DE19801626A1 - Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators beim Betrieb von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Diagnose von Katalysatoren, die zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Insbesondere betrifft sie die Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators beim Betrieb eines Verbrennungsmotors.

In einem Betriebsbereich der Verbrennung magerer Kraftstoff/Luftgemische (Lambda größer 1) erfüllt der Drei- Wege-Katalysator die Anforderungen an die Stickoxidumsetzung nicht mehr. Hier kommen NOx-Speicherkatalysatoren zum Einsatz, welche die im mageren Motorbetrieb emittierten Stickoxide speichern. Durch den Betrieb des Motors im fetten Bereich (Lambda kleiner 1) werden gespeicherte Nitrate freigesetzt und zu Stickstoff reduziert.

Die Verwendung von NOx-Speicherkatalysatoren in diesem Zusammenhang ist bspw. aus der EP 560 991 B1 bekannt.

Gesetzgeberische Forderungen sehen eine On Board-Diagnose von schadstoffemissionsrelevanten Kraftfahrzeugkomponenten wie Katalysatoren vor. In diesem Zusammenhang ist es z. B. aus der DE 24 44 334 bekannt, die Signale einer vor und einer hinter dem Katalysator angeordneten, sauerstoffempfindlichen Abgassonde zur Beurteilung eines Drei-Wege-Katalysators heranzuziehen. Das bekannte Verfahren basiert auf der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines funktionsfähigen Drei-Wege-Katalysators. Die DE 24 44 334 offenbart in diesen Zusammenhang eine Veränderung der Kraftstoff/Luft-Gemischzusammensetzung von Lambda = 0,95 (fettes, kraftstoffreiches Gemisch, Sauerstoffmangel) zu Lambda = 1,05 (mageres, kraftstoffarmes Gemisch, Sauerstoffüberschuß). Der vor dem Katalysator angeordnete Abgassensor reagiert darauf praktisch verzögerungslos. Aufgrund des bei Lambda = 0,95 vorherrschenden Sauerstoffmangels im Abgas sind die Sauerstoffspeicherplätze des Katalysators zunächst nicht besetzt. Nach dem Umschalten auf Sauerstoffüberschuß vor dem Katalysator werden die Sauerstoffspeicherplätze sukzessive belegt. Hinter dem Katalysator herrscht daher nach dem Umsteuern zunächst weiter Sauerstoffmangel. Nach einer von der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators abhängigen Zeitspanne tritt auch hinter dem Katalysator Sauerstoffüberschuß auf, der eine Änderung des Signals des hinteren Abgassensors auslöst. Der Zeitverzug, d. h. die Phasenverschiebung zwischen den Reaktionen beider Abgassensoren wird mit abnehmender Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators kleiner und kann daher zur Beurteilung der Sauerstoffspeicherfähigkeit zur Diagnose des Katalysators verwendet werden.

Auf einen Katalysator, der neben einer Speicherfähigkeit für Sauerstoff auch eine Speicherfähigkeit für Stickoxide besitzt, ist dieses bekannte Verfahren nicht ohne weiteres übertragbar. Derartige Katalysatoren können üblicherweise noch Stickoxide speichern, wenn ihre Sauerstoffspeicherfähigkeit bereits erschöpft ist und ein hinter dem Katalysator angeordneter Abgassensor Sauerstoffüberschuß anzeigt. Der Zeitverzug zwischen den Reaktionen beider Abgassensoren nach einer Umsteuerung von fettem auf mageres Gemisch liefert daher bei NOx-Spei­ cherkatalysatoren keine Aussage über ihre NOx-Spei­ cherfähigkeit.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Beurteilung der NOx-Spei­ cherfähigkeit eines NOx-Speicherkatalysators, die möglichst mit in modernen Kraftfahrzeugen bereits vorhandenen Komponenten, wie je einem sauerstoffempfindlichen Abgassensor vor und nach dem Katalysator, realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung basiert darauf, daß ein Sauerstoffmangel im Abgas hinter dem Katalysator erst dann auftritt, wenn sowohl die Sauerstoff- als auch die Stickoxidspeicherplätze im NOx-Spei­ cherkatalysator leer sind. Wird der Katalysator bspw. durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors mit magerem Gemisch zunächst mit Sauerstoff und Stickoxiden gefüllt und werden dann zur Regeneration des Katalysators Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) im Abgas durch fette Gemischeinstellung erzeugt laufen folgende Prozesse ab: Die Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmonoxid reduzieren die gespeicherten Stickoxide. Der in Form von Stickoxiden gebundene und gespeicherte Sauerstoff wird zusammen mit dem übrigen im Katalysator gespeicherten Sauerstoff freigesetzt, so daß der Sauerstoffüberschuß hinter dem Katalysator zunächst aufrechterhalten bleibt.

