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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Diagnose einer in einem
Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde und von
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie
ein Computer-Programmprodukt.
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Stand der Technik
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In
der
DE 199 41 051
A1 ist eine Breitband-Lambdasonde beschrieben, die einen
Messgas-Hohlraum aufweist, welcher über eine Diffusionsbarriere
mit dem zu untersuchenden Abgas verbunden ist. Im Messgas-Hohlraum
ist eine innenliegende Pumpelektrode angeordnet, die mit einer äußeren,
dem Abgas ausgesetzten Pumpelektrode und einem zwischen den Pumpelektroden
liegenden Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten eine Pumpzelle
bildet. Mit der Pumpzelle können Sauerstoffionen durch
den Festelektrolyten aus dem Messgas-Hohlraum herausgepumpt oder
in den Messgas-Hohlraum hineingepumpt werden. Neben der Pumpzelle
ist eine Messzelle vorhanden, die zwischen der innenliegenden Pumpelektrode
und einer Referenzgaselektrode liegt. Die innenliegende Pumpelektrode
und die Referenzgaselektrode sind ebenfalls von einem Sauerstoffionen
leitenden Festelektrolyten voneinander getrennt. Die Referenzgaselektrode
ist in einem Referenzgaskanal angeordnet. Die Messzelle entspricht
einer Nernstzelle, bei der die sich im thermodynamischen Gleichgewicht
zwischen der innenliegenden Pumpelektrode und der Referenzelektrode
ausbildende Potenzialdifferenz dem Logarithmus des Verhältnisses
des Partialdrucks des zu untersuchenden Gases im Messgas-Hohlraum und
des Partialdrucks der Luft im Referenzgaskanal proportional ist.
Ziel einer Messung des Abgaslambdas ist es, den Sauerstoffpartialdruck
im Messgas-Hohlraum derart zu beeinflussen, dass das Nernstpotenzial
konstant auf einem bestimmten Wert (beispielsweise 450 mV) verharrt,
der näherungsweise Lambda = 1 entspricht. Eine Schaltungsanordnung
stellt zu diesem Zweck eine Pumpspannung bereit, mit der die äußere
Pumpelektrode beaufschlagt wird. Die Pumpspannung führt
zu einem Pumpstrom. Die Polarität und der Betrag des Pumpstroms
hängen davon ab, ob und um welchen Betrag die bestimmte Nernstspannung über-
oder unterschritten ist.
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In
der
DE 10 2006
061 954 A1 ist eine im Vergleich zu der zuvor beschriebenen
Lambdasonde einfachere Lambdasonde beschrieben, bei der die äußere
Pumpelektrode entfallen ist. Die einfache kostengünstige
Lambdasonde ist insbesondere zur Messung des Lambdas in einem Abgaskanal
eines mager betriebenen Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Lambdasonde
enthält eine erste Elektrode sowie eine zweite Elektrode,
die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten
miteinander verbunden sind. Die erste, in einem Messgas-Hohlraum angeordnete
Elektrode ist über eine Diffusionsbarriere mit dem zu untersuchenden
Abgas verbunden. Die zweite Elektrode ist in einem Referenzgaskanal
angeordnet. Der Referenzgaskanal kann mit einem sauerstoffdurchlässigen
porösen Füllmaterial gefüllt sein. Durch
die gegebenenfalls vorgesehene Füllung des Referenzgaskanals
sowie dessen geometrische Ausgestaltung soll erreicht werden, dass
einerseits ein optimaler Abtransport von Sauerstoff von der zweiten
Elektrode gewährleistet ist und dass andererseits ein Eindringen
von Verunreinigungen in den Referenzgaskanal verhindert wird. Die
bekannte Lambdasonde ist als Grenzstrom-Magersonde realisiert, bei
welcher ein Pumpstrom durch Anlegen einer ausreichend hohen Potenzialdifferenz
zwischen den beiden Elektroden auftritt, der zunächst im
Bereich Lambda > 1
bis Lambda = 1 proportional zur Luftzahl Lambda ist. Durch Beaufschlagung
der beiden Elektroden mit einem Potenzial, das der sich zwischen den
beiden Elektroden einstellenden Nernstspannung entgegengerichtet
ist, kann mit der bekannten Lambdasonde auch im fetten Lambdabereich
gemessen werden. Da die Nernstspannung im mageren Bereich gering
ist (ungefähr 200 mV) und im fetten Bereich auf einen höheren
Wert (ungefähr 900 mV) springt, kann die an die Elektroden
anzulegende Pumpspannung sowohl im mageren als auch im fetten Bereich
dieselbe Polarität aufweisen, wobei das Potenzial im mageren
Bereich auf einen höheren Wert als im fetten Bereich festzulegen
ist. Unter Berücksichtigung der sich in unterschiedlichen
Betriebszuständen einstellenden Nernstspannung weist die zwischen
den Grenzschichten hinter den Elektroden auftretende effektive Pumpspannung
für die negativen Sauerstoffionen beim Übergang
vom fetten zum mageren Betriebszustand beziehungsweise umgekehrt
einen Vorzeichenwechsel auf, sodass die negativen Sauerstoffionen
bei magerem Abgas von der ersten zur zweiten Elektrode und bei fettem
Abgas von der zweiten zur ersten Elektrode transportiert werden.
