DE102009028367A1

DE102009028367A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose einer Abgas-Sonde

Info

Publication number: DE102009028367A1
Application number: DE102009028367A
Authority: DE
Inventors: Peter Plonka; Alexander Bludau; Benedikt Feldmann; Thomas Steinert; Wolfgang Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-17
Also published as: EP2464849B1; US8646324B2; US20120222474A1; CN102472186B; CN102472186A; EP2464849A1; WO2011018317A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgas-Sonde, wobei die Dynamik-Diagnose nach einer Änderung eines Lambdawerts des Abgases und auf Basis eines Vergleichs eines gemessenen Signalanstiegs gegenüber einem erwarteten Anstieg des Signals durchgeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Last-Schub-Übergang ein Soll-/Ist-Vergleich zwischen einem berechneten O-Signal und einem mit der Abgas-Sonde gemessenen O-Signal bzw. zwischen aus diesen Signalen abgeleiteten Signalen durchgeführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, dass zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgas-Sonde, deren Ausgangssignal einer Motorsteuerung zugeführt ist, der als weitere Eingangssignale mindestens noch Informationen einer Eingangsluftmasse und einer Kraftstoffdosierung aufgeschaltet sind, wobei die Motorsteuerung Einrichtungen zur Bestimmung eines berechneten O-Signals aus den Informationen der Eingangsluftmasse und der Kraftstoffdosierung sowie Einrichtungen zur Filterung und/oder Gradientenbildung und/oder zur Integration des berechneten O-Signals und eines von der Abgas-Sonde gemessenen O-Signals aufweist, wobei zur Dynamik-Diagnose bei einem Last-Schub-Übergang ein Soll-/Ist-Vergleich zwischen dem berechneten O-Signal und dem mit der Abgas-Sonde gemessenen O-Signal bzw. zwischen, aus diesen Signalen ...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgas-Sonde, wobei die Dynamik-Diagnose nach einer Änderung eines Lambdawerts des Abgases und auf Basis eines Vergleichs eines gemessenen Signalanstiegs gegenüber einem erwarteten Anstieg des Signals durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgas-Sonde, deren Ausgangssignal einer Motorsteuerung zugeführt ist, der als weitere Eingangssignale mindestens noch Informationen einer Eingangsluftmasse und einer Kraftstoffdosierung aufgeschaltet sind.
Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxydierbare Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Eine der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgas-Sonde dient dabei der Überwachung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage. Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit muss im Rahmen der On-Board-Diagnose überwacht werden, da sie ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage darstellt. Zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird entweder die Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Magerphase mit Sauerstoff belegt und anschließend in einer Fettphase mit einem Abgas bekannten Lambdas unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge entleert oder die Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Fettphase von Sauerstoff entleert und anschließend in einer Magerphase mit einem Abgas bekannten Lambdas unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge aufgefüllt. Die Magerphase wird beendet, wenn die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgas-Sonde den Sauerstoff detektiert, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. Ebenso wird eine Fettphase beendet, wenn die Abgassonde den Durchtritt von fettem Abgas detektiert. Weiterhin dient ein Ausgangssignal der Abgas-Sonde als Zusatzinformation für eine Lambdaregelung, die jedoch weitgehend auf einem Ausgangssignal einer vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten Lambda-Sonde beruht.
Altert die Abgas-Sonde, reagiert das Ausgangssignal der Abgas-Sonde verlangsamt auf Änderungen der Abgas-Zusammensetzung und es können sich Abweichungen in der Diagnose der Abgasreinigungsanlage ergeben, die dazu führen können, dass eine nicht mehr korrekt arbeitende Abgasreinigungsanlage fälschlich als funktionsfähig bewertet wird. Einer Dynamiküberwachung der Abgas-Sonde wird daher ein hoher Stellenwert zugemessen.
Unter der Dynamiküberwachung versteht man das Bewerten der Reaktionsgeschwindigkeit der Abgas-Sonde auf eine sich ändernde O₂-Konzentration. Durch Alterung und Verschmutzung der Sondenkeramik bzw. der Sondenhülse besteht die Möglichkeit, dass die O₂-Konzentration des Abgases stark verzögert gemessen wird. Aufgrund dessen würden emissionsrelevante Funktionen, welche das Lambdasignal als Eingangsgröße benötigen, verzögert betrieben. Dadurch kann es zu einem Überschreiten der Emissionsgrenzwerte kommen, die durch den Gesetzgeber (europäische Behörden oder CARB, EPA) vorgegeben sind.
