DE102008053940B4

DE102008053940B4 - System zur Diagnose der Funktion eines Sauerstoffsensors hinter einem Katalysator

Info

Publication number: DE102008053940B4
Application number: DE102008053940A
Authority: DE
Inventors: Douglas J. Moening; Igor Anilovich; John W. Siekkinen; Jayson S. Schwalm; Daniel J. Wickman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: DE102008053940A1; CN101440869B; US7881859B2; CN101440869A; US20090118988A1

Abstract

System (10) umfassend: eine Brennkraftmaschine (12); ein Modul (52) zur Diagnose der Funktion eines hinter einem Katalysator (22) befindlichen Sauerstoffsensors (POPD) (26), das eine POPD ausführt, wobei die POPD einen Schubabschaltungs(DFCO)-Abschnitt umfasst; gekennzeichnet durch ein Drehmomentwandler-Steuermodul (54), das den Betrieb einer Drehmomentwandlerkupplung (44) anpasst, wobei das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) die Drehmomentwandlerkupplung (44) zum Steuern der Brennkraftmaschinendrehzahl während des DFCO-Abschnitts der POPD über einer vorbestimmen Brennkraftmaschinendrehzahl betreiben.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur Diagnose der Funktion eines Sauerstoffsensors hinter einem Katalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 197 22 334 A1 bekannt geworden ist.
Hintergrund
Während des Verbrennungsprozesses wird Benzin oxidiert und Wasserstoff (H) sowie Kohlenstoff (C) verbinden sich mit Luft. Es werden verschiedene chemische Verbindungen gebildet, einschließlich Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO_x), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Schwefeloxide (SO_x) und andere Verbindungen.
Kraftfahrzeugabgasanlagen umfassen einen Katalysator, der Abgasemissionen durch chemisches Umwandeln des Abgases in Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N) und Wasser (H₂O) reduziert. Abgassauerstoffsensoren erzeugen Signale, die den Sauerstoffgehalt des Abgases anzeigen. Ein Einlass- oder Vorkatalysator-Sauerstoffsensor überwacht den einem Einlassabgasstrom des Katalysators zugeordneten Sauerstoffgehalt. Dieser Einlass-O₂-Sensor ist ebenfalls der primäre Rückmeldungsmechanismus, der das Kraftstoff/Luft-Verhältnis (A/F) der Brennkraftmaschine bei dem chemisch korrekten oder stöchiometrischen A/F-Verhältnis hält, das zum Unterstützen der katalytischen Umwandlungsprozesse erforderlich ist. Ein Auslass- oder Nachkatalysator-Sauerstoffsensor überwacht den einem Auslassabgasstrom des Katalysators zugeordneten Sauerstoffgehalt. Das Signal des hinteren O₂-Sensors wird für eine sekundäre Steuerung des A/F-Verhältnisses verwendet.
Brennkraftmaschinen-Diagnosesysteme erfordern das ordnungsgemäße Funktionieren von Sauerstoffsensoren. Daher werden die Sauerstoffsensoren regelmäßig geprüft, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Herkömmlicherweise nutzen die Diagnosesysteme intrusive Überprüfungen, um den Betrieb der Sensoren zu prüfen. Während der intrusiven Überprüfungen kann das A/F-Verhältnis manipuliert und das Sensoransprechen überwacht werden. Diese intrusiven Überprüfungen können aber die Abgasemissionen anheben und/oder eine Instabilität der Brennkraftmaschine sowie verschlechtertes Fahrverhalten hervorrufen, das für einen Fahrer des Fahrzeugs wahrnehmbar ist.
Während mancher Betriebsbedingungen kann ein Brennkraftmaschinensteuersystem während der Verminderung der Geschwindigkeit Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine absperren. Dieses Vorgehen wird häufig als Schubabschaltung (DFCO, kurz vom engl. Deceleration Fuel Cutoff) bezeichnet. Manche Diagnosesysteme beurteilen den Betrieb des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator während der DFCO.