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Dem
in der
DE 101 56 248
A1 beschriebenen Verfahren liegt eine einzellige Lambdasonde
zugrunde, die auf eine speziell herausgebildete Nernstzelle verzichtet.
Anstatt auf die Nernstspannung zu regeln, werden mit einer Pumpspannung,
die zwischen einer äußeren, dem Abgas ausgesetzten
Pumpelektrode und einer in einer Messkammer angeordneten Pumpelektrode
liegt, die in die Messkammer gelangenden O2-Moleküle als
Sauerstoffionen von der Messkammer zur äußeren
Pumpelektrode durch einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten
transportiert. Wenn das Nachfliesen von O2-Molekülen durch eine
Diffusionsbarriere behindert wird, stellt sich oberhalb einer bestimmten
Pumpspannung ein Grenzstrom ein, der näherungsweise der
Sauerstoffkonzentration im Abgas proportional und somit indirekt
ein Maß für das Abgaslambda ist. Schwankungen
der Pumpspannung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen haben im
stationären Betriebszustand keine Auswirkungen auf den
Grenzstrom. Die untere Grenze ist dadurch gegeben, dass die Spannung nicht
mehr ausreicht, sämtliche O2-Moleküle an der Sondengrenzschicht
in O-Ionen umzusetzen, während die obere Grenze durch die
einsetzende H2O- oder CO2-Zersetzung gegeben ist.
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Die
DE 10 2006 061 565
A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung, die zum Betreiben
einer Grenzstromsonde speziell ausgestaltet ist.
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In
der
DE 199 47 239
A1 ist ein Verfahren beschrieben, das insbesondere zur
Diagnose einer Grenzstrom-Lambdasonde geeignet ist. Zur Diagnose
werden zwei diskrete Werte der Pumpspannung im Sättigungsbereich
vorgegeben und der sich einstellende Pumpstrom jeweils gemessen.
Anschließend wird die Differenz der beiden gemessenen Pumpströme
ermittelt und bewertet. Eine über einem Schwellenwert liegende
Pumpstrom-Differenz deutet auf eine defekte oder eine vergiftete
Lambdasonde hin. Eine durch fettes Abgas verursachte Vergiftung der
Elektroden der Lambdasonde kann im Rahmen einer Regenerationen bei
erhöhter Betriebstemperatur gegebenenfalls beseitigt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose
einer in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten
Lambdasonde und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
anzugeben, die eine umfassende und zuverlässige Diagnose
ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Diagnose einer
in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde,
die zumindest zwei Elektroden aufweist, die über einen Sauerstoffionen
leitenden Festelektrolyten miteinander verbunden sind, an welchen
eine Betriebs-Pumpspannung angelegt wird, die einen Betriebs-Pumpstrom
zur Folge hat, der ein Maß für das Abgaslambda
ist, bei welcher eine Diagnose-Pumpspannung vorgegeben und ein resultierender
Diagnose-Pumpstrom bewertet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass
gegenüber der Betriebs-Pumpspannung in zeitlicher Folge
eine erhöhte und eine abgesenkte Diagnose-Pumpspannung
vorgegeben werden und dass aus dem resultierenden Diagnose-Pumpstrom
ein Maß für den Zustand der Lambdasonde ermittelt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht
eine umfassende Diagnose im Rahmen einer Änderung der Pumpspannung
gegenüber der im normalen Betrieb der Lambdasonde vorgegebenen Betriebs-Pumpspannung.