Der hinter dem Katalysator angeordnete Abgassensor reagiert erst dann auf den Sauerstoffmangel vor dem Katalysator, wenn sowohl die Sauerstoffspeicherplätze als auch die Stickoxidspeicherplätze des Katalysators leer sind. Der Zeitverzug zwischen dem Beeinflussen des Abgases vor dem Katalysator durch Einbringen von Reduktionsmittel und der Reaktion der hinteren Abgassonde hängt daher von der Summe der Sauerstoffspeicherfähigkeit und der NOx-Spei­ cherfähigkeit ab und kann daher prinzipiell zur Bewertung der NOx-Speicherfähigkeit als Diagnosekriterium genutzt werden. Allerdings wird ein Teil des genannten Zeitverzuges durch die Sauerstoffspeicherfähigkeit verursacht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, diesen Teil quantitativ zu erfassen und bei der Bestimmung der NOx-Speicherfähigkeit zu berücksichtigen.

Als hinter dem Katalysator angeordneter Sensor kommt eine übliche, sauerstoffempfindliche Lambdasonde oder bspw. ein HC-Sensor ein Frage.

Die Erfindung ist nicht auf eine Fettsteuerung des Motors zur Bereitstellung von HC und CO im Abgas als Reduktionsmittel beschränkt. Das Reduktionsmittel kann auch aus anderen Quellen, bspw. als Harnstoff aus einem Vorratstank gesteuert dosiert werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbsp. mit Bezug auf die Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld, in dem die Erfindung ihre Wirkung entfaltet. Fig. 2 veranschaulicht die Erfindung anhand von Signalverläufen. Fig. 3 stellt ein weiteres Ausführungsbsp. einer Vorrichtung dar, die zur Ausführung der Erfindung geeignet ist. Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen anhand von Signalverläufen die Erfindung in Verbindung mit einer Steuerung- bzw. Regelung der Kraftstoffzumessung eines Verbrennungsmotors mit einem NOx-Speicherkatalysator. Fig. 6 offenbart ein Flußdiagramm als Ausführungsbsp. der Erfindung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Verbrennungsmotor 1 mit einem Katalysator 2, Abgassonden 3 und 4, einem Steuergerät 5, einem Kraftstoffzumeßmittel 6, sowie verschiedenen Sensoren 7, 8, 9 für Last L und Drehzahl n sowie ggf. weitere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wie Temperaturen, Drosselklappenstellung etc. Der Katalysator weist einen ersten Teil 2a und einen zweiten Teil 2b auf. Teil 2a stellt den NOx-Speicherkatalysator dar. Teil 2b repräsentiert einen NOx-Speicherkatalysator mit integrierter Sauerstoffspeicherfähigkeit oder einen nachgeschalteten sauerstoffspeichernden Drei-Wege-Katalysator.

Aus den genannten und ggf. weiteren Eingangssignalen bildet das Steuergerät u. a. Kraftstoffzumeßsignale, mit denen das Kraftstoffzumeßmittel 6 angesteuert wird. Das Kraftstoffzumeßmittel 6 kann sowohl für eine sogenannte Saugrohreinspritzung als auch für eine Benzindirekteinspritzung in die Brennräume der einzelnen Zylinder ausgestaltet sein. Die Variation der Gemischzusammensetzung kann über eine Veränderung der Einspritzimpulsbreiten erfolgen, mit denen das Kraftstoffzumeßmittel angesteuert wird. Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft in diesem Umfeld in erster Linie das Steuergerät 5, die hinter dem Katalysator angeordnete Abgassonde 4 sowie das Mittel 10 zur Anzeige und/oder Abspeicherung einer Information über die Speicherfähigkeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird daraus durch die Merkmale der Vorrichtungsansprüche realisiert.