Ein bekanntes Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage bewertet beispielsweise auch das Verhältnis der Amplituden der Ausgangssignale der vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten Lambda-Sonde und der nachgeschalteten Abgas-Sonde. Eine funktionsfähige Abgasreinigungsanlage dämpft durch ihre Speicherfähigkeit die Amplitude einer Schwingung des Sauerstoffgehalts des Abgases am Ausgang der Brennkraftmaschine, so dass das Verhältnis der Amplituden vor und nach der Abgasreinigungsanlage einen hohen Wert ergibt. Eine verlangsamte Reaktion der nachgeschalteten Abgas-Sonde führt allerdings ebenfalls zu einer Verringerung der Amplitude ihres Ausgangssignals, wodurch die Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage als zu hoch bewertet wird. Eine nicht mehr den Anforderungen entsprechende Abgasreinigungsanlage kann so unter Umständen fälschlich als korrekt funktionierend eingestuft werden.
Eine Dynamikdiagnose wird dadurch erschwert, dass das Ausgangssignal der Abgassonde von dem Anfangs- und End-Lambdawert bei einem Fett-Mager- oder Mager-Fett-Sprung abhängt. Hinzu kommt der oben geschilderte Einfluss der Abgasreinigungsanlage, zu dem noch die Einflüsse der Temperatur und des Alters der Abgasreinigungsanlage hinzukommen.
Ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer Abgas-Sonde ist in der DE 19722334 angegeben. Die Abgassonde ist im Abgas hinter einer Abgasreinigungsanlage angeordnet. Als Beurteilungskriterium wird die Änderungsgeschwindigkeit eines Ausgangssignals der Abgas-Sonde benutzt, die beispielsweise nach dem Beginn einer Phase mit Schubbetrieb auftritt. Nachteilig ist hierbei, dass dieses Verfahren nur bei einem sehr hohen Luftmassenfluss (>> 50 kg/h) arbeitet, da nur dann der Katalysatoreinfluss vernachlässigt werden kann. In solchen Betriebszuständen kann es aber zu unerwünschten Zuständen beim Wiedereinsetzen nach der Schubphase kommen.
In der DE 10 2006 041 477 A1 wird ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine nach einer Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgas-Sonde beschrieben, wobei die Dynamik-Diagnose gleichzeitig mit einer sprunghaften Änderung eines Lambdawertes das Abgases von Fett nach Mager oder von Mager nach Fett durchgeführt wird.
Die heutige Funktion der Dynamiküberwachung berechnet bei einem gültigen Last-Schub-Übergang auf Basis der gemessenen O₂-Konzentration zwei O₂-Schwellwerte. Die gemessene Anstiegszeit der O₂-Konzentration vom ersten zum zweiten Schwellwert wird als Bewertungskriterium der dynamischen Eigenschaften der Abgas-Sonde herangezogen. Bleibt die gemessene Anstiegszeit unter einem fixen Schwellwert, erfolgt eine Intaktmeldung, andernfalls wird ein Defekt gemeldet. Damit plausibilisiert sich das Lambdasignal in einem zu applizierenden Betriebsbereich gegenüber einem fixen Wert.
