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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten einer Abgassonde gemäß Patentanspruch
1 und eine Steuervorrichtung gemäß Patentanspruch 12.
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Es
sind verschiedenste Verfahren bekannt, mit denen die Funktionsfähigkeit
eines Abgaskatalysators oder einer Lambdasonde überprüft
werden.
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Beispielsweise
ist es aus
DE 103
32 057 B4 bekannt, ein Verfahren zur Überprüfung
einer an einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine geschalteten
Abgasreinigungsanlage zu verwenden, die einen Sauerstoffspeichereigenschaften
aufweisenden Katalysator sowie einen stromab davon im Abgastrakt liegenden
NOX-Sensor aufweist. Der NOX-Sensor gibt ein von der NOX- und der
NH
3 Konzentration im Abgas abhängiges
Sensorsignal ab, wobei die Brennkraftmaschine mit einem periodisch
um den Wert Lambda = 1 oszillierenden Luft/Kraftstoffverhältnis
betrieben wird. Über eine oder mehrere Perioden der Luft/Kraftstoffverhältnis-Oszillation
wird ein Mittelwert des Sensorsignals gebildet und bei einer Grenzüberschreitung
des Mittelwertes ein Katalysator mit einem defekten Monolithen erkannt.
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Weiterhin
ist es aus
DE
10 2005 059 794 B3 bekannt, ein Verfahren zum Kalibrieren
einer Abgassonde zu verwenden. Dabei wird nach einem Sprung von
einer Vorgabe eines fetten Luft/Kraftstoffverhältnisses
in einem Brennraum eines jeweiligen Zylinders einer Brennkraftmaschine
zu einer Vorgabe eines mageren Luft/Kraftstoffverhältnisses
eine sich daraufhin einstellende Plateau-Phase eines Messsignals
einer in einem Abgaskatalysator angeordneten Abgassonde detektiert
und die Zeitdauer als Einlagerungszeitdauer ermittelt. Nach einem
Sprung von einer Vorgabe eines mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnisses
in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders zu einer Vorgabe eines
fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird auf eine sich
daraufhin einstellende Plateau-Phase des Messsignals detektiert
und die Zeitdauer der Plateau-Phase als Auslagerungszeitdauer ermittelt.
Abhängig von der Einlagerungszeitdauer und der Auslagerungszeitdauer
wird eine Zuordnungsvorschrift zum Zuordnen des Messsignals zu einem
erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis angepasst. Zum Kalibrieren
der Abgassonde wird abhängig von einem Plateauwert des
Messsignals während der Plateau-Phase die Zuordnungsvorschrift
angepasst.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Funktion einer Abgassonde
mit einfachen Mitteln zu bewerten.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch
1 und einer Steuervorrichtung gemäß Patentanspruch
12 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass mit einfachen
Mitteln eine Überprüfung einer Abgassonde möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Amplitude eines
Signals, das auf einem Ausgangssignal der Abgassonde basiert, das
während eines oszillierenden Betriebes zwischen mageren und
fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen abgegeben wird, zur
Bewertung der Funktion der Abgassonde verwendet wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird die ermittelte Amplitude
mit einem Referenzwert verglichen. Ergibt der Vergleich, dass die
Amplitude größer als der Referenzwert ist, so
wird eine Fehlfunktion der Abgassonde erkannt.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird eine Frequenz des Signals
ermittelt, wobei die ermittelte Frequenz mit einem festgelegten
Frequenzbereich verglichen wird, der von der Oszillation der fetten
und mageren Luft/Kraftstoffverhältnisse abhängt,
wobei die Lambdasonde als defekt erkannt wird, wenn die ermittelte
Frequenz in dem Frequenzbereich liegt. Auf diese Weise ist eine
eindeutige Zuordnung der Oszillation des Signals zu den Fett- und
Magerphasen der Luft/Kraftstoffverhältnisse möglich.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird als Frequenzbereich
ein Frequenzbereich einer defekten Abgassonde verwendet. Auch bei
diesem Vergleich kann eine Fehlfunktion einer Abgassonde erkannt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird als Defekt der Abgassonde
eine Reaktionsverzögerung bei der Totzeit und/oder bei
dem dynamischen Ansprechverhalten der Abgassonde, insbesondere der Lambdasonde
erkannt.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der Referenzwert in
Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter eines Betriebspunktes
der Brennkraftmaschine gewählt. Auf diese Weise ist eine
sichere und präzise Zuordnung der Referenzwerte zu den
jeweiligen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine möglich.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird als Parameter des Betriebspunktes
die Drehzahl oder die Last der Brennkraftmaschine verwendet.
