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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Leckagen im Abgassystem
einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zur Ermittlung von Leckagen im Abgassystem einer Brennkraftmaschine.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm
und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung
des Verfahrens geeignet sind.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 10 2006
011 837 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Gaskonzentration
in einem Messgas mit Hilfe eines Gassensors sowie eine Vorrichtung
zum Betreiben eines solchen Gassensors bekannt geworden, bei dem
ein Gaskonzentrations-Signal und ein Drucksignal bei Vorliegen einer
ersten Betriebsart einer Brennkraftmaschine, bei der die Gaskonzentration
im Messgas bekannt ist, erfasst werden und ausgehend von diesen
Signalen ein Kompensationsparameter k des Gassensors ermittelt wird.
Dieser Kompensationsparameter k wird dann in wenigstens einer zweiten
Betriebsart der Brennkraftmaschine für die Ermittlung der
Gaskonzentration berücksichtigt. Dieses Verfahren hat den
Vorteil, dass Fertigungsstreuungen des Gassensors durch eine aktuelle
Ermittlung des Kompensations-Parameters ausgeglichen werden können.
Somit kann in sehr vorteilhafter Weise beispielsweise bei einer
Lambdasonde ein genaues Sauerstoffsignal über einem weiten
Wertebereich des Abgasdrucks – insbesondere auch für
Fahrzeuge mit einem Diesel-Partikelfilter – ermittelt werden.
Es wird mit Hilfe der ermittelten Gaskonzentrations-Signale und
Drucksignale eine druckabhängige Funktion der Gaskonzentration
bestimmt und ausgehend von dieser Funktion der Kompensationsparameter
k ermittelt. Hierdurch kann das nichtlineare Verhalten der Gaskonzentrationsfunktion
bei der Ermittlung des Kompensationsparameters berücksichtigt
werden und so die Genauigkeit der Gaskonzentrationsbestimmung erhöht
werden. Das Verfahren setzt präzise zu bestimmende Drucksignale
voraus. Diese wiederum können nur bestimmt werden in intakten
Abgassystemen. Nun sind bei sehr vielen Fahrzeugen während
deren Lebensdauer Korrosion im Abgasstrang und damit verbundene
Leckagen zu beobachten. Die Folgen von derartigen Leckagen sind
zum einen eine erhebliche Geräuschentwicklung, zum anderen
führen Leckagen, die stromaufwärts eines beispielsweise
Partikelfilters eines Dieselfahrzeugs auftreten, zu Fehlern bei
der Berechnung der Beladung des Partikelfilters auf der Basis von
Differenzdrucksignalen und Volumenstromsignalen. Diese Berechnungen
setzen einen funktionalen Zusammenhang der Beladung des Partikelfilters
und des Volumenstroms bzw. des Differenzdrucksignals voraus. Eine
Leckage führt in diesem Falle dazu, dass ein Teil des in
einem Steuergerät berechneten Volumenstroms gar nicht durch
den Partikelfilter strömt und somit nicht zum Druckabfall
am Partikelfilter beiträgt. Dies hat zur Folge, dass die
Partikelfilterbeladung systematisch als zu niedrig berechnet wird.
Darüber hinaus führt ein Teilstrom des Abgases,
der durch eine Leckage stromaufwärts eines Abgasnachbehandlungssystems
austritt, zu erhöhten schädlichen Emissionen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich,
die Leckage im Abgassystem zu erkennen und daraus einen Fehlereintrag
im Fehlerspeicher des Steuergeräts zu generieren oder eine
Ersatzreaktion bei der Beladungsberechnung auszulösen.
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Hierzu
werden bei einer vorgebbaren Betriebsart der Brennkraftmaschine,
bei der die Gaskonzentration im Messgas bekannt ist, ein Gaskonzentrationssignal
und ein Drucksignal erfasst, ausgehend von diesem Signal wird ein
Kompensationsparameter k des Gassensors ermittelt. Der Kompensationsparameter
k wird mit vorgegebenen, mit definierten Druckverhältnissen
im Abgasstrang korrespondierenden Werten des Kompensationsparameters
k verglichen und bei einer Abweichung des ermittelten Kompensationsparameters
k von den vorgegebenen Werten des Kompensationsparameters k wird
auf eine Leckage im Abgasstrang geschlossen. Es wird mit anderen
Worten zunächst der Kompensationsparameter k bestimmt.
