DE102005062116A1 - Catalytic converter diagnosing method for internal combustion engine, involves changing lambda controller from rapid adaptation to long-term adaptation when catalytic converter diagnosis is completed - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of technology
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasreinigungsanlage hinter einem Katalysator angeordneten, mit einer Steuereinrichtung verbundenen Abgassonde mit Sprungcharakteristik, wobei zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators gezielt mittels einer modellierten Lambda-Vorsteuerung zwischen einem fetten (λ < 1) und einem mageren (λ > 1) Kraftstoff-Luft-Gemisch gewechselt wird.The The invention relates to a method for monitoring an exhaust gas purification system an internal combustion engine with a in the emission control system arranged behind a catalyst, with a control device connected exhaust probe with jump characteristic, wherein for determination the oxygen storage capacity the catalyst targeted by means of a modeled lambda precontrol between a fat (λ <1) and a lean one (λ> 1) fuel-air mixture is changed.
Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass die zu oxydierenden Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Mit zunehmender Alterung der Abgasreinigungsanlage nimmt deren Speichervermögen für Sauerstoff OSC (Oxygen Storage Capacity) ab. Hierdurch kann in den Fettphasen nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas von den Schadgaskomponenten zu reinigen, und die Lambdasonde hinter der Abgasreinigungsanlage detektiert diese zu oxydierenden Komponenten. Weiterhin detektiert diese Lambdasonde in längeren Magerphasen den Sauerstoff, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. In vielen Ländern ist eine Überprüfung der Abgasreinigungsanlage während des Fahrbetriebs durch die Motorsteuerung gesetzlich vorgeschrieben (On-Board-Diagnose). Eine aktive Katalysator-Diagnose hat dabei die Aufgabe, ein unzulässiges Absinken der Konvertierung, die zu unzulässiger Erhöhung der Abgaswerte führt, zu erkennen und über eine Kontrolllampe MIL (Malfunction Indicator Lamp) anzuzeigen.The storage capacity an emission control system for Oxygen is used to absorb oxygen in lean phases and again in fat phases. This ensures that converts the pollutant gas components of the exhaust gas to be oxidized can be. As the emission control system ages, its storage capacity for oxygen decreases OSC (Oxygen Storage Capacity). This can be in the fat phases not enough anymore Oxygen available be set to purify the exhaust gas from the noxious gas components, and the lambda probe behind the emission control system detects this to oxidizing components. Furthermore, this lambda probe detects in longer Mealy phases the oxygen that is no longer from the emission control system can be stored. In many countries, a review of the Emission control system during driving required by the engine control by law (On-board diagnostics). An active catalyst diagnosis has the task of an inadmissible sinking the conversion that is too illegal increase the emission values leads, to recognize and over to display a warning light MIL (Malfunction Indicator Lamp).
Ein bekanntes Diagnoseverfahren besteht darin, die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen, da erfahrungsgemäß mit der Speicherfähigkeit auch das Konvertierungsvermögen abnimmt.One Known diagnostic method is the oxygen storage ability to determine the emission control system, as experience shows with the storage capacity also the conversion ability decreases.
Die
sauerstoffmessende Katalysatordiagnose wird mit einer Breitbandsonde
nach folgendem Verfahren durchgeführt:
Der Katalysator wird
zunächst
durch ein fettes Gemisch (λ < 1) von Sauerstoff
befreit. Nach dieser als Konditionierung bezeichneten Phase wird
anschließend
ein mageres Abgas (λ > 1) eingetragen und
dabei die eingetragene Sauerstoffmenge aufintegriert. Wenn während dieser
Messphase die Sonde hinter dem Katalysator ein mageres, d.h. sauerstoffhaltiges Gemisch
anzeigt, entspricht die aufintegrierte Menge der aktuellen Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators, die ein Maß für die Güte darstellt.
Dieses Verfahren wird mehrfach hintereinander angewendet.The oxygen-measuring catalyst diagnosis is carried out with a broadband probe according to the following procedure:
The catalyst is first freed of oxygen by a rich mixture (λ <1). After this phase, referred to as conditioning, a lean exhaust gas (λ> 1) is subsequently introduced and the amount of oxygen introduced is integrated. If, during this measurement phase, the probe behind the catalyst indicates a lean, ie oxygen-containing, mixture, the integrated amount corresponds to the current oxygen storage capacity of the catalyst, which represents a measure of the quality. This procedure is applied several times in succession.
