DE102015002464A1

DE102015002464A1 - Verfahren zur Diagnose einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015002464A1
Application number: DE102015002464.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Ulmer; Uwe Hofmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer in einer Abgasanlage (18) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (28), insbesondere eines Katalysators (28), bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (10) in einem Diagnosebetrieb zur Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) betrieben wird, mit den Schritten: – Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (10) in einem von dem Diagnosebetrieb unterschiedlichen Normalfahrbetrieb; – Erfassen wenigstens eines die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) charakterisierenden Parameters während des Normalfahrbetriebs; – Umschalten der Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb in Abhängigkeit von dem Parameter; und – Überprüfen der Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) während des Diagnosebetriebs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Verfahren zur Diagnose von in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Kraftwagen, angeordneten und von Abgas der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtungen sind beispielsweise bereits der DE 101 13 010 A1 und der DE 199 13 268 C1 als bekannt zu entnehmen. Bei einem solchen Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine gezielt in einem Diagnosebetrieb zur Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung betrieben.
Bei einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung kann es sich um einen Katalysator, insbesondere einen Oxidationskatalysator, handeln, welcher beispielsweise dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine als Dieselmotor ausgebildet ist, als Dieseloxidationskatalysator (DOC) bezeichnet wird. Ein solcher Oxidationskatalysator oxidiert unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas in einer exothermen Reaktion, das heißt unter Freisetzung von Wärme. Für den Reaktionsbeginn wird eine Aktivierungsenergie insbesondere in Form einer Temperatur beziehungsweise einer Temperaturerhöhung benötigt, welche bei einer Verbrennungskraftmaschine in Form von heißem Abgas vorliegt.
Ein solcher Oxidationskatalysator umfasst üblicherweise ein Trägermaterial, das mit einer Mischung aus Edelmetallen beschichtet ist, deren Zusammensetzung je nach Anwendungsfall variieren kann. Die chemischen Eigenschaften der Edelmetalle sowie deren Mischungsverhältnis bestimmen die notwendige Aktivierungsenergie als auch das Maß an Exothermie und die Vollständigkeit der chemischen Reaktion. Hieraus ergeben sich grundlegende Möglichkeiten der Charakterisierung der Beschichtung:

1. Bestimmung der Aktivierungsenergie
2. Quantitative Bestimmung der gebildeten Wärme (Exothermie) bei der Verbrennung der Abgasbestandteile (HC + CO)
3. Messung der Reaktionsprodukte (Emissionen) mittels geeigneter Sensoren (HC-Sensoren).

Am Motoren- und/oder Fahrzeugrollen-Prüfstand wird die Korrelation zwischen Reaktionsprodukt und Exothermie beziehungsweise notwendiger Aktivierungsenergie bestimmt. Mit fallender Güte der Beschichtung steigen sowohl die HC-Emissionen aufgrund vollständiger Reaktion, als auch die notwendige Aktivierungsenergie. Eine solche fallende beziehungsweise abnehmende Güte resultiert beispielsweise aus einer Alterung oder Schädigung des Katalysators. Allerdings korrelieren Bauteilschädigung, Exothermie und Emissionen nicht im selben Maß wie Bauteilschädigung, Aktivierungsenergie und Emissionen.
Ziel der Diagnose ist es üblicherweise, das Maß an Bauteilschädigungen, das heißt die sogenannte Grenzmuster-(GM-)Abgasanlage zuverlässig zu erkennen, bei der wenigstens ein vorgebbarer Schwellenwert, sogenannte OBD-Emissionen, gerade noch nicht überschritten werden (OBD – On-Board-Diagnostic – An-Bord-Diagnose). Allerdings dürfen Bauteile, die gealtert aber hinsichtlich Emissionen noch funktionstüchtig sind, das heißt sogenannte Full-Useful-Life-(FUL)-Abgasanlagen, nicht als defekt geprüft beziehungsweise diagnostiziert werden. Dieser Zielkonflikt zwischen sicherer Erkennung eines defekten Bauteils und Darstellung eines robusten Systems wird mit immer strenger werdenden Emissionsgrenzwerten stets ausgeprägter.
Mit anderen Worten, durch immer geringere Abgasemissionen, insbesondere hinsichtlich der Messgrößen, und damit geringeren OBD-Emissionsgrenzwerten wird es immer schwieriger, ein defektes Bauteil der Abgasanlage von einem funktionstüchtigen Bauteil zu unterscheiden, da immer geringere Schädigungen einen immer höheren, insbesondere prozentualen, Emissionseinfluss haben. Daraus ergibt sich der Zielkonflikt einer robusten Diagnose im Feld, insbesondere hinsichtlich der Vermeidung von Fehldetektionen, und einer sicheren Erkennung eines defekten Bauteils vor Überschreiten des OBD-Emissionsgrenzwertes.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass als Light-off- oder Light-off-Temperatur diejenige Temperatur verstanden wird, ab der ausreichend Aktivierungsenergie für die exotherme Reaktion der reagierenden Abgasbestandteile (HC + CO) vorhanden ist. Die Messung der Light-off-Temperatur ist Stand der Technik. Die Light-off-Temperatur kann als Diagnosekriterium verwendet werden, indem sie mit einer Referenztemperatur direkt verglichen wird. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, eine Differenz zwischen der Referenztemperatur und der gemessenen Light-off-Temperatur zu verarbeiten. Insbesondere in einem relevanten Temperaturbereich von circa 180 bis 250 Grad Celsius lassen sich unterschiedliche Beschichtungen sehr gut differenzieren. Allerdings ist hierzu ein quasi-stationärer Motorbetriebspunkt über eine hinreichend lange Zeitdauer erforderlich, um sicherzustellen, dass die Temperaturerhöhung über den Oxidationskatalysator durch die exotherme Reaktion erfolgt. Ein instationärer Motorbetrieb oder schnelles Durchschreiten des relevanten Temperaturbereichs durch Beschleunigungsvorgänge schränken diese Diagnosemöglichkeit deutlich ein.
