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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Dynamik eines
in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges stromabwärts
eines Katalysators angeordneten Sauerstoffsensors sowie ein Verfahren
zur Korrektur einer Diagnose eines in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysators einer Abgasreinigungsvorrichtung mit
einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Sauerstoffsensor.
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Verfahren
zur Diagnose eines Katalysators sind bekannt und können
beispielsweise eine Sauerstoffspeicherfähigkeit eines überwachten
Katalysators bewerten, beispielsweise mittels einer Signalauswertung
von vor und hinter dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsensoren.
Gesetzliche Vorschriften besagen, dass dabei eine Bewertung einer Dynamik
des vor dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsensors zu erfolgen
hat. Weitere gesetzliche Vorschriften, beispielsweise das OBD-Gesetz der
CARB, Monitoring of Secondary Sensors, 7.2.2 C, Sufficient Sensor
Performance for Other Monitors, (vgl. CARB-OBD-Gesetz, 1968_2
Draft vom 07.02.2006) fordern, dass zukünftig
auch eine Dynamik des hinter dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsensors
bewertet werden muss. Demnach wird als Mindestanforderung gefordert,
eine Ansprechzeit des hinter dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsensors
bei einem Flankenwechsel von fett nach mager auszuwerten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine möglichst einfache und/oder
aussagekräftige Diagnose eines in einem Abgasstrom stromabwärts
eines Katalysators angeordneten Sauerstoffsensors zu ermöglichen. Überdies
ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Diagnose des in dem
Abgasstrom angeordneten Katalysators zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Diagnose einer Dynamik eines
in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges stromabwärts
eines Katalysators angeordneten Sauerstoffsensors gelöst.
Das Verfahren weist die Schritte Festlegen eines ersten und eines
zweiten Schwellwerts, die einen maximal 60% eines Gesamtsignalbereichs
ausmachenden und zwischen den Schwellwerten liegenden Teilsignalbereich
eines Ausgangssignals des Sauerstoffsensors aufspannen, Ändern einer
Gemischzusammensetzung des Verbrennungsmotors und Beobachten einer
Antwort des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors auf die Änderung
der Gemischzusammensetzung nach Erreichen des ersten Schwellwerts
bis zum Erreichen des zweiten Schwellwerts auf. Vorteilhaft ist
die Beobachtung des Ausgangssignals nur in dem vergleichsweise kleinen
Teilsignalbereich erforderlich, so dass eine Interpretation schneller
und präziser möglich ist. Vorteilhaft kann auch
der Teilsignalbereich so gewählt werden, dass eine möglicherweise
aufgetretene Alterung des Katalysators weniger Einfluss auf die
beobachtete Antwort hat. Vorteilhaft kann mittels der beobachteten
Antwort ein Rückschluss auf die Dynamik des Sauerstoffsensors
gezogen werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die
Gemischzusammensetzung im Wesentlichen sprungförmig geändert.
Vorteilhaft kann also eine Sprungantwort des Sauerstoffsensors beziehungsweise
des vorgeschalteten Katalysators zusammen mit dem Sauerstoffsensor
beobachtet werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Ändern der Gemischzusammensetzung
von mager (λ > 1)
zu fett (λ < 1).
Es kann also die Antwort auf einen Wechsel von einer mageren Gemischzusammensetzung
zu einer fetten Gemischzusammensetzung beobachtet werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Festlegen der Schwellwerte des Ausgangssignals, die
einem Wert für λ < 1 entsprechen. Die gesamte Beobachtung
der Antwort des Ausgangssignals kann also im fetten Bereich erfolgen.
Vorteilhaft ist dieser Bereich bei einem Wechsel von mager zu fett,
also bei einer ansteigenden Flanke des Ausgangssignals besonders
wenig anfällig für Alterungseinflüsse
des dem Sauerstoffsensor vorgeschalteten Katalysators.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Ändern der Gemischzusammensetzung
von fett (λ < 1)
zu mager (λ > 1).
Es kann die Antwort eines Gemischwechsels von fett zu mager beobachtet
werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Festlegen der Schwellwerte des Ausgangssignals, die
einem Wert für λ > 1 entsprechen. Vorteilhaft kann die gesamte
Beobachtung der Antwort des Ausgangssignals in einem Teilsignalbereich
geschehen, der einer mageren Gemischzusammensetzung entspricht.