Die Anforderung an die Genauigkeit der Katalysator-Diagnose ist derart, dass ein so genannter GRENZKAT auch tatsächlich als GRENZKAT diagnostiziert wird. Als GRENZKAT wird ein Katalysator bezeichnet, der Abgaswerte gerade noch am gesetzlichen Grenzwert erreicht. Dieser wird in der Applikation als Referenz für die Abgasoptimierung und für die Diagnose verwendet.The Requirement for the accuracy of the catalyst diagnosis is such that a so-called GRENZKAT is actually diagnosed as a GRENZKAT becomes. As a CATEGORY, a catalyst is called the exhaust gas value just reached the legal limit. This one is in the Application as reference for the exhaust gas optimization and for the Diagnosis used.
Zur korrekten Bestimmung der Alterung der Abgasreinigungsanlage aus der Amplitude der Lambdaschwingung hinter der Abgasreinigungsanlage müssen der mittlere Lambdawert und die Amplitude der Lambdaschwingung vor der Abgasreinigungsanlage, der Abgasmassenstrom und inwiefern ein stationärer Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorliegt mit berücksichtigt werden. Besondere Betriebszustände wie ein Schubbetrieb ohne Kraftstoffeinspritzung, bei dem die Abgasreinigungsanlage das 1,5 bis 2-fache Speichervermögen wie beim Magerbetrieb aufweist, müssen berücksichtigt werden.to correct determination of the aging of the emission control system the amplitude of lambda oscillation behind the emission control system have to the average lambda value and the amplitude of the lambda oscillation the exhaust gas purification system, the exhaust gas mass flow and to what extent a stationary operating state the internal combustion engine is present with consideration. Special operating conditions as a coasting operation without fuel injection, in which the exhaust gas purification system 1.5 to 2 times the storage capacity as in lean operation, must be considered.
In
der
Ein
weiteres Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit
einer Abgasreinigungsanlage beschreibt die
Die
- – bei dem der Sauerstoffgehalt des Abgases hinter dem Katalysator bestimmt und
- – bei dem der mittlere Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Katalysator in eine Richtung verändert wird, die von dem zuvor bestimmten Sauerstoffgehalt hinter dem Katalysator wegführt und
- – bei dem die aus der Änderung des mittleren Sauerstoffgehaltes resultierende Änderung des Sauerstofffüllstandes des Katalysators bestimmt wird und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird und
- – bei der eine Fehlermeldung unterbleibt, wenn der vorbestimmte Grenzwert überschritten wird bevor sich der Sauerstoffgehalt des Abgases hinter dem Katalysator ändert.
- - Determines the oxygen content of the exhaust gas behind the catalyst and
- - In which the average oxygen content of the exhaust gas before the catalyst is changed in a direction which leads away from the previously determined oxygen content behind the catalyst and
- - In which the resulting from the change in the average oxygen content change in the oxygen level of the catalyst is determined and compared with a predetermined limit and
- - In which an error message is omitted when the predetermined limit is exceeded before the oxygen content of the exhaust gas changes behind the catalyst.
Bei einer Zweipunktsonde vor dem Katalysator kann der Sauerstoffgehalt des eingetragenen Abgases nicht quantitativ bestimmt werden. Dies gilt sowohl für das fette Gemisch als auch für das magere Gemisch. Ein Ansatz für die Realisierung ist, von einer korrekten Vorsteuerung auszugehen und den Sauerstoffgehalt des eingetragenen Abgases zu modellieren. Dabei wirken sich die punktuellen Toleranzen des Systems ohne weitere Maßnahmen unzulässig aus, so dass die Bewertungsgüte nicht ausreichen kann, um einen Katalysator als besser oder schlechter als ein GRENZKAT zu diagnostizieren. Zudem kann sich im weiteren Verlauf eine zusätzliche Abweichung der Vorsteuerung einstellen, die das Ergebnis zusätzlich verfälscht. Bei Straßenmessungen wurden im gesteuerten Betrieb Gemischschwankungen beobachtet, die in der gleichen Größenordnung lagen wie der Lambda-Magersprung. Dies führt zu sehr großen Streuungen bei der OSC-Bestimmung.at a two-point probe in front of the catalyst can the oxygen content of the input exhaust gas can not be determined quantitatively. This applies to both the fat mixture as well the lean mixture. An approach for the realization is to start from a correct precontrol and to model the oxygen content of the input exhaust gas. The punctual tolerances of the system have no effect activities inadmissible out, so the evaluation quality can not be enough to make a catalyst better or worse to diagnose as a BORDER CAT. In addition, in the further Course an additional Set deviation of feedforward, which additionally falsifies the result. at road measurements were observed in controlled operation mixture fluctuations, the in the same order of magnitude lay like the lambda lean. this leads to very big Scattering in the OSC determination.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Genauigkeit der Vorsteuerung und damit die Bewertungsgüte der aktiven Katalysator-Diagnose insbesondere mit einer Zweipunkt- oder Sprungsonde wesentlich verbessert.It It is therefore an object of the invention to provide a method the accuracy of the feedforward control and thus the evaluation quality of the active catalyst diagnosis significantly improved especially with a two-point or jumping probe.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die modellierte Lambda-Vorsteuerung derart vorgegeben wird, dass die chronologischen Schritte