Dies geschieht durch die in der
DE 10 2006 011 837 A1 beschriebene Weise,
auf die insoweit vorliegend Bezug genommen wird, und dieser Kompensationsparameter
k wird dann herangezogen, um aus seinem Wert durch Vergleich mit
vorgegebenen Werten darauf zu schließen, ob eine Leckage
im Abgasstrang vorliegt oder nicht. Dem liegt die Idee zugrunde,
dass das Verfahren zur Bestimmung des k-Wertes darauf angewiesen
ist, eine Information über den Druck des Abgases an der
Position der Lambdasonde zur Verfügung zu haben. Wenn diese
Druckinformation fehlerhaft ist, hat dies zur Folge, dass der k-Wert
zu groß oder zu klein bestimmt wird.
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Üblicherweise
wird der Druck an der Position der Lambdasonde bestimmt durch eine
Messung des Atmosphärendrucks und des Differenzdrucks über
dem Partikelfilter sowie durch eine Modellierung des Druckabfalls
an Rohrstücken mittels der Strömungstheorie. Eine
im System auftretende Leckage führt nun dazu, dass die
Druckanteile, die durch die Rohrmodelle zum berechneten Druck beitragen,
falsch sind und systematisch zu groß berechnet werden.
Hierdurch wird der ermittelte k-Wert bei Leckagen systematisch zu
klein. Wenn nun der ermittelte k-Wert durch eine Leckage so klein
wird, dass er unplausibel wird verglichen mit den vorgegebenen,
mit definierten Druckverhältnissen im Abgasstrang korrespondierenden
Werten, kann auf eine Leckage im Abgasstrang geschlossen werden.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens
möglich.
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So
sieht beispielsweise eine vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass die
vorgegebenen Werte des Kompensationsparameters eine Exemplarstreuung
und/oder eine Alterung des Gassensors über dessen Lebenszeit
berücksichtigen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, auch bei Feststellen
beispielsweise einer Leckage den dann bestimmten Kompensationswert
in weiteren Betriebsarten der Brennkraftmaschine für die
Ermittlung der Gaskonzentration zu berücksichtigen, und
zwar deshalb, weil der zu kleine Wert des Kompensations parameters
in Kombination mit dem zu groß modellierten Abgasdruckwert
trotzdem eine bestmögliche Druckkompensation des Sauerstoffsignals
ergibt.
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Des
Weiteren ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung des Verfahrens auch möglich, eine Veränderung
des Abgassystems zu erkennen, die zu einer Erhöhung des
Abgasdrucks führt, z. B. eine unsachgemäße
Verlängerung oder Verengung der Auspuffanlage. In diesem
Falle wird dann ein unplausibel hoher Wert des Kompensationsparameters
(k-Wert) erkannt. Auf einen solchen Störfall wird geschlossen, wenn
der ermittelte Kompensationsparameter einen vorgebbaren oberen Grenzwert überschreitet.
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Bevorzugt
wird der Kompensationsparameter mit Hilfe statistischer Verfahren
aus den erfassten Gaskonzentrationssignalen und Drucksignalen ermittelt.
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Dabei
wird ausgehend von den ermittelten Gaskonzentrationssignalen und
Drucksignalen eine druckabhängige Funktion der Gaskonzentration
bestimmt und ausgehend von dieser Funktion der Kompensationsparameter
ermittelt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Gassensors;
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2 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Bestimmung der Gaskonzentration;
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3 schematisch
die Bestimmung der Druckempfindlichkeit eines Sensors anhand eines
Sauerstoffkonzentrationsrohsignals und des Abgasdrucks;
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4 schematisch
eine erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines
Blockdiagramms, das die Erfassung von Leckagen im Abgassystem einer
Brennkraftmaschine illustriert;
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5 schematisch
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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6 schematisch
die Bestimmung einer Regressionsgeraden aus dem Gaskonzentrationswert
in Abhängigkeit von dem Messgasdruck.
