versatz im Ausgangssignal der Lambdasonde – bis zu einem bestimmten Ausmaß hin –, dass das erste Zeitintegral um genau einen solchen Wert niedriger oder höher ist, als das zweite Zeitintegral höher oder niedriger ist. Beim Aufaddieren der beiden Integrale gleichen sich dann die Wirkungen des Versatzes genau aus. Überschreitet der Versatz nicht ein bestimmtes Ausmaß, kann daher gewährleistet sein, dass die Sauerstoffspeicherkapazität korrekt berechnet wird. (Zur genauen Angabe der Sauerstoffspeicherkapazität kann die Summe beider Integrale dann noch durch zwei geteilt werden.) Der Erfinder des vorliegend beanspruchten Verfahrens hat erkannt, dass, wenn das vollständige Füllen und Leeren des Sauerstoffspeichers insgesamt gewährleistet ist, dieser Ausgleich bei Addition der beiden Zeitintegrale erfolgt.
Dies beruht auf der Erkenntnis, dass das Ausgangssignal der Lambdasonde, wenn der Sauerstoffspeicher vollständig gefüllt oder geleert ist, in Sättigung geht, sodass vor Erreichen eines Maximums bzw. Minimums das Überschreiten eines diesem Maximum bzw. Minimum nahen Schwellwerts geprüft werden kann und dann ein Kriterium für das Erreichen des Maximums bzw. Minimums herangezogen werden kann, das sich auf eben dieses Maximum bzw. Minimum selbst oder die zeitliche Ableitung im Bereich des Maximums bzw. Minimums bezieht.
Sind der dritte bzw. vierte Schwellwert und die Grenze ausreichend gut gewählt, so wird durch das Verfahren gewährleistet, dass nicht nur der Oberflächenspeicher des Katalysators geteert bzw. gefüllt wird, was einen Sprung im Ausgangssignal der Lambdasonde zur Folge hat, sondern dass auch der Tiefenspeicher des Katalysators tatsächlich geleert bzw. vollständig gefüllt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, in der
1 eine Anordnung zeigt, bei der die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sinnvoll ist,
2 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem hierzu berechneten Integral für die Sauerstoffspeicherfähigkeit zeigt, wobei eine Vielzahl von Situationen so dargestellt ist, als ob sie zeitlich aufeinander erfolgen würden,
3 eine der 2 entsprechende Darstellung ist, bei der auch das Signal einer Nachkatlambdasonde und die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Integralverläufe dargestellt sind, und
4A das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda zeigt, wie es anhand des Signals einer Vorkatlambdasonde eingestellt wird, wenn die Ausgangsspannung U einer Nachkatlambdasonde sich wie in 4B gezeigt verhält.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 2. Der Abgasstrang 2 umfasst einen Abgaskatalysator 3, der z. B. als Drei-Wege-Katalysator, als NOx-Speicherkatalysator oder als ein aktiver Partikelfilter ausgebildet ist, sowie einen integrierten Sauerstoffspeicher 4 beinhaltet. Der Abgasstrang 2 umfasst ferner ein stromauf des Abgaskatalysators 3 angeordnete Vorkatlambdasonde 5, die als Führungssonde dient, sowie eine dem Abgaskatalysator 3 zugeordnete Nachkatlambdasonde 6, die als Regelsonde dient.
Die Nachkatlamdasonde 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromab des Abgaskatalysators 3 angeordnet. Genauso gut könnte diese Lambdasonde jedoch auch direkt im Abgaskatalysator 3, d. h. nach einem Teilvolumen oder Teilabschnitt des Sauerstoffspeichers 4, angeordnet sein.
Es geht vorliegend darum, die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Sauerstoffspeichers 4 zu messen. Da im Rahmen dieser Messung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda einzustellen ist, ist im Folgenden davon ausgegangen, dass sich das Abgas der Brennkraftmaschine 1 zumindest mit einer vorgegebenen Genauigkeit anhand des Signals der Vorkatlambdasonde 5 auf ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda einstellen lässt. Problematisch ist es, wenn die Vorkatlambdasonde 5 ein fehlerbehaftetes Ausgangssignal ausgibt. Vorliegend wird das Problem behandelt, dass es einen Versatz im Ausgangssignal der Vorkatlamdasonde 5 gibt. Durch die nachfolgend beschriebene Messung der Sauerstoffspeicherkapazität wird diesem Versatz Rechnung getragen.