Aus der US 2002/0134596 A1 geht hervor, dass Kraftfahrzeuge gebräuchlich sind, welche bei Eintreten einer Schubabschaltung die Kupplung zunächst in einer kraftschlüssigen Verbindung lassen, wobei die Kupplung erst dann geöffnet wird, wenn eine bestimmte Drehzahl unterschritten wurde. Die geschlossene Kupplung sorgt dabei für ein langsames Abfallen der Drehzahl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Diagnose der Funktion eines Sauerstoffsensors hinter einem Katalysator anzugeben, mit dem während einer DFCO sehr zuverlässig die Funktion des Sauerstoffsensors überprüft werden kann.
Zusammenfassung
Diese Aufgabe wird mit einem System gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Sofern hier von einer POPD die Rede ist, so ist hierunter die genannte Funktionsdiagnose des Sauerstoffsensors hinter einem Katalysator zu verstehen.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin vorgesehenen Beschreibung ersichtlich.
Zeichnungen
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Brennkraftmaschinensteuersystems nach der vorliegenden Offenbarung; und
2 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb des Steuermoduls von 1 zeigt.
Eingehende Beschreibung
Es versteht sich, dass entsprechende Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale anzeigen.
Der Begriff Modul, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (geteilt, dediziert oder Gruppe) samt Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität vorsehen.
Unter Bezug nun auf 1 umfasst ein Brennkraftmaschinensystem 10 eine Brennkraftmaschine 12, eine Abgasanlage 14 und ein Steuermodul 16. Durch eine Drosselklappe 17 und einen Ansaugkrümmer 18 wird Luft in die Brennkraftmaschine 12 gesaugt und in der Brennkraftmaschine 12 mit Kraftstoff gemischt. In (nicht dargestellten) Zylindern wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch verbrannt, um Antriebsmoment zu erzeugen. Die durch die Verbrennung erzeugten Gase treten durch einen Abgaskrümmer 19 und die Abgasanlage 14 aus der Brennkraftmaschine aus. Die Abgasanlage 14 umfasst einen Katalysator 22, einen Vorkatalysator- oder Einlass-Sauerstoffsensor 24, nachstehend vorderer O₂-Sensor 24, und einen Nachkatalysator-Sauerstoffsensor 26, nachstehend hinterer O₂-Sensor 26. Die Abgase werden in dem Katalysator 22 behandelt und an die Atmosphäre abgelassen.
Der vordere O₂-Sensor 24 und der hintere O₂-Sensor 26 erzeugen jeweilige Signale, die dem Steuermodul 16 übermittelt werden. Die Signale des vorderen O₂-Sensors und des hinteren O₂-Sensors zeigen den Sauerstoffgehalt des in den Katalysator 22 eindringenden bzw. aus diesem austretenden Abgases an. Das Steuermodul 16 kommuniziert mit einer Kraftstoffanlage, um den Kraftstoffstrom zur Brennkraftmaschine 12 beruhend auf den Sensorsignalen zu regeln. Eine Ausgabe der Brennkraftmaschine 12 wird zu einem Drehmomentwandler (TC, kurz vom engl. Torque Converter) 40 mit einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC) 44 eingegeben. Eine Ausgabe des TC 40 wird zu einem Getriebe 50 eingegeben.
Das Steuermodul 16 kann ein Modul 52 zur Diagnose der Funktion des hinteren Sauerstoffsensors (POPD) umfassen, das eine POPD ausführt. Die POPD kann einen Schubabschaltungs(DFCO)-Abschnitt umfassen. Das Steuermodul 16 kann auch ein Drehmomentwandler-Steuermodul 54 umfassen, das den Betrieb einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC) steuert.
Wie sich versteht, kann das Brennkraftmaschinensystem 10 viele verschiedene Sensoren umfassen, die dem Steuermodul 16 Eingaben liefern. Weiterhin können ein oder mehrere Nebenaggregate, Aktoren oder andere Vorrichtungen Steuersignale von dem Steuermodul 16 empfangen. Weiterhin kann das Steuermodul 16 unter Verwenden eines Brennkraftmaschinensteuermoduls, eines Brennkraftmaschinensteuermoduls und eines Getriebesteuermoduls oder Verwenden anderer Anordnungen implementiert werden. Das Steuermodul 16 kann optional eine elektronische Drosselklappensteuerung ausführen. Es werden noch andere Abwandlungen in Betracht gezogen.