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1 zeigt
beispielhaft einen Gassensor 100 zur Bestimmung der Konzentration
von Gaskomponenten in einem Gasgemisch mit einer zugehörigen
Vorrichtung zur Ansteuerung 200. Der Gassensor ist im vorliegenden
Beispiel als Breitband-Lambdasonde ausgestaltet. Sie umfasst im
Wesentlichen in einem unteren Bereich eine Heizung 160,
in einem mittleren Bereich eine Nernstzelle 140 und in
einem oberen Bereich eine Pumpzelle 120. Die Pumpzelle 120 weist
in einem zentralen Bereich eine Öffnung 105 auf,
durch die Abgas 10 in einen Messraum 130 der Pumpzelle 120 gelangt.
An den äußeren Enden des Messraums 130 sind
Elektroden 135, 145 angeordnet, wobei die oberen
Elektroden 135 der Pumpzelle zugeordnet sind und die Innenpumpelektroden
(IPE) 135 bilden, und wobei die unteren Elektroden 145 der
Nernstzelle 140 zugeordnet sind und die Nernstelektroden
(NE) 145 bilden. Die dem Abgas zugewandte Seite der Pumpzelle 120 weist
eine Schutzschicht 110 auf, innerhalb derer eine Außenpumpelektrode
(APE) 125 angeordnet ist. Zwischen der Außenpumpelektrode 125 und
der Innenpumpelektrode 135 des Messraums 130 erstreckt
sich ein Festkörperelektrolyt, über den bei einer
an den Elektroden 125, 135 anliegenden Pumpspannung
Sauerstoff in den Messraum 130 transportiert oder aus dem
Messraum 130 abtransportiert werden kann.
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An
die Pumpzelle 120 schließt sich ein weiterer Festkörper
an, der die Nernstzelle 140 mit einem Referenzgasraum 150 bildet.
Der Referenzgasraum 150 ist in Richtung der Pumpzelle mit
einer Referenzelektrode (RE) 155 versehen. Die sich zwischen
der Referenzelektrode 155 und der Nernstelektrode 145 im
Messraum 130 der Pumpzelle 120 einstellende Spannung
entspricht der Nernstspannung. Im weiteren Verlauf der Keramik ist
in einem unteren Bereich die Heizung 160 angeordnet.
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In
dem Referenzgasraum 150 der Nernstzelle 140 wird
ein Sauerstoff-Referenzgas vorgehalten. Über einen über
die Pumpelektroden 125 und 135 fließenden
Pumpstrom wird im Messraum eine Sauerstoffkonzentration eingestellt,
die einer „Lambda = 1”-Konzentration in dem Messraum 130 entspricht.
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Die
Steuerung dieser Ströme und die Auswertung der Nernstspannung übernimmt
die Ansteuerung bzw. ein Steuergerät 200. Ein
Operationsverstärker 220 misst hierbei eine an
der Referenzelektrode 155 anliegende Nernstspannung und
vergleicht diese Spannung mit einer Referenzspannung U_Ref, die
typischerweise bei ca. 450 mV liegt. Bei Abweichungen beaufschlagt
der Operationsverstärker 220 die Pumpzelle 120 über
einen Widerstand 210 und die Pumpelektroden 125, 135 mit
einem Pumpstrom.
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Die
Ermittlung einer Gaskonzentration in einem Messgas wird nun durch
den Druck des Messgases beeinträchtigt.
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Die
Funktionsweise der Gassonde bedingt, dass ein Zustrom des Messgases
in einen Messraum über eine Diffusionsbarriere gezielt
eingestellt wird. Der Zustrom des Messgases unterliegt im Wesentlichen
der Knudsendiffusion. Das heißt, dass die mittlere freie
Weglänge der Gasmoleküle im Wesentlichen durch
die Geometrie der Diffusionsbarriere – typischerweise der
Ausdehnung der Öffnung der Messzelle – bestimmt
wird. Darüber hinaus wird der Zustrom des Messgases auch
durch die Gasphasendiffusion beeinflusst.