Nachteilig ist dabei, dass eine Festlegung des Betriebsbereichs von den Bauteiltoleranzen der vorgelagerten Bauteile inklusive Sensoren und Aktuatoren abhängt. Etwaiges Driften der Bauteilcharakteristik ist in fixen Schwellwerten nicht berücksichtigt. Weiterhin kann mit diesen fixen Schwellwerten nur ein eingeschränkter Betriebsbereich für Lastwechsel für eine Dynamik-Diagnose verwendet werden. Ebenso können dynamische Eigenschaften der Abgas-Sonde mit fixen Schwellwerten nicht immer richtig diagnostiziert werden, so dass als Resultat eine dynamisch defekte Abgas-Sonde als i. O. bewertet werden kann, was vor dem Hintergrund massiv gestiegener bzw. steigender Gesetzesanforderungen zur On-Board-Diagnose (OBD) als kritisch anzusehen ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer Abgas-Sonde bereitzustellen, das eine höhere und zuverlässigere Trennschärfe der dynamischen Eigenschaften der Abgas-Sonde über einen Betriebsbereich ermöglicht und den Einfluss des Betriebsbereichs auf die Freigabe einer Dynamikplausibilisierung des Sonden-Ausgangssignals verringert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Last-Schub-Übergang ein Soll-/Ist-Vergleich zwischen einem berechneten O₂-Signal und einem mit der Abgas-Sonde gemessenen O₂-Signal bzw. zwischen aus diesen Signalen abgeleiteten Signalen durchgeführt werden. Mit dem Verfahren können dynamische Prozesse gegenüber dem Stand der Technik zuverlässiger berücksichtigt werden, so dass eine verbesserte Trennschärfe, unabhängig vom Betriebspunkt ermöglicht wird. Damit können erhöhte Gesetzesanforderungen hinsichtlich der On-Board-Diagnose erfüllt werden.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass die Berechnung des O₂-Signals aus Luftmasse und Einspritzmenge durchgeführt wird.
Werden für den Soll-/Ist-Vergleich das berechnete O₂-Signal und das gemessene O₂-Signal mittels beispielsweise eines Tiefpass-Filters gefiltert und daraus ein berechnetes und gefiltertes O₂-Signal und ein gemessenes und gefiltertes O₂-Signal gebildet, kann erreicht werden, dass beispielsweise kurzzeitig auftretende Störungen bei der Signal-Übermittlung bzw. bei der Signal-Verarbeitung sich weniger stark auf das Diagnose-Ergebnis auswirken können, womit eine robustere Dynamik-Diagnose erreicht werden kann.
Werden, wie dies in einer bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen ist, für den Soll-/Ist-Vergleich die Gradienten des berechneten O₂-Signals und des gemessenen O₂-Signals oder der gefilterten O₂-Signale verwendet, können insbesondere die dynamischen Eigenschaften der Abgas-Sonde direkt analysiert werden. Gegenüber einer reinen Auswertung der Anstiegszeit zwischen den o. g. O₂-Schwellen können die Eigenschaften der Abgas-Sonde auch abhängig von der jeweiligen Betriebsbedingung zuverlässig bestimmt werden. Die Bewertung dieser relativen Änderung ist gegenüber einer Auswertung einer absoluten Änderung des Signals grundsätzlich weniger störanfällig gegenüber möglicher Offset-Einflüsse innerhalb des Auswertesystems und der beteiligten Sensoren bzw. Aktuatoren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für den Soll-/Ist-Vergleich individuell ein dem jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zugeordneter Sollwert gebildet und anschließend mit dem Istwert verglichen wird. Damit kann erreicht werden, dass im Rahmen der Applikationsaktivität nicht nur in einem eingeschränkten Betriebsbereich eine Dynamik-Diagnose ermöglicht wird, wie dies bisher der Fall ist, sondern der Bereich deutlich ausgedehnt werden kann, so dass die dynamischen Eigenschaften der Abgas-Sonde in einem weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bestimmt werden können. Andererseits können Dynamik-Diagnoseergebnisse aus unterschiedlichen Betriebsbereichen auch zur Bewertung herangezogen werden, um beispielsweise die Einzelergebnisse auf Plausibilität zu prüfen oder auch Betriebszustände zu identifizieren, in denen eine Dynamik-Diagnose nicht stattfinden sollte. Sollte sich beispielsweise ein Fehler in der Dynamik der Abgas-Sonde herausstellen, wird sich eine dynamische Verschleppung des Signals nicht nur bei einem Last-Schub-Übergang einstellen, sondern ist auch bei Last-Schub-Übergängen in anderen Betriebsbereichen nachweisbar.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass bei dem Last-Schub-Übergang basierend auf dem Signalverlauf des berechneten und gefilterten O₂-Signals ein erster und ein zweiter O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals bestimmt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Schwellwertbestimmung der O₂-Schwellwerte bei jedem zur Dynamik-Diagnose verwendeten Last-Schub-Übergang erneut durchgeführt wird. In einer Verfahrensvariante ist weiterhin vorgesehen, dass im Fall eines gültigen Last-Schub-Übergangs basierend auf dem gemessenen O₂-Signal ein O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals bestimmt wird, wobei dessen Berechnung identisch zur Berechnung des ersten O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals durchgeführt wird. Dabei wird bezogen auf den jeweiligen Signalhub ein prozentualer identischer Schwellwert zu Grunde gelegt.
