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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage
einer Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasreinigungsanlage
hinter einem Katalysator angeordneten, mit einer Steuereinrichtung
verbundenen Abgassonde mit Sprungcharakteristik.
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Um
beim Betrieb von Brennkraftmaschinen möglichst wenig Schadgase zu
erzeugen, werden diese mit einer Lambdaregelung mit Lambdavorsteuerung
betrieben. Dadurch werden Kraftstoffmengen bestimmt, die dem Motor
jeweils derart passend zur angesaugten Luft zuzuführen sind,
dass ein vorgegebener Lambda-Wert möglichst genau eingehalten wird.
Wenn sich Werte von Betriebsgrößen ändern, wird
durch die Vorsteuerung sofort ein an die geänderten Betriebswerte angepasster
Wert für
die Kraftstoffzumessung bestimmt, der dann mit Hilfe der Lambdaregelung
feineingestellt wird.
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Im
Hinblick auf die Einhaltung von gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerten
für den
Schadgasausstoß ist
es erforderlich, die einzelnen Komponenten der Abgasreinigungsanlage
mittels Diagnoseverfahren auf ihre richtige Funktion hin zu überwachen.
In heutigen Motorelektroniken gibt es dazu bereits Diagnosefunktionen,
die eine Fehlfunktion der einzelnen Komponenten erkennen sollen.
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Aus
der
EP 05 79 794 B1 ist
beispielsweise ein Verfahren bekannt, welches die Funktionsfähigkeit
einer Lambdaregelung beurteilt. Dabei ist vorgesehen, dass Stellwerte
(FR) ausgegeben werden, die um einen Sollstellwert (FRsoll) schwanken
sollen, und dass die Lambdaregelung von einer Adaption unterstützt wird,
die Adaptionswerte ausgibt, derart, dass
- – fortlaufend
der aktuelle Wert EW einer Entscheidungsgröße berechnet wird, die die
gemittelte betragsmäßige Abweichung
der Stellwerte vom Stellsollwert anzeigt;
- – der
aktuelle Wert mit einem Entscheidungsgrößenschwellwert (SWEW) verglichen
wird; und
- – ein
Fehlersignal (FS) ausgegeben wird, wenn der aktuelle Wert den Entscheidungsgrößenschwellenwert überschreitet
(EW > SWEW).
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Ein
weiteres Diagnoseverfahren ist aus der
DE 198 60 463 A1 bekannt,
die ein Verfahren zum Ermitteln der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches
eines Verbrennungsmotors beim Betrieb mit einem vorgegebenen Sollabstand
zu λ = 1
beschreibt, bei welchem der Ist-Abstand zu λ = 1 durch vorübergehendes Verstellen
der Zusammensetzung und Auswerten der resultierenden Reaktion der
Lambdasonde ermittelt wird. Dabei ist vorgesehen, dass
- – zunächst eine
sprungförmige
Verstellung um einen definierten Wert in Richtung λ = 1 erfolgt
und anschließend
mit definierter Änderungsgeschwindigkeit
der Lambdawert weiter verändert
wird, bis eine Reaktion der Lambdasonde auftritt, und
- – dass
der Ist-Abstand aus dem Wert der sprungförmigen Verstellung, der Änderungsgeschwindigkeit
und der Zeit bis zur Reaktion der Lambdasonde ermittelt wird.
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Eine
weitere Diagnosefunktion ist die Diagnose Kraftstoffversorgungssystem
(DKVS), die eine Gemischabweichung mit Hilfe einer Lambdasonde vor
dem Katalysator ermittelt. Da diese Funktion prinzipbedingt auf
eine korrekt arbeitende Lambdasonde angewiesen ist, kann ein Lambdasondenfehler
zu einer Fehlerkennung in der DKVS führen.