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Die
genannten Diffusionen werden durch Druckänderungen des
Messgases beeinflusst, so dass für eine präzise
Konzentrationsbestimmung im Messgas der Druck zu berücksichtigen
ist. Die Druckabhängigkeit der Konzentrationsbestimmung
lässt sich beispielsweise über einen sensorspezifischen
Kompensationsparameter, einem so genannten k-Wert, wie folgt darstellen: O2_raw O2_raw ( ( p p _exh _exh ) ) O2_raw ( p _ 0 ) = p_exhk + p_exh ·k + p_0p_0 (Formel 1)
- p_0
- Referenzgasdruck
- p_exh
- Messgasdruck (Abgasdruck)
- O2_raw(p_0)
- Gaskonzentrations-Rohsignal
bei Referenzgasdruck
- O2_raw(p_exh)
- Gaskonzentrations-Rohsignal
bei Messgasdruck (Abgasdruck)
- k
- Kompensationsparameter
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Der
Kompensationsparameter hängt von den spezifischen Eigenschaften
eines Sensors ab und variiert allein schon aufgrund von Fertigungsstreuungen.
Darüber hinaus verändert sich der Kompensationsparameter
auch aufgrund von Alterungseffekten mit der Zeit.
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Zur
Korrektur der Konzentrationsmessung wird der bei der Herstellung
bzw. bei der Applikation des Gassensors ermittelte Kompensationsparameter
in einer Auswerteschaltung hinterlegt und bei der Ermittlung der
Gaskonzentration berücksichtigt.
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Die 2 zeigt
schematisch ein im Prinzip bekanntes Verfahren, um beispielsweise
aus dem Pumpstrom I_pump als Gaskonzentrations-Signal eine Sauerstoffkonzentration
im Abgas zu bestimmen. Hierzu wird das Sauerstoff-Rohsignal bzw.
das Gaskonzentrations-Signal O2_raw einem Kompensationsmodul 600 zugeleitet.
Aus dem Umgebungsdruck p_atm, einem Differenzdruck des Partikelfilters
dp_pflt sowie den bekannten Leitungsdruckverlusten dp_tube berechnet
ein Abgasberechnungsmodul 650 den an dem Gassensor anliegenden
Abgasdruck p_exh. Ausgehend von dem Abgasdruck p_exh und dem Gaskonzentrations-Signal
O2_raw berechnet das Kompensationsmodul 600, beispielsweise
gemäß Formel 2 – die sich durch Umformen
der Formel 1 ergibt – eine kompensierte Gaskonzentration
O2_comp. k + p_exhp_exh p_0k + p_0 O2_raw(p_exh) = O2_raw(p_0)
= O2_comp (Formel 2)
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Der
Kompensationsparameter wird hierbei beispielsweise bei der Applikation
des Gassensors 100 fest im Kompensationsmodul 600 hinterlegt,
und bleibt für die gesamte Anwendung des Gassensors unverändert.
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Da
der an Luft auftretende Pumpstrom einer Breitband-Lambdasonde exemplarspezifisch
ist, ist es üblicherweise vorgesehen, dem Kompensationsmodul
ein Adaptionsmodul 900 nachzuschalten. Dieses Kompensationsmodul
bewirkt ebenfalls eine Teilkompensation der Druckabhängigkeit
der Konzentrationsbestimmung. In der Regel wird in dem nachfolgendem
Adaptionsmodul 900 ein Adaptionsfaktor m_adpt so nach geführt,
dass bei einem bekannten Messgas eine adaptierte Gaskonzentration
O2_adpt = m_adpt·O2_comp gleich der Gaskonzentration des
Messgases ist.
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Die
Gaskonzentration des Messgases bzw. Abgases ist typischerweise bei
einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine bekannt. Der Schubbetrieb
wird durch eine Schuberkennung 800 erkannt und dem Adaptionsmodul 900 signalisiert.
Während des Schubbetriebs wird der Brennkraftmaschine typischerweise
kein Kraftstoff zugeführt. Die angesaugte Frischluft gelangt
daher ohne Verbrennung in den Abgasstrang und umspült auch
den Gassensor. Das Adaptionsmodul 900 führt den
Adaptionsfaktor im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine dann so nach,
dass die adaptierte Sauerstoffkonzentration O2_adpt dem Sauerstoffgehalt
der Frischluft mit den bekannten 20,95% entspricht. Der während
des Schubbetriebs ermittelte und eingestellte Adaptionsfaktor m_adpt
wird anschließend auch für die übrigen
Betriebsarten der Brennkraftmaschine verwendet.