Fig. 2 stellt in Fig. 2a den Wechsel in der Gemischzusammensetzung vor dem Katalysator in Verbindung mit dem Signalpegel der hinteren Abgassonde 4 (Fig. 2b) bei einem Ausführungsbsp. der Erfindung dar.

In einer ersten Phase Ph1 wird der Motor mit Lambda größer als Eins, d. h. mit Luftüberschuß betrieben. Der niedrige Signalpegel der hinteren Sonde in Fig. 2b zeigt an, daß auch hinter dem Katalysator Luft- bzw. Sauerstoffüberschuß herrscht. Zum Zeitpunkt t1 wird die Gemischzusammensetzung von Lambda größer Eins auf Lambda kleiner Eins, also Sauerstoffmangel umgesteuert. Damit markiert t1 den Beginn einer Phase Ph2 mit fetter Gemischzusammensetzung. Zum Zeitpunkt t2 reagiert der hintere Sensor 4 auf den Sauerstoffmangel mit einem Anstieg seines Signals vom niedrigen auf den hohen Pegel. Daraufhin wird zum Zeitpunkt t3 die Fettphase Ph2 beendet und wieder auf mageres Gemisch (Phase Ph1) umgesteuert. t2 und t3 können auch zusammenfallen. Zum Zeitpunkt t4 tritt der in Magerphasen emittierte Überschuß an Sauerstoff hinter dem Katalysator auf und läßt das Signal der hinteren Sonde auf den für mageres Gemisch charakteristischen niedrigen Signalpegel sinken.

Erfindungsgemäß werden die Phasenverschiebungen zwischen den steigenden und den fallenden Flanken der Signale gebildet, also T2=t3-t1 und T1=t4-t2. Die Differenz T2NOx=T2-T1 wird erfindungsgemäß als eine Maßzahl für die NOx-Spei­ cherfähigkeit des Katalysatorsystems betrachtet.

Die Erfindung basiert auf dem folgenden Zusammenhang: Bei der Speicherung treten zwei sauerstoffbindende Prozesse auf. Zum einen wird Sauerstoff in Form von Stickoxiden, also an Stickstoff gebunden in den Katalysator eingelagert. Zum zweiten findet eine direkte Speicherung von Sauerstoff statt. Die Regenerationszeit T2 (Sauerstoffabbau) vom Beginn der Fettphase bis zur Reaktion der hinteren Sonde wird durch beide Prozesse bestimmt. Die reduzierenden Stoffe HC und CO greifen gewissermaßen auf beide Formen des gespeicherten Sauerstoffs zu.

Die Zeit T1 zwischen dem Ende der Fettphase und einer Magerreaktion der Sonde (Sauerstoffüberschuß) wird dominant von der Befüllung des NOx-Speichers mit Sauerstoff beschrieben. Zum Zeitpunkt der Magerreaktion ist der NOx-Spei­ cher noch nicht voll. In der Zeit T1 wird der Katalysator mit Sauerstoff und teilweise mit Stickoxiden gefüllt. Zunächst ist sowohl der Sauerstoffspeicher als auch der NOx-Speicher leer. Bei magerem Abgas werden Sauerstoff und NOx gespeichert, d. h. beide Speicher werden befüllt.

Der Sauerstoffspeicher ist schneller voll. Bei vollem Sauerstoffspeicher ist Sauerstoff hinter dem Speicher meßbar, was durch die Magerreaktion nach vorhergehendem Sauerstoffmangelsignal der hinteren Sonde belegbar ist. Die Zeit T1 zwischen dem Beginn des Sauerstoffüberschusses vor dem Katalysator und dem Feststellen des Sauerstoffüberschusses hinter dem Katalysator ist bei ansonsten konstanten Bedingungen auf die Sauerstoffspeicher-Men­ ge/-Größe abbildbar. Mit anderen Worten: T1 ist eine Maßzahl für die Sauerstoffspeicherfähigkeit.

