DE102004048859B4

DE102004048859B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung und Diagnose für die Beheizung einer Lambdasonde

Info

Publication number: DE102004048859B4
Application number: DE102004048859.2A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Schnaibel; Andreas Koring
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: FR2876469A1; DE102004048859A1; JP2012163110A; US20060086733A1; ITMI20051860A1; JP2006105136A; US7223946B2; JP5084124B2

Abstract

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer elektrischen Beheizung einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Sonde, wobei eine Gesamtheizleistung (42) der Sonde eingestellt wird und wobei ein Temperatur- Istwert (33) der Sonde durch Messung des Innenwiderstandes der Sonde bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nennheizleistung (41) über ein Kennfeld (20) abhängig von Betriebspunkten (30, 31) der Brennkraftmaschine bestimmt wird, dass eine Regelheizleistung (40) aus dem Temperatur-Istwert (33) und einem Neusollwert (34) in einem Regler (10) bestimmt wird und dass die Gesamtheizleistung (42) als Summe der Nennheizleistung (41) und der Regelheizleistung (40) gebildet wird und dass der Neusollwert (34) oder der Temperatur-Istwert (33) so nachgeführt wird, dass die Heizleistung stabil bleibt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer elektrischen Beheizung einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Sonde, wobei eine Gesamtheizleistung der Sonde eingestellt wird und wobei ein Temperatur - Istwert der Sonde durch Messung eines charakteristischen Parameters, beispielsweise eines Widerstandes, bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung und Regelung einer elektrischen Beheizung einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Sonde zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche der Erfindung.
Bei modernen Kraftfahrzeugen ist in der Regel im Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein Sensor angeordnet, der erst nach Überschreiten einer bestimmten Temperatur betriebsbereit ist. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Lambdasonde handeln. Der Sensor wird durch die vorbeistreichenden heißen Abgase erwärmt. Im Betrieb sollte er eine Nominaltemperatur von typischerweise 750 °C haben. Um die Mindesttemperatur des Sensors möglichst schnell nach dem Starten zu erreichen und auch in Betriebsbereichen sicherzustellen, in denen die Heizleistung der Abgase dazu allein nicht ausreicht, ist es üblich, den Sensor mit einer elektrischen Heizeinrichtung zu versehen. Bei einem Defekt der Heizeinrichtung wird die Funktionsfähigkeit des Sensors unter Umständen stark eingeschränkt.
Aus der DE 39 28 709 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Heizeinrichtung für die Abgassonde und deren Zuleitungen bekannt. Dabei wird nach dem Einschalten der Heizeinrichtung zu zwei aufeinanderfolgenden Zeiten die Betriebsbereitschaft der Abgassonde erfasst. Falls die Betriebsbereitschaft nach Ablauf der ersten Zeit fehlt und nach Ablauf der zweiten Zeit vorliegt, wird auf einen Ausfall der Heizeinrichtung geschlossen. Dieser Funktionsdiagnose liegt dabei die Annahme zugrunde, dass die Abgassonde bei eingeschalteter und funktionsfähiger Heizeinrichtung schneller ihre Mindestbetriebstemperatur erreicht als bei alleiniger Aufheizung durch die Abgase. Dieses Verfahren ist also dazu geeignet die Betriebsbereitschaft der Abgassonde zu überprüfen. Dadurch werden Forderungen der kalifornischen Umweltbehörde CARB erfüllt, die verlangt, dass der Ausfall abgasrelevanter Teile (dazu gehört auch die Sondenheizung) erkannt und angezeigt wird. Auch auf dem europäischen Markt ist es mittlerweile vorgeschrieben, den Heizstrom oder eine Alternativgröße zu überwachen.
Weitere derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bereits aus der DE 102 50 219 A1 , der DE 101 62 989 C1 und der DE 196 29 552 C1 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, dass die Nenn- und Regelheizleistung einer elektrischen Beheizung einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Sonde bestimmt, sowie die Gesamtheizleistung als Summe beider dergestalt überwacht, dass eine Überhitzung der Sonde verhindert wird.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Nennheizleistung über ein Kennfeld abhängig von Betriebspunkten der Brennkraftmaschine bestimmt wird, dass eine Regelheizleistung aus dem Temperatur - Istwert und einem Neusollwert in einem Regler bestimmt wird und dass die Gesamtheizleistung als Summe der Nennheizleistung und der Regelheizleistung gebildet wird. Durch dieses Vorgehen wird erreicht, dass eine Überhitzung der Sondenkeramik und somit eine Überkompensation von Alterungseffekten verhindert wird. Weiterhin bleibt die Stellreserve des Reglers in weiten Bereichen der Betriebspunkte erhalten. Ein Kostenvorteil ergibt sich dadurch, dass ein Messwiderstand und ein Analog-Digital-Konverter wegfallen können.
Besonders kostengünstig kann das Verfahren durchgeführt werden, indem der Temperatur - Istwert der Sonde durch Messung des Innenwiderstandes der Sonde bestimmt wird.
Wird der temperaturbestimmende Parameter so nachgeführt, dass die Heizleistung stabil bleibt, kann erreicht werden, dass die Stellreserve des Reglers über einen besonders weiten Bereich von Betriebspunkten erhalten bleibt. Die Nachführung bedeutet dabei eine Art Korrektur des temperaturbestimmenden Parameters.