Zunächst wird anhand von 2 dargelegt, welche Folge ein Versatz im Ausgangssignal der Vorkatlambdasonde hat.
In 2 ist als Kurve 10 das Signal der Vorkatlambdasonde 5 dargestellt, modellhaft werden unterschiedliche Situationen dargestellt, in denen jeweils die Sauerstoffspeicherkapazität gemessen werden kann, und zugehörig ist als Kurve 12 ein Integral gezeigt, das die Sauerstoffeinspeicherfähigkeit bzw. Sauerstoffausspeicherfähigkeit des Sauerstoffspeichers 4 beschreibt, wenn man von der Kurve 10 jeweils abschnittsweise ausgeht. Das Integral berechnet sich hierbei wie folgt:
wobei λ(t) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas ist und ṁ(t) der Abgasmassenstrom ist. OSC ist die Sauerstoffeinspeicherfähigkeit.
Die selbe Formel wird vorliegend auch für (λ(t) – 1) < 0 zur Berechnung der Sauerstoffausspeicherfähigkeit RSC herangezogen.
In einem symbolischen Zeitintervall von t₄ bis t₆ wird der Sauerstoffspeicher 4 zunächst (im Intervall von t₄ bis t₅) mit magerem Abgas mit einem Lambdawert 1,05 beaufschlagt, und dann (im Intervall von t₅ bis t₆) mit fettem Abgas mit einem Lambdawert von 0,95 beaufschlagt. Der Betrag von λ(t) – 1 ist daher in den Intervallen t₄ bis t₅ und t₅ bis t₆ andererseits gleich. Es verwundert daher nicht, dass sich für den Wert des Integrals beim Sauerstoffeinspeichern genau dasselbe ergibt wie beim Sauerstoffausspeichern.
Betrachten wir nun das Intervall t₁ bis t₃. Gegenüber dem Intervall von t₄ bis t₆ ergibt sich in der Kurve ein Offset von ca. 0,25 nach oben hin. Dies bedeutet, dass im Intervall t₁ bis t₂ mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda 1,075 beaufschlagt wird, im Intervall t₂ bis t₃ mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 0,975. Das berechnete Integral für die Sauerstoffeinspeicherfähigkeit zwischen t₁ und t₂ ist somit wesentlich größer als das Integral für die Sauerstoffausspeicherfähigkeit t₂ bis t₃.
Das Integral von t₁ bis t₂ ist dabei in dem selben Ausmaß größer im Vergleich zum Integral zwischen t₄ und t₅, wie das Integral zwischen t₂ und t₃ kleiner als das Integral zwischen t₅ und t₆ ist. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen den Spitzen in der Kurve, in 2 als ΔIntegral bezeichnet, gleich.
Im Intervall zwischen t₇ bis t₉ ist von einem Versatz in die negative Richtung ausgegangen, hier wird mit magerem Abgas in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 1,025 beaufschlagt, mit fettem Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 0,925. Das für die Sauerstoffeinspeicherfähigkeit berechnete Integral ist dementsprechend kleiner (zwischen t₇ und t₈), das Integral für die Sauerstoffausspeicherfähigkeit, zwischen t₈ und t₉, ist entsprechend größer.
Wiederum ist aber der Abstand zwischen den Spitzen, ΔIntegral, gleich.
Mit anderen Worten gilt Folgendes: Subtrahiert man die Sauerstoffausspeicherfähigkeit von der Sauerstoffeinspeicherfähigkeit, erhält man stets denselben Wert ΔIntegral. Dem entspricht eine Addition der Betragswerte der Integrale. Anhand von 2 lässt sich somit erkennen, dass die Größe ΔIntegral unabhängig vom Versatz ist. Die Größe ΔIntegral ist nun anhand von 2 lediglich eine aufgrund von als tatsächlich gemessen angenommenen Lambda-Werten berechnete.
Vorliegend geht es darum, dass tatsächlich ein Wert für Lambda gemessen wird, der um einen Versatz von dem tatsächlichen Wert für Lambda abweicht. Die Erkenntnis, dass sich die Wirkungen des Versatzes betreffend eine Berechnung der Sauerstoffeinspeicherfähigkeit einerseits und eine Berechnung der Sauerstoffausspeicherfähigkeit andererseits genau ausgleichen, soll vorliegend dazu verwendet werden, ein Verfahren vorzuschlagen, wie die Sauerstoffspeicherfähigkeit zuverlässig gemessen werden kann.