Durch eine Änderung der Diagnose-Pumpspannung sowohl in
positiver als auch in negativer Richtung jeweils bezogen auf die Betriebs-Pumpspannung
eröffnen sich erweiterte Diagnosemöglichkeiten
durch eine wahlfreie Festlegung des Betrags sowohl der erhöhten
als auch der abgesenkten Diagnose-Pumpspannung.
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Die
Vorgabe der erhöhten beziehungsweise der abgesenkten Diagnose-Pumpspannung
in zeitlicher Folge kann als ein Wobbeln der Diagnose-Pumpspannung
bezeichnet werden. Die Frequenz kann hierbei auf die der Diagnose
unterworfenen Lambdasonde angepasst werden. Ein möglicher Frequenzbereich
liegt zwischen 0,5 Hz und 1 kHz, bevorzugt zwischen 1 Hz und 70
Hz. Dadurch werden nicht nur statische, sondern auch dynamische Einflüsse
auf das Verhalten der Lambdasonde einer Diagnose zugänglich
gemacht.
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Die
Vorgabe der erhöhten beziehungsweise der abgesenkten Diagnose-Pumpspannung
in zeitlicher Folge kann in Form von Diagnose-Pumpspannungssprüngen
erfolgen, wobei der resultierende Diagnose-Pumpstrom beispielsweise über
vorgegebene Zeitintervalle vorzugsweise statistisch bewertet wird.
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Die
Diagnose ermöglicht das Erkennen einer falsch gewählten
Betriebs-Pumpspannung oder insbesondere einer Verschiebung der Kennlinie
der Lambdasonde. Eine Verschiebung der Kennlinie tritt beispielsweise
durch eine Alterung, eine Vergiftung und/oder Polarisation der Lambdasonden-Elektroden auf.
Eine Schädigung der Lambdasonde kann beispielsweise durch
eine Fettgas-Vergiftung an einer der Elektroden auftreten, die als
Referenzelektrode ausgestaltet ist. Hierdurch entstehen eine Überaktivierung
sowie eine Schwarzfärbung im Bereich der betroffenen Elektrode,
die zu einer Verschiebung der Kennlinie führt. Wenn die
Lambdasonde als Grenzstromsonde betrieben wird, würden
in diesem Fall fehlerhafte Lambdawerte ermittelt, sodass eine darauf
aufbauende Lambdaregelung ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen
könnte. Mit der erfindungsgemäßen Diagnose
kann ein derartiger unerwünschter Betriebszustand des Verbrennungsmotors
zuverlässig vermieden werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Eine
Ausgestaltung sieht eine kontinuierliche Erhöhung und Absenkung
der Diagnose-Pumpspannung vor. Gegenüber einer sprungförmigen Änderung
der Diagnose-Pumpspannung sowohl in positiver als auch in negativer
Richtung bezogen auf die Betriebs-Pumpspannung werden dadurch Zwischenwerte
zwischen der Betriebs-Pumpspannung und der maximalen abgesenkten
beziehungsweise maximal erhöhten Diagnose-Pumpspannung
vorgegeben, welche die Aussagefähigkeit des Diagnose-Ergebnisses
verbessern können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Beträge
der maximal erhöhten Diagnose-Pumpspannung und der maximal
abgesenkten Diagnose-Pumpspannung in Bezug auf die Betriebs-Pumpspannung
gleich festgelegt werden. Die Variation kann beispielsweise zwischen
+/–50 mV liegen. Mit dieser Maßnahme können
die resultierenden Diagnose-Pumpströme während
der abgesenkten beziehungsweise während der erhöhten
Diagnose-Pumpspannung einfach bewertet werden.
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Eine
Ausgestaltung, die bei einer kontinuierlich sich ändernden
Diagnose-Pumpspannung vorgesehen werden kann, sieht eine Gleichrichtung
und eine Mittelwertbildung des resultierenden kontinuierlich sich ändernden
Diagnose-Pumpstroms und einen anschließenden Vergleich
mit einem Diagnose-Mittelwert-Schwellenwert vor.