Vorteilhaft ist dieser Teilbereich bei einer Änderung der
Gemischzusammensetzung von fett zu mager, also einer fallenden Flanke
des Ausgangssignals besonders wenig anfällig für
Alterungseinflüsse des vorgeschalteten Katalysators. Es
ist vorteilhaft möglich, sowohl eine steigende Flanke als
auch eine fallende Flanke des Ausgangssignals als Antwort auf den
Gemischwechsel zu beobachten. Alternativ und/oder zusätzlich
ist es möglich, nur einen Gemischwechsel für eine
steigende oder für eine sinkende Flanke mittels Beobachtung
der Antwort des Ausgangssignals zu bewerten.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Festlegen der Schwellwerte des Ausgangssignals, die
einen Spannungswert Us > 450 mV aufweisen und/oder Festlegen der
Schwellwerte des Ausgangssignal, die einen Spannungswert Us < 450
mV aufweisen und/oder Festlegen des ersten Schwellwerts auf Us = 450 mV und des zweiten Schwellwerts auf
Us = 550 mV und/oder Festlegen des ersten
Schwellwerts auf Us = 300 mV und des zweiten
Schwellwerts auf Us = 200 mV. Es hat sich
herausgestellt, dass ein Spannungswert Us > 450 mV besonders gut
für einen Gemischwechsel mager zu fett und ein Spannungswert
Us < 450
mV besonders gut für einen Gemischwechsel fett zu mager
geeignet ist. Als besonders vorteilhaft für die steigende
Flanke des Ausgangssignals hat sich außerdem ein Bereich
zwischen Us = 450 mV und Us =
550 mV herausgestellt. Als besonders vorteilhaft für die
fallende Flanke des Ausgangssignals hat sich ein Bereich zwischen
Us = 300 mV und Us =
200 mV herausgestellt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Ändern der Gemischzusammensetzung
von mager (λ > 1)
zu fett (λ < 1)
während einer Phase mit Kraftstoffanreicherung. Phasen
mit Kraftstoffanreicherung treten im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges auf.
Vorteilhaft muss zur Diagnose der Dynamik des Sauerstoffsensors
kein spezieller oder zumindest nur eine vergleichsweise geringer
Eingriff in die eigentlich dem aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeuges
entsprechende Gemischbildung des Verbrennungsmotors erfolgen.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Ändern der Gemischzusammensetzung
von fett (λ < 1)
zu mager (λ > 1)
während einer Schubphase. Während einer Schubphase
kann üblicherweise die Kraftstoffzufuhr gänzlich
abgeschaltet sein, was vorteilhaft zur Diagnose der Dynamik des
Sauerstoffsensors ausgenützt werden kann. Vorteilhaft ist
auch dabei kein oder zumindest nur ein vergleichsweise geringer Eingriff
in die dem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges entsprechende Gemischbildung
des Verbrennungsmotors erforderlich.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Ändern der Gemischzusammensetzung
mittels einer λ-Modulation in einem stationären
Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Vorteilhaft können
mittels der λ-Modulation die zur Diagnose der Dynamik des Sauerstoffsensors
erforderlichen Wechsel der Gemischbildung beziehungsweise -zusammensetzung generiert
werden. Dabei kann es sich vorteilhaft um ohnehin während
eines stationären Betriebszustands auftretende λ-Modulationen
handeln. Es ist jedoch auch möglich, dazu eine während
einer ohnehin ablaufenden Testfunktion des Katalysators vorgenommenen λ-Modulation
zu verwenden. Eine solche Testfunktion kann beispielsweise nach
dem bekannten Verfahren DKATSP der Firma Bosch erfolgen. Vorteilhaft
ist dann eine zusätzliche Testroutine nicht erforderlich.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Berücksichtigen zumindest einer
der folgenden Größen: Abgasmassenstrom, Temperatur
des Sauerstoffsensors. Die Dynamik des Sauerstoffsensors hängt
zumindest von den Parametern Abgasmassenstrom und Sondentemperatur
ab, die vorteilhaft bei der Beobachtung der Antwort des Ausgangssignals
berücksichtigt werden können. Vorteilhaft kann der
Abgasmassenstrom als in einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors
vorliegende Größe berücksichtigt werden.
Die Temperatur des Sauerstoffsensors kann vorteilhaft über
eine modelliert oder eine gemessene Abgastemperatur des Abgasstroms
des Verbrennungsmotors und/oder über einen gemessenen Innenwiderstand
des Sauerstoffsensors charakterisiert werden. Vorteilhaft ist es
auch möglich, den Einflussparameter Temperatur des Sauerstoffsensors
mittels eines Sauerstoffsensors mit einer Temperaturregelung zu
eliminieren.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Festlegen von folgenden Randwerten für
die Änderung der Gemischzusammensetzung von mager (λ > 1) zu fett (λ < 1): Das Ausgangssignal
ist zu Beginn kleiner als die Schwellwerte, der Abgasmassenstrom liegt
in einem festgelegten Bereich, die Sondentemperatur des Sauerstoffsensors
liegt in einem festgelegten Bereich und/oder das Ausgangssignal
ist während der Beobachtung streng monoton steigend. Es hat
sich gezeigt, dass bei Beachtung dieser Randwerte die beobachtete
Antwort des Ausgangssignals besonders gute Rückschlüsse
auf die Dynamik des Sauerstoffsensors ermöglicht.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Festlegen von folgenden Randwerten für
die Änderung der Gemischzusammensetzung von fett (λ < 1) zu mager (λ > 1): Das Ausgangssignal
ist zu Beginn größer als die Schwellwerte, der