Die vorliegende Offenbarung ermöglicht es dem Brennkraftmaschinensystem 10, während eines Schubabschaltungs(DFCO)-Abschnitts eines Systems zur Diagnose der Funktion des hinteren Sauerstoffsensors (POPD) die Brennkraftmaschinendrehzahl beizubehalten. Während DFCO lösen manche Fahrzeuge die TCC 44. Ohne Brennkraftmaschinenbremsen sinkt die Brennkraftmaschinendrehzahl schnell auf Leerlaufdrehzahl. Infolge der verringerten Brennkraftmaschinendrehzahl kann das Steuermodul 16 aufgrund der verringerten Brennkraftmaschinendrehzahl das POPD-System vor Abschließen deaktivieren. Zum Beispiel kann das POPD-System Brennkraftmaschinendrehzahlen erfordern, die höher als 800 Umdrehungen pro Minute (U/min) sind.
Das Brennkraftmaschinensystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung hält die TCC 44 während der DFCO in einem gesteuerten Schlupfzustand oder Kraftschlusszustand, was die Brennkraftmaschine 12 in einem Brennkraftmaschinenbremszustand belässt. Infolge des Brennkraftmaschinenbremsens hat die Brennkraftmaschine 12 während DFCO eine höhere Brennkraftmaschinendrehzahl. Daher ist das Steuermodul 16 in der Lage, während DFCO die POPD abzuschließen. Das TCC-Modul 44 entscheidet beruhend auf der Fähigkeit des Abschließens der POPD, dem Fahrverhalten und Getriebehardware-Beschränkungen über die geeignete Maßnahme (Kraftschlusszustand, gesteuerter Schlupfzustand oder Ignorieren der POPD-Forderung). Ein Mittel, mit dem die TCC-Steuerung auf das Hilfegesuch der POPD reagieren kann, ist das Aufrechterhalten des Kuppelns des Antriebsstrangs des Motors/Antriebsstrangs durch Einrücken der TCC oder Halten der TCC in einem gesteuerten Schlupfzustand.
Wie sich versteht, ist die damit verbundene Dynamik für jede Getriebeauslegung anders, und somit kann eine gewisse Entwicklungsarbeit erforderlich sein, um die spezifischen Maßnahmen für jede Anwendung zu ermitteln. Das Steuermodul kann der Forderung nachkommen, es sei denn, dies würde mit Schutz und/oder Haltbarkeit von Hardware, Getriebediagnosemaßnahmen, Drehmomentsicherheitsmaßnahmen, Bedenken bezüglich eines Absterbens der Brennkraftmaschine, Mindestkriterien der Getriebepumpendrehzahl in Konflikt stehen oder anderweitig aufgrund von NVH-Problemen (unangenehme Geräusche, kurz vom engl. Noise, Vibration, Harshness) Unzufriedenheit seitens des Kunden hervorrufen. Es können noch andere Kriterien verwendet werden.
Während die Brennkraftmaschinendrehzahl während DFCO hoch genug bleiben kann, um die POPD abzuschließen, wenn das Fahrzeug bei mehr als 55 mph (88,5 km/h) fährt, bewegen sich Testfahrzeuge typischerweise während aktueller Emissionstestverfahren nicht bei dieser Geschwindigkeit fort. Dadurch kann der POPD-Test während Emissionstests nicht abgeschlossen werden, was Probleme bei der Zertifizierung aufwerfen kann.