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In
einer zusätzlichen Ausführungsform werden mehrere
Amplituden des Signals erfasst, gemittelt und die gemittelte Amplitude
mit dem Referenzwert verglichen. Die Erfassung der Amplituden kann über
mehrere Perioden erfolgen. Auf diese Weise ist eine weitere Verbesserung
des Verfahrens möglich, da einzelne untypische Amplituden
herausgefiltert werden. Zudem kann die Frequenz des Signals über mehrere
Perioden gemittelt werden. Auch dadurch wird eine Verbesserung erreicht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
erstes Diagramm mit Steuer- und Messsignalen,
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3 ein
zweites Diagramm mit Steuer- und Messsignalen, und
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4 eine
vergrößerte Darstellung eines Ausgangssignals
der Lambdasonde.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine Anordnung einer Brennkraftmaschine
mit einem Ansaugtrakt 1, einem Motorblock 2, einem
Zylinderkopf 3 und einem Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst
vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und
ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über
einen Einlaufkanal in den Motorblock 2 geführt
ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8,
welche über eine Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des
Zylinders Z1 gekoppelt ist. Der Zylinderkopf 3 umfasst
einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem
Gasauslassventil 13. Der Zylinderkopf 3 weist
ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19 auf.
Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet
sein. Des Weiteren kann auf die Zündkerze 19 bei
Verwendung von Diesel als Kraftstoff verzichtet werden.
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In
dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet,
der beispielsweise als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Ferner
kann in dem Abgastrakt ein weiterer Abgaskatalysator 23 angeordnet sein,
der beispielsweise als NOx-Katalysator ausgebildet ist. Weiterhin
ist eine Steuervorrichtung 25 vor gesehen, der Sensoren
zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und an die Steuervorrichtung 25 weiterleiten. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt
abhängig von mindestens einer der Messgrößen
Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale
zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe
umgesetzt werden.
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Als
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26,
der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst,
ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts
der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32,
der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34,
der einen Saugrohrdruck im Sammler 6 erfasst, und ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der
einen Kurbelwellenwinkel erfasst, aus dem eine Drehzahl berechnet
werden kann.
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Zudem
ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die im Abgastrakt 4 stromaufwärts
des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist. Die Abgassonde 42 erfasst einen
Restsauerstoffgehalt des Abgases und gibt ein Ausgangssignal, das
charakteristisch für ein Luft/Kraftstoffverhältnis
in den Brennräumen der Brennkraftmaschine ist, an die Steuervorrichtung 25. Die
Abgassonde 42 kann beispielsweise eine lineare Lambdasonde
oder eine binäre Lambdasonde sein. Abhängig von
der gewählten Ausführungsform können
zusätzliche Sensoren oder weniger Sensoren als die aufgeführten
vorgesehen sein. Als Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5,
die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13,
das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19 vorgesehen,
die von der Steuervorrichtung 25 angesteuert werden, um eine
gewünschte Verbrennung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine
durchzuführen.
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Die
Steuervorrichtung 25 ist mit einem Datenspeicher 40 verbunden,
in dem beispielsweise Steuerverfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine
und Referenzwerte für die Bewertung der Abgassonde 42 abgespeichert
sind.
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Die
Steuereinrichtung 25 betreibt die Brennkraftmaschine abhängig
von der Pedalstellung des Fahrpedals 27 entsprechend den
abgelegten Steuerprogrammen. Dabei wird die Brennkraftmaschine z. B.
abhängig von der Fahrpedalstellung in verschiedenen Betriebspunkten
betrieben. Ein Parameter eines Betriebspunktes kann darin bestehen,
dass das Luft/Kraftstoffverhältnis, mit dem die Brennkraftmaschine
betrieben wird, um einen festgelegten Lambda-Wert oszilliert. Dazu
steuert die Steuereinrichtung 25 die Kraftstoff- und die
Luftzufuhr in der entsprechenden Weise, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis
um den festgelegten Wert, beispielsweise Lambda = 1 oszilliert.
Dies kann bei einem normalen Motorbetrieb erfolgen oder während
einer Zwangsanregung zum Bewerten der Abgassonde 42 durchgeführt
werden.
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Das
Diagramm der 2 zeigt in einer oberen Kennlinie
A ein Ausgangssignal einer linearen Lambdasonde, die als Abgassonde 42 in
der Anordnung der 1 verwendet wird. In einer zweiten Kennlinie
B ist ein Anregungssignal angegeben, das der Steuervorrichtung 25 zugeführt
wird, um die Mager/Fettphasen zu steuern, wobei ein unterer Wert des
Anregungssignals eine Magerphase und ein oberer Wert des Anregungssignals
eine Fettphase festlegt. In einer darunter dargestellten dritten
Kennlinie C ist ein Lambdareglereingriff der für eine Steuerung
der Fett/Magerphasen verwendet wird. Mit LV_AFL (2) ist die Fett/Mager
Phasen Erkennung bezeichnet. Ein Lambdaregler ist beispielsweise
als Steuerverfahren im Datenspeicher 40 abgelegt. Der Lambdaregler
vergleicht einen Stollwert für den Lambdawert mit einem
erfassten Istwert, der durch das Ausgangssignal der Abgassonde festgelegt
wird. Die Sollwerte für den Lambdawert hängen
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ab und sind im Datenspeicher 40 abgelegt.