Abgasmassenstrom liegt in einem festgelegten Bereich, die Temperatur des
Sauerstoffsensors liegt in einem festgelegten Bereich und/oder das
Ausgangssignal ist während der Beobachtung streng monoton
fallend. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem Einhalten dieser
Randwerte eine Beobachtung der Antwort des Ausgangssignals bei einem
Gemischwechsel von fett zu mager besonders gute Rückschlüsse
auf die Dynamik des Sauerstoffsensors ermöglicht.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Beobachten der Antwort mittels Messen
einer Zeitdifferenz zwischen dem Erreichen des ersten Schwellwerts
bis zum Erreichen des zweiten Schwellwerts. Vorteilhaft ermöglicht
die ermittelte Zeitdifferenz Rückschlüsse auf
die Dynamik des Sauerstoffsensors, insbesondere unter der Voraussetzung
der bekannten Änderung der Gemischzusammensetzung und/oder
Randwerte.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Beobachten der Antwort mittels Berechnen
eines mittleren Gradienten des Ausgangssignals. Vorteilhaft kann
auch der ermittelte mittlere Gradient der zwischen den Schwellwerten
liegenden Flanke des Ausgangssignals für Rückschlüsse
auf die Dynamik des Sauerstoffsensors hergenommen werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Normieren der beobachteten Antwort auf
einen Nominal-Sauerstoffsensor, der in einem mittleren Toleranzbereich
zulässiger Ansprechzeiten liegt. Es ist möglich,
den verwendeten Sauerstoffsensoren, die produktionsbedingt toleranzbehaftet
sein können, einen zulässigen Toleranzbereich
zuzuordnen. In Kenntnis dieses Toleranzbereichs ist es möglich,
einen Nominal-Sauerstoffsensor zu definieren, der in dem mittleren
Toleranzbereich liegt, wobei der mittlere Toleranzbereich kleiner
ist als der gesamte zulässige Toleranzbereich. Ferner ist
es möglich, ein Verhalten dieses Nominal-Sauerstoffsensors
umfassend zu ermitteln und beispielsweise in einem temperatur- und
massenstromabhängigen Kennfeld abzulegen. Vorteilhaft kann
auch die Normierung der beobachteten Antwort über dieses
gesamte temperatur- und massenstromabhängige Kennfeld erfolgen,
so dass sich daraus ein temperatur- und massenstromabhängiges
Kennfeld von Normfaktoren ergibt. Vorteilhaft ist es dadurch möglich,
die beobachtete Antwort mittels des die Faktoren enthaltenden Kennfeldes
so umzurechnen, dass die mittels des Verfahrens beobachtete Antwort
der eigentlich zu erwartenden Antwort eines Nominal-Sauerstoffsensors
entspricht. Vorteilhaft verhält sich also mittels der Transformation
die Antwort des Katalysators und des diagnostizierten Sauerstoffsensors
so wie ein System eines Katalysators und ein diesem nachgeschalteter
Nominal-Sauerstoffsensor. Vorteilhaft können dadurch toleranzbedingte
Streuungen der Dynamik des Sauerstoffsensors eliminiert werden.
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Die
Aufgabe ist außerdem mit einem Verfahren zur Korrektur
einer Diagnose eines in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysators einer Abgasreinigungsvorrichtung
mit einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Sauerstoffsensor
gelöst. Bei dem Verfahren ist Folgendes vorgesehen: Diagnostizieren
einer Dynamik des Sauerstoffsensors mittels eines vorab beschriebenen
Verfahrens zur Diagnose einer Dynamik eines Sauerstoffsensors, Diagnostizieren
des Katalysators mittels eines Verfahrens zur Katalysatordiagnose,
Korrigieren der Diagnose des Katalysators mittels bei der Diagnose
des Sauerstoffsensors gewonnener Daten. Vorteilhaft ist es möglich,
mittels der Korrektur der Diagnose des Katalysators ein zu frühes
oder zu spätes Anzeigen des Katalysators zu vermeiden.
Vorteilhaft kann dadurch eine sogenannte Lücke der Diagnose,
die ohne eine Korrektur der Diagnose des Katalysators auftreten
würde, geschlossen werden.
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Bei
einer Ausführungsform des Verfahrens ist Folgendes vorgesehen:
Korrigieren der Diagnose des Katalysators mittels eines bei der
Diagnose des Sauerstoffsensors gewonnenen und auf den Nominal-Sauerstoffsensor
bezogenen Normwertes einer Ansprechzeit des Sauerstoffsensors. Bei
dem Normwert kann es sich beispielsweise um eine normierte Ansprechzeit
oder einen normierten Gradienten handeln. Vorteilhaft kann das tatsächliche
Verhalten des dem Katalysator nachgeschalteten Sauerstoffsensors
in ein Verhalten, wie es mit einem Nominal-Sauerstoffsensors auftreten
würde, umgerechnet werden. Mithin kann vorteilhaft ein
nicht erwünschter Einfluss einer Streuung der Dynamik des
eingesetzten Sauerstoffsensors eliminiert werden. Vorteilhaft wird also
der Katalysator unabhängig von dem nachgeschalteten Sauerstoffsensor
diagnostiziert und damit vorteilhaft genau rechtzeitig mittels des
Diagnoseverfahrens als n. i. O. erkannt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist Folgendes vorgesehen: Korrigieren der Diagnose des Katalysators
mittels Dividieren eines Messwerts der Diagnose des Katalysators
durch den Normwert. Bei dem Messwert kann es sich beispielsweise
um eine Ansprechzeit oder um einen mittleren Gradienten handeln,
die jeweils wie oben beschrieben mittels der Division auf das Verhalten
des Nominal-Sauerstoffsensors transformierbar sind.