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Dabei
wird zwar die Lambdasonde selbst auch über Diagnosefunktionen überwacht,
jedoch ist in der Praxis die Diagnose der Lambdasonde meist langsamer
als die der DKVS. Es kann daher bei den heutigen Diagnosefunktionen
in der Werkstatt zu einem Austausch von Komponenten kommen, die
eigentlich noch fehlerfrei funktionieren, da nicht zwingend eine
defekte Lambdasonde angezeigt wird. Dies führt dazu, dass die wahre Fehlerursache
nicht diagnostiziert wird und beim Fahrzeug unnötige Reparaturen ausgeführt werden, der
Fehler erneut auftritt und eventuell ein weiterer Werkstattbesuch
unumgänglich
wird.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Diagnoseverfahren bereitzustellen,
welches erlaubt, die Fehlerursache bei einer Fehlfunktion eindeutig
zu erkennen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass mit der Abgassonde das von einer Abgassonde vor dem Katalysator
korrigierte Gemisch analysiert und aus den Abweichungen eine Fehlerbedingung
abgeleitet wird. Mit diesem Diagnoseverfahren kann eine Fehlfunktion
der Abgassonde eindeutig von einem Gemischfehler unterschieden werden
und die wahre Fehlerursache bei einer Fehlfunktion diagnostiziert
werden. Dies verhindert, dass bei einem Werkstattbesuch unnötig Teile
ausgetauscht werden, die eigentlich fehlerfrei arbeiten. Dadurch können höhere Kosten
für die
Werkstatt und für
den Kunden vermieden werden, die sonst üblicherweise zu einem Imageverlust
führen
würden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht dabei vor, dass ein Gemischfehler detektiert wird, falls mit
der Abgassonde hinter dem Katalysator ein Gemisch nahe λ = 1 detektiert
und gleichzeitig mit der Abgassonde eine starke Regelabweichung
festgestellt wird. In diesem Fall arbeitet die Abgassonde in einem
normal üblichen
Bereich, wobei aufgrund der starken Regelabweichung zugleich ein
Gemischfehler korrigiert wird.
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Eine
weitere bevorzugte Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass ein
Sondenfehler detektiert wird, falls mit der Abgassonde hinter dem
Katalysator ein deutlich zu fettes bzw. zu mageres Gemisch und gleichzeitig
mit der Abgassonde eine starke Regelabweichung festgestellt wird.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Sondenspannung der
Abgassonde hinter dem Katalysator außerhalb der üblichen
Spannungsbereiche von ca. 100 mV bis 850 mV liegt.
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In
bevorzugter Ausführungsform
des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Diagnose eine Lambda-Modulation
vor dem Katalysator aufgeschaltet wird, derart, dass die Abgassonde
hinter dem Katalysator zu einem Sprung zwischen fettem (λ < 1) und magerem
(λ > 1) Gemisch gezwungen
wird. Damit kann mit der als Sprungsonde ausgeführten Abgassonde, mit der ansonsten
lediglich eine Aussage möglich
ist, ob das Gemisch fett oder mager ist, eine eindeutige Erkennung
des Punktes λ =
1 ermöglicht
werden.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Lambda-Modulation nicht bei der Lambdaregelung
vor dem Katalysator berücksichtigt
wird. Dadurch wird die normale Lambdaregelung in Ihrer Funktion
nicht gestört.
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Wird
während
der Diagnose ein konstanter Betriebspunkt eingehalten, kann die
zuvor beschriebene Diagnose erfolgen, ohne dass Störeinflüsse aufgrund
sich ändernder
Bedingungen diese stören.
Dies ist insbesondere im Hinblick auf größere Lambdaabweichungen von
Vorteil.
