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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen
in Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind,
machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb
der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann
zum einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert
werden, die während
der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen
Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen,
die während
des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem
jeweiligen Zylinder erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Insbesondere
bei Otto-Motoren kommen hierzu als Abgaskatalysatoren Dreiwege-Katalysatoren
in Einsatz. Ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Schadstoffkomponenten,
wie etwa Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide, setzt
ein präzise
eingestelltes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern voraus. Ferner muss das Gemisch stromaufwärts des
Abgaskatalysators eine vorgegebene Schwankung aufweisen, d. h. ein
gezielter Betrieb der Brennkraftmaschine sowohl im Luftüberschuss als
auch im Luftmangel ist notwendig, um ein Befüllen und Leeren eines Sauerstoffspeichers
des Abgaskatalysators herzustellen. Bei der Einlagerung von Sauerstoff
werden insbesondere die Stickoxide reduziert, während beim Entleeren die Oxidation
unterstützt
wird und ferner verhindert wird, dass eingelagerte Sauerstoffmoleküle Teilbereiche
des Abgaskatalysators deaktivieren.
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Wie
bereits erwähnt,
kann ein Dreiwege-Katalysator Schadstoffe nur dann optimal umwandeln, wenn
das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis λ in einem
Bereich um λ =
1 liegt. Der Grund dafür
liegt darin, dass sich nur bei derartigen Kraftstoff-/Luft-Verhältnissen eine
Abgaszusammensetzung ergibt, in welcher der bei der Reduktion der
Stickoxide frei werdende Sauerstoff ausreicht, um die HC- und CO-Anteile
im Abgas fast vollständig
zu CO2 und H20 zu oxidieren. Bei einer Brennkraftmaschine mit Dreiwege-Katalysator
wird die Gemischbildung daher durch eine so genannte Lambda-Regelung
auf einen Sollwert von λ ≈ 1 geregelt.
Um kurzzeitige Schwankungen im Kraftstoff-/Luft-Verhältnis
auszugleichen, enthält
der Katalysator außerdem
eine Schicht, welche kurzfristig Sauerstoff speichern kann und diesen
nach Bedarf bindet oder abgibt.
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Aus
dem Fachbuch „Handbuch
Verbrennungsmotoren",
Herausgeber Richard von Basshuysen/Fred Schäfer, 2. Auflage, Juni 2002,
Friedrich Vieweg & Sohn
Verlagsgesellschaft mbH Braunschweig/Wiesbaden, Seite 641 ff., ist
eine Abgasnachbehandlung für
eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Ottomotor, bekannt mit
einem Dreiwegekatalysator mit einer Regelung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses λ = 1, sowie
ein Sauerstoffspeicher mit einer katalytischen Beschichtung mit
Cer, das die Eigenschaft aufweist, Sauerstoff speichern und wieder
abgeben zu können.
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Um
sicherzustellen, dass entsprechend vorgegebene maximale Schadstoffemissionen
nicht überschritten
werden, sind Diagnosen von Komponenten des Abgastrakts der Brennkraftmaschine häufig durch
gesetzliche Vorschriften geregelt. So ist z. B. eine Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Abgaskatalysators zu diagnostizieren.
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Mittels
der so genannten OSC-basierten Katalysatordiagnose (OSC = oxygen
storage capacity, Sauerstoffspeicherfähigkeit) wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators überprüft. Durch
eine Vorsteuerung der Lambda-Regelung wird eine Fett-Mager-Schwingung
des Gemisches bewirkt. Die Schwingung wird durch die Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators ausgeglichen, wenn dieser intakt ist. Das Signal
der stromabwärts
des Katalysators angeordneten Lambda-Sonde führt in diesem Fall nur eine
Schwingung mit geringer Amplitude aus. Ist der Katalysator gealtert,
so reduziert sich seine Sauerstoffspeicherfähigkeit, und das Signal der Lambda-Sonde
stromabwärts
des Katalysators zeigt ebenfalls eine deutliche Schwingung als Antwort
auf die Anregung einer Fett-Mager-Schwingung am Katalysatoreintritt.