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Die
Aufgabe ist außerdem mit einem Kraftfahrzeug mit einer
Abgasreinigungsvorrichtung, ausgelegt und/oder eingerichtet zum
Durchführen eines oder beider der vorab beschriebenen Verfahren
gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder
funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer Regelung einer Abgasreinigungsvorrichtung eines
Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor;
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2 ein
Diagramm eines Ausgangssignals eines Sauerstoffsensors in Volt über
der Zeit für eine ansteigende Flanke im Vergleich einer
i. O.- und einer n. i. O.-Prüfung; und
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3 ein
Schaubild analog 1, jedoch für eine
fallende Flanke des Ausgangssignals, ebenfalls im Vergleich für
eine i. O.- und einer n. i. O.-Prüfung.
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1 zeigt
eine Prinzipskizze einer Regelung einer Abgasreinigungsvorrichtung 1 eines
Kraftfahrzeuges 3 mit einem Verbrennungsmotor 5.
Der Verbrennungsmotor 5 entlässt beim Betrieb
einen Abgasstrom 7 in eine Abgasanlage 9 des Kraftfahrzeuges 3.
Der Abgasstrom 7 wird zur Reinigung durch einen Katalysator 11 geleitet.
Dem Katalysator 11 ist ein vorderer Sauerstoffsensor 13 vorgeschaltet und
ein Sauerstoffsensor 15 nachgeschaltet. Die Sauerstoffsensoren 13 und 15 sind
als Messglieder Teile einer Wirkkette eines vorderen Regelkreises 17 sowie
eines hinteren Regelkreises 19, jeweils mit Reglern 21.
Die Regler 21 können in einer gestrichelt angedeuteten
Steuereinheit 23, beispielsweise einer Motorsteuereinheit
des Verbrennungsmotors 5 des Kraftfahrzeuges 3 implementiert
sein. Die Sauerstoffsensoren 13 und 15 liefern
jeweils ein Ausgangssignal 25. Den Regelkreisen 17 und 19 wird
ein Sollwert 27 zugeführt, der mit den Ausgangssignalen 25 auf verschiedene
Art und Weise verrechenbar ist. Es ist beispielsweise möglich,
das Ausgangssignal 25 des dem Katalysator 11 nachgeschalteten
Sauerstoffsensors 15 dem Sollwert 27 zuzuaddieren.
Mittels eines Doppelpfeiles 29 ist angedeutet, dass die
Regler 21 in einem Austausch stehen können, beispielsweise um
Informationen des hinteren Regelkreises 19 in den vorderen
Regelkreis 17 einzurechnen. Die Steuereinheit 23 kann
eine Diagnosefunktion 31 aufweisen, die, ebenfalls mittels
eines Doppelpfeiles 29 angedeutet, mit den Reglern 21 beziehungsweise
den Regelkreisen 17 und 19 Wechselwirken kann.
Die Diagnosefunktion 31 kann beispielsweise eine Diagnosefunktion
zum Testen des Verhaltens des Katalysators 11 durchführen,
wobei gegebenenfalls eine vorhandene Alterung des Katalysators 11 diagnostizierbar
ist. Außerdem kann die Diagnosefunktion 31 vorteilhaft
zur Diagnose des dem Katalysator 11 nachgeschalteten Sauerstoffsensors 15 eingesetzt
werden.
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Anhand
der folgenden Beschreibung der 2 und 3 wird
die Diagnose des nachgeschalteten Sauerstoffsensors 15 näher
erläutert.
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2 zeigt
ein Schaubild 33 des Ausgangssignals 25 des dem
Katalysator 11 nachgeschalteten Sauerstoffsensors 15.
Auf einer x-Achse 35 des Schaubilds 33 ist eine
Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf einer y-Achse 37 des
Schaubildes 33 ist das Ausgangssignal 25 des Sauerstoffsensors 15 in
Volt aufgetragen.
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Insgesamt
sind im Schaubild 33 ein erster Verlauf 39 des
Ausgangssignals 25 und ein zweiter Verlauf 41 des
Ausgangssignals 25 aufgetragen. Die Verläufe 39 und 41 weisen
jeweils eine ansteigende Flanke 43 auf, nämlich
als Antwort 45 auf eine mittels der Steuereinheit 23 gesteuerte Änderung
einer Gemischzusammensetzung des Verbrennungsmotors 5 von
mager (λ > 1)
zu fett (λ < 1).
Die Änderung der Gemischzusammensetzung kann vorzugsweise sprungförmig
erfolgen, wobei die gezeigten Verläufe 39 und 41 der 2 jeweils
Sprungantworten darstellen. Die Verläufe 39 und 41 charakterisieren
also das Übertragungsverhalten des Verbrennungsmotors 5 sowie
des diesem nachgeschalteten Katalysators 11 und des Sauerstoffsensors 15 selbst.