Die Messung der Exothermie in Form einer Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur stromauf des Oxidationskatalysators und einer Temperatur stromab des Oxidationskatalysators, als Maß der Beschichtungsgüte, ist ebenfalls in einem definierten Temperaturfenster nahe der Light-off-Temperatur am besten möglich. Je mehr die Light-off-Temperatur beziehungsweise ein Light-off-Bereich hin zu Regenerationstemperaturen überschritten wird, das heißt je höher die Aktivierungsenergie ist, desto schlechter wird die Korrelation zwischen Bauteilschädigung, Exothermie und Emission. Dieses Diagnoseprinzip aufgrund Exothermie ist das derzeit gebräuchlichste und wird hauptsächlich während einer Regeneration eines Partikelfilters, insbesondere Dieselpartikelfilters (DPF), angewandt. Hierbei bleiben die Abgasmassenströme meist unberücksichtigt.
Der Nachteil dieses Diagnoseprinzips ist die schlechtere Trennschärfe zwischen einem defekten und einem funktionstüchtigen Bauteil bei hohen Temperaturen. Anhand dieses Diagnoseprinzips können in der Regel nur komplett unbeschichtete Bauteile erkannt werden, was mit steigenden Anforderungen in der OBD-Gesetzgebung nicht mehr ausreichend sein wird.
Das Diagnoseprinzip der Wirkungsgradüberwachung basiert auf einer thermodynamischen Energiebilanz der zugeführten und abgeführten Wärmeströme und stützt sich somit ebenfalls auf die Messung der Temperaturdifferenz über dem Oxidationskatalysator in Abhängigkeit von den Abgasmassenströmen.
Ferner ist ein Diagnoseansatz mittels eines sogenannten Opfer-Katalysators bekannt. Dieser Diagnoseansatz mittels des Opfer-Katalysators basiert auf dem Vergleich von Temperaturdifferenzen über einem beschichteten Volumen und einem unbeschichteten Volumen eines Katalysators. Hierzu ist jedoch ein besonders großer Katalysator erforderlich, da zumindest ein erster Teil des Katalysators unbeschichtet ist und auch dann, wenn der Katalysator funktionstüchtig ist, nicht an der Reaktion teilnimmt. Ferner sind wenigstens zwei Temperatursensoren erforderlich, von denen einer als Referenzgröße dient beziehungsweise von denen einer eine Referenztemperatur erfasst. Der Vorteil der Kompensation von Dynamikeinflüssen durch den zweiten Temperatursensor wird durch die höheren Stückkosten durch diesen eliminiert.
Ein weiteres Problem ist, dass für Fahrzeuganwendungen derzeit keine geeigneten, serienfähigen HC-Sensoren (Sensoren zum Erfassen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen) am Markt verfügbar sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders robuste und präzise Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders robuste und präzise Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine bei einem ersten Schritt des Verfahrens in einem von dem Diagnosebetrieb unterschiedlichen Normalfahrbetrieb betrieben wird. Der Normalfahrbetrieb wird auch als normaler Fahrbetrieb bezeichnet und unterscheidet sich hinsichtlich der Regelung beziehungsweise Steuerung der Verbrennungskraftmaschine vom Diagnosebetrieb. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung charakterisierender Parameter während des Normalfahrbetriebs (normaler Fahrbetrieb) erfasst. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird die Verbrennungskraftmaschine von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb in Abhängigkeit von dem Parameter umgeschaltet. Ferner wird bei einem vierten Schritt des Verfahrens die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung während des Diagnosebetriebs überprüft, sodass die eigentliche Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung im vom normalen Fahrbetrieb unterschiedlichen Diagnosebetrieb der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
Der Parameter wird auch als Indikator bezeichnet, sodass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine indikatorgesteuerte Diagnose der beispielsweise als Katalysator und insbesondere als Oxidationskatalysator ausgebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung realisieren lässt. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um einen indikatorgesteuerten Diagnoseansatz, welcher sich dadurch auszeichnet, dass anhand des Parameters beziehungsweise Indikators im normalen Fahrbetrieb und somit beispielsweise in unterschiedlichen, vom eigentlichen Diagnosebetrieb unterschiedlichen Motorbetriebszuständen Auffälligkeiten passiv überwacht und ausgewertet werden.
Ergibt sich aufgrund dieser passiven Auswertung und Überwachung des Indikators ein Fehlerverdacht, das heißt ein Hinweis auf eine etwaige Schädigung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, so wird die Betriebsart der Verbrennungskraftmaschine vom Normalfahrbetrieb aktiv in den Diagnosebetrieb gewechselt, indem eine Diagnoseprüfung insbesondere hinsichtlich der Funktion oder Funktionstüchtigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgt. Bei den genannten Auffälligkeiten, welche anhand des Parameters erfasst werden können, handelt es sich beispielsweise um eine Light-off-Temperaturverschiebung der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder einen Zündverzug während eines Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine und/oder einen Wirkungsgradeinbruch der Abgasnachbehandlungseinrichtung während einer Regeneration eines in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilters. Tritt eine solche Auffälligkeit auf, so kann aktiv vom normalen Fahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet werden, um dann im Rahmen des Diagnosebetriebs die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders präzise und genau zu überprüfen.
Ein Vorteil eines solchen indikatorgesteuerten Diagnoseansatzes besteht darin, dass eine Einschränkung auf enge Zeit- und Motorbetriebsfenster zur Diagnose vermieden werden kann. Ferner ist eine zumindest zweistufig Überprüfung vorgesehen, da der passive beziehungsweise passiv erfasste Indikator aktiv, das heißt im Rahmen des Diagnosebetriebs, bestätigt wird oder bestätigt werden muss. Ergebnis des Diagnosebetriebs kann nämlich durchaus sein, dass, obwohl auf Basis des Parameters das Umschalten vom Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb veranlasst wurde, eine Schädigung, auf die der Parameter hingewiesen hat, tatsächlich nicht vorliegt. Somit ist ein weiterer Vorteil des indikatorgesteuerten Diagnoseansatzes, dass die eigentliche Überprüfung der Abgasnachbehandlungseinrichtung nur in dezidierten, das heißt aussagekräftigen Motorbetriebszuständen durchgeführt wird.