Aus dem Vergleich berechnet der Lambdaregler eine Regelgröße, den
Lambdareglereingriff, der von der Steuervorrichtung 25 verendet
wird, um den Sollwert zu erreichen. Der Lambdareglereingriff oszilliert
gemäß der Zwangsanregung und wird der Steuervorrichtung 25 zugeführt.
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3 zeigt
ein zweites Diagramm, einer linearen Lambdasonde, die eine Reaktionsverzögerung aufgrund
einer Alterung aufweist, wobei die Reaktionsverzögerung
bei 250 ms liegt. In einer oberen Kennlinie A ist das Ausgangssignal
der Lambdasonde dargestellt. In der mittleren Kennlinie B ist das
Anregungssignal dargestellt, mit dem die Steuervorrichtung 25 eine
Oszillation der Fett/Magerphasen durchführt. In einer unteren
Kennlinie C ist der Ausgang des Lambdareglers, d. h. der Lambdareglereingriff dargestellt,
der der Steuervorrichtung 25 zugeführt wird.
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4 zeigt
in einer vergrößerten Darstellung das Signal des
Lambdareglerausgangs, das um eine Mittellage mit einer Amplitude
und einer Periode oszilliert. Es wird die Amplitude und/oder die
Periode des Ausgangssignals des Lambdareglerausgangs ermittelt.
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Die
ermittelte Amplitude wird dazu verwendet, um die Lambdasonde zu
bewerten. Versuche haben gezeigt, dass bei einer gealterten Lambdasonde die
Amplitude des Reglerausgangs überhöhte Werte annehmen.
Beispielsweise hat sich gezeigt, dass eine Überschreitung
eines Normalwertes auf eine defekte Lambdasonde hinweisen kann.
Sicher kann eine defekte Lambdasonde erkannt werden, wenn ein Normalwert
für die Amplitude, der als Referenzwert im Datenspeicher
abgelegt ist, um mehr als 50% übersteigt. In einer gewählten
Ausführungsform sind Referenzwerte für die Amplituden
abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine,
insbesondere abhängig von der Drehzahl und/oder der Last
im Datenspeicher abgelegt.
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Eine
weitere Verbesserung des Verfahrens wird dadurch erreicht, dass
die Periode des Signals des Lambdareglerausgangs, d. h., die Frequenz,
erfasst wird und mit einem festgelegten Frequenzbereich verglichen
wird. Der festgelegte Frequenzbereich entspricht mit festgelegter
Bandbreite einer Oszillationsfrequenz, mit der das Luft/Kraftstoffverhältnis
von der Steuereinrichtung festgelegt wird. Dies kann insbesondere
präzise festgelegt werden, wenn die Steuereinrichtung anhand
einer festgelegten Zwangsanregung mit einer festgelegten Frequenz das
Luft/Kraftstoffverhältnis um einen festgelegten Lambdawert,
insbesondere um Lambda 1 oszillieren lässt. Der festgelegte
Frequenzbereich kann beispielsweise der Frequenz der Zwangsanregung
entsprechen, wobei eine Frequenzbreite von plus oder minus 10% berücksichtigt
werden kann.
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Wird
bei der Überprüfung erkannt, dass die Amplitude
des Ausgangssignals des Lambdareglers um mehr als einen festgelegten
Wert von dem Referenzwert abweicht, so wird eine defekte Lambdasonde
erkannt. Durch den Vergleich der Frequenz des Ausgangssignals des
Lambdareglers mit der festgelegten Frequenz bzw. mit einem festgelegten
Frequenzbereich kann eindeutig eine Zuordnung des Ausgangssignals
des Lambdareglers zu der Oszillation der Fett/Magerphasen durch
die Steuereinrichtung vorgenommen werden. Somit wird sichergestellt,
dass die Amplitude des Ausgangssignals des Lambdareglers sich aufgrund
der Oszillation der Luft/Kraftstoffverhältnisse durch die
Steuereinrichtung erzeugt wurde.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird als festgelegte Frequenz
oder festgelegter Frequenzbereich eine Frequenz oder ein Frequenzbereich
einer defekten Abgassonde verwendet. Durch einen Vergleich der Frequenz
des Signals des Abgassensors mit der festgelegten Frequenz oder
dem festgelegten Frequenzbereich kann eine Fehlfunktion der Abgassonde
erkannt werden, wenn die Frequenz der Abgassonde in dem festgelegten
Frequenzbereich liegt oder der festgelegten Frequenz entspricht.
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In
einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Amplituden
des Ausgangssignals des Lambdareglers erfasst und ein Mittelwert
gebildet. Der Mittelwert wird mit einem Referenzwert verglichen.
Der Referenzwert kann beispielsweise aus Refe renzwerten der entsprechenden
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine ermittelt werden, die den Amplituden
entsprechen.
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Anstelle
des Lambdareglersignals können auch andere Signale, wie
z. B. das Signal der Abgassonde 42 oder ein vom Signal
der Abgassonde 42 abhängiges oszillierendes Signal
verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10332057
B4 [0003]
- - DE 102005059794 B3 [0004]