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Die
US 2004/0226281 A1 offenbart
ein System für
die Unterstützung
der Regenerierung einer NO
x-Falle mit Ablagerung/Abführung, die
in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
integriert ist, wobei das System Mittel umfasst, um die Funktion
von Mitteln für
die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder der Maschine zu
steuern, um die Maschine von einer Standardbetriebsart mit Magergemisch
und NO
x-Ablagerung in der Falle in eine Regenerationsbetriebsart
mit fettem Gemisch und NO
x-Abführung von
der Falle und mit Regeneration derselben umzuschalten. Das System
umfasst zwei Lambda-Sonden, die in gleichem Abstand von der NO
x-Falle und stromabseitig hiervon in der
Abgasleitung angeordnet sind und wovon eine eine katalytische Schicht
auf Rhodium-Basis aufweist, deren Ausgänge mit Mitteln zum differentiellen
Messen ihrer Ausgangssignale verbunden sind, um die NO
x-Menge
in den Abgasen zu bestimmen, um die auszulösenden Steuermittel in eine
Phase der Regeneration der Falle zu versetzen, wenn die Messung einen
vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Die
WO 00/77355 A1 offenbart
ein Verfahren zur Erfassung einer Schädigung von wenigstens einem
in einem Abgaskanal in einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten
NO
x-Speicherkatalysator,
wobei durch einen stromabwärts
des NO
x-Speicherkatalysators
angeordneten Gassensor wenigstens eine Gaskomponente eines Abgases
erfasst und ein Signal entsprechend einem Gehalt der Gaskomponente
am Abgas bereitgestellt wird, sowie ein Wechsel eines Arbeitsmodus
der Verbrennungskraftmaschine, der zumindest zu einer Änderung
des Lambdawerts vor dem NO
x-Speicherkatalysator führt, durch
eine zumindest temporäre
Beeinflussung eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine
erfolgt.
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Die
DE 102 37 382 A1 offenbart
ein Verfahren zum Betrieb eines magerlauffähigen Verbrennungsmotors mit
einem Abgasreinigungssystem, welches einen Vorkatalysator und einen
stromabwärts
des Vorkatalysators angeordneten NO
x-Speicherkatalysator
aufweist. Es werden Werte einer Speicheraktivität des NO
x-Speicherkatalysators
ermittelt, Werte einer NO
x-Speicherkatalysatortemperatur
und Werte einer Vorkatalysatortemperatur ermittelt, und das Korrelationsmuster
zwischen der NO
x-Speicheraktivität und den
Werten einer NO
x-Speicherkatalysatortemperatur und den
Werten der Vorkatalysatortemperatur ermittelt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
eines Abgaskatalysators einer Brennkraft maschine zu schaffen, durch
das bzw. die ein Betrieb mit sehr geringen Schadstoffemissionen
ermöglicht
wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Betreiben eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine
mit mindestens einem Zylinder und einem Abgastrakt, in dem der Abgaskatalysator
und eine Lambda-Sonde stromabwärts
des Abgaskatalysators angeordnet sind, bei dem abhängig von
einem Messsignal der Lambda-Sonde ein charakteristischer Wert bestimmt
wird, der repräsentativ
ist für
die NOx-Konzentration, und abhängig
von dem Messsignal der Lambda-Sonde ein charakteristischer Wert
bestimmt wird, der repräsentativ
für die
HC-Konzentration ist.
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So
ist eine Überwachung
von NOx-Emissionen mit der Lambda-Sonde unabhängig von der Bestimmung der
Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators möglich,
wodurch eine zusätzliche
Informationsmöglichkeit
zur Bewertung der NOx-Emissionen bereitgestellt werden kann. Damit
kann außerdem eine Überwachung
der HC-Emissionen mit der Lambda-Sonde unabhängig von der Überwachung der
Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators erfolgen, wodurch eine zusätzliche Informationsmöglichkeit
zur qualitativen Bewertung der HC-Emissionen bereitgestellt werden
kann. Demzufolge kann eine hohe Robustheit bei der Überwachung
der für die
Emission relevanten Bauteile, insbesondere des Katalysators erreicht
werden. Dies ist insbesondere bei einer weiteren Verschärfung der
Abgasgrenzwerte durch den Gesetzgeber relevant. Die Lambda-Sonde
ist bevorzugt eine binäre
Lambda-Sonde, sie kann jedoch auch eine lineare Lambda-Sonde sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der charakteristische Wert für die NOx-Konzentration ein
NOx-Faktor, der aus einer ersten Kennlinie abhängig von dem Messsignal ermittelt
wird und jeweils in Abschnitten der ersten Kennlinie konstant ist.
Damit ist eine sehr einfache Bestimmung der charakteristischen Werte
der NOx-Emissionen ermöglicht.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
der charakteristische Wert für
die HC-Konzentration
ein HC-Faktor, der aus einer zweiten Kennlinie abhängig von
dem Messsignal ermittelt wird und jeweils in Abschnitten der zweiten
Kennlinie konstant ist. Damit ist eine sehr einfache Bestimmung
der charakteristischen Werte der HC-Emissionen ermöglicht.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
in Zeitabschnitten, in denen der jeweilige NOx-Faktor für die NOx-Konzentration
konstant ist, der jeweilige NOx-Faktor für die NOx-Konzentration jeweils
mit einem Mittelwert eines Luftmassenstroms in die Zylinder multipliziert,
um jeweils ein Maß für NOx-Emissionen
in den Zeitabschnitten zu erhalten. Weiter wird das Maß für die NOx-Emission aus der
Summe der NOx-Emissionen in den Zeitabschnitten bestimmt. Mittels
dieses Verfahrens wird eine einfache Berechnung der NOx-Emissionen
ermöglicht.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
in Zeitabschnitten, in denen der jeweilige HC-Faktor für die HC-Konzentration konstant
ist, der jeweilige HC-Faktor für die
HC-Konzentration mit Mittelwerten des Luftmassenstroms in die Zylinder
multipliziert, um jeweils ein Maß für HC-Emissionen in den Zeitabschnitten
zu erhalten und das Maß für die HC-Emission
aus der Summe der HC-Emissionen in den Zeitabschnitten bestimmt.
Mittels dieses Verfahrens wird eine einfache Berechnung der HC-Emissionen
ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
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2 eine
Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung des Maßes für eine NOx-Emission,
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3 eine
Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung eines Maßes für die HC-Emission,
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4 einen
Verlauf eines HC- und eines NOx-Faktors abhängig von einem Verlauf eines Messsignals
einer Lambda-Sonde,
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5 einen
Verlauf des Maßes
der NOx-Emissionen in Abhängigkeit
von einem sauerstoffspeicherbasierten Katalysatordiagnoseergebnis,
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6 einen
Verlauf des Maßes
für die HC-Emission
in Abhängigkeit
von dem sauerstoffspeicherbasierten Katalysatordiagnoseergebnis,
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7 ein
Ablaufdiagramm eines Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
und
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8 ein
Ablaufdiagramm eines weiteren Programms, das in der Steuervorrichtung
abgearbeitet wird.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
eine Brennkraftmaschine gezeigt, mit einem Ansaugtrakt 1,
einem Motorblock 2, einem Zylinderkopf 3 und einem
Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise
eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6, und ein
Saugrohr 7. Das Saugrohr 7 ist hin zu einem Zylinder
Z1 beim Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt. Der
Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8, welche über eine
Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des Zylinders
Z1 gekoppelt ist.
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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.
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In
dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet,
der als Dreiwege-Katalysator ausgebildet ist. Ferner kann in dem
Abgastrakt auch ein weiterer Abgaskatalysator 23 bevorzugt
angeordnet sein, der vorzugsweise als NOx-Katalysator ausgebildet
ist.
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Die
Brennkraftmaschine weist ferner eine Steuervorrichtung 25 auf,
mit Sensoren, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den
Wert der Messgrößen ermitteln
können.
Die Steuervorrichtung 25 ermittelt in Abhängigkeit
von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden können. Die
Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben
der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
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Die
Sensoren umfassen einen Pedalstellungsgeber 26, der eine
Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst. Weiter weist
die Brennkraftmaschine einen Luftmassensensor 28 auf, der
stromaufwärts
der Drosselklappe 5 angeordnet ist und dort einen Luftmassenstrom
erfasst. Ein Temperatursensor 32 stromaufwärts der
Drosselklappe 5 erfasst eine Ansauglufttemperatur. Ein
Saugrohrdrucksensor 34 stromabwärts der Drosselklappe 5 ist
in dem Sammler 6 angeordnet und erfasst einen Saugrohrdruck
in dem Sammler 6. Des Weiteren umfasst die Brennkraftmaschine
einen Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel
erfasst, dem eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeordnet werden
kann.
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Stromaufwärts des
Abgaskatalysators 21 ist eine Abgassonde 42 angeordnet,
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 Abgassonde 42 vor
der Oxidation des Kraftstoffs. Ferner ist eine Lambda-Sonde 43 vorgesehen,
die stromabwärts
des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt
des Abgases erfasst und deren Messsignal VLS_DOWN charakteristisch
ist für
das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in
dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der Lambda-Sonde 43 vor
der Oxidation des Kraftstoffs.
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Die
Abgassonde 42 ist bevorzugt eine binäre Lambda-Sonde. Ebenso ist
die Lambda-Sonde 43 bevorzugt eine binäre Lambda-Sonde. Die Abgassonde 42 und/oder
die Lambda-Sonde 43 können
jedoch grundsätzlich
auch als lineare Lambda-Sonde ausgebildet sein.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das
Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
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Neben
dem Zylinder Z1 sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen,
denen ebenfalls entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren
zugeordnet sind.
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In
den 2 und 3 sind die Signalverläufe VLS_DOWN
an der Lambda-Sonde 43, der Signalverlauf eines Luftmassenstroms
MAF_CYL in die Zylinder, ein Verlauf eines NOx-Faktors FAC_NOx für die NOx-Konzentration
bzw. eines HC-Faktors FAC_HC für
die HC-Konzentration und ein Verlauf für ein Maß NOx_INT für die NOx-Emission bzw. der Verlauf
für ein
Maß HC_INT
für die
HC-Emission dargestellt.
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2 zeigt
einen charakteristischen Verlauf des Messsignals VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43.
Für λ = 1 soll
das Messsignal VLS_DOWN im Wesentlichen einen Sollwert VLS_DOWN_SP
des Messsignals der Lambda-Sonde 43 erreichen. Bei Abweichungen
des Abgasgemisches in Richtung mager kommt es zu einer Abweichung
des Messsignals VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 von dem Sollwert
VLS_DOWN_SP des Messsignals der Lambda-Sonde 43 zu kleineren
Werten. Es kann dann davon ausgegangen werden, dass vermehrt NOx-Emissionen
freigesetzt werden. Um charakteristische Werte zu erhalten, die
jeweils repräsentativ sind
für die
NOx-Konzentration, sind Schwellenwerte VLS_DOWN_THD_1 und VLS_DOWN_THD_2
vorgegeben, denen bei deren Unterschreiten be stimmte Werte für den NOx-Faktor
FAC_NOx für
die NOx-Konzentration
zugeordnet sind.
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In 3 ist
gezeigt, dass es bei Abweichungen des Abgasgemisches in Richtung
fett zu einer Abweichung des Messsignals VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 von
dem Sollwert VLS_DOWN_SP des Messsignals der Lambda-Sonde 43 zu
größeren Werten
kommt. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass vermehrt HC-Emissionen freigesetzt
werden. Um charakteristische Werte zu erhalten, die jeweils repräsentativ
sind für
die HC-Konzentration,
sind Schwellenwerte VLS_DOWN_THD_3 und VLS_DOWN_THD_4 vorgegeben,
denen bei deren Überschreiten
bestimmte Werte für
den HC-Faktor FAC_HC für
die HC-Konzentration
zugeordnet sind.
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Der
funktionale Zusammenhang zwischen dem NOx-Faktor FAC_NOx für die NOx-Konzentration
bzw. dem HC-Faktor FAC_HC für
die HC-Konzentration und das Messsignal VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 ist
in 4 aufgetragen. In einem Messsignalbereich VLS_DOWN_11
der Lambda-Sonde 43, d. h. zwischen einem Wert des Messsignals
VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 zwischen Null und einem Schwellenwert
VLS_DOWN_THD_1 des Messsignals der Lambda-Sonde 43, hat
der NOx-Faktor FAC_NOx für
die NOx-Konzentration
einen Wert von FAC_NOx_2. Zwischen dem Schwellenwert VLS_DOWN_THD_1
und dem Schwellenwert VLS_DOWN_THD_2 des Messsignals der Lambda-Sonde 43 hat
der NOx-Faktor FAC_NOx für die
NOx-Konzentration einen Wert von FAC_NOx_1. Ist der Wert des Messsignals
VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 größer als ein Schwellenwert VLS_DOWN_THD_2,
so ergibt sich für
den NOx-Faktor FAC_NOx für
die NOx-Konzentration ein Wert gleich Null.
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Liegt
der Wert des Messsignals VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 in
einem Bereich VLS_DOWN_21, d. h. zwischen Null und einem Schwellenwert
VLS_DOWN_THD_3 des Messsignals der Lambda-Sonde 43, so
ist der HC-Faktor FAC_HC für
die HC-Konzentration gleich Null. In einem weiteren Messsignalbereich
VLS_DOWN_22, d. h. zwischen den Schwellenwerten VLS_DOWN_THD_3 und
VLS_DOWN_THD_4 des Messsignalbereichs der Lambda-Sonde 43 hat
der HC-Faktor FAC_HC für
die HC-Konzentration einen Wert von FAC_HC_1. In einem Messsignalbereich VLS_DOWN_23
der Lambda-Sonde 43,
d. h. wenn der Messsignalwert VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 größer als
ein Schwellenwert VLS_DOWN_THD_4 ist, nimmt der HC-Faktor FAC_HC
für die
HC-Konzentration einen Wert von FAC_HC_2 an.
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Bevorzugt
weist der Schwellenwert VLS_DOWN_THD_1 des Messsignals der Lambda-Sonde 43 einen
Wert von etwa 150 mV, der Schwellenwert VLS_DOWN_THD_2 des Messsignals
der Lambda-Sonde 43 einen Wert von etwa 300 mV, der Schwellenwert
VLS_DOWN_THD_3 des Messsignals der Lambda-Sonde 43 einen
Wert von etwa 780 mV und der Schwellenwert VLS_DOWN_THD_4 des Messsignals
der Lambda-Sonde 43 einen Wert von etwa 810 mV auf. Weiter
ist bevorzugt, wenn der Sollwert VLS_DOWN_SP des Messsignals der
Lambda-Sonde 43 einen Wert von ca. 700 mV aufweist. Je
nach Anwendung können
die Werte für
die Schwellenwerte VLS_DOWN_THD und den Sollwert VLS_DOWN_SP des
Messsignals der Lambda-Sonde 43 auch andere Werte annehmen.
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Die
Zahl der Schwellenwerte VLS_DOWN_THD des Messsignals der Lambda-Sonde 43 kann
je nach Anwendung variieren, d. h. von den hier angegebenen vier
Schwellenwerten des Messsignals der Lambda-Sonde 43 abweichen und
eine kleinere oder größere Anzahl
annehmen.
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In 2 ist
gezeigt, dass in Zeitabschnitten T_11 bis T_17 der jeweilige NOx-Faktor
FAC_NOx_1 bis FAC_NOx_2 für
die NOx-Konzentration
konstant ist. Der jeweilige NOx-Faktor FAC_NOx_1 bis FAC_NOx_2 für die NOx-Konzentration
wird jeweils mit einem hier als konstant angesetzten Luftmassenstrom
MAF_CYL in die Zylinder multipliziert. Damit erhält man jeweils ein Maß für NOx-Emissionen NOx_INT_1
bis NOx_INT_7 in den jeweiligen Zeitabschnitten T_11 bis T_17. Durch
Summation der NOx_Emissionen NOx_INT_1 bis NOx_INT_7 in den Zeitabschnitten
T_11 bis T_17 erhält
man schließlich jeweils
das Maß für die NOx-Emission
NOx_INT, wie im untersten Kurvenverlauf der 2 zu sehen
ist.
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Entsprechend
wird, wie in 3 gezeigt, in den Zeitabschnitten
T_21 bis T_27, in denen der jeweilige HC-Faktor FAC_HC_1 bis FAC_HC_2
für die HC-Konzentration
konstant ist, der jeweilige HC-Faktor FAC_HC_1 bis FAC_HC_2 für die HC-Konzentration mit
dem hier als konstant angesetzten Luftmassenstrom MAF_CYL in die
Zylinder multipliziert. Durch die Multiplikation erhält man jeweils
ein Maß für HC-Emissionen
HC_INT_1 bis HC_INT_7 in den Zeitabschnitten T_21 bis T_27. Durch
Summation der HC-Emission HC_INT_1 bis HC_INT_7 in den Zeitabschnitten
T_21 bis T_27 kann dann jeweils das Maß für HC-Emission HC_INT ermittelt
werden, wie in 3 in der untersten Kurve dargestellt
ist. Man erhält
auf diese Weise ein sehr einfaches Verfahren zur Berechnung der
HC- und NOx-Emissionen.
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Für die folgende
Beschreibung der Bewertung der Schadstoffemissionen gemäß den 5 ist 6 ist
zu beachten, dass für
die Darstellung jeweils nur von der Variation eines Schadstoffs
ausgegangen wird, d. h. von NOx für 5 und HC
in 6. Andere Schadstoffe verhalten sich bezüglich der
jeweiligen Kurvenverläufe
neutral.
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Setzt
man das Maß NOx_INT
für die NOx-Emission
bzw. das Maß HC_INT
für die HC-Emission
in Bezug zu einem Referenzwert NOx_INT_REF für das Maß für die gerade noch zulässige NOx-Emission bzw. zu
einem Referenzwert HC_INT_REF für
das Maß für die gerade
noch zulässige
HC-Emission, wobei der Referenzwert NOx_INT_REF das Maß ist für die NOx-Emission bzw.
der Referenzwert HC_INT_REF das Maß ist für die HC-Emission die jeweiligen
Werte für
einen OBD-Grenzkatalysator (OBD = onboard diagnose), so erhält man Bewertungsfaktoren
COR_FAC_NOx, COR_FAC_HC für
die NOx-Konzentration bzw. die HC-Konzentration. Für einen
Katalysator, dessen Emissionsverhalten gerade dem des OBD-Grenzkatalysators
entspricht, d. h. für
den NOx_INT/NOx_INT_REF=1 bzw. HC_INT/HC_INT_REF=1, wird, wie in
den 5 und 6 gezeigt, bei einem sauerstoffspeicherbasierten
Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC) bei einem Schwellenwert EFF_CAT_DIAG(OSC)_THD
des sauerstoffspeicherbasierten Katalysatordiagnoseergebnisses gerade
eine Emission von HC bzw. NOx erreicht, die dem Referenzwert HC_INT_REF
für das
gerade noch zulässige
Maß für die HC-Emission bzw. dem Referenzwert
NOx_INT_REF für
das gerade noch zulässige
Maß für die NOx-Emission
entspricht. Der Schwellenwert EFF_CAT_DIAG(OSC)=0 des sauerstoffspeicherbasierten
Katalysatordiagnoseergebnisses entspricht dabei einem fabrikneuen
Katalysator. Zunehmende sauerstoffspeicherbasierte Katalysatordiagnoseergebnisse
EFF_CAT_DIAG(OSC) entsprechen einer zunehmenden Alterung des Katalysators.
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Durch
Multiplikation des sauerstoffspeicherbasierten Katalysatordiagnoseergebnisses EFF_CAT_DIAG(OSC)
mit dem Bewertungsfaktor COR_FAC_NOx für die NOx-Konzentration und
dem Be wertungsfaktor COR_FAC_HC für die HC-Konzentration ergibt
sich ein korrigiertes sauerstoffspeicherbasiertes Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC)_COR.
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In 5 ist
der Verlauf der NOx-Emission in Abhängigkeit vom sauerstoffspeicherbasierten
Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC) gezeigt. Für NOx_INT/NOx_INT_REF < 1 wird der Referenzwert
NOx_INT_REF für
das Maß für die gerade noch
zulässige
NOx-Emission erst für
ein größeres sauerstoffspeicherbasiertes
Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC) erreicht, für NOx_INT/NOx_INT_REF > 1 dagegen wird der
kritische Wert NOx_INT_REF für
das Maß für die gerade noch
zulässige
NOx-Emission bereits für
ein kleineres sauerstoffspeicherbasiertes Katalysatordiagnoseergebnis
EFF_CAT_DIAG(OSC) erreicht.
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In 6 ist
das entsprechende Verhalten von HC in Abhängigkeit vom Katalysatordiagnoseergebnis
dargestellt. Für
HC_INT/HC_INT_REF < 1 wird
der Referenzwert HC_INT_REF für
das Maß für die gerade
noch zulässige
HC-Emission erst für
ein größeres sauerstoffspeicherbasiertes
Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC) erreicht, für HC_INT/HC_INT_REF > 1 wird der kritische
Wert für den
Referenzwert HC_INT_REF für
das Maß für die gerade
noch zulässige
HC-Emission bereits für
ein kleineres sauerstoffspeicherbasiertes Katalysatordiagnoseergebnis
EFF_CAT_DIAG(OSC) erreicht.
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Zum
Betreiben des Abgaskatalysators 21 der Brennkraftmaschine
kann in einem Programmspeicher der Steuervorrichtung 25 ein
Programm gespeichert sein und während
des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden. Mittels
des Programms können
Maße für die NOx-
und HC-Emissionen bestimmt werden und eine Fehleranzeige für den Katalysator
eingeleitet werden.
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Das
Programm wird in einem Schritt S10 gestartet (7 bzw. 8),
in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Der Start
erfolgt bevorzugt dann, wenn eine aktuelle Information über den Zustand
des Abgaskatalysators 21 ermittelt werden soll. Dies kann
beispielsweise während
eines Motorlaufs oder in fest definierten Zeitabständen oder
nach einer vorgebbaren Fahrstrecke erfolgen.
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In
einem Schritt S12 wird der von der Zeit T abhängige Wert des Messsignals
VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 und der zeitabhängige Wert
des Luftmassenstroms MAF_CYL in die Zylinder ermittelt.
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In
einem Schritt S14 werden der NOx-Faktor FAC_NOx für die NOx-Konzentration
und der HC-Faktor FAC_HC für
die HC-Konzentration
in Abhängigkeit
von dem Messsignal VLS_DOWN der Lambda-Sonde 43 bestimmt,
wie dies anhand der Beschreibung der 2 bis 4 bereits
im Detail dargestellt worden ist.
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In
einem Schritt S16 wird das Maß NOx_INT für die NOx-Emission und das
Maß HC_INT
für die HC-Emission
bestimmt. Dazu wird ein zeitliches Integral über das Produkt aus NOx-Faktor FAC_NOx für die NOx-Konzentration
und dem Luftmassenstrom MAF_CYL in die Zylinder berechnet. Das Maß HC_INT
für die
HC-Emission ergibt sich als zeitliches Integral über das Produkt aus dem HC-Faktor FAC_HC
für die
HC-Konzentration und dem Luftmassenstrom MAF_CYL in die Zylinder
(7).
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Alternativ
dazu (8) kann in dem Schritt S16 das Maß NOx_INT
für die
NOx-Emission auch durch die Bildung eines Mittelwerts des Luftmassenstroms
MAF_CYL in die Zylinder während
der Zeitabschnitte, in denen der NOx-Faktor FAC_NOx für die NOx-Konzentration
konstant ist und eine Multiplikation des Mittelwerts MV_MAF_CYL
mit dem NOx-Faktor FAC_NOx für
die NOx-Konzentration und eine Summierung über die Maße NOx_Int_n für die NOx-Konzentration
in den jeweiligen Zeitabschnitten T_11 bis T_1N ermittelt werden.
Auch kann alternativ durch Bildung des Mittelwerts MV_MAF_CYL des Luftmassenstroms,
Multiplikation mit den jeweiligen HC-Faktoren FAC_HC für die HC-Konzentration in den
jeweiligen Zeitabschnitten und eine Summation der Maße HC_INT_n
für die
HC-Emission über
alle Zeitabschnitte T_21 bis T_2N das Maß HC_INT für die HC-Emission ermittelt
werden.
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In
einem Schritt S18 wird der Bewertungsfaktor COR_FAC_NOx für die NOx-Konzentration
und der Bewertungsfaktor COR_FAC_HC für die HC-Konzentration ermittelt,
indem das Maß NOx_INT
für die
NOx-Emission durch den Referenzwert NOx_INT_REF für das Maß für die gerade
noch zulässige
NOx-Emission bzw. das Maß HC_INT
für die
HC-Emission durch das Maß für den Referenzwert
HC_INT_REF für
das Maß für die HC-Emission geteilt
werden.
-
In
einem weiteren Schritt S20 wird das korrigierte sauerstoffspeicherbasierte
Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC)_COR als Produkt aus
dem sauerstoffspeicherbasierten Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC)
und dem Bewertungsfaktor COR_FAC_NOx für die NOx-Konzentration sowie
dem Bewertungsfaktor COR_FAC_HC für die HC-Konzentration ermittelt.
-
In
einem weiteren Schritt S22 wird geprüft, ob das korrigierte sauerstoffspeicherbasierte
Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC)_COR größer oder
gleich dem Schwellenwert des sauerstoffspeicherbasierten Katalysatordiagnoseergebnisses EFF_CAT_DIAG(OSC)_THD
ist.
-
Falls
dies nicht der Fall ist, wird in einem weiteren Schritt S28 eine
Warteschleife W durchlaufen, bis das Diagnoseverfahren erneut durchgeführt werden
soll.
-
Liegt
das korrigierte sauerstoffspeicherbasierte Katalysatordiagnoseergebnis EFF_CAT_DIAG(OSC)_COR über dem
Schwellenwert EFF_CAT_DIAG(OSC)_THD des sauerstoffspeicherbasierten
Katalysatordiagnoseergebnisses, so erfolgt in einem weiteren Schritt
S24 eine Fehleranzeige MIL_CAT für
den Katalysator. Diese Fehleranzeige kann vorzugsweise in optischer
oder akustischer Form gemeldet werden. Alternativ oder zusätzlich können in
S24 auch andere Maßnahmen
veranlasst werden.
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In
einem weiteren Schritt S26 endet das Verfahren.