Bei dieser Überprüfung handelt es sich beispielsweise um eine sogenannte Defekt-Prüfung, in deren Rahmen überprüft wird, ob die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Schädigung beziehungsweise ein übermäßiges Alter aufweist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit eine äußerst robuste und zuverlässige Diagnose realisiert werden, da eine erforderliche Trennschärfe realisiert werden kann. Durch diese Trennschärfe ist es möglich, besonders präzise zwischen einem funktionstüchtigen und einem defekten Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu unterscheiden, sodass die Gefahr, dass ein Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung fälschlicherweise erfasst wird, besonders gering gehalten werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist diese Trennschärfe auch bei stets sinkenden Emissionsgrenzwerten realisierbar. Ferner ist es möglich, die Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens reproduzierbar mit der hohen Trennschärfe durchzuführen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist bei einem fünften Schritt des Verfahrens vorgesehen, dass wenigstens eine Kraftstoff-Nacheinspritzung während des Normalfahrbetriebs durchgeführt wird, wobei der Parameter wenigstens eine Temperatur des Abgases umfasst. Mit anderen Worten wird im Rahmen der Erfassung des Parameters wenigstens eine Temperatur des Abgases erfasst. Bei einem sechsten Schritt des Verfahrens wird eine durch die Kraftstoff-Nacheinspritzung bewirkte Temperaturerhöhung des Abgases erfasst. Hierdurch kann eine besonders hohe Trennschärfe realisiert werden. Dies bedeutet, dass als der Parameter eine durch die Kraftstoff-Nacheinspritzung bewirkte Temperaturerhöhung des Abgases erfasst wird.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbrennungskraftmaschine von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet wird, wenn die erfasste Temperaturerhöhung einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Die Überschreitung des Schwellenwerts durch die Temperatur beziehungsweise Temperaturerhöhung des Abgases stellt einen Indikator mit besonders hoher Trennschärfe dar, anhand dessen vom Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet werden kann, sodass letztendlich mit besonders hoher Präzision und Robustheit eine etwaige Schädigung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn als die Temperaturerhöhung eine Temperaturerhöhung über einem in der Abgasanlage angeordneten und von der Abgasnachbehandlungseinrichtung unterschiedlichen Partikelfilter erfasst wird. Vorzugsweise ist der Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Anhand der Überschreitung des Schwellenwerts durch die Temperatur beziehungsweise Temperaturerhöhung des Abgases über dem Partikelfilter kann beispielsweise ein Rückschluss darauf gezogen werden, dass die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung hinsichtlich einer Oxidation von im Abgas enthaltenen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) nicht mehr hinreichend ist. Dieser Rückschluss kann dann im Rahmen des Diagnosebetriebs präzise und robust überprüft werden.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Parameter einen Stickoxid-Umsatz eines in der Abgasanlage angeordneten und von der Abgasnachbehandlungseinrichtung unterschiedlichen SCR-Katalysators umfasst (SCR – selektive katalytische Reduktion). Der Stickoxid-Umsatz stellt einen besonders aussagekräftigen Indikator dar, anhand dessen vom Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet werden kann.
Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Parameter einen Wirkungsgrad der Abgasnachbehandlungseinrichtung bezüglich der Oxidation von im Abgas enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen umfasst. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist beispielsweise als Oxidationskatalysator und insbesondere als Dieseloxidationskatalysator (DOC) ausgebildet und hat die Aufgabe, im Abgas etwaig enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Hierzu weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung beispielsweise eine zumindest ein Edelmetall umfassende Beschichtung auf. Anhand der Überprüfung des Wirkungsgrads kann beispielsweise festgestellt werden, ob die Beschichtung übermäßige Schäden aufweist, was dann im Diagnosebetrieb präzise und robust überprüft werden kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet wird, wenn der erfasste Wirkungsgrad einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Ist somit der Wirkungsgrad beispielsweise geringer als erwartet, so kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung ihre gewünschte Funktion hinsichtlich der Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen nicht mehr hinreichend erfüllen, was im Rahmen des Diagnosebetriebs präzise erfasst werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Anzahl an Überschreitungen eines vorgebbaren Schwellenwerts durch den Parameter erfasst. Mit anderen Worten wird erfasst, wie oft der Parameter einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet, wenn die Anzahl einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Vorzugsweise ist der Schwellenwert größer als 1 und vorzugsweise größer als 2. Hierdurch kann die Gefahr von Fehldetektionen besonders gering gehalten werden. Ferner kann die Durchführung von unnötigen, aktiven Diagnosevorgängen vermieden werden, sodass der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden kann. Unter einem solchen unnötigen Diagnosevorgang ist ein Diagnosevorgang zu verstehen, welcher durchgeführt wird, obwohl die Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht defekt ist. Derartige unnötige Diagnosevorgänge können üblicherweise im Stand der Technik auftreten.
Zur Erfindung gehört auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass während des normalen Fahrbetriebs Parameter beziehungsweise Indikatoren für eine schlechte Aktivität der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch eine Softwarefunktion überwacht werden. Diese Indikatoren können beispielsweise sein:

a. Der Wirkungsgrad der beispielsweise als Oxidationskatalysator ausgebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt zwischen dem Wirkungsgrad einer FUL- und einer GM-Abgasanlage.
b. Die Exothermie über einem in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter ist höher beziehungsweise geringer als erwartet, während eine Regeneration des Partikelfilters unterbleibt, das heißt während keine Regeneration des Partikelfilters stattfindet.
c. Auffälligkeit durch andere Diagnosefunktionen.
d. Auffälligkeiten der Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb eines definierten Betriebsbereiches, wobei beispielsweise ein Temperaturgradient nach einer Kraftstoff-Nacheinspritzung geringer als erwartet ist und/oder wobei eine Temperaturerhöhung durch Kraftstoff-Nacheinspritzung erfolgt und/oder wobei eine Temperaturerhöhung durch eine elektrische Heizscheibe erfolgt. Unter einer solchen elektrischen Heizscheibe ist ein elektrisches Heizelement zu verstehen, mittels welchem beispielsweise die Abgasnachbehandlungseinrichtung erwärmbar ist.
e. Die Zeitdauer zwischen dem Beginn der Kraftstoff-Nacheinspritzung und der Light-off-Temperatur beziehungsweise einem Temperaturanstieg ist zu lange in einem bestimmten Betriebsbereich.

