DE19963936A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines KraftfahrzeugsInfo
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Abstract
Es wird eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mit einem Katalysator (12) versehen ist, der mit Stickoxiden beaufschlagt werden kann. Es ist eine Lambda-Sonde (13) zur Messung der Konzentration des Sauerstoffs nach dem Katalysator (12) vorgesehen. Durch ein Steuergerät (18) können die dem Katalysator (12) zugeführten Stickoxide erhöht werden und aus einer Erhöhung der Konzentration des Sauerstoffs nach dem Katalysator (12) kann auf die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators (12) geschlossen werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei
dem ein Katalysator mit Stickoxiden beaufschlagt wird, und
bei dem die Konzentration des Sauerstoffs nach dem
Katalysator gemessen werden. Ebenfalls betrifft die
Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine
insbesondere eines Kraftfahrzeugs sowie eine
Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Ein derartiges Verfahren, ein derartiges Steuergerät und
eine derartige Brennkraftmaschine sind beispielsweise bei
einer sogenannten Saugrohreinspritzung bekannt. Dort wird
der Kraftstoff während der Ansaugphase in das Ansaugrohr
der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die bei der
Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Stickoxide werden
in dem Katalysator unter anderem in Stickstoff und
Sauerstoff konvertiert. Es ist bekannt, daß der Katalysator
einer Alterung unterliegt, die zu einer Einschränkung
seiner Konvertierungsfähigkeit führt.
Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist auch von
einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt.
Dort wird der Kraftstoff unter anderem während der
Ansaugphase direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Die entstehenden Stickoxide werden in dem
nachgeordneten Katalysator gegebenenfalls
zwischengespeichert und dann in Sauerstoff konvertiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem die Alterung
des Katalysators erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dem
Katalysator zugeführten Stickoxide erhöht werden, und daß
aus einer Erhöhung der Konzentration des Sauerstoffs nach
dem Katalysator auf die Konvertierungsfähigkeit des
Katalysators geschlossen wird. Bei einem Steuergerät und
einer Brennkraftmaschine der jeweils eingangs genannten Art
wird die Aufgabe entsprechend gelöst. Die vorliegende
Erfindung ist dabei gleichermaßen bei einer
Saugrohreinspritzung wie bei einer direkt einspritzenden
Brennkraftmaschine einsetzbar.
Die Erhöhung der dem Katalysator zugeführten Stickoxide
führt zu einer erhöhten Konvertierung von Stickoxiden in
Stickstoff und Sauerstoff. Die daraus resultierende
Erhöhung der Konzentration des Sauerstoffs nach dem
Katalysator wird gemessen. Aus dieser Erhöhung kann auf die
Konvertierungsfähigkeit des Katalysators geschlossen
werden.
Bei einem neuen Katalysator ist die Konvertierungsfähigkeit
hoch und die Erhöhung der Konzentration des Sauerstoffs
wird ebenfalls hoch sein. Bei einem gealterten Katalysator
wird jedoch aufgrund der verminderten
Konvertierungsfähigkeit auch die Erhöhung der Konzentration
des Sauerstoffs vermindert sein. Dies kann als Maß für die
Konvertierungsfähigkeit und damit für die Alterung des
Katalysators herangezogen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung der
Alterung des Katalysators ist damit kein NOx-Sensor
erforderlich. Dies stellt eine erhebliche Kosteneinsparung
dar. Ebenfalls kann die erforderliche Lambda-Sonde zur
Messung der Konzentration des Sauerstoffs nach dem
Katalysator auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden,
beispielsweise zur Steuerung und/oder Regelung der
Brennkraftmaschine, insbesondere zu einer sogenannten
Führungsregelung.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
die Konzentration des Sauerstoffs vor dem Katalysator
konstant gehalten. Damit wird erreicht, daß nur die
erhöhten Stickoxide zu einer Erhöhung der Konzentration des
Sauerstoffs hinter dem Katalysator führen. Die sonstige
Zusammensetzung des Abgases hat jedoch keinen Einfluß auf
die erfindungsgemäße Ermittlung der Konvertierungsfähigkeit
des Katalysators.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
wird das Lambda vor dem Katalysator konstant gehalten. Auch
dies führt dazu, daß nur die erhöhten Stickoxide zu einer
Erhöhung der Konzentration des Sauerstoffs nach dem
Katalysator führen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird
damit wesentlich vereinfacht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
repräsentiert die gemessene Konzentration des Sauerstoffs
nach dem Katalysator eine Konzentration des von dem
Katalysator aus den zugeführten Stickoxiden freigesetzten
Sauerstoffs. Dies erlaubt eine besonders einfache und
effektive Ermittlung der Konvertierungsfähigkeit des
Katalysators.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Erhöhung der dem
Katalysator zugeführten Stickoxide durch eine Verstimmung
des Zündzeitpunkts und/oder durch andere Eingriffe in die
Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine erreicht
wird. Dies sind besonders einfache und trotzdem genau
nachvollziehbare Möglichkeiten, die dem Katalysator
zugeführten Stickoxide zu verändern. Damit ist eine
Wiederholung des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit
eine fortlaufende Diagnose des Katalysators ohne weiteres
möglich.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines
Steuerelements, das für ein Steuergerät einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein
Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem
Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß
dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher
Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen
Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement
kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur
Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory oder
ein Flash-Memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der
Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen
oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren
Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw.
Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 eines
Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem
Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit
einem Brennraum 4 versehen, der unter anderem durch den
Kolben 2, ein Einlaßventil 5 und ein Auslaßventil 6
begrenzt ist. Mit dem Einlaßventil 5 ist ein Ansaugrohr 7
und mit dem Auslaßventil 6 ist ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
Im Ansaugrohr 7 ist ein Einspritzventil 9 vorhanden. Im
Bereich des Einlaßventils 5 und des Auslaßventils 6 ragt
eine Zündkerze 10 in den Brennraum 4. Über das
Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in das Ansaugrohr 7
eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann das
angesaugte Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum 4
entzündet werden.
In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11
untergebracht. Die Menge der dem Brennraum 4 zugeführten
Luft ist abhängig von der Winkelstellung der Drosselklappe
11. In dem Abgasrohr 8 ist ein Katalysator 12
untergebracht, der der Reinigung der durch die Verbrennung
des Kraftstoffs entstehenden Abgase dient.
Der Katalysator 12 ist unter anderem dazu vorgesehen,
Stickoxide (NOx) in Stickstoff und Sauerstoff zu
konvertieren. In dem Abgasrohr unmittelbar nach dem
Katalysator 12 ist eine stetige Lambda-Sonde 13 vorgesehen,
die dazu geeignet ist, die Konzentration O2frei des freien
Sauerstoffs hinter dem Katalysator 12 in dem Abgas zu
messen.
Ein Steuergerät 18 ist von Eingangssignalen 19
beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Das Steuergerät 18
erzeugt Ausgangssignale 20, mit denen über Aktoren bzw.
Steller das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflußt
werden kann. Unter anderem ist das Steuergerät 18 dazu
vorgesehen, die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu
steuern und/oder zu regeln. Zu diesem Zweck ist das
Steuergerät 18 mit einem Mikroprozessor versehen, der in
einem Speichermedium, insbesondere in einem Flash-Memory
ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die
genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 entstehen Stickoxide
(NOx), von denen der Katalysator 12 beaufschlagt wird.
Diese Stickoxide werden von dem Katalysator 12 in
Stickstoff und Sauerstoff konvertiert. Die andauernde
Konvertierung führt zu einer Einschränkung der
Konvertierungsfähigkeit des Katalysators 12, die
nachfolgend als Alterung bezeichnet wird.
Die Konzentration O2frei des freien Sauerstoffs hinter dem
Katalysator 12 setzt sich zusammen aus der Konzentration
O2Abgas des Sauerstoffs im Abgas nach dem Katalysator 12
und der Konzentration O2Kat des von dem Katalysator 12 aus
den zugeführten Stickoxiden freigesetzten Sauerstoffs. Die
Konzentration O2Abgas liegt etwa im Promillebereich und die
Konzentration O2Kat liegt etwa im ppm-Bereich.
Die Konzentration O2Abgas des Sauerstoffs im Abgas nach dem
Katalysator 12 ist abhängig von der Sauerstoffkonzentration
vor dem Katalysator und damit von Lambda vor dem
Katalysator 12. Für die Durchführung der nachfolgend
beschriebenen Diagnose des Katalysators 12 wird die
Konzentration des Sauerstoffs vor dem Katalysator 12 und
damit Lambda vor dem Katalysator 12 konstant gehalten.
Damit ist die Konzentration O2Abgas des Sauerstoffs im
Abgas nach dem Katalysator 12 konstant.
Dann wird die Konzentration bzw. Anzahl der Stickoxide vor
dem Katalysator 12 erhöht. Dies kann beispielsweise durch
eine Verstimmung des Zündzeitpunkts einzelner Zylinder oder
ähnlicher Maßnahmen erfolgen.
Aufgrund der erhöhten Konzentration der Stickoxide vor dem
Katalysator 12 wird von demselben eine erhöhte
Konvertierung von Stickoxiden in Stickstoff und Sauerstoff
durchgeführt. Dies führt zu einer erhöhten Konzentration
O2Kat des von dem Katalysator 12 aus den zugeführten
Stickoxiden freigesetzten Sauerstoffs. Die erhöhte
Konzentration O2Kat wiederum führt zu einer erhöhten
Konzentration O2frei des freien Sauerstoffs hinter dem
Katalysator 12.
Die erhöhte Konzentration O2frei des freien Sauerstoffs
hinter dem Katalysator 12 wird von der stetigen Lambda-
Sonde 13 hinter dem Katalysator 12 gemessen. Aufgrund der
konstant gehaltenen Konzentration O2Abgas des Sauerstoffs
im Abgas nach dem Katalysator 12 repräsentiert die von der
Lambda-Sonde 13 gemessene erhöhte Konzentration O2frei des
freien Sauerstoffs unmittelbar die Erhöhung der
Konzentration O2Kat des von dem Katalysator 12 aus den
zugeführten Stickoxiden freigesetzten Sauerstoffs.