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Eine
andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Differenz zwischen den
bei maximal erhöhter und maximal abgesenkten Diagnose-Pumpspannung
resultierenden maximalen und minimalen Diagnose-Pumpströmen
ermittelt und mit einem Diagnose-Differenz-Schwellenwert verglichen
wird.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht die separate Ermittlung der Beträge
der maximal erhöhten und maximal abgesenkten resultierenden
Diagnose-Pumpströme vor, die jeweils mit einem Diagnose-Betrags-Schwellenwert
verglichen werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abweichung zwischen dem Betrag
des maximal erhöhten und des maximal abgesenkten Diagnose-Pumpstroms
ermittelt und bewertet wird. Mit dieser Maßnahme kann insbesondere
erkannt werden, an welcher Lambdasonden-Kennlinien-Position die
Betriebs-Pumpspannung liegt.
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Sofern
eine Schwellenüberschreitung auftritt, wird vorzugsweise
ein Fehlersignal bereitgestellt, welches zur Anzeige gebracht oder
in einen Speicher hinterlegt werden kann. Eine erste aufgetretene
Schwellenüberschreitung kann zum Veranlassen einer weiteren
Diagnose vorzugsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit herangezogen werden.
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Die
erfindungsgemäße Diagnose wird vorzugsweise in
einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors durchgeführt,
bei dem ein erhöhter Luftüberschuss gegenüber
einem Abgaslambda = 1 auftritt. Ein solcher Betriebszustand ist
beispielsweise der Leerlauf des Verbrennungsmotors, insbesondere
eines Dieselmotors und/oder insbesondere der Betrieb des Verbrennungsmotors
im Rahmen einer Schubabschaltung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose einer
in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde
zeichnet sich dadurch aus, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät
vorgesehen ist, welches Mittel zur Durchführung des Verfahrens
aufweist.
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Als
Mittel sind eine Diagnose-Pumpspannungs-Vorgabe und zumindest eine
Diagnose-Pumpstrom-Bewertung vorgesehen.
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Das
Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen
elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm
abgelegt sind.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogramm sieht vor, dass
alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.
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Das
erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit
einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten
Programmcode führt das erfindungsgemäße
Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes
Verfahren abläuft,
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2 zeigt
einen funktionalen Zusammenhang zwischen einer Diagnose-Pumpspannung
und einem resultierenden Diagnose-Pumpstrom, ausgehend von einer
ersten Betriebs-Pumpspannung,
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3 zeigt
einen resultierenden zeitlichen Verlauf des Diagnose-Pumpstroms,
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4 zeigt
einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Diagnose-Pumpspannung
und dem resultierenden Diagnose-Pumpstrom, ausgehend von einer anderen
Betriebs-Pumpspannung und
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5 zeigt
wieder den daraus resultierenden zeitlichen Verlauf des Diagnose-Pumpstroms.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen Verbrennungsmotor 10, in dessen Abgasbereich 12 eine
Lambdasonde 14 angeordnet ist. Die Lambdasonde 14 weist
zwei Elektroden 16, 18 auf, die über
einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten 20 miteinander
verbunden sind. Zwischen den Elektroden 16, 18 wird
eine Pumpspannung UP vorgegeben, die zu einem resultierenden Pumpstrom
IP führt.
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Die
Pumpspannung UP wird von einem Steuergerät 30 bereitgestellt,
welches den resultierenden Pumpstrom IP als ein Maß für
das im Abgasbereich 12 auftretende Abgaslambda ermittelt,
wobei die hierzu erforderliche Komponenten, die für eine Lambdaregelung
des Verbrennungsmotors 10 benötigt werden, nicht
näher gezeigt sind.
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Das
Steuergerät 30 enthält eine Diagnose-Freigabe 32,
die ein Freigabesignal FG in Abhängigkeit von der Drehzahl
n des Verbrennungsmotors 10, einem Leerlauf-Schwellenwert
LL_ScW, einem Schubabschaltungssignal SA, einer Betriebszeit ti sowie
einer Wartezeit ti_W bereitstellt. Beispielsweise kann vorgesehen
sein, dass die Diagnose der Lambdasonde 14 nach Ablauf
von vorgegebenen Betriebszeiten ti der Lambdasonde 14 beziehungsweise
des Verbrennungsmotors 10 durchgeführt werden
soll.