In 3 ist nochmals die Kurve 10 gezeigt, genauso auch die Kurve 12. Zur Kurve 10 in 3 sei nun angenommen, dass dies der Lambda-Wert sei, der sich tatsächlich einstellt, wenn die Vorkatlambdasonde 5 einen Versatz zeigt, und wenn so geregelt wird, dass die Ausgangswerte der Lambdasonde 5 zwischen 1,05 und 0,95 im Wechsel betrieben werden. Beispielsweise hätte die Lambdasonde zwischen der symbolisch gezeigten Zeit t₁ und t₂ einen Versatz von 0,25 nach unten. Sie misst also das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis um einen Wert von 0,25 zu tief mit der Folge, dass wenn auf ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis anhand des Ausgangssignals der Vorkatlambdasonde 5 geregelt wird, ein entsprechender Versatz um 0,25 nach oben erfolgt.
3 zeigt das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde 6. Bei herkömmlichen Verfahren zur Berechnung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wird nach der Beaufschlagung mit magerem Abgas und dem Füllen des Sauerstoffspeichers beim Erkennen eines Sprungs im Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde ein Wechsel zur Beaufschlagung mit fettem Abgas bewirkt. Als Schwellwert für den Sprung wird beispielsweise der Wert von 0,45 V im Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde herangezogen, der zum Zeitpunkt t₁₀ eintritt. Vorliegend wird aber zum Zeitpunkt t₁₀ nicht zu fettem Abgas gewechselt, sondern es wird weiter mager betrieben, bis der Wert der Ausgangsspannung der Nachkatlambdasonde ein Minimum erreicht hat, nämlich zum Zeitpunkt t₂. Dadurch ist sichergestellt, dass nicht nur der Oberflächenspeicher des Sauerstoffspeichers 4 gefüllt ist, sondern auch der Tiefenspeicher.
Dies hat folgenden Effekt: Vorliegend werde ein Integral jeweils nicht bis zum Ende der Beaufschlagung mit magerem Abgas bzw. der Beaufschlagung mit fettem Abgas berechnet, sondern das Ende des Integrals werde durch das Durchlaufen des Schwellwerts 0,45 V (beim Herunterlaufen) oder 0,85 V (beim Hochlaufen) festgelegt. Die Integralberechnung beginne jeweils mit einem Wechsel. Man erhält dann die vorliegend strichpunktiert gezeichnete Kurve für das berechnete Integral.
Anhand von 3 ist nun Folgendes ersichtlich:
Auch für dieses Integral gilt, dass sich bei nicht allzu großem Versatz für die Sauerstoffeinspeicherfähigkeit um einen solchen Wert ändert, um den sich mit umgekehrtem Vorzeichen das entsprechende Integral für die Sauerstoffausspeicherkapazität ändert. Beispielsweise ist das zwischen den Zeitpunkten t₁₁ und t₁₂ berechnete Integral durch einen Versatz um genau denselben Wert höher als der „richtige Wert”, wie das Integral, welches zwischen t₁₂ und t₁₃ gemessen ist, kleiner ist als der „richtige Wert”. Der jeweils „richtige Wert” wird beispielsweise zwischen t₁₄ und t₁₅ bzw. t₁₅ und t₁₆ gemessen.
Wie anhand der Linien 16 und 18 zu erkennen, gilt dieser Effekt des Sichausgleichens für bestimmte Versätze, vorliegend ab dem Zeitpunkt t₁₇ bis zum Zeitpunkt t₁₃. Vor dem Zeitpunkt t₁₇ bzw. nach dem Zeitpunkt t₁₃ ist der Versatz zu groß, sodass er sich nicht mehr ausgleichen lassen kann.
Triggert man den Wechsel von mager zu fett bzw. umgekehrt also nicht durch das Durchlaufen des Schwellwerts von 0,45 V im Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde 6, sondern setzt die jeweilige Beaufschlagung noch für eine Weile fort, bis auch der Tiefenspeicher gefüllt bzw. geleert ist, dann kann durch Berechnen der Große ΔIntegral 2, also der Summe der beiden Einzelintegrale, berechnet bei der Beaufschlagung mit „Mager” einerseits und der Beaufschlagung mit „Fett” andererseits, ein bis zu einem bestimmten Ausmaß des Versatzes im Ausgangssignal der Vorkatlambdasonde 5 von einem Versatz unabhängiger Wert für die Sauerstoffspeicherkapazität angegeben werden.