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In 3 ist
die Adaption der kompensierten Gaskonzentration O2_comp schematisch
dargestellt. Auf der Ordinate ist die Gaskonzentration und auf der
Abszisse der Druck im Messgas aufgetragen. Wenn nach wie vor der
applizierte bzw. nominale Kompensationsparameter knom vorliegt,
wird das Gaskonzentrations-Signal O2_raw durch das Kompensationsmodul 600 bereits
ausreichend kompensiert, so dass für k = knom gemäß Kurve 1 der 3 die
Gaskonzentration über alle Druckwerte konstant bleibt.
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Weicht
hingegen der Kompensationsparameter k des Gassensors vom Nominalwert
ab, so verändert sich trotz konstanter Gaskonzentration
die ermittelte kompensierte Gaskonzentration O2_comp über
den Druck in nichtlinearer Art und Weise, entsprechend der Kurve 3.
Um die Signalabweichungen auszugleichen ist es, wie bereits oben
beschrieben, vorgesehen, im Schubbetrieb, bei dem dann vorliegenden
Druck – einem Adaptionsdruck p_adpt – die kompensierte
Gaskonzentration O2_comp auf die tatsächliche Gaskonzentration zu
adaptieren. Schematisch ist dies in 3 dargestellt,
indem die Kurve 3 um einen Adaptionsbetrag verschoben wird,
und dann die adaptierte Gaskonzentration O2_adpt gemäß Kurve 2 ergibt.
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Wie
der 3 ferner zu entnehmen ist, gilt eine derartige
Kompensation im Wesentlichen nur für den Adaptionsdruck
p_adpt. Bei anderen Drücken p_load ergibt sich ein mehr
oder weniger großer Fehler dO2_err. Je nach Toleranzlage
des Kompensations parameters k des vorliegenden Gassensors erfolgt
die Adaption gemäß einer Über- oder Unterkompensation,
da die Druckkompensation gemäß dem Adaptionsmodul 900 nur für
nominale Kompensationsparameter k möglich ist.
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Dieser
Restfehler dO2_err ist insbesondere für Fahrzeuge mit Partikelfilter
störend, da dort der Wertebereich des Abgasdrucks groß ist
und beispielsweise zwischen 0.8 bar bei einem regenerierten und
bis zu 2 bar oder mehr bei einem beladenem Partikelfilter schwanken
kann.
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Für
eine präzisere Konzentrationsmessung ist es erfindungsgemäß nun
vorgesehen, den Kompensationsparameter nicht nur bei einer Installation
des Gassensors zu applizieren, sondern auch während des
Einsatzes zu adaptieren. Dies hat den Vorteil, dass bei Abweichungen
vom nominalen Kompensationsparameter bereits im Kompensationsmodul 600 die
Abweichungen kompensiert bzw. adaptiert werden können.
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Die
4 zeigt
mit gleichen Bezugszeichen die bereits aus der
2 bekannten
Elemente. Zusätzlich zu der aus
2 bekannten
Ausführungsform sind ein Leckagenerkennungsmodul
750 und
ein Kompensationsparameter-Bestimmungsmodul
700 vorgesehen.