Nach einer definierbaren Anzahl an solchen Auffälligkeiten kommt es zu einem bestätigten Fehlerverdacht. Nun erfolgt die Überprüfung auf einen geeigneten, definierbaren Betriebsbereich. Wird ein entsprechender Fahrzustand erkannt, so wird beispielsweise eine Abgasrückführung (AGR) beendet, indem beispielsweise ein AGR-Ventil geschlossen wird, und es erfolgt der Wechsel von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb, welcher auch als Aktivstufe bezeichnet wird. In der Aktivstufe wird wenigstens eine frei definierbare Nacheinspritzung abgesetzt. Unter einer solchen Nacheinspritzung ist eine Kraftstoff-Nacheinspritzung zu verstehen, bei welcher Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Nach einer bestimmten Zeit beziehungsweise nach Einspritzmenge erfolgt die Auswertung des Diagnosedurchlaufs, wobei diese Auswertung beispielsweise gemäß dem Stand der Technik erfolgen kann. Ohne Fehlerverdacht erfolgt die Diagnoseprüfung konventionell in Regeneration.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, wobei ein Verfahren zur Diagnose einer in einer Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine angeordneten und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung durchgeführt wird;
2 ein Zustandsänderungsdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens;
4 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens; und
5 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10 eines Kraftwagens, welcher mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist vorliegend als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet und umfasst ein Zylindergehäuse 12, durch welches eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern 14 gebildet ist. Jedem der Zylinder 14 ist beispielsweise wenigstens ein Injektor zugeordnet, mittels welchem Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, in den jeweiligen Zylinder 14 einspritzbar ist. Der eingespritzte Kraftstoff wird mit Luft gemischt, sodass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas entsteht.
Zum Abführen des Abgases aus den Zylindern 14 umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 16, in welchem eine Abgasanlage 18 angeordnet ist. Die Abgasanlage 18 ist von dem Abgas durchströmbar und umfasst eine Mehrzahl von Komponenten. Eine dieser Komponenten ist eine Turbine 20 eines Abgasturboladers 22, wobei die Turbine 20 von dem Abgas antreibbar ist. Der Abgasturbolader 22 umfasst auch einen Verdichter 24, welcher in einem Ansaugtrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet ist. Der Verdichter 24 ist von der Turbine 20 antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der den Zylindern 14 zuzuführenden Luft genutzt wird.
Als weitere Komponente umfasst die Abgasanlage 18 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung in Form eines von dem Abgas durchströmbaren Oxidationskatalysators 28, welcher – wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 als Dieselmotor ausgebildet ist – als Dieseloxidationskatalysator (DOC) ausgebildet ist. Der Oxidationskatalysator 28 ist mit wenigstens einem elektrischen Heizelement 30 ausgestattet, mittels welchem der Oxidationskatalysator 28 beheizt und somit erwärmt werden kann.
Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage 18 ist stromab des Oxidationskatalysators 28 ein Partikelfilter 32 der Abgasanlage 18 angeordnet, wobei der Partikelfilter 32 auch als Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichnet wird. Der Partikelfilter 32 dient zum Filtern von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, die in dem Abgas enthalten sind. Stromab des Partikelfilters 32 ist ein weiterer Katalysator in Form eines SCR-Katalysators 34 angeordnet (SCR – selektive katalytische Reduktion). Der SCR-Katalysator 34 dient zum Unterstützen einer selektiven katalytischen Reduktion, wodurch das Abgas entstickt werden kann. Darunter ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide (NO_x) zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden können.
Die Abgasanlage 18 umfasst einen ersten Temperatursensor 36, welcher stromab der Turbine 20 und stromauf des Oxidationskatalysators 28 angeordnet ist. Ferner umfasst die Abgasanlage 18 einen zweiten Temperatursensor 38, welcher stromab des Oxidationskatalysators 28 und stromauf des Partikelfilters 32 angeordnet ist. Ferner umfasst die Abgasanlage 18 einen Temperatursensor 40, welcher stromab des Partikelfilters 32 und stromauf des SCR-Katalysators 34 angeordnet ist. Die Temperatursensoren 36, 38 und 40 dienen zum Erfassen einer jeweiligen Temperatur des Abgases, sodass mittels der Temperatursensoren 36, 38 und 40 beispielsweise ein Temperaturanstieg beziehungsweise eine Temperaturerhöhung des Abgases erfassbar ist.
Ferner umfasst die Abgasanlage 18 einen ersten Stickoxid-Sensor 42, welcher auch als NO_x-Sensor bezeichnet wird und stromab des Temperatursensors 40 und stromauf des SCR-Katalysators 34 angeordnet ist. Außerdem umfasst die Abgasanlage 18 einen zweiten Stickoxid-Sensor 44, welcher auch als NO_x-Sensor bezeichnet wird und stromab des SCR-Katalysators 34 angeordnet ist. Die Stickoxid-Sensoren 42 und 44 dienen somit zum Erfassen eines jeweiligen Gehalts an Stickoxiden im Abgas. Mittels der Stickoxid-Sensoren 42 und 44 kann somit beispielsweise ein Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 34 hinsichtlich der Entstickung des Abgases erfasst beziehungsweise ermittelt werden.
Außerdem umfasst die Abgasanlage 18 eine Dosiereinrichtung 46, welche stromab des Stickoxid-Sensors 42 und stromauf des SCR-Katalysators angeordnet ist. Die Dosiereinrichtung 46 dient zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas, wobei das Abgas mittels des zudosierten beziehungsweise eingebrachten beziehungsweise eingebrachten Reduktionsmittels entstickt werden kann.
Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich beispielsweise um eine wässrige Harnstofflösung, welche im Abgas Ammoniak (NH₃) freisetzt. Der Ammoniak kann im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktion im SCR-Katalysator 34 mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden zu Wasser und Stickstoff reagieren, wodurch das Abgas entstickt wird.
Das elektrische Heizelement 30 ist optional vorgesehen und dient dazu, den Oxidationskatalysator 28 zu heizen, wenn beispielsweise das Abgas eine unzureichende Temperatur aufweist, um den Oxidationskatalysator 28 auf seine Light-off-Temperatur zu erwärmen. Durch Beheizen beziehungsweise Erwärmen des Oxidationskatalysators 28 kann dieser auf seine Light-off-Temperatur gebracht werden. Im Rahmen des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 wird ein Verfahren zur Diagnose des Oxidationskatalysators 28 durchgeführt. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird bei dem Verfahren die Verbrennungskraftmaschine 10 in einen Diagnosebetrieb zur Diagnose des Oxidationskatalysators 28 betrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht beschränkt auf eine Anwendung bei einem Oxidationskatalysator, sondern ist auch für andere insbesondere oxidationskatalytisch wirksame Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie beispielsweise Stickoxid-Speicherkatalysatoren oder katalytisch beschichtete Partikelfilter anwendbar.