Wie schon erwähnt, ist die Zeitachse in den 2 und 3 lediglich symbolisch zu verstehen und diente nur der Erörterung anhand einzelner Zeitabschnitte, für die jeweils die gegebene Situation unterschiedlich ist.
Hat man nun eine bestimmte, unbekannte Situation, gegeben, kennt man nämlich nicht den Versatz der Vorkatlambdasonde 5, dann geht man wie folgt vor, wie anhand von 4A und 4B erläutert wird:
Nach einer Phase der Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers 4 mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von gleich Eins gemessen durch die möglicherweise fehlerbehaftete Lambdasonde, wobei das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde dann 0,63 V ist, wird zu einer Beaufschlagung mit magerem Abgas übergegangen, wodurch der Sauerstoffspeicher 4 ein wenig gefüllt wird. Dies schlägt sich darin nieder, dass die Ausgangsspannung U der Nachkatlambdasonde 6 einen Schwellwert S₁ erreicht, zum Zeitpunkt t_l. Dieses Erreichen des Schwellwerts triggert dann einen Wechsel in der Beaufschlagung mit Abgas zu fettem Abgas hin, mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 0,95, gemessen durch die möglicherweise fehlerbehaftete Vorkatlambdasonde.
Genauso gut könnte das Erreichen einer vorbestimmten zeitlichen Ableitung vom Ausgangssignal der Nachkatlambasonde 6 zum Zeitpunkt t_l' einen solchen Wechsel nach Fett auslösen.
Die Beaufschlagung mit fettem Abgas dient der vollständigen Leerung des Sauerstoffspeichers. Nachdem kurzfristig nach dem Zeitpunkt t_l das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde gestiegen ist, bleibt es eine Zeit lang auf dem Wert von um 0,63 V herum stehen. Erst, wenn der Sauerstoffspeicher nahezu vollständig geleert ist, überschreitet die Ausgangsspannung U der Nachkatlambdasonde einen Schwellwert S₂. Dies geschieht zum Zeitpunkt t_m. Nach dem Überschreiten der Schwelle S₂ wird geprüft, ob die zeitliche Ableitung einen bestimmten Schwellwert erreicht, wie dies z. B. zum Zeitpunkt t_n der Fall ist. Genauso gut könnte das Erreichen eines Maximums S_max geprüft werden, was zum Zeitpunkt t_n' der Fall ist. Mit dem Zeitpunkt t_n wird dann der Sauerstoffspeicher als ausreichend entleert angesehen, sodass nunmehr die eigentliche Messung der Sauerstoffeinspeicherung beginnt. Es wird somit gezielt Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher 4 eingetragen, also wieder zu magerem Abgas gewechselt.
Gemäß obiger Formel (1) mit t_a = t_n' wird nun das Integral OSC berechnet, wobei die Integralberechnung mit dem Zeitpunkt t_o endet, zu dem ein Schwellwert von 0,45 V durchlaufen wird. Zu diesem Zeitpunkt endet jedoch noch nicht die Beaufschlagung mit magerem Abgas. Vielmehr wird geprüft, ob ein Schwellwert S₃ durchlaufen wird, und nach Durchlaufen des Schwellwerts wird geprüft, ob die Ableitung einen vorbestimmten Wert hat, wie es z. B. zum Zeitpunkt t_p geschehen, oder ob ein Minimum S_min erreicht wird, wie es zum Zeitpunkt t_p' geschieht. Zum Zeitpunkt t_p wird sodann zu einer Beaufschlagung mit fettem Abgas gewechselt. Dadurch, dass der Wechsel nach „Fett” nicht mit dem Zeitpunkt t_o begann, sondern mit dem Zeitpunkt t_p' ist gewährleistet, dass auf jeden Fall unabhängig vom Offset in der Vorkatlambdasonde 5 der Sauerstoffspeicher vollständig gefüllt ist, inklusive des Tiefenspeichers. Dann kann gezielt eine Entleerung durch Beaufschlagung mit fettem Abgas erfolgen. Nun wird abermals das Integral RSC gemäß obiger Formel (1) für OSC berechnet, wobei t_a nunmehr gleich t_p' und die Integralberechnung durch das Überschreiten des Schwellwerts S₂ von 0,80 V zum Zeitpunkt t_q beendet wird, t_b = t_q in obiger Formel.