Das Steuermodul 16 befiehlt die TCC 44 entweder zu einem kraftschlüssigen Zustand oder zu einem Zustand gesteuerten Schlupfs, um die Brennkraftmaschinendrehzahl beizubehalten und ein schnelles Sinken von Brennkraftmaschinendrehzahl während eines DFCO-Abschnitts des POPD-Tests zu verhindern. Dadurch bleibt die Brennkraftmaschine 12 mechanisch mit den Antriebsrädern verbunden, was es dem Fahrzeugmoment erlaubt, eine höhere Brennkraftmaschinendrehzahl beizubehalten, was mehr Zeit/Luftstrom zum Abschließen der POPD-Diagnose ermöglicht.
Der POPD-Test wurde entwickelt, um die Anforderungen bei Emissionssystemen, die den hinteren O₂-Sensor 26 für die Diagnose des Katalysators 22 verwenden, zu erfüllen. Fahrzeuge, die diese Vorgehensweise nutzen, müssen den hinteren O₂-Sensor 26 testen. Weiterhin kann das Diagnosesystem auch die Leistung des hinteren O₂-Sensors 26 in einem forcierten fetten Zustand und einem mageren Zustand messen.
Der POPD-Test kann aktiviert werden, wenn sich die Brennkraftmaschine bei geeigneten Bedingungen für eine DFCO befindet. Weitere Betriebsbedingungen umfassen eine Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine, eine Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder andere Bedingungen.
Wenn die überwachten Bedingungen unter diesen Bedingungen aus dem Bereich herausfallen, wird die POPD den Test deaktivieren und abbrechen.
Wenn der POPD-Test aktiviert ist, kann der POPD-Test das Brennkraftmaschinen-Steuersystem einen vorbestimmten Zeitraum lang zu einem die DFCO unterbindenden Zustand befehlen. Dies verhindert das Auftreten normaler DFCO, bevor die POPD für den DFCO-Abschnitt des POPD-Tests bereit ist. Zu Beginn des vorbestimmten Zeitraums kann das Steuermodul die TCC 44 in einen voll kraftschlüssigen Zustand befehlen. In dem voll kraftschlüssigen Zustand ist die Brennkraftmaschine 12 voll mit dem Getriebe 50 gekoppelt. Die TCC 44 bleibt einen ausreichenden Zeitraum lang in dem voll kraftschlüssigen Zustand, um das Abschließen des POPD-Tests oder das Abschließen des DFCO-Abschnitts des POPD-Tests zu ermöglichen.
Alternativ ordnet das Steuermodul zu Beginn des vorbestimmten Zeitraums an Stelle des vollständigen Einrückens der TCC 44 einen gesteuerten Schlupf der TCC 44 an. Der gesteuerte TCC-Schlupf ermöglicht das Anheben der Brennkraftmaschinendrehzahl während eines vergrößerten Betriebsfensters, um einen ausreichenden Zeitraum zum Abschließen des POPD-Tests oder zum Abschließen des DFCO-Abschnitts des POPD-Tests zu ermöglichen.
Wenn alternativ die Merkmale der TCC-Steuerung nicht verfügbar sind (Bedenken bezüglich Fahrverhalten und/oder Getriebehardware-Beschränkungen), können TCC-Steuermaßnahmen in Verbindung mit der POPD-Forderung ignoriert werden. Dann wird die POPD die Forderung weiter senden, bis sie den DFCO-Abschnitt des POPD-Tests abschließt. Sobald die DFCO abgeschlossen ist, beendet die POPD den TCC-Anforderungsmodus. Ab diesem Punkt hängt der POPD-Test nicht von Brennkraftmaschinendrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit ab.
Während des DFCO-Abschnitts des POPD-Tests sinkt die Brennkraftmaschinendrehzahl infolge der vorliegenden Offenbarung langsamer. Zum Beispiel kann die Brennkraftmaschinendrehzahl verglichen mit der normalen Steuerung während des DFCO-Abschnitts des POPD-Tests bei einem vollständigen Kraftschluss der TCC 44 weniger sinken. Ohne Verwenden der erfindungsgemäßen Steuerung kann die Brennkraftmaschinendrehzahl mit anderen Worten zu einem Drehzahldeaktivierungszustand absinken, beispielsweise 800 U/min., bevor der DFCO-Abschnitt des POPD-Tests abgeschlossen ist.