Die Zeit T2 beginnt mit Sauerstoffmangel, also mit Reduktionsmittel im Abgas (Fettphase Ph2). Das Reduktionsmittel verbraucht den ganzen Sauerstoff, den der Katalysator liefert. Dieser stammt aus den o.a. zwei Prozessen. Bei ansonsten gleichen Bedingungen sind Mengen auf Zeiten abbildbar. T2 als Zeit zwischen Beginn der Fettphase und Detektion des Sauerstoffmangels/HC-Über­ schusses hinter dem Katalysator ist daher auf eine Gesamtsauerstoffmenge abbildbar. Diese setzt sich aus zwei Teilmengen zusammen, die wiederum auf zwei fiktive Teilzeiten T2NOx und T2O abbildbar sind. Dabei entspricht T2NOx der fiktiven Zeit für Leerung des NOx-Speichers ohne Leerung des Sauerstoffspeichers. Analog entspricht T2O der Zeit für eine fiktive Leerung des Sauerstoffspeichers ohne Beteiligung des NOx-Speichers.

Also T2 = T2NOx + T2O.

T2O muß bei Mengengleichheit gleich T1 sein, da gewissermaßen die Zeiten die Leerung und Füllung mit der gleichen Menge beschreiben.

Es folgt: T2 - T1 = T2NOx.

Mit anderen Worten: Durch Differenzbildung der der Messung zugänglichen Zeiten T1 und T2 kann der Sauerstoffspeichereinfluß eliminiert werden. Das Ergebnis der Differenzbildung stellt ein Maß für die NOx-Speicherfähigkeit dar.

Mit anderen Worten: Die Differenzen T2NOx der Phasenverschiebungen der Zeit T ist eine zur quantitativen Beurteilung geeignete Größe. Wie aus Fig. 2b ersichtlich ist, können die Zeitpunkte t2 und t4 bspw. durch Schwellwertdurchgänge des Signals der hinteren Sonde bestimmt werden.

Die Zeiten t1 und t3 können im Steuergerät direkt erfaßt werden. Bei einem sprungartigen Umsteuern von Lambda ist t1 der Zeitpunkt, ab dem die Einspritzimpulsbreiten vergrößert wenden und t3 der Zeitpunkt, ab dem die Einspritzimpulsbreiten wieder verringert werden. In diesem Fall sind t1, t3 noch mit der Unschärfe der Gaslaufzeit zwischen dem Beginn der Einspritzung und dem Zeitpunkt, zu dem die Verbrennungsprodukte den Katalysator erreichen, behaftet. Diese Zeit ist jedoch klein gegen die Zeit T und kann daher in erster Näherung vernachlässigt werden. Überdies fällt sie bei der Differenzbildung heraus. Alternativ kann der Zeitpunkt des Signalpegelwechsels der vorderen Abgassonde 3 zur Bestimmung von t1, t3 genutzt werden.

Die dargestellte Änderung der Gemischzusammensetzung führt dazu, daß der Verbrennungsmotor Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid als Reduktionsmittel emittiert. Alternativ zur Emission von reduzierend wirkenden Abgaskomponenten kann das Reduktionsmittel auch aus einem Vorratstank 11 über ein vom Steuergerät 5 angesteuertes Ventil 12 dem Abgas vor dem Katalysator zugeführt werden. Der Motor kann dann durchgehend mit magerem Gemisch betrieben werden. Eine entsprechende Abwandlung der Struktur der Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt.

Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen anhand von Signalverläufen, wie die Erfindung in eine Steuerung- bzw. Regelung der Kraftstoffzumessung eines Verbrennungsmotors in Verbindung mit einem NOx-Speicherkatalysator eingebettet werden kann.