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Die
Diagnose der Lambdasonde 14 beruht auf der Vorgabe einer
Diagnose-Pumpspannung UP_D, welche eine Diagnose-Pumpspannungs-Vorgabe 34 bereitstellt.
Die Diagnose wird vorzugsweise bei einer hochbelasteten Lambdasonde 14 durchgeführt,
wobei eine hohe Last insbesondere bei einem hohen Abgaslambda auftritt.
Ein hohes Abgaslambda entspricht einem Sauerstoffüberschuss
gegenüber einer stöchiometrischen Verbrennung.
Ein solcher Sauerstoffüberschuss tritt beispielsweise im Leerlauf
des Verbrennungsmotors 10 auf. Hierzu wird die Drehzahl
n des Verbrennungsmotors 10 beispielsweise mit dem Drehzahl-Schwellenwert LL_ScW
verglichen. Insbesondere tritt ein solcher Sauerstoffüberschuss
in Schubabschaltephasen des Verbrennungsmotors 10 auf,
die von dem Schubabschaltungssignal SA signalisiert werden.
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Die
Diagnose-Pumpspannungs-Vorgabe 34 gibt die Diagnose-Pumpspannung
UP_D aus, wenn das Freigabesignal FG vorliegt. Die Festlegung der Diagnose-Pumpspannung
UP_D wird anhand des in 2 gezeigten funktionalen Zusammenhangs
näher erläutert. Während des normalen
Betriebs der Lambdasonde 14 liegt die Betriebs-Pumpspannung UP_B
an, die zu einem Betriebs-Pumpstrom IP_B führt, der ein
Maß für das Abgaslambda widerspiegelt, welches
in einer nicht näher gezeigten Lambdaregelung des Verbrennungsmotors 10 verwendet wird.
Die Diagnose-Pumpspannung UP_D wird, ausgehend von der Betriebs-Pumpspannung
UP_B, durch eine abwechselnde Absenkung und Erhöhung der
Pumpspannung UP in zeitlicher Folge bereitgestellt. Zur Durchführung
dieser Aufgabe wird der Diagnose-Pumpspannungs-Vorgabe 34 sowohl
die Betriebs-Pumpspannung UP_B als auch die gegenüber der
Betriebs-Pumpspannung UP_B maximal erhöhte Diagnose-Pumpspannung
UP_D_pos_Max als auch maximal abgesenkte Diagnose-Pumpspannung UP_D_neg_Max
zur Verfügung gestellt. Zur Vorgabe des zeitlichen Wechsels
ist das Signal Freq vorgesehen, das die Periodendauer des Wechsels
festlegt. Das Signal Freq liegt beispielsweise in einem Bereich von
0,5 Hz bis 1 kHz, vorzugsweise in einem Bereich von 1 Hz bis 70
Hz.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel wird die Diagnose-Pumpspannung
UP_D ausgehend von der Betriebs-Pumpspannung UP_B in zeitlicher Folge
abwechselnd auf die maximal erhöhte und maximal abgesenkte
Diagnose-Pumpspannung UP_D_pos_Max, UP_D_neg_Max sprungförmig
geändert. Vorzugsweise wird jedoch eine kontinuierlich sich ändernde
Diagnose-Pumpspannung UP_D vorgegeben, sodass eine kontinuierlich
sich ändernde erhöhte Diagnose-Pumpspannung UP_D_pos
beziehungsweise eine kontinuierlich sich ändernde abgesenkte
Diagnose-Pumpspannung UP_D_neg auftreten.
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Die
sich ändernde Diagnose-Pumpspannung UP_D hat eine resultierende Änderung
des Diagnose-Pumpstroms IP_D zur Folge, der zwischen einem maximal
erhöhten und einem maximal abgesenkten Diagnose-Pumpstrom
IP_D_pos_Max, IP_D_neg_Max liegt. Der Diagnose-Pumpstrom IP_D wird
in einer im Steuergerät 30 enthaltenen Pumpstrom-Signalaufbereitung 36 zum
gemessenen Pumpstrom IP_Mes aufbereitet, der zumindest einer Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 38, 40, 42, 44 zur
Verfügung gestellt wird.