- – Überprüfung der Einschaltbedingungen
- – Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers
- – Gesteuerte Fettphase
- – Gesteuerte Magerphase
- – Plausibilisierung eines modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator sowie
- – Ermittlung und Ausgabe eines Mittelwertes
- - Checking the switch-on conditions
- - Determination of mean pilot control error
- - Controlled fat phase
- - Controlled lean phase
- - Plausibilisierung a modeled probe jump before the catalyst as well
- - Determination and output of a mean value
Dabei ist in einer Verfahrensvariante vorgesehen, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als ein Abbruchkriterium eine Abbruchschwelle für eine Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Luftmasse festgelegt wird. Es kann damit sichergestellt werden, dass die Diagnose bei einem quasistationären Betrieb durchgeführt werden kann.there is provided in a variant of the method that during the review of Switch-on conditions as an abort criterion an abort threshold for one Air mass change set as a relative deviation proportional to an air mass becomes. It can thus be ensured that the diagnosis is at a quasi-stationary one Operation performed can be.
Eine Variante sieht vor, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als Abbruchkriterium die Abbruchschwelle für die Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Kennlinie über die Luftmasse festgelegt wird. Dies erhöht die Genauigkeit für die Festlegung der Abbruchschwelle.A Variant provides that while the review of Switch-on conditions as a termination criterion the demolition threshold for the air mass change as a relative deviation proportional to a characteristic over the Air mass is set. This increases the accuracy for the determination the demolition threshold.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird zur Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers eine Schnelladaption durchgeführt und ein Lernwert eingefroren. Damit können punktuelle Toleranzen in kurzer Zeit über mehrere Perioden der Zweipunktregelung erlernt und, sobald die Adaption eingeschwungen ist, diese gespeichert werden.In A preferred variant of the method is used to determine the mean Pre-control error performed a quick adaptation and frozen a learning value. With that you can selective tolerances in a short time over several periods of the two-step control learned and, once the adaptation has settled, these stored become.
Dabei ist vorgesehen, dass die Schnelladaption dann erfolgt, wenn die allgemeinen Freigabebedingungen zu Beginn einer aktiven Katalysatordiagnose erfüllt sind. Dies stellt sicher, dass die Schnelladaption zu einem definierten Zeitpunkt erfolgt und damit ausgeschlossen werden kann, dass aufgrund von Fehlfunktionen zu Beginn der aktiven Katalysatordiagnose fehlerhafte Adaptionen durchgeführt und entsprechend falsche Lernwerte gespeichert werden.there it is envisaged that the rapid adaptation takes place when the general release conditions at the beginning of an active catalyst diagnosis Fulfills are. This ensures that the fast adaptation to a defined Time occurs and can be ruled out that due malfunctioning at the beginning of the active catalyst diagnosis faulty Adaptations performed and correspondingly incorrect learning values are stored.
Wird bei einer eingeschwungenen Schnelladaption der Lernwert eingefroren und ein Regler abgeschaltet, können danach gezielt die Fettphasen für das Lambda vorgesteuert werden, bis der sauerstofffreie Referenzzustand des Katalysators hergestellt ist, gefolgt von der gesteuerten Magerphase für das Lambda, um die OSC-Messung bis zum Sondensprung hinter dem Katalysator durchzuführen.If a fast adaptation is used, the learning value is frozen and a controller is deactivated Thereafter, the fat phases for the lambda may be selectively pre-controlled until the oxygen-free reference state of the catalyst is established, followed by the controlled lean phase for the lambda to perform the OSC measurement until the probe jump past the catalyst.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Plausibilisierung des modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator durch einen Vergleich der Zeitpunkte für den modellierten Sondensprung und einem realen Sondensprung vor dem Katalysator erfolgt. Dadurch können System-Toleranzen, die zu Gemischfehlern bei der Lambda-Vorsteuerung und damit zu Veränderungen des Betriebspunktes führen können, ausgeblendet werden, sofern sie noch innerhalb der tolerierbaren Grenzen liegen.A preferred variant of the method provides that the plausibility of the modeled probe jump before the catalyst by comparison the dates for the modeled probe jump and a real probe jump the catalyst takes place. This allows system tolerances that to mixture errors in the lambda pilot control and thus to changes of the operating point can, if they are still within the tolerable range Limits are.