Bei dem Verfahren erfolgt eine Überwachung einer Mehrzahl von vorgebbaren Betriebsgrößen, welche als Indikatoren oder Parameter bezeichnet werden. Diese Indikatoren charakterisieren insbesondere das Abgas und den Oxidationskatalysator 28, wobei diese Indikatoren während eines von dem Diagnosebetrieb unterschiedlichen Normalfahrbetriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 und somit des Kraftwagens erfasst und überwacht werden. Im Folgenden wird der Normalfahrbetrieb auch als normaler Fahrbetrieb bezeichnet. Die Überwachung der Indikatoren ist eine passive Diagnose, da die Indikatoren während des normalen Fahrbetriebs und nicht etwa während des gezielt durchführbaren Diagnosebetriebs überwacht werden. Insbesondere werden die jeweiligen Indikatoren mittels wenigstens eines Sensors erfasst. Die überwachten Indikatoren korrelieren mit einer Leistungsfähigkeit, insbesondere einer katalytischen Wirksamkeit, des Oxidationskatalysators 28. Unter dieser katalytischen Wirksamkeit ist beispielsweise der Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators 28 hinsichtlich seiner Fähigkeit, im Abgas enthaltene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) zu oxidieren, zu verstehen. Wird bei der Überwachung der Indikatoren festgestellt, dass wenigstens einer der Indikatoren außerhalb eines für den jeweiligen Indikator vorgebbaren Wertebereichs liegt oder einen jeweils vorgebbaren Grenzwert über- oder unterschreitet, so wird dies als eine Auffälligkeit registriert. Diese Auffälligkeit wird auch als Verdachtsereignis oder Fehlerverdacht bezeichnet. Die Auffälligkeit beziehungsweise das Verdachtsereignis zeigt eine mögliche relevante Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Oxidationskatalysators 28 an.
Bei dem Verfahren wird die Anzahl an erfassten Verdachtsereignissen erfasst. Überschreitet die Anzahl der registrierten Verdachtsereignisse einen vorgebbaren Schwellenwert, so kommt es zu einem bestätigten Fehlerverdacht und die Verbrennungskraftmaschine 10 wird aktiv von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet. Mit anderen Worten wird eine Diagnoseprozedur gestartet, welche auch als aktive Diagnose bezeichnet wird. Im Rahmen dieser aktiven Diagnose wird die Funktion des Oxidationskatalysators 28 gezielt überprüft. Die Diagnoseprozedur ermöglicht es, mit einer hohen Zuverlässigkeit zu ermitteln, ob eine relevante Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Oxidationskatalysators 28 vorliegt oder nicht. Die aktive Diagnose wird jedoch nur gestartet, wenn vorgebbare Bedingungen insbesondere für Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine 10, des Abgases und/oder des Oxidationskatalysators 28 vorliegen. Bei der Diagnoseprozedur erfolgt ein Eingriff in den normalen Fahrbetrieb. Dabei wird mittels einer späten motorischen Kraftstoff-Nacheinspritzung das Abgas mit unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteilen (Kohlenwasserstoffen) angereichert und das angereicherte Abgas dem Oxidationskatalysator 28 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich zu einer motorischen Kraftstoff-Nacheinspritzung kann auch eine nachmotorische Einspritzung von Kraftstoff ins Abgas stromauf des Oxidationskatalysators 28 erfolgen. Unter einer motorischen Einspritzung von Kraftstoff ist zu verstehen, dass der Kraftstoff mittels des jeweiligen Injektors direkt in den jeweiligen Zylinder 14 eingespritzt wird. Unter einer nachmotorischen Kraftstoff-Nacheinspritzung ist zu verstehen, dass der Kraftstoff nicht in die Zylinder 14, sondern stromab in die Abgasanlage 18 stromauf des Oxidationskatalysators 28 eingespritzt wird.
Die Leistungsfähigkeit des Oxidationskatalysators 28 in Bezug auf einen exothermen oxidativen Umsatz der zugeführten Kraftstoffbestandteile wird durch Ermittlung einer thermischen Abgasgröße und deren Vergleich mit einem vorgebbaren Referenzwert bewertet. Weicht die ermittelte thermische Abgasgröße um mehr als ein vorgebbares Maß vom Referenzwert ab, so wird der Oxidationskatalysator 28 als unzulässig gealtert angesehen beziehungsweise dessen Leistungsfähigkeit wird als unzulässig verschlechtert angesehen.
Da bei dem Verfahren dann und nur dann eine aktive Diagnose erfolgt, wenn ein hinreichender Verdacht auf eine Katalysatorverschlechterung vorliegt, werden unnötig erfolgende aktive Diagnosen und damit eine unnötige Verbrauchsverschlechterung vermieden, sodass die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch betrieben werden kann.
2 zeigt ein Zustandsänderungsdiagramm, anhand dessen das Verfahren im Folgenden genauer erläutert wird. Das Verfahren zur Diagnose des Oxidationskatalysators 28 sieht einen Ablauf von unterschiedlichen Zuständen A, B, C, D und E in der Art eines durch 2 veranschaulichten Zustandsautomaten vor. Der Zustand A ist der genannte normale Fahrbetrieb. Ausgehend vom Zustand A (normaler Fahrbetrieb) erfolgt eine Abfrage einer Mehrzahl von vorgebbaren Freigabekriterien. Die Freigabekriterien umfassen eine Abfrage bezüglich folgender Bedingungen:

– Ist eine Mindestfahrstrecke ab einem letzten Reset zurückgelegt? Dieses Freigabekriterium ist somit erfüllt, wenn eine von dem Kraftwagen seit dem letzten Zurücksetzen zurückgelegte Fahrstrecke einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
– Ist die Abgastemperatur stromauf beziehungsweise vor und/oder stromab beziehungsweise nach dem Oxidationskatalysator 28, das heißt bezüglich der Temperatursensoren 36 und 38, innerhalb vorgebbarer Bereiche? Für die Temperatur stromauf des Oxidationskatalysators 28 reicht dieser Bereich beispielsweise von 180 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius. Für die Temperatur des Abgases stromab des Oxidationskatalysators 28 erstreckt sich der Bereich beispielsweise von 180 Grad Celsius bis einschließlich 250 Grad Celsius. Befindet sich der Abgasvolumenstrom in einem vorgebbaren Bereich? Dieser Bereich beträgt vorzugsweise 10 Prozent bis 50 Prozent vom Maximal- oder Nennwert.