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Die
erste Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 38 ermittelt beispielsweise
eine Differenz IP_D_D zwischen dem maximal erhöhten und
dem maximal abgesenkten resultierenden Diagnose-Pumpstrom IP_D_pos_Max,
IP_D_neg_Max und stellt die Differenz IP_D_D einem Vergleicher 46 zur Verfügung.
Die zweite Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 40 enthält
beispielsweise eine Gleichrichtung und eine Mittelwertbildung des
resultierenden kontinuierlich sich ändernden Diagnose-Pumpstroms IP_D_GM
und stellt das Ergebnis IP_D_GM dem Vergleicher 46 zur
Verfügung. Die dritte Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 42 ermittelt beispielsweise
den Betrag der Differenz IP_D_D_pos zwischen dem maximal erhöhten
Diagnose-Pumpstrom IP_D_pos_Max und dem Betriebs-Pumpstrom IP_B,
während die vierte Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 44 den
Betrag der Differenz IP_D_D_neg zwischen dem maximal abgesenkten
Diagnose-Pumpstrom IP_D_neg_Max und dem Betriebs-Pumpstrom IP_B
bereitstellt. Beide Beträge IP_D_D_pos, IP_D_D_neg werden
dem Vergleicher 46 zur Verfügung gestellt.
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Die
Differenz IP_D_D sowie die Beträge IP_D_D_pos, IP_D_D_neg
sind detailliert in 3 gezeigt, die den zeitlichen
Verlauf des Diagnose-Pumpstroms IP_D widerspiegelt, wobei gegenüber
der in 2 gezeigten Darstellung der Maßstab zur
Verdeutlichung des Pumpstrom-Signalverlaufs IP geändert
wurde.
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2 zeigt
einen Betriebsfall des Lambdasensors 14, bei welchem die
Betriebs-Pumpspannung UP_B innerhalb eines Plateaus 50 der
Kennlinie 52 der Lambdasonde 14 liegt. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel soll die Kennlinie 52 im Bereich
des Plateaus 50 derart flach verlaufen, dass die Kennlinie 52 einer
ordnungsgemäß arbeitenden Lambdasonde 14 beziehungsweise
einer korrekt vorgegebenen Betriebs-Pumpspannung UP_B entspricht.
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Die Überprüfung
erfolgt im Vergleicher 46, welchem neben der Diagnose-Pumpspannung
UP_D die maximal erhöhte Diagnose-Pumpspannung UP_D_pos_Max,
die maximal abgesenkte Diagnose-Pumpspannung UP_D_neg_Max, ein Diagnose-Differenz-Schwellenwert
IP_D_ScW1, ein Diagnose-Mittelwert-Schwellenwert IP_D_ScW2 sowie zwei
Diagnose-Betrags-Schwellenwerte IP_D_ScW3, IP_D_ScW4 zur Verfügung
gestellt werden.
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Eine
erste Überprüfung sieht einen Vergleich der von
der ersten Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 38 ermittelten
Differenz IP_D_D mit beispielsweise dem Diagnose-Pumpstrom-Schwellenwert IP_D_ScW1
vor. Die Differenz IP_D_D spiegelt ein Maß für
die Steigung des Plateaus 50 der Kennlinie 52 wider.
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Eine
andere Überprüfung sieht einen Vergleich des von
der zweiten Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 40 ermittelten
Ergebnisses IP_D_GM mit dem Diagnose-Mittelwert-Schwellenwert IP_D_ScW2
vor. Eine Gleichrichtung und eine anschließende Mittelwertbildung
des zeitlichen Signalverlaufs des Diagnose-Pumpstroms IP_D kann beispielsweise
einer Effektivwert-Ermittlung entsprechen. Das Ergebnis IP_D_GM
spiegelt ebenfalls ein Maß für die Steigung des
Plateaus 50 der Kennlinie 52 im vorgegebenen Diagnose-Pumpspannungsbereich
wider.