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Wird
die Dauer der Lambda-Modulation entsprechend der Verzögerungszeit
aufgrund einer Gemisch-Laufzeit
durch den Katalysator bei diesem Betriebspunkt bemessen, kann bei
dieser Verfahrensvariante erreicht werden, dass die aufgeschalteten
Lambda-Werte der Lambda-Modulation auf jeden Fall so lange anliegen,
bis die Abgassonde hinter dem Katalysator theoretisch ihren Ausgangswert
sprunghaft ändern
kann. Eine zu kurze Zeit würde
ansonsten das Diagnoseergebnis verfälschen. Dabei kann auch vorgesehen
sein, dass die vorgebbaren Verzögerungszeiten
bauartbedingt variieren können.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn während
der Diagnose eine etwaige Regelung hinter dem Katalysator ausgeschaltet
wird. Dies würde
ansonsten ebenfalls das Diagnoseergebnis verfälschen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
Messprotokoll bei einem Gemischfehler,
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3 ein
Messprotokoll bei einem Sondenfehler.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
beispielhaft ein technisches Umfeld, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren
abläuft. In
der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1, bestehend aus
einem Motorblock 40 und einem Zuluftkanal 10,
der den Motorblock 40 mit Verbrennungsluft versorgt, dargestellt,
wobei die Luftmenge im Zuluftkanal 10 mit einer Zuluftmesseinrichtung 20 bestimmbar
ist. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 wird dabei über eine
Abgasreinigungsanlage geführt,
welche als Hauptkomponenten einen Abgaskanal 50 aufweist,
in dem in Strömungsrichtung
des Abgases eine erste Abgassonde 60 vor einem Katalysator 70 und
eine zweite Abgassonde 80 hinter dem Katalysator 70 angeordnet
ist.
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Wie
in der 1 angedeutet, kann die Abgasreinigungsanlage noch
einen zweiten Katalysator 90 hinter der zweiten Abgassonde 80 aufweisen.
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Die
Abgassonden 60, 80 sind mit einer Steuereinrichtung 100 verbunden,
die aus den Daten der Abgassonden 60, 80 und den
Daten der Zuluftmesseinrichtung 20 das Gemisch berechnet
und eine Kraftstoffzumesseinrichtung 30 zur Zudosierung
von Kraftstoff mit entsprechenden Einspritzdüsen im Zuluftkanal 10 ansteuert.
Die Steuereinrichtung kann zudem, wie in 1 gezeigt,
mit einer Anzeige/Speichereinheit 110 verbunden sein. Mit
der im Abgaskanal 50 hinter dem Motorblock 40 angeordneten
Abgassonde 60 kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 100 ein
Lambdawert eingestellt werden, der für die Abgasreinigungsanlage
zur Erzielung einer optimalen Reinigungswirkung geeignet ist. Die
Abgassonde 60 kann als einfache Sprungsonde oder als aufwändige Breitbandsonde
ausgeführt
sein, durch die sich die Luftzahl Lambda in einem weiten Bereich bestimmen
lässt.
Ist die Abgassonde 60 als Sprungsonde ausgebildet, ist
dies kostengünstiger,
erlaubt aber lediglich eine Regelung auf einen Sollwert von λ = 1.
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Das
erfindungsgemäße Diagnoseverfahren
zur Unterscheidung eines Sondenfehlers von einem Gemischfehler sieht
vor, dass mit der Abgassonde 80, die als Sprungsonde ausgeführt ist,
das von der Abgassonde 60 vor dem Katalysator 70 korrigierte
Gemisch analysiert und aus den Abweichungen eine Fehlerbedingung
abgeleitet wird. Dabei ist vorgesehen, dass während der Diagnose eine Lambda-Modulation 120 vor
dem Katalysator 70 aufgeschaltet wird, derart, dass die
Abgassonde 80 hinter dem Katalysator 70 zu einem
Sprung zwischen fettem (λ < 1) und magerem
(λ > 1) Gemisch gezwungen
wird. Dies ist erforderlich, da die Abgassonde 80 als Sprungsonde
ausgeführt
ist und daher nur eine Aussage liefern kann, ob das Gemisch fett
oder mager ist, da bei kleinsten Abweichungen von λ = 1 die
Abgassonde 80 entsprechend ihrer Kennlinie für eine Sondenspannung 81 in
Abhängigkeit
vom Lambda-Wert sofort „fett" oder „mager" anzeigt.