Die Antwort auf den Wechsel der Gemischzusammensetzung kann zur
Diagnose eines Übertragungsverhaltens beziehungsweise einer
Dynamik des Sauerstoffsensors 15 hergenommen werden. Vorteilhaft
ist dabei, dass das Übertragungsverhalten des Katalysators 11,
beispielsweise verändert durch eine Alterung, eine möglichst
geringe Rolle spielt. Es hat sich gezeigt, dass diese Alterungseinflüsse
sich möglichst gering auf die Auswertung der Dynamik des
Sauerstoffsensors 15 auswirken, wenn nur jeweils ein Teil der
ansteigenden Flanken 43 der Antworten 45 betrachtet
wird. Hierzu kann ein erster Schwellwert 47, beispielsweise
bei 450 mV des Ausgangssignals 25 und ein zweiter Schwellwert 49,
beispielsweise bei 550 mV des Ausgangssignals 25 dienen.
Es ist möglich, eine Reaktionszeit 51 zwischen
dem Erreichen des ersten Schwellwerts 47 bis zum Erreichen
des zweiten Schwellwerts 49 zu messen. Es ist ersichtlich,
dass diese Reaktionszeit 51 für den ersten Verlauf 39 deutlich
kürzer ist als für den zweiten Verlauf 41.
Aus den Reaktionszeiten können Rückschlüsse auf
die Dynamik des diagnostizierten Sauerstoffsensors 15 gezogen
werden. Beispielsweise für den zweiten Verlauf 41 mit
der deutlich längeren Reaktionszeit 51 kann geschlossen
werden, dass das Verhalten des Sauerstoffsensors 15 zu
langsam ist beziehungsweise beispielsweise durch Alterungseinflüsse
zu langsam geworden ist.
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Außerdem
ist dem Schaubild 33 zu entnehmen, dass die Verläufe 39, 41 des
Ausgangssignals 25 während der durchgeführten
Diagnose jeweils streng monoton steigend sind.
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3 zeigt
ein Schaubild 53 analog des Schaubilds 33. Im
Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Als Unterschied
handelt es sich um Aufzeichnungen des Ausgangssignals 25 für
eine Änderung der Gemischzusammensetzung von fett (λ < 1) zu mager (λ > 1). Als Antwort 45 auf einen
solchen Gemischwechsel ergeben sich fallende Flanken 55 des
Ausgangssignals 25. Im Unterschied zum Schaubild 33,
bei dem beide Schwellwerte 47 und 49 in einem
Bereich für λ-Werte < 1 liegen, sind gemäß Schaubild 53 die
Schwellwerte 47 und 49 in einem Bereich einer
mageren Gemischzusammensetzung gewählt. Der erste Schwellwerte 47 beträgt
beispielsweise 300 mV und der zweite Schwellwert 49 beträgt
beispielsweise 200 mV. Es hat sich gezeigt, dass eine Wahl der Schwellwerte 47 und 49 für
die fallenden Flanke 55 im Bereich einer mageren Gemischzusammensetzung
eine besonders robuste Diagnose des Übertragungsverhaltens
des Sauerstoffsensors 15, also möglichst unabhängig
von Alterungserscheinungen des Katalysators 11, ermöglicht. Auch
im Schaubild 53 ist zu erkennen, dass ein erster Verlauf 39 des
Ausgangssignals 25 eine deutlich kürzere Reaktionszeit 51 als
ein zweiter Verlauf 41 des Ausgangssignals 25 liefert.
Der erste Verlauf 39 könnte als i. O.-Ergebnis
und der zweite Verlauf 41 als n. i. O.-Ergebnis gewertet
werden.
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Die Änderung
der Gemischzusammensetzung liegt bei beiden Schaubildern 33 und 53 im
Ursprung.
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Vorteilhaft
können mittels des Verfahrens Eigenschaften des Sauerstoffsensors 15 möglichst
gut von eventuell über die Zeit veränderlichen
Eigenschaften des Katalysators 11, beispielsweise veränderte
Sauerstoff-Speicherfähigkeit, getrennt werden. Vorteilhaft
ist dies insbesondere durch eine deutliche Verkleinerung mittels
der Schwellwerte 47 und 49 eines ausgewerteten
Bereichs der Flanken 43 und 55 möglich.
Nach Messungen kann eine Beschränkung auf einen Spannungsbereich
für λ > 1
entsprechend Ausgangssignal 25 (Us) < 450 mV sein für
die fallende Flanke 55. Für die steigende Flanke 43,
also bei einem Gemischwechsel von mager zu fett ist der Bereich λ < 1 entsprechend
Ausgangssignal 25 (Us) > 450 mV weniger stark
abhängig vom Zustand des vorgeschalteten Katalysators 11.
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Je
nach Zustand des Katalysators 11 ist es denkbar, zur Diagnose
des Sauerstoffsensors 15 entweder nur die ansteigende Flanke 43 oder
nur die fallende Flanke 55 auszuwerten. Alternativ und/oder zusätzlich
ist es jedoch auch denkbar, beide Flanken 43 und 55 auszuwerten.