Bei einer zu großen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator kann die Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit abgebrochen werden, da dann im allgemeinen von einem Fehler bei der Gemischbildung ausgegangen werden muss.at one too big temporal deviation between the modeled probe jump and the real probe jump in front of the catalyst can diagnose the Oxygen storage capacity aborted, since then in general from an error the mixture formation must be assumed.
In bevorzugter Verfahrensvariante wird bei einer kleinen zeitlichen Abweichung zwischen dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem Katalysator innerhalb der Plausi bilisierungsgrenzen ein Zeitmodell für die modellierte Lambda-Vorsteuerung entsprechend der Abweichung vorgezogen bzw. verzögert und/oder aktualisiert oder überschrieben. Dadurch wird sichergestellt, dass der reale Lambda-Magersprung mit dem modellierten Magersprung zusammenfällt. Bei kleineren, aber noch tolerierbaren System-Toleranzen kann damit das Katalysator-Diagnoseverfahren selbstständig adaptiert werden, was, in bestimmten Grenzen, einer selbstlernenden Fehlertoleranz entspricht.In preferred method variant is at a small temporal Deviation between the modeled probe jump and the real one Probe jump before the catalyst within the Plausi bilisierungsgrenzen a time model for the modeled lambda precontrol according to the deviation advanced or delayed and / or updated or overwritten. This will ensure that the real lambda lean skip with coincides with the modeled lean skip. At smaller, but still tolerable system tolerances can thus independently adapts the catalyst diagnostic procedure become, within certain limits, a self-learning fault tolerance equivalent.
Bei einer einfachen On-Board-Diagnose, bei denen der genaue OSC-Wert nicht ermittelt werden muss, kann mit dem modellierten Sondensprung vor dem Katalysator statt mit dem modellierten Sondensprung hinter dem Katalysator gestartet werden, was eine vereinfachte OSC-Bestimmung ermöglicht.at a simple on-board diagnosis, where the exact OSC value can not be determined can with the modeled probe jump behind the catalyst instead of with the modeled probe jump behind the catalyst can be started, which is a simplified OSC determination allows.
Werden nach mehreren Einzelmessungen Messausreißer eliminiert und wird anschließend eine Mittelwertbildung durchgeführt, so können damit statistische Schwankungen, wie sie in reellen Systemen vorkommen können, weitgehend kompensiert werden. Kurzzeitige Störungen haben damit nur einen sehr geringen Einfluss auf das Messergebnis für den OSC-Wert.Become after several individual measurements, measurement outlier is eliminated and then averaging carried out, so can thus statistical fluctuations, as they occur in real systems can, be largely compensated. Short-term disturbances have only a very little influence on the measurement result for the OSC value.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to one shown in the figure Embodiment explained in more detail. It shows:
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
Die
Abgassonden
Mit
der im Abgaskanal
Zur
Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wird im Allgemeinen
während
der On-Board-Diagnose die Brennkraftmaschine
Nach dem Stand der Technik wird ein sprunghafter Wechsel zwischen λ < 1 und λ > 1 vorgegeben. Bei dieser Vorsteuerung können Fehler auftreten, die beispielsweise durch eine Streuung der Einspritzventile oder Fehler in der Füllungserfassung herrühren. Diese verfälschen den Lambdawert und führen damit auch zu Fehlern bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit.To the prior art, a sudden change between λ <1 and λ> 1 is specified. at this pilot control can Errors occur, for example, due to a scattering of the injectors or errors in the fill detection. These distort the lambda value and lead thus also errors in the determination of oxygen storage capacity.