– Ist eine Änderung des Abgasvolumenstroms kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert? Hierbei erfolgt eine Stationaritätserkennung. Befindet sich der aktuelle Motorbetriebspunkt innerhalb eines vorgebbaren Bereichs im Last-Drehzahl-Kennfeld der Verbrennungskraftmaschine 10? Beispielsweise erfolgt hier eine Abfrage, ob die aktuelle Last geringer als eine mittlere Teillast ist.

Sind die Freigabekriterien zu einem vorgebbaren Teil, vorzugsweise alle, erfüllt, so wird ein Freigabe-Bit gesetzt und – abhängig davon, ob ein Zähler für die registrierten Verdachtsereignisse kleiner oder größer als ein oberer Schwellenwert z ist – in den Zustand B oder C gewechselt.
Im Zustand B erfolgt eine Überwachung der Indikatoren, solange das Freigabe-Bit gesetzt ist. Die Freigabekriterien werden weiterhin überwacht und gegebenenfalls das Freigabe-Bit zurückgesetzt. In diesem Fall wird zurück in den Zustand A gesprungen. Sind vorgebbare Bedingungen für eine vorgebbare Untermenge der Indikatoren erfüllt, so wird ein Verdachtsereignis registriert und ein hierfür vorgesehener Zähler, ein sogenannter Verdachtsereignis-Zähler, inkrementiert. Die Indikatoren beziehungsweise deren Bedingungen umfassen beziehungsweise sind erfüllt, wenn (wenn Beantwortung der nachfolgenden Abfragen mit Ja, dann Inkrementierung des Verdachtsereignis-Zählers):

– Liegt im Falle einer im normalen Fahrbetrieb erfolgenden Kraftstoff-Nacheinspritzung NE (zum Beispiel zum Zwecke einer Abgasaufheizung bei Warmlauf, nach Abkühlen der Abgasanlage 18 aufgrund Niedriglast usw.) ein sogenannter Zündverzug des Oxidationskatalysators 28 vor? Unter einem solchen Zündverzug ist ein spätes Anspringen des Oxidationskatalysators 28 zu verstehen. Ein solcher Zündverzug liegt dabei insbesondere vor, wenn eine Zeitspanne ab Beginn der Nacheinspritzung bis zum Auftreten einer Temperaturdifferenz ΔT vorgebbarer Größe (zum Beispiel 10 Kelvin) über dem Oxidationskatalysator 28 größer als ein vorgebbarer Grenzwert ist, wobei der Grenzwert beispielsweise abhängig von der Abgastemperatur, dem Abgasvolumenstrom und/oder dem Abgasmassenstrom ist, und/oder wenn ein zeitlicher Gradient von ΔT kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist.
– Liegt im Falle einer im normalen Fahrbetrieb erfolgenden Kraftstoff-Nacheinspritzung NE eine sich einstellende Temperaturerhöhung ΔT über dem Oxidationskatalysator 28 oder deren Anstiegsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts (abhängig von der Menge der Kraftstoff-Nacheinspritzung und/oder der Dauer der Kraftstoff-Nacheinspritzung)?
– Liegt im Falle einer im normalen Fahrbetrieb erfolgenden Kraftstoff-Nacheinspritzung NE eine sich einstellende Temperaturerhöhung ΔT über dem dem Oxidationskatalysator 28 nachgeschalteten Partikelfilter 32 oberhalb eines vorgebbaren Grenzwerts? Bei dem Partikelfilter 32 handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten cDPF, worunter ein katalytisch beschichteter Partikelfilter beziehungsweise Dieselpartikelfilter zu verstehen ist. In diesem Fall wird nur ein (zu geringer) Teil des Kraftstoffs der Kraftstoff-Nacheinspritzung NE im Oxidationskatalysator 28 umgesetzt, ein anderer Teil im Partikelfilter 32.
– Liegt im Falle einer ohnehin vorgesehenen und durchgeführten thermischen Regeneration des Partikelfilters 32 der Wirkungsgrad η des Oxidationskatalysators 28 bezüglich der Oxidation von dem Abgas zugegebenen Kohlenwasserstoffen unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts? Liegt η unterhalb eines demgegenüber niedrigeren zweiten Grenzwerts, so kann direkt ein Fehler-Bit gesetzt werden, welches den Oxidationskatalysator 28 als unzulässig verschlechtert bewertet. Dies erfolgt beispielsweise auch in der aktiven Diagnose, das heißt im Zustand D, wie im Folgenden noch erläutert wird. Der Wirkungsgrad η des Oxidationskatalysators 28 wird vorzugsweise durch Erfassen und Bewerten einer thermischen Größe des Abgases und/oder des Oxidationskatalysators 28 (vorzugsweise ermittelt aus einer Differenz von über Abgas zugeführter Menge an chemischer und thermischer Energie und über Abgas beziehungsweise durch Wärmeleitung abgeführter thermischer Energie in einem Wärmemodell des Oxidationskatalysators 28) berechnet.
– Liegt im Falle einer ohnehin vorgesehen und durchgeführten thermischen Regeneration des Partikelfilters 32 die Anspringtemperatur (Light-off-Temperatur T_LO – Temperatur, bei der der Oxidationskatalysator 28 einen vorgebbaren Anteil von typischerweise 50 Prozent der angebotenen Kohlenwasserstoffe umsetzen kann) des Oxidationskatalysators 28 unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts?
– Liegt im Falle einer ohnehin vorgesehenen und durchgeführten thermischen Regeneration des Partikelfilters 32 die Temperaturdifferenz ΔT über dem Oxidationskatalysator 28 beziehungsweise deren Anstiegsgeschwindigkeit bei der Anspringtemperatur T_LO des Oxidationskatalysators 28 unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts?