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Die
Diagnose der Dynamik des Sauerstoffsensors 15 kann während
einer Schubphase, also mit einer unterbrochenen Kraftstoffzufuhr,
für die fallende Flanke 55 durchgeführt
werden. Die ansteigende Flanke 43 kann während
einer Phase mit Kraftstoffanreicherung (λ < 1) durchgeführt
werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch denkbar,
die Beobachtung der Antwort 45 auf eine separate λ-Modulation
in einem stationären Betrieb des Verbrennungsmotors vorzunehmen,
beispielsweise solange eine aktive Testfunktion speziell zur Diagnose
des Sauerstoffsensors 15 gefahren wird und/oder vorteilhaft während
eine andere Diagnoseroutine durchgeführt wird, beispielsweise
zur Diagnose des Katalysators 11, beispielsweise nach dem
DKATSP-Verfahren der Firma Bosch.
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Die
Dynamik des Sauerstoffsensors 15 kann auch von weiteren
Größen, beispielsweise einem Abgasmassenstrom
des Abgasstroms 7 und einer Sondentemperatur des Sauerstoffsensors 15 abhängen. Vorteilhaft
können diese Größen bei der Beobachtung
der Antwort 45 berücksichtigt werden. Der Abgasmassenstrom
kann in der Steuereinheit 23 als berechnete Größe
vorliegen. Die Sondentemperatur kann beispielsweise über
eine modellierte oder gemessene Abgastemperatur und/oder über
einen gemessenen Innenwiderstand des Sauerstoffsensors 15 charakterisiert
werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, besonders
vorteilhaft die Größe der Sondentemperatur mittels
einer Temperaturregelung gänzlich zu eliminieren.
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Zur
Durchführung der Beobachtung der Antwort 45 können
Randwerte definiert werden, deren Einhaltung eine besonders verlässliche
Diagnose des Sauerstoffsensors 15 ermöglichen.
Für die fallende Flanke 55 können diese
beispielsweise wie folgt lauten: Das Ausgangssignal 25 des
Sauerstoffsensors 15 ist zu Beginn der Änderung
der Gemischzusammensetzung Us > Us fett,
vorliegend, gemäß 3, ca. 0,8
Volt, der Abgasmassenstrom befindet sich in einem Bereich minimaler
Abgasmassenstrom < Abgasmassenstrom < maximaler Abgasmassenstrom,
die Sondentemperatur des Sauerstoffsensors 15 befindet
sich in einem Bereich minimale Sondentemperatur < Sondentemperatur < maximale Sondentemperatur, das Ausgangssignal 25 ist
während der Beobachtung der Antwort 45 streng
monoton fallend.
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Für
die steigende Flanke 43 können diese beispielsweise
wie folgt lauten: Das Ausgangssignal 25 des Sauerstoffsensors 15 ist
zu Beginn des Gemischwechsels Us < Us mager,
beispielsweise vorliegend gemäß 2 ungefähr
0,1 Volt. Der Abgasmassenstrom befindet sich in einem Bereich minimaler
Abgasmassenstrom < Abgasmassenstrom < maximaler Abgasmassenstrom,
die Sondentemperatur des Sauerstoffsensors 15 befindet
sich in einem Bereich minimale Sondentemperatur < Sondentemperatur < maximale Sondentemperatur, das Ausgangssignal 25 ist
während der Beobachtung der Antwort 45 streng
monoton steigend.
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Vorteilhaft
kann neben der Auswertung der Antworten 45 durch Ermitteln
der Reaktionszeiten 51 dies auch durch eine Berechnung
eines mittleren Gradienten des Ausgangssignals 25 zwischen
den Schwellwerten 47 und 59 erfolgen.
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Die
Ansprechzeiten des Sauerstoffsensors 15 können
von dem Abgasmassenstrom und der Sondentemperatur abhängen.
Um diese Abhängigkeiten vom Abgasmassenstrom und der Sondentemperatur
zu berücksichtigen, kann eine Speicherung der Ansprechzeiten
in Kennfeldern erfolgen.
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Vorteilhaft
können die beobachteten Antworten 45 des Ausgangssignals 25 des
Sauerstoffsensors 15 für eine Korrektur einer
mittels der Diagnosefunktion 31 ebenfalls durchführbaren
Katalysatordiagnose verwendet werden. Dazu ist es möglich,
die Ansprechzeiten des Sauerstoffsensors 15 in einen normierten
Wert umzurechnen. Dazu können die gemessenen Ansprechzeiten
auf die in gleichen Kennfeldern abgelegten Ansprechzeiten für
einen Nominal-Sauerstoffsensor bezogen werden und damit auf einen
normierten Wert umgerechnet werden. Ein Nominal-Sauerstoffsensor
kann beispielsweise aus einem mittleren Toleranzbereich zulässiger
Ansprechzeiten gewählt werden. Vorteilhaft lässt
sich daraus ein Kennfeld von temperatur- und massenstromabhängigen
dimensionslosen Faktoren ermitteln.
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Dies
kann beispielsweise mittels der Rechenvorschrift: Normierter Faktor
der Ansprechzeit = gemessene Ansprechzeit : Ansprechzeit der Nominalsonde,
erfolgen.
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Vorteilhaft
kann bei der Verwendung von temperaturgeregelten Sauerstoffsensoren
und/oder temperaturkompensierten Sondenspannungen beziehungsweise
Ausgangssignalen 25 eine Ermittlung von lediglich massenstromabhängigen
Kennlinien genügen.