Im Bestimmungsmodul
700 wird der Kompensationsparameter
k bestimmt. Bei Vorliegen eines Schubbetriebs – signalisiert
durch eine Schuberkennung
800 – ausgehend von
dem Gaskonzentrationssignal O2_raw und dem Abgasdruck p_exh wird
hierbei eine Ermittlung und Adaption des Kompensationsparameters
k durchführt und dem Kompensationsmodul
600 zur
Verfügung gestellt, wie es in der
DE 10 2006 011 837 A1 ,
dort in den Absätzen [0010] bis [0012] und [0025] bis [0045] explizit
beschrieben wird, auf die vorliegend Bezug genommen wird. Das Leckagenerkennungsmodul
750 vergleicht
den im Bestimmungsmodul
700 bestimmten k-Wert mit vorgebbaren
und gespeicherten k-Werten, die Toleranzen des k-Werts, die durch
Exemplarstreuung und Alterung über die Lebenszeit des Sensors
auftreten, berücksichtigen, und erlaubt so das Ziehen von
Schlüssen auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer
Leckage im Abgasstrang auf nachfolgend noch näher beschriebene
Weise. Die Erkennung der Leckage im Modul
750 durch Vergleich
mit zuvor ermittelten und gespeicherten k-Werten geschieht dadurch,
dass geprüft wird, ob der ermittelte k-Wert durch die Leckage
so klein geworden ist, dass er verglichen mit den Toleranzen des
k-Werts durch Exemplarstreuung und Alterung über die Lebenszeit
des Gassensors unplausibel wird, das heißt verglichen mit
den diese Toleranzen berücksichtigen den Werten der gespeicherten
k-Werte. Wird ein unplausibler k-Wert erreicht, das heißt
weicht der ermittelte k-Wert von den gespeicherten k-Werten um eine
vorgebbare Größe ab, kann auf eine Leckage im
Abgasstrang geschlossen werden. Umgekehrt ist es aber auch möglich,
eine Veränderung des Abgassystems zu erkennen, die zur
Erhöhung des Abgasdrucks führt, z. B. verursacht
durch eine unsachgemäße Verlängerung/Verengung
der Abgasanlage, dies führt zu einem hohen k-Wert. In diesem
Falle überschreitet der ermittelte k-Wert den gespeicherten
Wert des k-Werts um eine vorgebbare Größe und
ist damit unplausibel. In diesem Falle kann auf eine Störung
des Abgassystems durch Manipulation beispielsweise Verengung, Verlängerung
und dergleichen geschlossen werden.
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In
Verbindung mit
5 wird schematisch ein Ablauf
des vorstehend beschriebenen Verfahrens kurz erläutert.
Nach einer Adaption des k-Wertes, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2006 011 837
A1 dort in den Absätzen [0010] bis [0012] und
[0025] bis [0045] beschrieben ist, auf die folgend Bezug genommen
wird, erfolgt eine Abfrage in Schritt
520, ob der ermittelte
k-Wert plausibel ist. Wenn dies der Fall ist, wird in einer Ausgabe
530 ein
Diagnoseergebnis „Abgassystem in Ordnung”, das
heißt es liegt keine Leckage vor, ausgegeben. Wenn das
nicht der Fall ist, wird zunächst in Schritt
540 geprüft,
ob der k-Wert zu groß ist. Dabei wird er mit gespeicherten
k-Werten verglichen, wobei die gespeicherten k-Werte k-Werten entsprechen,
die auf ein intaktes Abgassystem unter Berücksichtigung
von Exemplarstreuungen und Alterung des Gassensors über dessen
Lebenszeit schließen lassen. Ist der k-Wert zu groß,
wird in Schritt
550 ein Diagnoseergebnis „Abgassystem
verstopft” ausgegeben. Ist dies nicht der Fall, wird in
Schritt
560 geprüft, ob der k-Wert zu klein ist,
wobei hier wiederum ein Vergleich mit gespeicherten k-Werten erfolgt.
Ist dies zu bejahen, wird in Schritt
570 ein Diagnoseergebnis „Leckage
im Abgassystem” ausgegeben. Wenn dies dagegen nicht der
Fall ist, wird das Verfahren in Schritt
580 beendet.
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Die
vorstehenden Verfahrensschritte werden bevorzugt während
des Schubbetriebs des Fahrzeugs ausgeführt.
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Während
des Schubbetriebs wird das Gaskonzentrations-Signal bzw. der Sauerstoff-Rohwert
O2_raw des Gassensors sowie der berechnete Abgasdruck p_exh aufgezeichnet.
Da die physikalische Sauerstoff-Konzentration während der
Schubphase konstant 20.95% ist, wird die Variation des Sauerstoff-Rohwertes
O2_raw ausschließlich durch den parasitären Druckeinfluss
verursacht.
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Während
des Schubbetriebs werden zu verschiedenen Zeiten der Abgasdruck
p_exh und der dazugehörige Sauerstoff-Rohwert O2_raw ermittelt.