Der Verbrennungsmotor wird abwechselnd in ersten Phasen Ph1 mit gegenüber der stöchiometrischen Gemischzusammensetzung (Lambda = 1) kraftstoffärmerem (magerem) Gemisch und in zweiten Phasen Ph2 mit kraftstoffreicherem (fetten) Gemisch betrieben. In den ersten Phasen speichert der NOx-Ka­ talysator die NOx-Emissionen des Motors ein. In den zweiten Phasen regeneriert eine definierte Anfettung den Speicherkatalysator. Die Regenerierung erfolgt über eine Reduktion der gespeicherten Nitrate zu Stickstoff (N2). Um hohe Speicher- und Konvertierungsraten des NOx-Spei­ cherkatalysators zu erreichen, muß der Speicher 2a nahezu vollständig geleert und somit ausreichend Reduktionsmittel zugeführt werden.

Fig. 4 veranschaulicht den Phasenwechsel in Verbindung mit einer Darstellung der eingespeicherten NOx-Menge (Fig. 4a), dem zugehörigen Kraftstoff/Luftverhältnis Lambda, wie es die vor dem Katalysator angeordnete Abgassonde 3 (Fig. 2b) erfaßt und dem Signalverhalten der hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde 4 (Fig. 2c) für den anzustrebenden Idealfall jeweils vollständiger Füllung und Entleerung des NOx-Speicherkatalysators.

Zum Zeitpunkt t=0 sei der NOx-Speicherkatalysator leer. In der folgenden ersten Phase Ph1 wird der Verbrennungsmotor mit magerem Gemisch (Lambda größer 1) betrieben. Die dabei emittierten Stickoxide werden im Speicherkatalysator gespeichert. Die erste Phase (Magerphase) wird idealerweise bei vollem Speicherkatalysator 2a beendet. An die erste Phase schließt sich eine zweite Phase Ph2 an, in der der Speicherkatalysator regeneriert wird. In diesem Ausführungsbsp. erfolgt die Regenerierung mit Hilfe eines fetten Motorbetriebs in der Phase Ph2. Dabei emittiert der mit kraftstoffreicherem Gemisch arbeitende Verbrennungsmotor unverbranntes HC und CO als Reduktionsmittel. Unter Einwirkung des Katalysators reagiert das Reduktionsmittel mit den gespeicherten Stickoxiden zu Wasser, CO2 und N2, die mit dem Abgas weiter transportiert werden. Der Speicher wird dadurch erneut für Stickoxide aufnahmefähig, d. h. regeneriert. Zwischen den Phasen Ph1 und Ph2 wird vom Steuergerät 5 im fortlaufenden Wechsel umgesteuert.

Im Idealfall erfolgt die Regenerierung (Phase 2) bis zur vollständigen Entleerung des Speicherkatalysators 2a und endet, bevor überschüssiges Reduktionsmittel hinter dem Katalysator auftritt. Das Auftreten von überschüssigem Reduktionsmittel geht mit Sauerstoffmangel einher und kann daher mit einem sauerstoffempfindlichen Abgassensor 4 detektiert werden. Alternativ dazu können bspw. überschüssige Kohlenwasserstoffe auch direkt mit einem HC-Sensor anstelle oder in Ergänzung zum sauerstoffempfindlichen Abgassensors 4 nachgewiesen werden. Nach Fig. 4a ist der Speicherkatalysator jeweils am Ende einer Fettphase Ph2 vollständig leer und nach Fig. 4c ändert sich das Signalverhalten des hinter dem Katalysator angeordneten Abgassensors 4 dabei nicht. Das dargestellte niedrige Niveau des Sensorsignals repräsentiert dabei einen Sauerstoffüberschuß und damit den im zeitlichen Mittel überwiegenden verbrauchsoptimierten Magerbetrieb des Vebrennungsmotors.

Da eine exakte Berechnung der notwendigen Reduktionsmittelmenge im Motorbetrieb nicht möglich ist, besitzt der Katalysator 2 vorteilhafterweise den integrierten oder nachgeschalteten Sauerstoffspeicher 2b, der als Puffer dient. Eine unzulässig hohe Zufuhr an Reduktionsmittel CO und HC wird mit dem im Sauerstoffspeicher 2b gespeicherten Sauerstoff reagieren. Der nachgeschaltete Sauerstoffspeicher wird durch überschüssiges Reduktionsmittel idealerweise nur zur Hälfte geleert. Der nachgeschaltete Sauerstoffspeicher erlaubt eine gewisse Überdosierung des Reduktionsmittels, die zur Sicherstellung der vollständigen Entleerung des Speicherkatalysators 2a vorteilhaft ist. Die angestrebte Leerung des Sauerstoffspeichers bis zur Hälfte ermöglicht einen Ausgleich von Dosierungsunschärfen, die im realen Betrieb unvermeidlich sind.