Der zeitliche Ablauf des Diagnoseverfahrens wird erfindungsgemäß in folgende Teilschritte definiert:
- 1. Überprüfung der Einschaltbedingungen
- 2. Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers
- 3. Gesteuerte Fettphase
- 4. Gesteuerte Magerphase
- 5. Plausibilisierung eines modellierten Sondensprungs vor dem
Katalysator
70 sowie - 6. Ermittlung und Ausgabe eines Mittelwertes
- 1. Checking the switch-on conditions
- 2. Determination of mean pilot control error
- 3. Controlled fat phase
- 4. Controlled lean phase
- 5. Plausibility check of a modeled probe jump in front of the catalyst
70 such as - 6. Determination and output of a mean value
Im der ersten Phase werden wie bisher üblich die Voraussetzungen für den Ablauf der aktiven Katalysatordiagnose überprüft. So werden beispielsweise als Einschaltbedingungen die Parameter Katalysatortemperatur, -gradient, Drehzahl, Last, Massenstrom, und/oder -gradient überprüft. Bei bekannten Störungen erfolgt bereits in dieser Phase eine Abschaltung. Die Diagnose wird zeitlich beschränkt und bei quasistationärem Betrieb, d.h. in einem eingeschränkten Bereich eines Betriebskennfeldes bzw. bei Konstantfahrten durchgeführt. Während der Überprüfung der Einschaltbedingungen wird als ein Abbruchkriterium eine Abbruchschwelle für eine Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Luftmasse (z.B. 20 kg/h) festgelegt. Es kann damit sichergestellt werden, dass die Diagnose bei einem quasistationären Betrieb durchgeführt werden kann. Eine andere Variante sieht vor, dass während der Überprüfung der Einschaltbedingungen als Abbruchkriterium die Abbruchschwelle für die Luftmassenänderung als relative Abweichung proportional zu einer Kennlinie über die Luftmasse festgelegt wird. Dies erhöht die Genauigkeit für die Festlegung der Abbruchschwelle. Die Abbruchschwelle für Luftmassenänderungen kann in einem Kennfeld auch absolut konstant bleiben.in the In the first phase, as usual, the prerequisites for the procedure will be fulfilled active catalyst diagnostics. So be for example as switch-on conditions the parameters catalyst temperature, Gradient, speed, load, mass flow, and / or gradient checked. at known disorders a shutdown occurs already in this phase. The diagnosis will limited in time and at quasi-stationary Operation, i. in a restricted Area of an operating map or carried out at constant driving. While checking the Switch-on conditions become a termination criterion as a termination criterion for one Air mass change as a relative deviation proportional to an air mass (e.g., 20 kg / h). It can thus be ensured that the Diagnosis in a quasi-stationary Operation performed can be. Another variant provides that while checking the Switch-on conditions as a termination criterion the demolition threshold for the air mass change as a relative deviation proportional to a characteristic over the Air mass is set. This increases the accuracy for determining the Abort threshold. The demolition threshold for air mass changes can also remain absolutely constant in a map.
Während der zweiten Phase wird eine Schnelladaption durchgeführt und ein Lernwert eingefroren. Dabei kann die Schnelladaption dann erfolgen, wenn die allgemeinen Freigabebedingungen zu Beginn einer aktiven Katalysatordiagnose erfüllt sind.During the In the second phase, a quick adaptation is performed and a learning value is frozen. The fast adaptation can then take place if the general Release conditions at the beginning of an active catalyst diagnosis Fulfills are.
Wird
bei einer eingeschwungenen Schnelladaption der Lernwert eingefroren
und ein Regler abgeschaltet, können
danach gezielt in der dritten Phase die Fettphasen für das Lambda
vorgesteuert werden, bis der sauerstofffreie Referenzzustand des
Katalysators
In
der vierten Phase erfolgt, wie bisher üblich, der gesteuerte Magersprung,
beispielsweise auf einen Wert von λ = 1,04. Dadurch wird Sauerstoff
in den Katalysator
Aufgrund
von System-Toleranzen können Gemischabweichungen
bei der Lambda-Vorsteuerung auftreten, die geringfügige Veränderungen
des Betriebspunktes bewirken. Daher ist in der Phase
Bei
zu großen
zeitlichen Abweichungen vom modellierten Startzeitpunkt wird die
Diagnose abgebrochen. Bei einer kleinen zeitlichen Abweichung zwischen
dem modellierten Sondensprung und dem realen Sondensprung vor dem
Katalysator
Das
Laufzeitmodell kann dabei je nach Anforderung mehr oder weniger
komplex gestaltet sein. Bei einfachen Systemen (z.B. für die European On-Board-Diagnostic
EOBD), bei denen der genaue OSC-Wert
nicht angegeben werden muss, kann die OSC-Messung einfacherweise
mit dem modellierten Sondensprung vor dem Katalysator
Abschließend werden
in Phase
Mit dem Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung kann erreicht werden, dass eine höhere Genauigkeit der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage bei einfachem Aufbau ermöglicht wird. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Kostenreduzierung für eine On-Board-Diagnose.With the method and the corresponding device can be achieved that a higher accuracy the determination of the oxygen storage capacity of the emission control system with a simple structure allows becomes. This is particularly advantageous in terms of cost reduction for one On-board diagnostics.
Claims (11)
Priority Applications (22)
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