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Während der
Diagnosefunktion können
nachfolgende Fälle
auftreten:
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2 zeigt
ein typisches Messprotokoll einer Diagnose, bei dem ein Gemischfehler
vorliegt. Im gezeigten Beispiel beträgt der Gemischfehler + 20%.
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Dargestellt
ist der zeitliche Verlauf der Lambda-Modulation 120, die
in Form einer Rechteckfunktion zwischen Δλ = 0,05 und Δλ = –0,05 auf den, entsprechend
eines aktuellen Betriebspunktes vorgegebenen Lambda-Wertes aufgeschaltet
wird. Ein Lambda-Wert 61 der Abgassonde 60 vor
dem Katalysator 70, welche als stetige Abgassonde ausgebildet
ist, schwankt dabei zwischen den Werten von ca. λ = 1,05 und λ = 0,95. Die Sondenspannung 81 der
Abgassonde 80 schwankt dabei in den üblichen Grenzen, d.h. im Bereich
von ca. ≥ 100
mV und ≤ 800
mV. Weiterhin ist ein Lambda-Regelwert 62 der Abgassonde 60 vor
dem Katalysator 70 dargestellt.
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Ein
Gemischfehler wird detektiert, falls mit der Abgassonde 80 hinter
dem Katalysator 70 ein Gemisch nahe λ = 1 detektiert und gleichzeitig
mit der Abgassonde 60 eine starke Abweichung beim Lambda-Regelwert 62 des
Lambdareglers festgestellt wird. Dieser Gemischfehler wird demzufolge
auch richtig korrigiert.
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Demgegenüber ist
in 3 in einem Messprotokoll ein typischer zeitlicher
Verlauf für
die Lambda-Modulation 120,
für den
Lambda-Wert 61 der Abgassonde 60 vor dem Katalysator 70 sowie
für die
Sondenspannung 81 der Abgassonde 80 und dem Lambda-Regelwert 62 der
Abgassonde 60 vor dem Katalysator 70 dargestellt,
bei dem ein Sondenfehler, hier als Beispiel ein Offset von 20%,
vorliegt. Der Sondenfehler wird detektiert, falls mit der Abgassonde 80 hinter
dem Katalysator 70 ein deutlich zu fettes bzw. zu mageres
Gemisch festgestellt wird, d.h. die Sondenspannung 81 > 850 mV bzw. < 100 mV beträgt, und
gleichzeitig eine starke Regelabweichung in Form eines hohen Lambda-Regelwertes 62 festgestellt
wird.
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Bei
dem Diagnoseverfahren ist vorgesehen, dass die Lambda-Modulation 120 nicht
bei der Lambdaregelung vor dem Katalysator 70 berücksichtigt
wird. Vorteilhafterweise wird während
der Diagnose ein konstanter Betriebspunkt eingehalten, ohne dass
große
Lambdaabweichungen die Diagnose erschweren. Zu berücksichtigen
ist in der zuvor beschriebenen Verfahrensvariante, dass die Dauer
der Lambda-Modulation 120 entsprechend der Verzögerungszeit
aufgrund einer Gemisch-Laufzeit durch den Katalysator 70 bei
diesem Betriebspunkt bemessen wird. Während der Diagnose wird eine
Regelung hinter dem Katalysator 70 ausgeschaltet, damit
diese nicht die Diagnosefunktion stört.
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Die
Diagnosefunktion kann vorteilhafterweise als Software-Unterprogramm
in einer übergeordneten Motorsteuerung,
beispielsweise innerhalb der Steuereinrichtung 100 hinterlegt
sein.
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Mit
dem Diagnoseverfahren kann erreicht werden, dass ein Sondenfehler
eindeutig von einem Gemischfehler unterschieden werden kann. Ein
unnötiger,
und damit mit höheren
Kosten verbundener Austausch von eigentlich fehlerfreien Komponenten
kann damit verhindert werden.