Diese jeweilige Neuberechnung der O₂-Schwellwerte erlaubt einerseits, dass die O₂-Schwellwerte jeweils an den Betriebsbereich angepasst werden können, in denen die Dynamik-Diagnose stattfindet. Andererseits kann mit diesen variablen O₂-Schwellwerten gegenüber den fest vorgegebenen Schwellwerten gemäß dem Stand der Technik eine verbesserte Diagnose bei einer Drift der Bauteilcharakteristik erreicht werden. Weiterhin kann beispielsweise der Einfluss des Fahrers, hervorgerufen durch eine jeweils unterschiedlich schnelle Freigabe des Gaspedals, vermieden werden. Dies betrifft insbesondere die Kompensation des Mengengradienten bei Übergang in den Schub-Betrieb.
In bevorzugter Verfahrensvariante ist zur Dynamik-Diagnose vorgesehen, dass für das berechnete O₂-Signal oder für das berechnete und gefilterte O₂-Signal während der Zeit vom Erreichen des ersten O₂-Schwellwerts des berechneten O₂-Signals bis zum Erreichen des zweiten O₂-Schwell-Werts des berechneten O₂-Signals ein O₂-Gradientensignal für den berechneten Wert integriert und aus dem Ergebnis der Sollwert abgeleitet wird. Zusätzlich kann eine Integrationsdauer für das berechnete O₂-Signal bestimmt werden. Parallel dazu wird für das gemessene O₂-Signal oder für das berechnete und gefilterte O₂-Signal ein O₂-Gradientensignal für den gemessenen Wert integriert und aus dem Ergebnis der Istwert abgeleitet. Dabei wird als Integrationsdauer des gemessenen O₂-Signals die Integrationsdauer für das berechnete O₂-Signal verwendet. Als Startzeitpunkt der Integration wird ein Triggerzeitpunkt verwendet, der bestimmt wird, wenn das gemessene O₂-Signal oder das gemessene und gefilterte O₂-Signal den O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals überschreitet. Die somit berechneten Integrale für den Sollwert und den Istwert berücksichtigen insbesondere die dynamischen Effekte und sind zudem gegen Offsets und kurzzeitige Signalstörungen robust.
Zur Dynamik-Diagnose können dann der Istwert und der Sollwert zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, und aus dem Ergebnis eine Dynamikbeurteilung der Abgas-Sonde abgeleitet werden, wobei mit schlechter werdender Dynamik sich das Integral für den Istwert gegenüber dem Integral für den Sollwert verkleinert.