Um nach Beendigung der Messung eine Zurücksetzung zu bewirken, wird abermals zum Erreichen oder Überschreiten der Schwelle S₂ überprüft, und sodann das Erreichen einer zeitlichen Ableitung zum Zeitpunkt t_r bzw. zum Zeitpunkt t_r'. Dann wird wieder zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Lamda gleich Eins zurückgekehrt, mit dem der Sauerstoffspeicher beaufschlagt wird, nach wie vor gemessen durch die möglicherweise mit einem Versatz in ihrem Ausgangssignal behaftete Vorkatlambdasonde 5.
Wie oben anhand von 3 erläutert, können nun die beiden Werte für OSC/RSC voneinander subtrahiert werden bzw. ihre Beträge aufaddiert werden, also OSC gemessen von t_n' bis t_o einerseits und RSC gemessen von t_p' bis zu t_q andererseits. Der Effekt eines Versatzes im Ausgangssignal der Vorkatlambdasonde 5, der bei Messung der Werte gemäß der Kurve 20 bewirkt, dass diese um den Versatz von der Kurve 20 abweichen, wird dadurch ausgeglichen, dass die beiden ermittelten Integrale für OSC und RSC zusammengenommen werden. Der Ausgleich ist möglich, weil über den Zeitpunkt t_o hinaus abgewartet wird, bis die Nachkatlambdasonde zum Zeitpunkt t_p eine tatsächliche Füllung des Sauerstoffspeichers erfasst.
Was vorliegend anhand von 4A und 4B beschrieben wurde, lässt sich auch umkehren: Insbesondere kann die Sauerstoffausspeicherfähigkeit zunächst berechnet werden, also zunächst mit fettem Abgas beaufschlagt werden, und dann kann die Sauerstoffeinspeicherfähigkeit berechnet werden, also erst anschließend mit magerem Abgas beaufschlagt werden. Da sowohl die Sauerstoffeinspeicher- als auch die Sauerstoffausspeicherfähigkeit berechnet werden, ist die Reihenfolge ihrer Messung unerheblich, solange auf jeden Fall von einer vollständigen Leerung bzw. Füllung des Tiefenspeichers ausgegangen werden kann.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) im Abgasstrang (2) zu einer Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Sauerstoffspeichers (4), wobei zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) in Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang (2) sowohl eine Vorkatlambdasonde (5) vorgeordnet, als auch eine Nachkatlambdasonde (6) nachgeordnet ist, wobei a) zunächst der Sauerstoffspeicher soweit als möglich von Sauerstoff geteert wird oder mit Sauerstoff gefüllt wird, b) anschließend ein Wechsel zu einer Beaufschlagung mit magerem bzw. fetter Abgas erfolgt, bis das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde ein erstes vorbestimmtes Kriterium erfüllt, wobei ein erstes Zeitintegral über die pro Zeit eingetragene bzw. entnommene Menge an Sauerstoff ab dem Zeitpunkt des Wechsels bis zum Durchlaufen eines ersten Schwellwerts ermittelt wird, wobei ferner c) unmittelbar nach Schritt b) ein weiterer Wechsel zu einer Beaufschlagung mit fettem bzw. magerem Abgas erfolgt, bis das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde ein zweites vorbestimmtes Kritierium erfüllt, und wobei ein zweites Zeitintegral über die pro Zeit entnommene bzw. eingetragene Menge an Sauerstoff ab dem Zeitpunkt des weiteren Wechsels bis zum Durchlaufen eines zweiten Schwellwerts ermittelt wird, und d) die Beträge beider Zeitintegrale aufaddiert werden, um so ein Maß für die Sauerstoffspeicherkapazität zu erhalten, wobei das erste bzw. das zweite vorbestimmte Kriterium beinhaltet, dass das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde einen dritten bzw. vierten Schwellwert (S₄, S₃) durchläuft, der so definiert ist, dass er nach dem ersten bzw. zweiten Schwellwert durchlaufen wird, und wobei nachfolgend der Wert des Ausgangssignals oder dessen zeitliche Ableitung eine Grenze (S_max, S_min) erreicht.