Fig. 5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Ablehnung an die Darstellung der Fig. 4.

Wie aus Fig. 5b ersichtlich, erfolgt die Steuerung des Verbrennungsmotors zunächst so, daß der hinter dem Katalysator angeordnete Sensor 4 sein Signalverhalten nicht ändert und auf einem für mageres Gemisch charakteristischen Pegel bleibt. Dies kann bedeuten, daß die Länge der Fettphasen bereits optimal ist. D.h.: Bis auf Dosierungsunschärfen, die vom Sauerstoffspeicherkatalysator 2b gepuffert werden, entspricht die Länge dem Bedarf, so daß der Speicherkatalysator 2a vollständig regeneriert wird. Es kann jedoch auch sein, daß die Länge der Fettphasen nicht für eine vollständige Regeneration des Speicherkatalysators ausreicht. Gewissermaßen testweise wird daher die Länge der Fettphasen sukzessiv vergrößert. Am Ende der dritten dargestellten Fettphase Ph2.3 übersteigt der Reduktionsmitteleintrag in das Katalysatorsystem 2 den durch den Regenerierungsbedarf (2a) plus Puffergröße (2b) vorgegebenen Betrag mit der Folge, daß hinter dem Katalysator Sauerstoffmangel in Verbindung mit einem Überschuß von Reduktionsmittel wie CO und HC auftritt.

Fig. 5c zeigt die resultierende Änderung des Signalverhaltens des Abgassensors 4, die bspw. durch einen Schwellwertvergleich detektierbar ist.

Die zur Auslösung der Signaländerung zugehörigen Fettphase Ph2.3 ist daher gerade zu lang, um vom Katalysatorsystem 2 gepuffert zu werden, während die vorhergehende Fettphase Ph2.2 noch nicht lang genug war um eine Reaktion auszulösen. Der tatsächliche Reduktionsmittelbedarf ist daher mit einer Feinheit auflösbar, die von der Schrittweite der sukzessiven Verlängerungen bestimmt ist.

Folgende Fettphasen PH2.4 usw. werden verkürzt, wobei das Ausmaß der Verkürzung so bemessen ist, daß der Speicherkatalysator 2a immer noch vollständig regeneriert wird, der Sauerstoffspeicherkatalysator 2b aber nur bis etwa zur Hälfte geleert wird. Anschließend wird das Verfahren wiederholt, die Fettphasen also wieder sukzessiv verlängert. Die Verlängerung muß jedoch nicht zwangsläufig sofort gestartet werden. Es ist auch denkbar, den als optimal herausgefundenen Wert für den aktuellen Betriebspunkt zu speichern und erst nach Eintritt vorbestimmter Bedingungen, etwa nach Ablauf einer gewissen Zeit einen neuen Adaptionsdurchgang zu starten.

Alternativ zur sukzessiven Veränderung der Fettphasen kann auch eine sukzessiv erfolgende Erhöhung des Grades der Anfettung durchgeführt werden. Beide Alternativen können auch kombiniert werden.

Die bis zur Reaktion des hinteren Sensors zum Zeitpunkt t2 zugeführte Reduktionsmittelmenge hängt von der Gesamtspeicherfähigkeit des Katalysatorsystems ab. In einer Alternative zur Erfassung der Zeiten T1, T2 kann auch die in Phase Ph2 zugeführte Reduktionsmittelmenge erfaßt und zum Sauerstoffeintrag in der Phase T1 in Beziehung gesetzt werden. Von dieser Reduktionsmittelmenge ist die Reduktionsmittelmenge zu subtrahieren, die dem Sauerstoffeintrag in der Phase T1 gleichwertig ist. Das Ergebnis ist dann ebenfalls eine Maßzahl für die Stickoxidspeicherfähigkeit. Diese Maßzahl kann mit einem Schwellwert verglichen werden. Je größer die Maßzahl ist, desto größer ist die NOx-Speicherfähigkeit des Katalysators.