– Liegt der Stickoxid-Umsatz des dem Partikelfilter 32 nachgeschalteten SCR-Katalysators 34, insbesondere bei vergleichsweisen niedrigen Temperaturen des SCR-Katalysators 34 von circa 200 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius, niedriger als ein vorgebbarer Grenzwert? In diesem Fall ist eine zu geringe, den Stickoxid-Umsatz am SCR-Katalysator 34 fördernde Stickstoffdioxid-(NO₂)-Bildung am Oxidationskatalysator 28 zu vermuten.

Erreicht oder überschreitet der Verdachtsereignis-Zähler für eine gegebenenfalls auswählbare Untermenge an Verdachtsereignissen den vorgebbaren Schwellenwert z, so wird in den Zustand C gewechselt, welcher als Vorbereitung für die aktive Diagnose (Zustand D) angesehen werden kann. In den Zustand C wird auch ausgehend vom Zustand A bei Vorliegen der Freigabebedingungen gewechselt, wenn im Zustand A der Verdachts-Ereigniszähler schon auf den Schwellenwert z hochgezählt war.
Im Zustand C wird vorzugsweise eine AGR-Rate von zur Einlassseite der Verbrennungskraftmaschine 10 zurückgeführtem Abgas auf wenigstens annähernd 0 gesetzt. Dies ergibt einen erhöhten Sauerstoffgehalt im Abgas. Vorzugsweise wird das gegebenenfalls eingeschaltete, dem Oxidationskatalysator 28 vorgeschaltete elektrische Heizelement 30 ausgeschaltet. Zusätzlich werden Stationaritätsbedingungen, insbesondere eine Änderungsrate des Abgasvolumens, überwacht. Die Freigabekriterien werden weiterhin überwacht und gegebenenfalls das Freigabe-Bit zurückgesetzt. In diesem Fall wird zurück in den Zustand A gesprungen. Sind die Stationaritätsbedingungen erfüllt, wird die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem vorgebbaren Betriebsbereich im Last-Drehzahl-Kennfeld, insbesondere bei Teillast, betrieben und sind die oben genannten Schaltvorgänge vollzogen, so wird in den Zustand D gewechselt, in welchem eine aktive Diagnose des Oxidationskatalysators 28 vorgenommen wird. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Zustand D um den zuvor genannten Diagnosebetrieb beziehungsweise die Diagnoseprozedur, welche auch als aktive Diagnose bezeichnet wird.
Im Zustand D wird mittels einer späten motorischen Kraftstoff-Nacheinspritzung (Menge und Einspritzzeitpunkt vorgebbar) das Abgas mit unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteilen angereichert, und das angereicherte Abgas wird dem Oxidationskatalysator 28 zugeführt. Die Leistungsfähigkeit des Oxidationskatalysators 28 in Bezug auf einen exothermen oxidativen Umsatz der zugeführten Kraftstoffbestandteile wird durch Ermittlung einer thermischen Abgasgröße und deren Vergleich mit einem vorgebbaren Referenzwert bewertet. Weicht die ermittelte thermische Abgasgröße um mehr als ein vorgebbares Maß vom Referenzwert ab, so wird der Oxidationskatalysator 28 als unzulässig gealtert angesehen beziehungsweise dessen Leistungsfähigkeit als unzulässig verschlechtert angesehen. Speziell wird mittels eines Wärmemodells (siehe Zustand B) ermittelt, welchen Wirkungsgrad η der Wärmefreisetzung in Bezug auf die Energie des zugeführten Kraftstoffs der Oxidationskatalysator 28 aufweist. Ist der Wirkungsgrad η kleiner als ein vorgebbarer Wert, so wird ein Fehler-Bit gesetzt und der Oxidationskatalysator 28 als unzulässig verschlechtert bewertet. Im anderen Fall wird der Oxidationskatalysator 28 als in Ordnung (i. O.), das heißt als funktionstüchtig bewertet. In beiden der genannten Fällen wird die aktive Diagnose als beendet betrachtet, der Verdachtsereignis-Zähler zurückgesetzt, das heißt resettiert, und in den Zustand A oder in den Zustand E gesprungen. Im Zustand D werden die Freigabekriterien ebenfalls weiterhin überwacht und gegebenenfalls das Freigabe-Bit zurückgesetzt. In diesem Fall wird ohne Zurücksetzen des Verdachtsereignis-Zählers zurück in den Zustand A gesprungen und die AGR-Rate wieder auf den für normalen Fahrbetrieb vorgesehenen Wert eingestellt.
Die Entscheidung, ob mit beendeter aktiver Diagnose in den Zustand A oder in den Zustand E gesprungen wird, erfolgt in Abhängigkeit von einer ermittelten aktuellen Beladung des Partikelfilters 32 mit Partikeln, insbesondere Ruß, wobei diese Beladung auch als Rußbeladung bezeichnet wird. Diese Rußbeladung wird fortlaufend überwacht. Liegt die Rußbeladung oberhalb eines vorgebbaren Grenzwerts von beispielsweise 6 Gramm pro Liter Filtervolumen, so wird in den Zustand E gesprungen, in welchem eine thermische Regeneration des Partikelfilters 32 vorgenommen wird. Auf diese Weise wird die im Zustand D erfolgte Aufheizung des Oxidationskatalysators 28 dazu genutzt, die für die Regeneration des Partikelfilters 32 erforderliche erhöhte Abgastemperatur von circa 600 Grad Celsius rascher zu erreichen. Mit Beendigung der Regeneration des Partikelfilters 32 wird in den Zustand A gesprungen.