Eine einfache Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass der temperaturbestimmende Parameter der Neusollwert oder der Temperatur - Istwert ist.
Eine Unterscheidung zwischen einer Änderung der Nernstzellen-Charakteristik und einer Verringerung der Heizleistung, beispielsweise durch Nebenschlüsse wird erreicht, indem die Dynamik der Änderung der Regelheizleistung zur Diagnose einer fehlerhaften Heizung (Verringerung der Heizleistung) verwendet wird.
Eine vereinfachte und dennoch sichere Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass eine fehlerhafte oder gealterte Sonde dadurch festgestellt wird, dass die Änderung des Temperatur - Istwerts einen maximalen Betrag erreicht.
Eine Trennung von Änderungen der Nernstzellen-Charakteristik von einer Verringerung der Heizleistung wird erreicht, indem die Nachführung des Temperatur-Istwert deutlich langsamer als die Nachführung der Regel-Heizleistung erfolgt.
Eine für den Wartungsfall vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Erkennung des Austausches von Sonden durch Auswertung der Regel - Heizleistung erfolgt, da eine mögliche Fehlerquelle beim Sondentausch vermieden wird.
Werden die Reglerparameter des Reglers abhängig von den Betriebspunkten festgelegt, kann eine besonders geringe Abweichung der Sondentemperatur vom Sollwert erreicht werden.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe ist dadurch gelöst, dass ein Kennfeld und ein Regler über eine Summierstufe verbunden sind. Hierdurch wird eine besonders einfach aufgebaute Einrichtung geschaffen, die eine Überhitzung der Abgassonde verhindert.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung in Form eines stark schematisierten Blockschaltbildes des technischen Umfelds, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles
1 zeigt eine schematische Darstellung des technischen Umfelds, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Über ein Kennfeld (20) wird, abhängig von verschiedenen Betriebspunkten (30, 31) der Brennkraftmaschine, eine Nennheizleistung (41) für eine Neusonde mit Nominal-Nernstzellencharakteristik ausgegeben. Die Betriebspunkte (30, 31) können beispielsweise die Motordrehzahl und / oder die Last und / oder die Abgastemperatur und / oder der Abgasmassenstrom sein. Das Kennfeld (20) hat somit den Charakter einer Vorsteuerung. Dieser Vorsteuerung wird ein Regler (10) überlagert, welcher die verbleibende Differenz aus dem Temperatur - Istwert (33) und dem Neusollwert (34) durch Messung des Innenwiderstandes der Sonde ausregelt. Die Heizleistung die dazu notwenig ist, wird als Regel - Heizleistung (40) bezeichnet. Die daraus resultierende Gesamtheizleistung (42) wird in einer Summierstufe (21) gebildet und über eine Normierung (22) und eine Begrenzung (23) mit einem aus den vorgenannten Werten bestimmten Tastverhältnis (43) einer Sonde zugeführt.
Der Regler (10) kann dabei noch durch hier nicht näher spezifizierte Regelparameter (32) beeinflusst werden. Wird beispielsweise der temperaturbestimmende Parameter so nachgeführt, dass die Heizleistung stabil bleibt, kann die Stellreserve des Reglers (10) über einen weiten Bereich von Betriebspunkten erhalten bleiben. Es kann vorgesehen sein, dass der temperaturbestimmende Parameter der Neusollwert (34) ist, der als Korrektur der Sollwert - Temperaturbestimmung (24) verwendet wird. Die Änderungsgeschwindigkeit (35) der Regel - Heizleistung (40) ist Eingangsgröße für die Ausblendung (25). Ein nachgeschalteter Schwellwertgeber (26) bildet aus der Differenz der Ausblendung (25) und der Beurteilung (28) die Sollwert - Temperaturbestimmung (24). Über eine Diagnose (27) für die Alterung der Sonde kann die Dynamik der Änderung der Regel - Heizleistung (40) zur Anzeige einer fehlerhaften Heizung verwendet werden, indem die Änderung der Nernstzellen - Charakteristik und die Verringerung der Heizleistung unterschieden wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer elektrischen Beheizung einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Sonde, wobei eine Gesamtheizleistung (42) der Sonde eingestellt wird und wobei ein Temperatur- Istwert (33) der Sonde durch Messung des Innenwiderstandes der Sonde bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nennheizleistung (41) über ein Kennfeld (20) abhängig von Betriebspunkten (30, 31) der Brennkraftmaschine bestimmt wird, dass eine Regelheizleistung (40) aus dem Temperatur-Istwert (33) und einem Neusollwert (34) in einem Regler (10) bestimmt wird und dass die Gesamtheizleistung (42) als Summe der Nennheizleistung (41) und der Regelheizleistung (40) gebildet wird und dass der Neusollwert (34) oder der Temperatur-Istwert (33) so nachgeführt wird, dass die Heizleistung stabil bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik der Änderung der Regelheizleistung (40) zur Diagnose einer fehlerhaften Heizung (Verringerung der Heizleistung) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine fehlerhafte oder gealterte Sonde dadurch festgestellt wird, dass die Änderung des Temperatur-Istwert (33) einen maximalen Betrag erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung des Temperatur-Istwert (33) deutlich langsamer als die Nachführung der Regel-Heizleistung (40) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung des Austausches von Sonden durch Auswertung der Regel-Heizleistung (40) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerparameter (32) des Reglers (10) abhängig von den Betriebspunkten (30,31) festgelegt werden.