Mit bekannten statistischen Verfahren wird eine Regressionsgerade
durch die ermittelten Punkte O2_raw(p_exh) berechnet (6).
Die Messpunkte O2_raw(p_exh) können beispielsweise während
einer oder mehreren Schubbetrieben der Brennkraftmaschine gemessen
werden. Eine hohe Anzahl an Messpunkten ist vorteilhaft, um eine
hohe Korrelationsgüte zu erzielen. Die Steigung m der Regressionsgeraden
ist ein Maß für die Druckempfindlichkeit des verbauten
Sondenexemplars und erlaubt so eine Messung der tatsächlichen
Druckabhängigkeit.
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Ein
zur Erreichung einer hinreichenden Korrelationsgüte genügend
großer Wertebereich für die Eingangsgrößen
ist gegeben, da der Abgasdruck im Schubbetrieb natürlicherweise
variiert. Die Drehzahl sinkt im Schubbetrieb ab, wobei als Folge
auch der Abgas-Volumenstrom und der Abgasdruck sinken. Insofern
ergeben sich eine Vielzahl von Messpunkten anhand derer eine hinreichend
genaue Regressionsgerade berechnet werden kann. Der exemplarspezifische
Kompensationsparameter kann dann beispielsweise mit der folgender Formel
3 aus der Steigung m der Gaskonzentrationsfunktion gemäß Formel
1 bzw. Formel 2 berechnet werden:
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Die
Formel 3 ergibt sich durch Ableitung von Formel 1 nach dem Druck
p_exh und Linearisierung für Arbeitspunkt p = p_x = mittlerer
Abgasdruck im Schubbetrieb.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, auf die Berechnung
einer Regressionsgeraden durch die Messpunkte O2_raw(p_exh) zu verzichten
und stattdessen für jeden einzelnen Messpunkt jeweils einen
zugeordneten Kompensationsparameter nach folgender Formel 4 zu berechnen: k = p_0·p_exh·(1 – O2_raw(p_exh)/O2_raw(p_0))p_0·O2_raw(p_exh)/O2_raw(p_0) – p_exh
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Formel
4 ergibt sich aus mathematischer Umformung von Formel 1. Die Sauerstoffkonzentration O2_raw
für einen beliebigen Referenzdruck p_0 muss in dieser Variante
ebenfalls während des Schubbetriebs ermittelt werden. Um
unvermeidliche Störeinflüsse auf dem Signal O2_raw
zu unterdrücken, sollte der Kompensationsparameter k nach
Formel 4 vorzugsweise durch ein Tiefpassfilter geglättet
werden. Im ersten Ausführungsbeispiel wird die Störunterdrückung
bereits durch die Regressionsgerade gewährleistet.
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Der
mit einer der vorgenannten Methoden identifizierte Kompensationsparameter
wird nachfolgend auch außerhalb des Schubbetriebs zur Druckkompensation
des Sauerstoff-Rohsignals bzw. Gaskonzentrations-Signal O2_raw verwendet
und ersetzt den applizierten nominalen Kompensationsparameter knom.
Dadurch wird die Genauigkeit des ausgegebenen kompensierten Sauerstoff-Signals
O2_comp insbesondere für hohe Abgasdrücke, wie
sie unter Volllast der Brennkraftmaschine und/oder bei einem beladenen
Partikelfilter auftreten, verbessert.
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Ein
wesentlicher Vorteil des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist
nicht nur eine Berücksichtigung von Fertigungsstreuungen
des Gassensors bei der Ermittlung des Kompensationsparameters, sondern
insbesondere auch die Erkennung von Leckagen im Abgassystem auf
der Basis des Kompensationsparameters. Hierdurch ist eine weitere
Verbesserung der Überprüfung abgasrelevanter Bestandteile
der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine möglich.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm
auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät 200 einer
Brennkraftmaschine implementiert werden und dort ablaufen. Der Programmcode
kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein,
den das Steuergerät 200 lesen kann. Auf diese
Weise ist auch eine Nachrüstung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei Motorsteuerungen, welche den k-Wert ermitteln und
auswerten, möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006011837
A1 [0002, 0004, 0038, 0039]