Die Ermittlung des Wirkungsgrads η des Oxidationskatalysators 28 im Zustand B und D wird vorzugsweise wie folgt vorgenommen:
Aus der gemessenen Abgastemperatur stromauf des Oxidationskatalysators 28 wird die mit dem Abgas in den Oxidationskatalysator 28 (je Zeiteinheit) eingetragene thermische Wärmemenge Q_therm,ein ermittelt. Analog wird aus der gemessenen Temperatur stromab des Oxidationskatalysators 28 die mit dem Abgas aus dem Oxidationskatalysator 28 ausgetragene thermische Wärmemenge Q_therm,aus ermittelt. Ferner wird, falls das elektrische Heizelement 30 eingeschaltet ist, eine dadurch bedingte, zusätzliche, in den Oxidationskatalysator 28 eingetragene Wärmemenge Q_therm,HE ermittelt. Weiterhin wird die durch die Kraftstoffnacheinspritzung bewirkte, in den Oxidationskatalysator 28 eingetragene Kraftstoff-Heizenergie Q_chem ermittelt. Außerdem werden Wärmeverluste Q_Verl durch Wärmeableitung zum Beispiel über ein Gehäuse des Oxidationskatalysators 28 ermittelt. Mit Q_zu = Q_therm,ein + Q_therm,HE + Q_chem und Q_ab = Q_therm,aus + Q_Verl ergibt sich der Wirkungsgrad η des Oxidationskatalysators 28 zu: η = Q_ab/Q_zu
In einer besonders vorteilhaften Variante wird insbesondere im Zustand D ein gewichteter mittlerer Wirkungsgrad η_gew ermittelt und in Bezug auf das Unterschreiten des für das Setzen des Fehler-Bits maßgebenden Grenzwerts ausgewertet. Hierzu wird wie folgt vorgegangen:
Wie anhand von 3 erkennbar ist, wird für direkt aufeinanderfolgende äquidistante Zeitintervalle Δt_i fortlaufend ein jeweiliger mittlerer Wirkungsgrad η_i des Oxidationskatalysators 28 entsprechend der oben geschilderten Vorgehensweise ermittelt. Ferner werden für ein jeweiliges Zeitintervall fortlaufend Mittelwerte für die Motorbetriebsgrößen Drehmoment M und Drehzahl n sowie für die Abgasgrößen Abgasmassenstrom m und Abgastemperatur T_VDOC vor beziehungsweise stromauf des Oxidationskatalysators 28 ermittelt. Diese Mittelwerte charakterisieren den für das jeweilige Zeitintervall maßgebenden Betriebspunkt. In Abhängigkeit von den genannten Betriebspunktgrößen werden Gewichtsfunktionen vorgegeben, welche einen Gewichtsfaktor bestimmen, mit welchem der in dem jeweiligen Zeitintervall ermittelte mittlere Wirkungsgrad η_i multipliziert, das heißt gewichtet wird. Speziell werden eine Motor-Gewichtsfunktion für einen von den Motorbetriebsgrößen M, n abhängigen Motor-Gewichtsfaktor x – vergleiche 4 – und eine Abgas-Gewichtsfunktion für einen von den Abgasgrößen m, T_VDOC abhängigen Abgas-Gewichtsfaktor y – vergleiche 5 – vorgegeben. In 4 zeigt ein Richtungspfeil 48 zunehmendes x an, wobei in 5 ein Richtungspfeil 50 zunehmendes y anzeigt.
Es werden so durch Multiplikation mit den für jedes Zeitintervall ermittelten Gewichtsfaktoren x_i, y_i für jedes Zeitintervall Δt_i einzelne Gewichte der Mittelwerte η_i,gew für den Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators 28 ermittelt. Durch Mittelung über alle Zeitintervalle Δt_i der gesamten Diagnosedauer t_Diagnose wird der für eine Diagnose maßgebliche gewichtete mittlere Wirkungsgrad η_gew erhalten. Durch diese Vorgehensweise wird der Tatsache Rechnung getragen, dass bei bestimmten Betriebspunkten ermittelte Wirkungsgrade η des Oxidationskatalysators 28 als zuverlässiger anzusehen sind, als bei anderen Betriebspunkten ermittelte Wirkungsgrade η des Oxidationskatalysators 28. Beispielsweise ist ein bei niedriger oder hoher Abgastemperatur T_VDOC ermittelter Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators 28 weniger aussagekräftig als ein in der Nähe der Anspringtemperatur ermittelter Wirkungsgrad des Oxidationskatalysators 28. Es ist daher sehr zuverlässig möglich zu ermitteln, ob der Oxidationskatalysator 28 unzulässig geschädigt ist oder nicht.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Zylindergehäuse
14: Zylinder
16: Abgastrakt
18: Abgasanlage
20: Turbine
22: Abgasturbolader
24: Verdichter
26: Ansaugtrakt
28: Oxidationskatalysator
30: elektrisches Heizelement
32: Partikelfilter
34: SCR-Katalysator
36: Temperatursensor
38: Temperatursensor
40: Temperatursensor
42: Stickoxid-Sensor
44: Stickoxid-Sensor
46: Dosiereinrichtung
48: Richtungspfeil
50: Richtungspfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10113010 A1 [0002]
DE 19913268 C1 [0002]

Claims

Verfahren zur Diagnose einer in einer Abgasanlage (18) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (28), insbesondere eines Katalysators (28), bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (10) in einem Diagnosebetrieb zur Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) betrieben wird, gekennzeichnet durch die Schritte: – Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (10) in einem von dem Diagnosebetrieb unterschiedlichen Normalfahrbetrieb; – Erfassen wenigstens eines die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) charakterisierenden Parameters während des Normalfahrbetriebs; – Umschalten der Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb in Abhängigkeit von dem Parameter; und – Überprüfen der Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) während des Diagnosebetriebs.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: – Durchführen wenigstens einer Kraftstoff-Nacheinspritzung während des Normalfahrbetriebs, wobei der Parameter wenigstens eine Temperatur des Abgases umfasst; und – Erfassen einer durch die Kraftstoff-Nacheinspritzung bewirkten Temperaturerhöhung des Abgases.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet wird, wenn die erfasste Temperaturerhöhung einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die Temperaturerhöhung eine Temperaturerhöhung über einem in der Abgasanlage (18) angeordneten und von der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) unterschiedlichen Partikelfilter (32) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter einen Stickoxid-Umsatz eines in der Abgasanlage (18) angeordneten und von der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) unterschiedlichen SCR-Katalysators (34) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet wird, wenn der erfasste Stickoxid-Umsatz einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter einen Wirkungsgrad der Abgasnachbehandlungseinrichtung (28) bezüglich der Oxidation von im Abgas enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb umgeschaltet wird, wenn der erfasste Wirkungsgrad einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erfassen einer Anzahl an Überschreitungen eines vorgebbaren Schwellenwerts durch den Parameter; und – Umschalten der Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Normalfahrbetrieb in de Diagnosebetrieb, wenn die Anzahl einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere für einen Kraftwagen, welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.