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Vorteilhaft
kann, sofern keine sehr ausgeprägte Betriebspunktsabhängigkeit
vorliegt, es ausreichend sein, lediglich Einzelmessergebnisse zu
filtern und nur einen normierten Wert der Sondendynamik beziehungsweise
der Dynamik des Sauerstoffsensors 15 zu berechnen, der
ebenfalls vorteilhaft für eine Korrektur der Katalysatordiagnose
verwendet werden kann.
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Für
den Fall, dass alternativ anstelle der Zeitdifferenz der mittlere
Gradient des Ausgangssignals 25 berechnet und verwendet
wird, können auch diese ermittelten Gradienten analog auf
den Nominalsauerstoffsensor normiert und in entsprechenden temperatur-
und durchsatz- beziehungsweise massenstromabhängigen Kennfeldern
gespeichert werden.
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Üblicherweise
verwendete Sauerstoffsensoren 15 werden eher grob toleriert,
können also eine breite Streuung bezüglich ihrer
Dynamik aufweisen. Mithin wäre ohne eine Korrektur eine
Anzeige des Sauerstoffsensors 15 nur außerhalb
der Spezifikation möglich. Solche Sauerstoffsensoren 15 würden
aber immer zu einer Gutprüfung von eigentlich anzeigepflichtigen
Katalysatoren 11 führen. Würde man anders
herum die Katalysatordiagnose mit Grenzlagen-Sauerstoffsensoren
bezüglich der Dynamikspezifikation abstimmen, würden
Katalysatoren 11 von Sauerstoffsensoren 15, die
dynamisch deutlich schneller sind, viel zu früh angezeigt.
Vorteilhaft kann diese, auch als "gap" bezeichnete Situation durch Verwendung
der beobachteten Antworten 45 für eine danach
durchzuführende Katalysatordiagnose behoben werden.
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Vorteilhaft
kann mit den normierten Faktoren der Ansprechzeiten ein mittels
der Diagnosefunktion 31 ermittelbarer Diagnosewert des
Katalysators 11 korrigiert werden. Für eine Diagnose
des Katalysators 11, die robust gegen asymmetrische Änderungen
ist, kann es vorteilhaft ausreichen, nur den Korrekturwert einer
der Flanken 43 und 55 zu nutzen. Für
Katalysatordiagnosen, die zur Überwachung des Katalysators 11 die
fallende Sondenflanke beziehungsweise die fallende Flanke 55 auswerten,
genügt also auch der Korrekturwert der Fett-zu-mager-Flanke.
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Da
typischerweise die Katalysatordiagnosewerte auch abhängig
von Durchsatz beziehungsweise dem Abgasmassenstrom und der Temperatur
aufgespannt sind, kann die Korrektur direkt betriebspunktabhängig
erfolgen. Dazu kann der gemessene Wert der Katalysatordiagnose durch
den dazugehörigen Faktor, beispielsweise abgelegt in einem
entsprechenden Kennfeld, der normierten Ansprechzeiten des Sauerstoffsensors 15 hinter
dem Katalysator 11 geteilt werden. Damit entspricht der
Diagnosewert der Katalysatordiagnose einem Wert, wie er sich mit einer
Nominalsonde ergeben hätte.
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Durch
eine solche Funktion ist es möglich, Katalysatoren auch
mit einem dynamisch langsameren Sauerstoffsensor 15, der
stromabwärts des Katalysators 11 angeordnet ist,
rechtzeitig anzuzeigen und gleichzeitig vorteilhaft einen Sauerstoffsensor 15 erst
bei einer deutlich veränderten Dynamik als nicht in Ordnung
(n. i. O.) gemäß gesetzlicher Vorgaben, beispielsweise
dem OBD-Gesetz, zu detektieren.