Unter Bezug nun auf 2 werden Schritte eines Verfahrens zum Steuern der TCC während des DFCO-Abschnitts des POPD-Tests gezeigt. Die Steuerung beginnt bei Schritt 100 und fährt mit Schritt 104 fort. Wird Schritt 104 bejaht, fährt die Steuerung mit Schritt 104 fort und ermittelt, ob der POPD-Test ausgelöst wurde. Bei Schritt 108 unterbindet die Steuerung zeitweilig DFCO. Bei Schritt 111 ermittelt die Steuerung, ob die Merkmale der TCC-Steuerung verfügbar sind (lediglich zum Beispiel können die Merkmale aufgrund von Bedenken bezüglich Fahrverhalten und/oder Getriebehardware-Beschränkungen zeitweilig oder ständig nicht verfügbar sein). Wird Schritt 111 verneint, dann fährt die POPD mit Schritt 113 fort und versucht, den DFCO-Abschnitt des POPD-Tests auszuführen. Wenn der Test wie bei Schritt 114 ermittelt abschließt, endet die Steuerung bei Schritt 124. Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist ein Abschließen in diesem Modus aber weniger wahrscheinlich.
Wird Schritt 111 bejaht und stehen die Merkmale der TCC-Steuerung zur Verfügung, fährt die Steuerung mit Schritt 112 fort. Bei Schritt 112 befiehlt die Steuerung die TCC 44 zu einem kraftschlüssigen Zustand oder einem Zustand von Teilschlupf oder deaktiviert die Steuerung der TCC 44. Bei Schritt 116 führt die Steuerung den DFCO-Abschnitt des POPD-Tests aus. Bei Schritt 120 beendet die Steuerung den kraftschlüssigen Zustand, wenn der DFCO-Abschnitt fertig ist. An diesem Punkt beendet die Steuerung den POPD-Test und die Steuerung endet bei Schritt 124.

Claims

System (10) umfassend: eine Brennkraftmaschine (12); ein Modul (52) zur Diagnose der Funktion eines hinter einem Katalysator (22) befindlichen Sauerstoffsensors (POPD) (26), das eine POPD ausführt, wobei die POPD einen Schubabschaltungs(DFCO)-Abschnitt umfasst; gekennzeichnet durch ein Drehmomentwandler-Steuermodul (54), das den Betrieb einer Drehmomentwandlerkupplung (44) anpasst, wobei das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) die Drehmomentwandlerkupplung (44) zum Steuern der Brennkraftmaschinendrehzahl während des DFCO-Abschnitts der POPD über einer vorbestimmen Brennkraftmaschinendrehzahl betreiben.
System nach Anspruch 1, wobei das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) die Drehmomentwandlerkupplung (44) vor dem Ausführen des DFCO-Abschnitts der POPD zu einem kraftschlüssigen Zustand befehlen.
System nach Anspruch 1, wobei das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) die Drehmomentwandlerkupplung (44) vor dem Ausführen des DFCO-Abschnitts der POPD zu einem Schlupfzustand befehlen.
System nach Anspruch 1, wobei das POPD-Modul (52) das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) vor dem Ausführen des DFCO-Abschnitts der POPD deaktiviert.
System nach Anspruch 2, wobei das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) nach dem Abschließen des DFCO-Abschnitts der POPD die Drehmomentwandlerkupplung (44) aus dem kraftschlüssigen Zustand lösen.
System nach Anspruch 3, wobei das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) nach dem Abschließen des DFCO-Abschnitts der POPD die Drehmomentwandlerkupplung (44) aus dem Schlupfzustand lösen.
System nach Anspruch 4, wobei das POPD-Modul (52) das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) nach dem Abschließen des DFCO-Abschnitts der POPD aktiviert.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Steuermodul (16), das das POPD-Modul (52) und das Drehmomentwandler-Steuermodul (54) umfasst.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: die Drehmomentwandlerkupplung (44) und den hinteren Sauerstoffsensor (26).