Bei einer Zufuhr von Reduktionsmittel gemäß Fig. 3 kann die Reduktionsmittelmenge Menge bspw. aus dem Ansteuersignal für das Ventil 12 bestimmt werden. Bei einer Emission reduzierend wirkender Abgaskomponenten kann die Menge bspw. aus dem Signal der vorderen Sonde 3 und der Ansaugluftmenge bestimmt werden. Dabei gibt die Ansaugluftmenge den Gesamtgasstrom in den Katalysator wieder und das Abgassensorsignal liefert ein Signal über den Anteil an Reduktionsmittel. Die Zusammenhänge zwischen Reduktionsmittelmenge, Sensorsignal und Luftmenge können bspw. durch Versuche ermittelt und in einem Kennfeld im Steuergerät 5 abgelegt sein. Analog kann der Sauerstoffeintrag in der Phase T1 aus dem Gesamtgasstrom und seinem Anteil an Sauerstoff, der aus dem Signal der vorderen Sonde ableitbar ist, bestimmt werden.

Das weitgehend selbsterklärende Flußdiagramm der Fig. 6 stellt diesen Ablauf als Ausführungsbeispiel dar.

Claims (9)

1. Verfahren der Diagnose eines Katalysators im Abgas von Verbrennungsmotoren, der sowohl eine Sauerstoff- als auch eine Stickoxidspeicherfähigkeit aufweist, bei welchem Verfahren die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor dem Katalysator wiederholt so erhöht und verringert wird, daß sich die Änderung im Signal einer nach dem Katalysator angeordneten Abgassonde abbildet und bei welchem Verfahren eine erste Phasenverschiebung zwischen einer Verringerung der Sauerstoffkonzentration und einer darauffolgenden Reaktion der Sonde und eine zweite Phasenverschiebung zwischen anschließender Erhöhung der Sauerstoffkonzentration und einer darauffolgenden Reaktion der Sonde erfaßt wird und bei dem die Differenz der Phasenverschiebungen bestimmt und bei dem ein Fehlersignal gespeichert und oder ausgegeben wird, wenn die genannte Differenz eine vorgegebene Schwelle nicht erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas durch eine Variation des Mischungsverhältnisses des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff/Luftverhältnisses verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas durch Zugabe von Reduktionsmittel zum Abgas vor dem Katalysator verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Steuerung des Kraftstoff/Luftverhältnisses der Verbrennungsmotor abwechselnd in ersten Phasen mit gegenüber der stöchiometrischen Gemischzusammensetzung kraftstoffärmerem Gemisch und in zweiten Phasen mit kraftstoffreicherem Gemisch betrieben wird.

5. Diagnosevorrichtung eines Katalysators im Abgas von Verbrennungsmotoren, welcher Katalysator sowohl eine Sauerstoff- als auch eine Stickoxidspeicherfähigkeit aufweist, mit Mitteln zur Erhöhung und Verringerung der Sauerstoffkonzentration im Abgas vor dem Katalysator und wenigstens einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde, Mitteln zum Erfassen einer ersten Phasenverschiebung zwischen einer Verringerung der Sauerstoffkonzentration und einer darauffolgenden Reaktion der Sonde und einer zweiten Phasenverschiebung zwischen der anschließenden Erhöhung der Sauerstoffkonzentration und einer darauffolgenden Reaktion der Sonde und Mitteln zur Auswertung der Differenz zur Bestimmung der Stickoxidspeicherfähigkeit des Katalysators.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Ausgabe und/oder Abspeicherung eines Katalysator-Feh­ lersignals, falls die Differenz einen vorbestimmten Schwellwert nicht erreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassonde sauerstoffempfindlich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine weitere, vor dem Katalysator angeordnete Abgassonde, wobei die Phasenverschiebungen jeweils als Zeitverzug zwischen dem Signal der vorderen und der hinteren Abgassonde erfaßt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Zufuhr von Reduktionsmittel zum Abgas vor dem Katalysator zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration.