DE102010035365B4

DE102010035365B4 - Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators sowie Verfahren zum Ermitteln einer einer Lambdasonde inhärenten Zeitverzögerung

Info

Publication number: DE102010035365B4
Application number: DE102010035365A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: US20120053816A1; DE102010035365A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Zeitverzögerung (Δt'') bei der Reaktion einer zumindest einem Abschnitt eines Katalysators (3) mit Sauerstoffspeicher (4) im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (1) nachgeordneten Lambdasonde (6) auf Änderungen im zu messenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintreten eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine abgewartet oder bewirkt wird und die Zeit vom Beginn des Schubbetriebs (t7) bis hin zu einem Durchlaufen eines Schwellwerts im Ausgangssignal der Lambdasonde (6) gemessen wird, wobei – ein erster Schätzwert für die Zeitdauer (t8 – t7) festgelegt wird, in der der Sauerstoffspeicher im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gefüllt wird, – ein zweiter Schätzwert (t9 – t8) für die Zeitdauer festgelegt wird, in der Abgas vom Eingang des Katalysators (3) bis hin zur Lambdasonde (6) gelangt, und die beiden Schätzwerte in der gemessenen Zeit (t9' – t7) abgezogen werden, sodass man einen Wert für die Zeitverzögerung (Δt'') erhält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine zugeordneten Sauerstoffspeichers, wobei zumindest einem Abschnitt des Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases eine Lambdasonde nachgeordnet ist.
Das Verfahren soll insbesondere dann gut funktionieren, wenn der Sauerstoffspeicher bereits gealtert ist und nur noch einen Bruchteil seiner ursprünglichen Sauerstoffspeicherkapazität hat. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Ermitteln einer Zeitverzögerung bei der Reaktion einer zumindest einem Abschnitt eines Katalysators mit Sauerstoffspeicher im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine nachgeordneten Lambdasonde auf Änderungen im zu messenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Diese Zeitverzögerung spielt nämlich eine Rolle beim Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität.
Es ist bekannt, die Sauerstoffspeicherkapazität dadurch zu ermitteln, dass der Sauerstoffspeicher zunächst soweit als möglich von Sauerstoff geleert wird und dann ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem Abgas erfolgt. Der Sauerstoffspeicher wird hierbei gezielt mit Sauerstoff gefüllt. Beginnend von diesem Wechsel wird ein Zeitintegral über die pro Zeit in den Sauerstoff eingetragene Sauerstoffmenge berechnet, die Berechnung endet genauso wie auch die Beaufschlagung dann, wenn das Ausgangssignal der Lambdasonde eine bestimmte Schwelle durchläuft, z. B. von 0,45 V.
Das Verfahren funktioniert solange gut, wie die Lambdasonde voll funktionsfähig ist. Jedoch kann nicht nur der Sauerstoffspeicher eine Alterung erfahren, sondern auch die Nachkatlambdasonde. Die Alterung der Lambdasonde kann insbesondere bewirken, dass sie verzögert auf die Umweltbedingungen reagiert, dass sich also ein bestimmtes Ausgangssignal erst zu spät zeigt; z. B. wird die bestimmte Schwelle erst mit Zeitverzögerung durchlaufen, das Zeitintegral also über eine zu lange Zeitspanne berechnet.
Mit der Wechselwirkung von Sauerstoffspeicher und Lambdasonde befassen sich beispielsweise die DE 10 2007 059 772 A1 und die DE 10 2007 057 785 B3 .
Die DE 197 33 107 A1 offenbart ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit einer Lambdasonde nach einem Katalysator. Hierfür wird während eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine die Fett-Mager-Schaltzeit der Lambdasonde bestimmt.
Aus der DE 10 2006 024 180 A1 ist ein mehrstufiges Diagnoseverfahren zum Überwachen einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators bekannt. Die Sauerstoffspeicherkapazität wird während Fett- bzw. Magerverschiebungen des Abgases mit Hilfe einer Lambdasonde nach dem Katalysator bestimmt. Zunächst wird mit einem ersten, schnellen Verfahren eine ungefähre Bestimmung der Sauerstoffspeicherkapazität durchgeführt. Wird dabei festgestellt, dass sich die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators verringert hat, so wird ein weiteres, genaueres Messverfahren ausgeführt.
In der DE 10 2004 062 408 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Sauerstoffspeicherkapazität eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine beschrieben, sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer Verzögerungszeit einer Lambdasonde nach dem Katalysator. Hierfür wird die Brennkraftmaschine mit einem ersten fetten Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben, bis der Sauerstoffspeicher des Katalysators vollständig geleert ist. Es wird die Zeitspanne bestimmt, nach der ein Umschalten der Lambdasonde erfolgt. Der Katalysator wird wieder mit Sauerstoff beladen, bis er gesättigt ist. Ein vorgegebenes zweites Luft/Kraftstoffverhältnis wird eingestellt, und es wird wiederum die Zeitspanne bis zum Umschalten der Lambdasonde bestimmt. Aus den ermittelten Umschaltzeiten werden die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators und die Verzögerungszeit der Lambdasonde berechnet.
Eine schon länger bestehende Problematik besteht darin, dass die Verzögerung in der Reaktion der Lambdasonde auf Änderungen im zu messenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis präzise gemessen werden müsste, damit das Integral auch bei geringerer Sauerstoffspeicherkapazität in ausreichend gutem Maße korrigiert werden kann, dass aber eine derart präzise Messung nicht zur Verfügung steht.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie die Sauerstoffspeicherkapazität auch bei gealtertem Sauerstoffspeicher präzise gemessen werden kann und hierbei eine Zeitverzögerung genau berücksichtigt werden kann.
Die Aufgabe wird in einem Aspekt durch ein Verfahren zum Ermitteln dieser Zeitverzögerung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, gemäß einem anderen Aspekt durch ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität gemäß Patentanspruch 4 gelöst, und gemäß einem weiteren Aspekt durch ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln der Zeitverzögerung umfasst, dass das Eintreten eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine abgewartet oder bewirkt wird. Im Schubbetrieb wird der Brennkraftmaschine kein Kraftstoff zugeführt, die Brennkraftmaschine läuft aber weiter; bei einem Kraftwagen rollt selbiger aus, die Kurbelwelle wird hierbei weitergedreht. Die Zeit vom Beginn des Schubbetriebs bis zu einem Durchlaufen, insbesondere Unterschreiten, eines Schwellwerts im Ausgangssignal der Lambdasonde wird dann gemessen.
Außerdem wird ein erster Schätzwert für die Zeitdauer festgelegt, in der der Sauerstoffspeicher im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gefüllt wird, es wird ein zweiter Schätzwert für die Zeitdauer festgelegt, in der Abgas vom Eingang des Katalysators bis hin zu Lambdasonde gelangt, und schließlich werden die beiden Schätzwerte von der gemessenen Zeit abgezogen, sodass man einen Wert für die Zeitverzögerung erhält.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Schätzwert für die Zeitdauer, in der der Sauerstoffspeicher im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gefüllt wird, unter den meisten Umständen ausreichend präzise festgelegt werden kann – z. B. auch aufgrund einer vorherigen Messung der Sauerstoffspeicherfähigkeit insgesamt –, und da der zweite Schätzwert ebenfalls präzise ermittelbar ist, kann so auch die Zeitverzögerung mit relativ guter Genauigkeit ermittelt werden.
Dies gilt in besonderem Maße dann, wenn das Verfahren bezüglich eines Katalysators durchgeführt wird, der einen Alterungsprozess durchlaufen hat und nur noch zwischen einem Zwanzigstel und einem Fünftel seiner ursprünglichen Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist. In diesem Falle ist der erste Schätzwert für die Zeitdauer, in der der Sauerstoffspeicher im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gefüllt wird, im Verhältnis zu der ermittelten Zeitverzögerung relativ klein. Es kann insbesondere sogar unmittelbar zu Null gesetzt werden, da die Zeitdauer, in der Sauerstoffspeicher im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gefüllt wird, vernachlässigbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert also besonders gut, wenn der Sauerstoffspeicher gealtert ist.
Die Zeitverzögerung muss jedoch gerade bei geringer Sauerstoffspeicherkapazitat möglichst präzise gemessen werden, sodass sich die Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 im Rahmen eines Verfahrens zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität empfiehlt.
Entsprechendes ist auch in dem Verfahren gemäß Patentanspruch 4 vorgesehen: In Schritt a) wird die der Lambdasonde inhärente Zeitverzögerung nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 gemessen, dann wird in Schritt b) der Sauerstoffspeicher soweit als möglich von Sauerstoff geleert oder soweit als möglich mit Sauerstoff gefüllt, und sodann erfolgt c) ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem bzw. fettem Abgas, und diese Beaufschlagung endet, wenn das Ausgangssignal der Lambdasonde eine bestimmte Schwelle durchläuft. Es wird dann d) ein Zeitintegral über die pro Zeit in den Sauerstoffspeicher eingetragene oder aus ihm entnommene Sauerstoffmenge berechnet. Bei der Festsetzung der Grenze des Zeitintegrals wird hierbei die in Schritt a) gemessene Zeitverzögerung berücksichtigt.
Es wird also die Zeitverzögerung durch ein präzises Verfahren gemessen, sodass eine möglichst präzise Berechnung des richtigen Zeitintegrals ermöglicht ist.
Es ist möglich, die Berechnung des Zeitintegrals mit dem Zeitpunkt des Wechsels beginnen zu lassen, und dann den Zeitpunkt des Durchlaufens der Schwelle zu ermitteln und von letzterem Zeitpunkt die gemessene Zeitverzögerung abzuziehen, sodass man das zeitliche Ende der Berechnung des Integrals korrigieren würde. Dann ist es allerdings erforderlich, gegebenenfalls Zwischenwerte bei der Integralberechnung in einem Speicher vorzuhalten.
Einfacher ist es, wenn das Zeitintegral zu dem Zeitpunkt beginnt, der gegenüber dem Zeitpunkt des Wechsels um die gemessene Zeitverzögerung versetzt ist und das Zeitintegral zu dem Zeitpunkt des Erreichens der Schwelle endet. Solange sich nichts an der Beaufschlagung mit Abgas ändert, also weder sich das Luft-Kraftstoff-Verhälnis ändert, noch der Abgasmassenstrom, ergibt sich bei dieser bevorzugten einfacheren Ausführungsform genau derselbe Wert für das Zeitintegral wie bei dem oben zunächst genannten Verfahren mit Korrektur des Integralendes.
Wartet man bei Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers immer ab, bis dieser vollständig gefüllt (bzw. geleert) ist, dann gelangen durch die Messung der Sauerstoffspeicherkapazität relativ viele schädliche Abgase in die Umwelt. Durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 6 wird nun der Tatsache Rechung getragen, dass die Sauerstoffspeicherkapazität an sich nicht immer völlig präzise gemessen werden muss, sondern dass lediglich ermittelt werden muss, ob sie noch ausreichend hoch ist. Solange die Sauerstoffspeicherkapazität noch sehr hoch ist, muss nur zwischen „hoch” und „sehr hoch” unterschieden werden. Es genügt eine grobe Messung.
Dementsprechend schlägt das Verfahren zum Prüfen der Sauerstoffspeicherkapazität nach Patentanspruch 6 folgendes vor:
k) der Sauerstoffspeicher wird soweit als möglich von Sauerstoff geleert oder mit Sauerstoff gefüllt, und sodann erfolgt l) ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem bzw. fettem Abgas. Mit einem Schritt m) wird dann eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels und dem Erfülltsein eines vorbestimmten Kriteriums betreffend das Ausgangssignal der Lambdasonde gemessen. Das Kriterium soll so gewählt sein, dass eine zeitliche Verzögerung bei der Reaktion der Lamdasonde auf Änderungen im zu messenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis möglichst präzise ermittelt wird. Während Schritt l) wird nun ständig n) ein Zeitintegral über die pro Zeit in den Sauerstoffspeicher eingetragene oder aus ihm entnommene Sauerstoffmenge berechnet, oder es wird einfach die Zeit gemessen. Hierbei wird o) ein Grenzwert für das Integral bzw. für die Zeit aus einem Grundgrenzwert unter Berücksichtigung der Zeitverzögerung festgelegt. Es geht um Folgendes: p1): falls das Zeitintegral oder die Zeit den Grenzwert überschreitet, bevor das Ausgangssignal der Lambdasonde eine bestimmte Schwelle erreicht hat, wird das in Schritt l) begonnene Beaufschlagen beendet und eine ausreichende Sauerstoffspeicherfähigkeit festgestellt. p2): falls das Ausgangssignal eine bestimmte Schwelle erreicht hat und das Zeitintegral oder die Zeit noch nicht den Grenzwert überschritten haben, wird das in Schritt l) begonnene Beaufschlagen beendet, und es wird das Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 durchgeführt oder ist es zumindest teilweise bereits.
Im Falle p2) gilt Folgendes: falls Schritt a) des Verfahrens von Patentanspruch 4, also das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bereits vorher schon durchgeführt ist, kann das in Schritt n) ermittelte Zeitintegral unter Berücksichtigung der in Schritt a) berechneten Zeitverzögerung genau berechnet (korrigiert) werden. Wurde im Falle p2) der Schritt a) des Verfahrens nach Patentanspruch 4 noch nicht durchgeführt, wird das in Schritt n) gegebenenfalls berechnete Zeitintegral zwischengespeichert, dann wird das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 nachgeholt, und schließlich wird das gespeicherte Integral sodann unter Berücksichtigung der bei letzterem Verfahren ermittelten Zeitverzögerung berechnet bzw. korrigiert.
Wenn der Alternative gefolgt wird dass in Schritt n) lediglich die Zeit gemessen wird, muss das vollständige Verfahren gemäß Patentanspruch 4 oder 5 durchgeführt werden.
Das Verfahren nach Patentanspruch 6 geht davon aus, dass die im Schritt m) ermittelte Zeitverzögerung lediglich grob angegeben ist, dass sie aber genügt, sofern man lediglich grob prüfen will, ob die Sauerstoffspeicherkapazität ausreichend ist. Sobald die Sauerstoffspeicherkapazität einen Mindestwert unterschreitet (also das Zeitintegral nicht rechtzeitig den Grenzwert überschreitet bzw. die zum Zeitintegral bei konstantem Luft-Kraftstoffverhältnis und konstanten Abgasmassenstrom hierzu proportionale Zeit den Grenzwert nicht rechtzeitig überschreitet), ist von einer geringen Sauerstoffspeicherkapazität auszugehen, sodass zur genauen Prüfung, ob selbige ausreichend ist, ein Zahlenwert ermittelt werden muss. Dies geschieht dann unter Durchführung des Verfahrens des Patentanspruchs 4; weil die Zeitverzögerung, die der Lambdasonde inhärent ist, dann gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gemessen wird, ist eine ausreichende Präzision bei gealtertem Sauerstoffspeicher und gealterter Lambdasonde gesorgt.
Zusammenfassend sei also festgestellt, dass sowohl bei neuem Sauerstoffspeicher als auch bei gealtertem Sauerstoffspeicher mit geringerer Sauerstoffspeicherkapazität eine gute Prüfung möglich ist, ob die Sauerstoffspeicherkapazität ausreichend ist, und zwar unabhängig davon ob die Lambdasonde eine Alterung erfahren hat und eine inhärente Zeitverzögerung aufweist oder nicht. Letztere wird präzise gemessen, wenn das Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität vollführt wird, sobald der Sauerstoffspeicher eine Alterung erfahren hat.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
1 eine Anordnung zeigt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren umsetzbar ist; die
2A wie die Sondenspannung einer Nachkatlambdasonde bei grober Prüfung auf die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Sauerstoffspeichers aussieht, und zwar sowohl für eine voll funktionsfähige Nachkatlambdasonde, als auch für eine gealterte Nachkatlambdasonde, die eine Zeitverzögerung aufweist, und
2B die bei Gegebensein der Kurven aus 2A entsprechende Sauerstoffspeicherkapazität zeigt;
3A veranschaulicht, wie im Schubbetrieb einer Brennkraftmaschine ein Sauerstoffspeicher nach und nach gefüllt wird, der eine relativ hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit hat und wie hierbei die Ausgangssignale einer voll funktionsfähigen und einer gealterten Nachkatlambdasonde aussehen;
3B dasselbe wie 3a zeigt, nur für einen Sauerstoffspeicher mit gegenüber seiner ursprünglichen Sauerstoffspeicherfähigkeit geringer Sauerstoffspeicherfähigkeit; und
4 eine Kurve zeigt, die darstellt, wie sich die Sauerstoffspeicherkapazität über die Zeit verringert und wann welches Verfahren durchgeführt wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang 2. Der Abgasstrang 2 umfasst einen Abgaskatalysator 3, der z. B. als 3-Wege-Katalysator, als NOX-Speicherkatalysator oder als ein aktiver Partikelfilter ausgebildet ist, sowie einen integrierten Sauerstoffspeicher beinhaltet. Der Abgasstrang 2 umfasst ferner eine stromauf des Abgaskatalysators 3 angeordnete Vorkatlambdasonde 5, die als Führungssonde dient sowie eine dem Abgaskatalysator 3 zugeordnete Nachkatsonde 6, die als Regelsonde dient.
Die Nachkatlambdasonde 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromab des Abgaskatalysators 3 angeordnet, genauso gut könnte diese Nachkatlambdasonde jedoch auch direkt im Abgaskatalysator 3 d. h. nach einem Teilvolumen oder Teilabschnitt des Sauerstoffspeichers 4, angeordnet sein.
Es ist im Folgenden davon ausgegangen, dass sich das Abgas der Brennkraftmaschine 1 zumindest mit einer vorgegebenen Genauigkeit auf ein vorgegebenes Luft-Kraftstoffverhältnis Lambda einstellen lässt.
Anhand der 2A und 2B wird zunächst erläutert, wie bei einem Sauerstoffspeicher mit noch relativ hoher Sauerstoffspeicherfähigkeit geprüft wird, ob die Sauerstoffspeicherkapazität ausreichend ist.
Beispielsweise soll gewährleistet sein, dass noch mindestens 10% der Nennsauerstoffspeicherfähigkeit, also der ursprünglichen Sauerstoffspeicherfähigkeit, gegeben sind.
Zu diesem Zweck wird der Katalysator 3 und der Sauerstoffspeicher 4 zunächst mit fettem Abgas beaufschlagt, bis der Sauerstoffspeicher 4 geleert ist. Anschließend erfolgt zum Zeitpunkt t₁ eine Beaufschlagung mit magerem Abgas. Wie anhand der Kurve 10 zu erkennen, füllt sich dann der Sauerstoffspeicher sukzessiv, linear mit der Zeit t, mit Sauerstoff. Die Beziehung ist linear, sofern das Luft-Kraftstoff-Verhältnis konstant bleibt und der Abgas-Massenstrom konstant bleibt.
Zum Zeitpunkt t₁ zeigt sich im Ausgangssignal einer voll funktionsfähigen Nachkatlambdasonde 6 ein Maximum. An dem Zusammenfallen dieses Maximums mit dem Zeitpunkt t₁ erkennt man eine voll funktionsfähige Nachkatlambdasonde. Für eine Grobermittlung auf ausreichende Sauerstoffspeicherkapazität sei vorliegend ein Grundgrenzwert vorgesehen, der gegenüber dem tatsächlichen Grenzwert auf dem 1,75-fachen liegt: Zum Zeitpunkt t₂ wäre dieser Grundgrenzwert erreicht. Man kann einen Wert für die eingespeicherte Sauerstoffspeichermenge OSC nach folgender Formel ermitteln:
wobei λ(t) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, mit dem der Sauerstoffspeicher beaufschlagt wird, und ṁ(t) der Abgasmassenstrom ist. Im vorliegenden Fall von λ = konstant, ṁ = konstant, kann man genauso als Grundgrenzwert einen Wert für die Zeit nehmen. Bei einer gealterten Lambdasonde zeigt sich nun in der Kurve 14, dass sämtliche Signalwerte mit einer Verzögerung auftreten. Das Maximum wird somit zum Zeitpunkt t₁' erreicht, und die Zeit t₁' – t₁ ist genau die Verzögerung Δt, die die Nachkatlambdasonde 6 zeigt. Dieser Verzögerung wird vorliegend dadurch Rechnung getragen, dass auch der Grenzwert entsprechend verschoben wird, vorliegend von t₂ nach t₂' mit t₂' – t₂ = Δt. (Nimmt man Integrale nach der obigen Berechnung, lässt sich entsprechend der Grenzwert ändern).
In den 2A und 2B ist dargestellt, dass die Zeitpunkte t₂ und t₂' beide noch erreicht werden, bevor die Sondenspannung der Nachkatlambdasonde in Wert von 0,45 V durchläuft. Dieser Wert wird dann durchlaufen, wenn der Sauerstoffspeicher im Rahmen der Beaufschlagung mit magerem Abgas vollständig gefüllt ist. Der Schwellwert wird in 2A/2B zum Zeitpunkt t₃ durchlaufen, bei der gealterten Nachkatlambdasonde zum Zeitpunkt t₃.
Je geringer die Sauerstoffspeicherkapazität ist, desto näher liegt t₃ an t₂, und t₃' an t₂'. Bei sehr geringer Sauerstoffspeicherkapazität bewirkt nun die grobe Setzung der Grenzwerte, dass diese nicht mehr erreicht werden, bevor die Ausgangsspannung der Nachkatlambdasonde den Wert von 0,45 V durchläuft. Somit ergibt die Prüfung kein positives Ergebnis mehr. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Sauerstoffkapazität den Wert von 10% unterschritten hat. Vielmehr ist eine verfeinerte Messung der Sauerstoffspeicherkapazität erforderlich.
Bei der verfeinerten Messung erweist es sich, dass die Messung der Zeitverzögerung Δt gemäß der anhand der 2A und 2B erläuterten Methode nicht ausreichend genau ist. Stattdessen erfolgt die Messung der Zeitverzögerung in der Reaktion der gealterten Nachkatlambdasonde nach folgender Vorgehensweise:
Es wird abgewartet, bis die Brennkraftmaschine in den Schubbetrieb gelangt, wenn also z. B. ein Fahrzeugführer vom Gas geht und das Fahrzeug ausrollen lässt. Beginnt der Schub zum Zeitpunkt t₄, so füllt sich der Sauerstoffspeicher bis zum Zeitpunkt t₅ bis auf 100%. Bis eine Reaktion in der Nachkatlambdasonde erfolgen kann, muss das Abgas noch den Katalysator 3 und den Sauerstoffspeicher 4 durchlaufen. Ausgehend vom Zeitpunkt t₅ ist dies zum Zeitpunkt t₆ der Fall. Zum Zeitpunkt t₆ zeigt eine gemäß der Kurve 16 reagierende voll funktionsfähige Nachkatlambdasonde tatsächlich einen Sprung, der Wert von 0,45 V wird durchlaufen. Eine gealterte Lambdasonde der Nachkatlambdasonde 6 reagiert gemäß der Kurve 18, der Sprung erfolgt erst zum Zeitpunkt t₆', der um Δt' gegenüber t₆ verzögert ist. Δt' ist die präzise messbare Verzögerung.
Kennt man die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Sauerstoffspeichers ungefähr, so lässt sich die Zeit von t₄ bis t₅ abschätzen, und die Zeit von t₅ bis t₆ ist grundsätzlich ohnehin bekannt. Dann lässt sich Δt' messen.
Vorliegend wird dies lediglich bei gealterten Katalysatoren benutzt: Hier wird die Grenze der Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgehend von einem Zeitpunkt t₇ bereits quasi unmittelbar darauf zum Zeitpunkt t₈ erreicht, dann folgt das Durchlaufen des Katalysators 3 und des Sauerstoffspeichers mit Abgas bis zum Zeitpunkt t₉, wobei t₉ – t₈ = t₆ – t₅.
Eine voll funktionsfähige Nachkatlambdasonde reagiert dann gemäß der Kurve 20, eine gealterte Nachkatlambdasonde 6 gemäß der Kurve 22. Misst man nun den Zeitversatz zwischen t₉' und t₇, so lässt sich unter Annahme t₈ – t₇ = 0 der Zeitversatz Δt'' ermitteln als t'₉ – t₇ – (t₉ – t₈) = t'₉ – t₇ – (t₆ – t₅), wobei t₆ – t₅ von Annahmen her präzise bekannt ist. Dann lässt sich Δt'' mit einem Fehler berechnen, der genau der Zeit zwischen t₈ und t₇ entspricht. Dieser Fehler ist verhältnismäßig klein.
Hat man nun die Zeit Δt'' gemessen, so kann nunmehr die obige Formel für OSC verwendet werden, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit präzise zu ermitteln. Anstatt, wie oben anhand der 2A und 2B erläutert, die Beaufschlagung mit magerem Abgas zum Zeitpunkt t₂ bzw. t₂' zu beenden, wird vorliegend präzise das Integral berechnet, wobei t_a der Zeitpunkt t₁ des Wechsels in der Beaufschlagung zu magerem Abgas hin ist, und t_b der Zeitpunkt t₃ oder t'₃ ist, zu dem das Ausgangssignal der Nachkatlambdasonde einen Schwellenwert unterschreitet. Wenn man die Zeitverzögerung Δt'' kennt, kann man die Integralgrenzen t_a und t_b geeignet verschieben, z. B. die Integralberechnung erst zum Zeitpunkt t_a + Δt'' beginnen lassen.
Verhält sich also die Sauerstoffspeicherkapazität gemäß der Kurve 24, und liegt der Grenzwert bei 10% und ein grober Grenzwert bei 17,5%, dann wird das eingangs geschilderte Verfahren der Grobprüfung durchgeführt, bis der (jedenfalls virtuell gedachte) Zeitpunkt P betreffend die Katalysatoralterung erreicht ist, also der obere Schwellwert von 17,5% bezüglich der ursprünglichen Sauerstoffspeicherkapazität erreicht ist. Diese Grobprüfung ist die Methode A. Sobald der Punkt P unterschritten ist, wird die Methode B durchgeführt, die oben anhand der 3A und 3B und abermals anhand von 2A erläutert wurde. Bei der Methode B wird die Sauerstoffspeicherkapazität gemäß der Kurve 24 präzise gemessen, und es ist eine Differenz ΔOSC, in der Figur gezeigt, für den Zeitpunkt P', ermittelbar. Solange diese Differenz noch einen endlich großen Wert hat, ergibt die Prüfung nach wie vor, dass die Sauerstoffspeicherkapazität ausreichend ist. Erst zum Zeitpunkt P'' wird die absolut untere Grenze für die Sauerstoffspeicherkapazität unterschritten.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Zeitverzögerung (Δt'') bei der Reaktion einer zumindest einem Abschnitt eines Katalysators (3) mit Sauerstoffspeicher (4) im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (1) nachgeordneten Lambdasonde (6) auf Änderungen im zu messenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintreten eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine abgewartet oder bewirkt wird und die Zeit vom Beginn des Schubbetriebs (t₇) bis hin zu einem Durchlaufen eines Schwellwerts im Ausgangssignal der Lambdasonde (6) gemessen wird, wobei – ein erster Schätzwert für die Zeitdauer (t₈ – t₇) festgelegt wird, in der der Sauerstoffspeicher im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gefüllt wird, – ein zweiter Schätzwert (t₉ – t₈) für die Zeitdauer festgelegt wird, in der Abgas vom Eingang des Katalysators (3) bis hin zur Lambdasonde (6) gelangt, und die beiden Schätzwerte in der gemessenen Zeit (t₉' – t₇) abgezogen werden, sodass man einen Wert für die Zeitverzögerung (Δt'') erhält.
Verfahren nach Anspruch 1 welches bei einem Katalysator (3) durchgeführt wird, der einen Alterungsprozess durchlaufen hat, und nur noch zwischen einem Zwanzigstel und einem Fünftel seiner ursprünglichen Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schätzwert zu Null gesetzt wird.
Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) im Abgasstrang (2) einer Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Sauerstoffspeichers (4), wobei zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) in Strömungsrichtung des Abgases eine Lambdasonde (6) nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) die der Lambdasonde (6) inhärente Zeitverzögerung nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gemessen wird, und dass b) der Sauerstoffspeicher soweit wie möglich von Sauerstoff geleert oder mit Sauerstoff gefüllt wird und sodann c) ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem bzw. fettem Abgas erfolgt und diese Beaufschlagung endet, wenn das Ausgangssignal der Lambdasonde eine bestimmte Schwelle durchläuft, d) ein Zeitintegral über die pro Zeit in den Sauerstoffspeicher (4) eingetragene oder aus ihm entnommene Sauerstoffmenge berechnet wird, wobei bei der Festsetzung der Grenzen des Zeitintegrales die gemessene Zeitverzögerung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintegral zu dem Zeitpunkt beginnt, der gegenüber dem Zeitpunkt des Wechsels um die gemessene Zeitverzögerung verzögert ist, und dass das Zeitintegral zu dem Zeitpunkt des Durchlaufens der Schwelle endet.
Verfahren zum Prüfen der Sauerstoffspeicherkapazität eines einem Katalysator (3) im Abgasstrang (2) einer Brennkraftmaschine (1) zugeordnetden Sauerstoffspeichers (4), wobei zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) in Strömungsrichtung des Abgases eine Lambdasonde (6) nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass k) der Sauerstoffspeicher so weit wie möglich von Sauerstoff geleert oder mit Sauerstoff gefüllt wird und sodann l) ein Wechsel zu einer Beaufschlagung des Sauerstoffspeichers mit magerem bzw. fettem Abgas erfolgt, m) eine Zeitverzögerung (Δt) zwischen dem Zeitpunkt des Wechsels (t₁) und dem Zeitpunkt (t'₁) des Erfülltseins eines vorbestimmten Kriteriums betreffend das Ausgangssignal der Lambdasonde (6) gemessen wird, wobei n) während Schritt l) ständig ein Zeitintegral über die pro Zeit in den Sauerstoffspeicher eingetrage oder aus ihm entnommene Sauerstoffmenge berechnet wird oder die Zeit gemessen wird, wobei o) ein Grenzwert (t₂') für das Zeitintegral bzw. für die Zeit aus einem Grundgrenzwert (t₂) unter Berücksichtigung der Zeitverzögerung (Δt) festgelegt wird, p1) falls das Zeitintegral bzw. die Zeit den Grenzwert (t₂') überschreitet, bevor das Ausgangssignal der Lambdasonde eine bestimmte Schwelle erreicht hat, Beenden des in Schritt l) begonnenen Beaufschlagens und Feststellen einer ausreichenden Sauerstoffspeicherfähigkeit, p2) falls das Ausgangssignal eine bestimmte Schwelle erreicht hat und das Zeitintegral bzw. die Zeit den Grenzwert (t₂') noch nicht überschritten hat, Beenden des in Schritt l) begonnenen Beaufschlagens und Durchführen derjenigen Schritte des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, die noch nicht durchgeführt sind.