Die vorstehend beschriebene Diagnose wird von dem
Steuergerät 18 in vorgegebenen zeitlichen Abständen
und/oder aufgrund von vorgegebenen Ereignissen
durchgeführt. Daraus ergeben sich eine Reihe von
aufeinanderfolgenden Meßergebnissen der erhöhten
Konzentration O2frei, die - wie gesagt - die Erhöhung der
Konzentration O2Kat repräsentieren.
Wie bereits erwähnt wurde, nimmt die
Konvertierungsfähigkeit des Katalysators 12 aufgrund einer
Alterung mit der Zeit ab. Diese Verminderung der
Konvertierungsfähigkeit führt dazu, daß auch die
Konzentration O2Kat bei den vorstehend durchgeführten
Meßergebnissen mit der Zeit abnimmt. Die Konzentration
O2Kat ist insoweit ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit
und damit die Alterung des Katalysators 12.
Aus den einzelnen Meßergebnissen und dem Verlauf der
aufeinanderfolgenden Meßergebnisse der Konzentration O2frei
wird schließlich von dem Steuergerät 18 auf die
Konvertierungsfähigkeit und damit auf die Alterung des
Katalysators 12 geschlossen. Dies wird z. B. dadurch
erreicht, daß die Veränderung der Konzentration O2frei
überwacht wird. Ebenfalls ist es möglich, die absoluten
Werte der Konzentration O2frei zu überwachen und
beispielsweise mit den Werten eines neuen Katalysators zu
vergleichen. All diese Vergleiche können einzeln oder in
Kombination von dem Steuergerät 18 durchgeführt werden.
Insgesamt ist es damit dem Steuergerät 18 möglich, die
Alterung bzw. den Alterungszustand des Katalysators 12 zu
ermitteln. Überschreitet diese Alterung einen vorgegebenen
Schwellwert, so wird dies von dem Steuergerät 18 der
Bedienperson der Brennkraftmaschine 1 angezeigt.
Claims (9)
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1)
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Katalysator
(12) mit Stickoxiden beaufschlagt wird, und bei dem die
Konzentration (O2frei) des Sauerstoffs nach dem Katalysator
(12) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Katalysator (12) zugeführten Stickoxide erhöht werden, und
daß aus einer Erhöhung der Konzentration (O2frei) des
Sauerstoffs nach dem Katalysator (12) auf die
Konvertierungsfähigkeit des Katalysators (12) geschlossen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Konzentration (O2Abgas) des Sauerstoffs vor dem
Katalysator (12) konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lambda vor dem Katalysator (12)
konstant gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die gemessene Konzentration (O2frei)
des Sauerstoffs nach dem Katalysator (12) eine
Konzentration (O2Kat) des von dem Katalysator (12) aus den
zugeführten Stickoxiden freigesetzten Sauerstoffs
repräsentiert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konzentration (O2Kat) als ein Maß
für die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators (12)
verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Erhöhung der dem Katalysator (12)
zugeführten Stickoxide durch eine Verstimmung des
Zündzeitpunkts und/oder durch andere Eingriffe in die
Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine (1)
erreicht wird.
7. Steuerelement, insbesondere Flash-Memory, für ein
Steuergerät (18) einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere
eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert
ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem
Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geeignet ist.
8. Steuergerät (18) für eine Brennkraftmaschine (1)
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die
Brennkraftmaschine (1) einen Katalysator (12) aufweist, der
mit Stickoxiden beaufschlagt werden kann, sowie eine
Lambda-Sonde (13) zur Messung der Konzentration (O2frei)
des Sauerstoffs nach dem Katalysator (12), dadurch
gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (18) die dem
Katalysator (12) zugeführten Stickoxide erhöht werden
können, und daß durch das Steuergerät (18) aus einer
Erhöhung der Konzentration (O2frei) des Sauerstoffs nach
dem Katalysator (12) auf die Konvertierungsfähigkeit des
Katalysators (12) geschlossen werden kann.
9. Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein
Kraftfahrzeug mit einem Katalysator (12), der mit
Stickoxiden beaufschlagt werden kann, und mit einer Lambda-
Sonde (13) zur Messung der. Konzentration (O2frei) des
Sauerstoffs nach dem Katalysator (12), sowie mit einem
Steuergerät (18), dadurch gekennzeichnet, daß durch das
Steuergerät (18) die dem Katalysator (12) zugeführten
Stickoxide erhöht werden können, und daß durch das
Steuergerät (18) aus einer Erhöhung der Konzentration
(O2frei) des Sauerstoffs nach dem Katalysator (12) auf die
Konvertierungsfähigkeit des Katalysators (12) geschlossen
werden kann.
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