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Zur
Diagnose der Dynamik des Sauerstoffsensors 15 ist es denkbar,
das Ausgangssignal 25 bei Wechsel von fett zu mager (fallende
Flanke 55) und beim Wechsel von mager zu fett (ansteigende Flanke 43)
auszuwerten und/oder
nur die Fett-zu-mager-Flanke oder beide
Flanken getrennt auszuwerten und/oder dass als Diagnosegröße
die Ansprechzeit zwischen zwei Spannungsschwellen auszuwerten und/oder
als
Diagnosegröße den mittleren Gradienten der Sondenspannung
zwischen zwei Spannungsschwellen auszuwerten und/oder
einen
Auswertebereich für die Mager-zu-fett-Flanke auf Werte
für λ > 1
entsprechend einer Sondenspannung Us < 450 mV zu beschränken,
insbesondere da dabei die dynamischen Eigenschaften der Sonde besonders
gut von den Speichereigenschaften des stromaufwärts angeordneten
Katalysators 11 zu differenzieren sind und/oder
den
Auswertebereich für die Mager-zu-fett-Flanke auf Werte
für λ < 1
entsprechend eines Ausgangssignals 25 Us > 450 mV zu beschränken,
insbesondere da dabei die dynamischen Eigenschaften des Sauerstoffsensors 15 besonders
gut von den Speichereigenschaften des stromaufwärts angeordneten
Katalysators 11 zu differenzieren sind und/oder
zur
Generierung von Diagnosewerten Gemischwechsel auszunutzen, die in
einem normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges 3 entstehen,
wie beispielsweise Schubphasen (Fett-zu-mager-Sprung) oder Phasen mit
Gemischanreicherung (Mager-zu-fett-Sprung) oder Gemischwechsel aufgrund
anderer Diagnosen (beispielsweise Katalysatordiagnosen) oder auch zum
Zweck der Diagnose der Sondendynamik angeforderte, sprungförmige
Gemischwechsel und/oder
die Einflussparameter Abgasmassenstrom
und λ-Sondentemperatur beziehungsweise Temperatur des Sauerstoffsensors 15 zu
berücksichtigen, indem die Diagnosewerte in einem Kennfeld
aufgespannt über Abgasmassenstrom und Sondentemperatur
gespeichert werden und/oder
die Sondentemperatur durch eine
modellierte Abgas- oder Bauteiltemperatur darzustellen oder durch
eine Messung eines Sondeninnenwiderstandes, der auch zur Diagnose
eines Sondenheizers genutzt wird, zu ermitteln und/oder
den
Einfluss der Sondentemperatur durch eine λ-Sonde mit Temperaturregelung
oder eine Funktion zur temperaturabhängigen Korrektur der
Sondenspannung zu eliminieren und/oder zu Beginn der Diagnose die
Sondenspannung Us größer
einer Fettschwelle ist, für die die fallende Flanke 55 und
Us kleiner einer Magerschwelle für
die Messung auf der ansteigenden Flanke 43 und/oder
vorzusehen,
dass das Ausgangssignal 25 streng monoton fallend (für
die Fett-zu-mager-Flanke) beziehungsweise streng monoton steigend
(für die Mager-zu-fett-Flanke) ist und/oder eine Messung
immer dann auszuwerten, falls die Sondentemperatur und der Abgasmassenstrom
sich in begrenzten Fenstern befinden und/oder
betriebspunktabhängige
Dynamikwerte einer Nominalsonde (einer Mittellagensonde entsprechend
der dynamischen Eigenschaften, wie sie von Zulieferfirmen spezifizierbar
ist) in einem Kennfeld aufgespannt über Abgasmassenstrom
und Sondentemperatur oder einer Kennlinie, abhängig von
Abgasmassenstrom bei Verwendung einer Temperaturkompensation oder
Temperaturregelung, abzulegen und/oder
aus dem gemessenen Wert
und dem abgelegten Wert der Nominalsonde einen normierten Dynamikwert
zu berechnen und zu speichern und/oder
den oder die normierten
Dynamikwerte in einen Korrekturfaktor für die Katalysatordiagnose
zur Verfügung zu stellen und/oder
diesen Korrekturwert
ein betriebsabhängiger Korrekturwert ist oder vereinfacht
auch aus einem gefilterten Mittelwert der normierten Einzelwerte
der Dynamikdiagnose besteht.
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Bei
dem Verfahren zur Korrektur der Katalysatordiagnose ist es denkbar,
dass
in Abhängigkeit des eingesetzten Verfahrens der Katalysatorsüberwachung,
nur den Korrekturwert einer Sondenflanke oder die Korrekturwerte
für beide Sondenflanken verwendet werden und/oder dass
die ebenfalls abhängig vom Abgasmassenstrom und der Temperatur
(Katalysatortemperatur), direkt mit den korrespondierenden Korrekturfaktoren
der Sonden Dynamikdiagnose korrigiert werden um einen Diagnosewert
der Katalysatordiagnose, repräsentativ für eine
Nominalsonde zu liefern und/oder
dass der Wert der Katalysatordiagnose
global mit dem gefilterten, normierten Dynamikwert der Sondendiagnose
korrigiert wird, um einen Diagnosewert der Katalysatordiagnose,
repräsentativ für eine Nominalsonde, zu liefern
und/oder
dass trotz Korrektur der Diagnosewerte der Katalysatordiagnose,
eine Fehleranzeige erfolgt, wenn entweder für eine Anzahl
von normierten Dynamikwerten im Kennfeld oder aber der gefilterte
normierte Dynamikwert eine Schwelle überschreitet.
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- 1
- Abgasreinigungsvorrichtung
- 3
- Kraftfahrzeug
- 5
- Verbrennungsmotor
- 7
- Abgasstrom
- 9
- Abgasanlage
- 11
- Katalysator
- 13
- vorderer
Sauerstoffsensor
- 15
- vorderer
Sauerstoffsensor
- 17
- vorderer
Regelkreis
- 19
- hinterer
Regelkreis
- 21
- Regler
- 23
- Steuereinheit
- 25
- Ausgangssignal
- 27
- Sollwert
- 29
- Doppelpfeil
- 31
- Diagnosefunktion
- 33
- Schaubild
- 35
- x-Achse
- 37
- y-Achse
- 39
- erster
Verlauf
- 41
- zweiter
Verlauf
- 43
- Flanke
- 45
- Antwort
- 47
- erster
Schwellwert
- 49
- zweiter
Schwellwert
- 51
- Reaktionszeit
- 53
- Schaubild
- 55
- Flanke
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - CARB-OBD-Gesetz,
1968_2 Draft vom 07.02.2006 [0002]