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Eine
weitere Überprüfung sieht einen Vergleich der
von der dritten beziehungsweise vierten Pumpstrom-Messsignal-Aufbereitung 42, 44 ermittelten
Beträge der Differenzen IP_D_D_pos, IP_D_D_neg zwischen
dem maximal erhöhten Diagnose-Pumpstrom IP_D_pos_Max und
dem Betriebs-Pumpstrom IP_B beziehungsweise zwischen dem maximal
abgesenkten Diagnose-Pumpstrom IP_D_neg_Max und dem Betriebs-Pumpstrom
IP_B mit den Diagnose-Betrags-Schwellenwerten IP_D_ScW3, IP_D_ScW4
vor. Beide Beträge IP_D_D_pos, IP_D_D_neg spiegeln ebenfalls
ein Maß für die Steigung des Plateaus 50 der
Kennlinie 52 wider.
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Besonders
interessant ist die Bewertung der Differenz zwischen den Beträgen
IP_D_D_pos, IP_D_D_neg, die vorzugsweise derart ermittelt wird, dass
der Betrag der maximal erhöhten Diagnose-Pumpspannung UP_D_pos_Max
und der Betrag der maximal abgesenkten Diagnose-Pumpspannung UP_D_neg_Max
gleich groß festgelegt werden. Aus der Differenz der Beträge
IP_D_D_pos, IP_D_D_neg können nähere Aufschlüsse über
den genauen Verlauf der Kennlinie 52 gewonnen werden. Insbesondere
wird eine gegebenenfalls vorhandene Unsymmetrie bezogen auf die
Betriebs-Pumpspannung UP_B deutlich.
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Sofern
einer der Schwellenwerte IP_D_ScW1, IP_D_ScW2, IP_D_ScW3, IP_D_ScW4 oder
ein nicht näher gezeigter Schwellenwert für die Differenz
der Beträge IP_D_D_pos, IP_D_D_neg überschritten
wird, stellt der Vergleicher 46 ein Fehlersignal F bereit,
das beispielsweise zur Anzeige gebracht oder beispielsweise in einen
nicht näher gezeigten Diagnosespeicher hinterlegt werden
kann. Weiterhin kann das Fehlersignal F einer Zeitverzögerung 60 zur
Verfügung gestellt werden, welche nach Ablauf der Wartezeit
ti_W ein Signal bereitstellt, das wieder zum Auftreten des Freigabesignals
FG führt. Die Durchführung wenigstens einer weiteren
Diagnose nach Ablauf der Wartezeit ti_W kann zur Stützung und
Sicherung des Ergebnisses der vorangegangenen Diagnose herangezogen
werden. Sporadisch auftretende Fehldiagnosen können damit
vermieden werden.
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Die 4 und 5 zeigen
die auftretenden Verhältnisse bei einer geänderten
Betriebs-Pumpspannung UP_B. Die Betriebs-Pumpspannung UP_B liegt
bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel im
Bereich der Kennlinie 52 noch vor Erreichen des Plateaus 50.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Differenz zwischen
den Beträgen IP_D_D_pos, IP_D_D_neg besonders deutlich.
Sofern die Lambdasonde 14 als Grenzstromsonde betrieben
werden soll, wird die Diagnose bei diesem Ausführungsbeispiel
zum Ergebnis führen, dass entweder die Betriebs-Pumpspannung
UP_B verstellt ist oder dass sich insbesondere die Kennlinie 52 der
Lambdasonde 14 verschoben hat. Aufgrund der in diesem Fall erfassten
fehlerhaften Lambdawerte kann eine darauf aufbauende Lambdaregelung
nicht mehr ihre Aufgabe erfüllen. Mit der erfindungsgemäßen
Diagnose kann einerseits dieser Fehler durch Bereitstellen des Fehlersignals
F detektiert und andererseits ein Regenerationsversuch unternommen
werden, um den Fehlerzustand zu beseitigen.
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In
beiden Ausführungsbeispielen ist die maximal erhöhte
beziehungsweise die maximal abgesenkte Diagnose-Pumpspannung UP_D_pos_Max, UP_D_neg_Max
betragsmäßig übertrieben dargestellt.
In der Praxis wird ein Betrag verwendet, der beispielsweise im Bereich
von +/–50 mV liegt, wobei die Betriebs-Pumpspannung UP_B
beispielsweise 1 Volt beträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19941051
A1 [0003]
- - DE 102006061954 A1 [0004]
- - DE 10156248 A1 [0005]
- - DE 102006061565 A1 [0006]
- - DE 19947239 A1 [0007]