In einer ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Dynamikbeurteilung durch direkten Vergleich zwischen dem absoluten O₂-Gradientensignal für den berechneten Wert und dem absoluten O₂-Gradientensignal für den gemessenen Wert durchgeführt wird. Ebenso kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Dynamikbeurteilung durch direkten Vergleich der zeitlichen Verläufe des berechneten O₂-Signals und des gemessenen O₂-Signals bzw. der gefilterten O₂-Signale durchgeführt wird. Beide Varianten erfüllen ebenfalls die Anforderungen an eine reproduzierbare Trennschärfe der Dynamik-Überwachung, sind aber weniger aufwendig und können daher in vereinfachten OBD-Einheiten Verwendung finden.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Motorsteuerung Einrichtungen zur Bestimmung eines berechneten O₂-Signals aus Informationen der Eingangsluftmasse, beispielsweise durch Auswertung der Signale eines Luftmassenmessers oder mittels eines Modells ermittelt, und der Kraftstoffdosierung sowie Einrichtungen zur Filterung und/oder Gradientenbildung und/oder zur Integration des berechneten O₂-Signals und eines von der Abgas-Sonde gemessenen O₂-Signals aufweist, wobei zur Dynamik-Diagnose bei einem Last-Schub-Übergang ein Soll-/Ist-Vergleich zwischen dem berechneten O₂-Signal und dem mit der Abgas Sonde gemessenen O₂-Signal bzw. zwischen, aus diesen Signalen abgeleiteten Signalen durchführbar ist. Die zur Durchführung des Verfahrens nötigen Einrichtungen, wie beispielsweise Tiefpass-Filter-Einheiten, Differenzier-Einheiten, Integrier-Einheiten und Schwellwert-Berechnungseinheiten können dabei innerhalb der übergeordneten Motorsteuerung als Hardware- und/oder Software-Lösung implementiert sein und bilden damit eine wichtige Funktionsgruppe innerhalb einer On-Board-Diagnoseeinrichtung. Darüber hinaus sind auch separate Diagnose-Vorrichtungen denkbar, die mit der übergeordneten Motorsteuerung kommunizieren können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
2 ein prinzipielles Zeitablaufdiagramm für verschiedene Signalwerte einer Abgassonde während einer Dynamik-Diagnose,
3 beispielhaft die Aufbereitung der Signalwerte einer neuen Abgas-Sonde,
4 beispielhaft die Aufbereitung der Signalwerte einer gealterten, trägen Abgas-Sonde,
5 die prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung von O₂-Schwellwerten,
6 die prinzipielle Vorgehensweise zur Integration des O₂-Gradientensignals einer neuen Abgas-Sonde und
7 die prinzipielle Vorgehensweise zur Integration des O₂-Gradientensignals einer gealterten, trägen Abgas-Sonde.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt schematisch als Beispiel das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Dynamikdiagnose einer Abgas-Sonde 17 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 18 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 eine Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 14 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 Kraftstoff zuführt und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 und einer in dem Abgaskanal 18 angeordneten Lambda-Sonde 15 sowie einer in der Abgasableitung 18 angeordneten Abgas-Sonde 17 zugeführt werden. Die Lambda-Sonde 15 bestimmt einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs; sie kann als Breitband-Lambdasonde ausgeführt sein. Die Abgas-Sonde 17 bestimmt die Abgaszusammensetzung nach der Abgasreinigungsanlage 16. Die Abgas-Sonde 17 kann als Sprungsonde ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den 2 bis 7 dargestellten Zeitablauf-Diagramme 20 aufgezeigt, in denen ein Verlauf verschiedener Signalwerte 21 der Abgassonde 17 bzw. daraus abgeleitete Signale über eine Zeitachse 24 bei einem Last-Schub-Wechsel gezeigt sind. Die Zeitablauf-Diagramme 20 zeigen exemplarisch, dass zunächst von einer Fettphase 22 ausgegangen wird und sich dann infolge des Last-Schub-Wechsels die Abgaszusammensetzung ändert, derart, dass mageres Abgas mit einer erhöhten O₂-Konzentration die Abgas-Sonde 17 erreicht. Gegenüber der Fettphase 22 wird dieser zeitliche Bereich als Magerphase 23 bezeichnet. Entsprechend könnten auch andere Übergänge zur Dynamik-Diagnostik herangezogen werden, bei denen sich der Lambdawert der Abgassonde 17 ändert.
2 zeigt den zeitlichen Verlauf eines berechneten O₂-Signals 26, welches auf dem an der Verbrennung der Brennkraftmaschine 10 teilnehmenden Kraftstoff sowie dem ermittelten Luft-Sauerstoff basiert. Beide Größen können aus den Signalen des Luftmassenmessers 12 und der Kraftstoffdosierung 13 aus 1 abgeleitet werden. Im gezeigten Beispiel steigt bei einem Last-Schub-Wechsel dieses Signal an. Gleichzeitig reduziert sich dabei eine Einspritzmenge 35, die über die Kraftstoffzudosierung 13 vorgegeben wird. Zusätzlich zum Verlauf des berechneten O₂-Signals 26 ist der Verlauf eines berechneten und gefilterten O₂-Signals 28 dargestellt, welches kurzzeitige Schwankungen gegenüber dem ungefilterten berechneten O₂-Signal 26 nicht mehr aufweist bzw. diese deutlich reduziert sind. Darauf aufbauend wird ein O₂-Gradientenverlauf 30 für das berechnete O₂-Signal 26 berechnet.
In 3 und 4 werden exemplarisch die weitere Signalverarbeitung zur Dynamik-Diagnose für eine neue Abgas-Sonde 17 (3) und für eine gealterten, träge Abgas-Sonde 17 (4) gezeigt.
Kommt es zu einem Last-Schub-Wechsel, werden basierend auf dem berechneten und gefilterten O₂-Signal 28 ein erster O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals 32 sowie ein zweiter O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals 33 berechnet. Parallel zu diesem Vorgang wird ein mit der Abgas-Sonde 17 gemessenes O₂-Signal 27 in ein gemessenes und gefiltertes O₂-Signal 29 umgewandelt, dessen Verlauf hier ebenfalls dargestellt ist. Aus dem gemessenen und gefilterten O₂-Signal 29 und dem berechneten und gefilterten O₂-Signal 28 wird jeweils ein O₂-Gradientensignal 30, 31 für den berechneten Wert und den gemessenen Wert bestimmt. Im Fall eines gültigen Last-Schub-Übergangs wird, basierend auf dem gemessenen O₂-Signal 27 ein O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals 34 generiert. Dabei ist dessen Berechnung identisch zur Berechnung des ersten O₂-Schwellwertes des berechneten O₂-Signals 32. Ein Zeitpunkt der Schwellwertberechnung 25 kann dabei durch den Signalanstieg des berechneten O₂-Signals 26 bestimmt werden.
Wie zu erkennen ist, sind die Verläufe der verschiedenen Signalwerte 21 in der 3 und der 4 sehr unterschiedlich und können bereits zur Dynamik-Diagnose der Abgas-Sonde 17 genutzt werden. Ein Vergleich des berechneten und des gemessenen O₂-Signals 26, 27 zeigt beispielsweise, dass bei einer neuen Abgas-Sonde 17 (3) der Verlauf des gemessenen O₂-Signals 27 relativ dicht dem Verlauf des berechneten O₂-Signals 26 folgt. Dagegen setzt der Anstieg des gemessenen O₂-Signals 27 bei einer gealterten, trägen Abgas-Sonde 17 (4) zeitversetzt ein, wobei der Anstieg aufgrund der Trägheit geringer ist als bei dem Verlauf des berechneten O₂-Signals 26. Ein ähnliches Verhalten zeigt sich beim Vergleich der gefilterten O₂-Signale 28, 29. Die O₂-Gradientensignale 30, 31 für das berechnete und das gemessene O₂-Signal 26, 27 zeigen den Unterschied noch deutlicher. Das O₂-Gradientensignal 31 fällt in seiner absoluten Höhe bei einer alten, trägen Abgas-Sonde 17 deutlich niedriger aus, als bei einer neuen Abgas-Sonde 17.
In 5 ist die prinzipielle Vorgehensweise zur Berechnung der O₂-Schwellwerte 32, 33, 34 erläutert. Der absolute Betrag des berechneten und des gemessenen O₂-Signals 26, 27 gegenüber der Nulllinie entspricht im gesättigten Bereich, d. h. lange nach dem Last-Schub-Übergang, einer O₂-Konzentration der Umgebungsluft 36, welche mit 21,95% als nahezu konstant angenommen werden kann. Dieser Wert kann zur Normierung der absoluten Signalwerte 21 denen, welcher mit den Signalhüben des berechneten und des gemessenen O₂-Signals 37, 38 verrechnet werden kann.
Bezogen auf den Signalhub des berechneten O₂-Signals 38 wird ein prozentualer Schwellwert 39 für den ersten O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals 32 vorgegeben. Entsprechend wird auch der zweite O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals 33 vorgegeben, wobei sich dabei der prozentuale Schwellwert 39 vom ersten unterscheidet. Für den O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals 34 wird die Bestimmung entsprechend durchgeführt. Dabei wird der gleiche prozentuale Schwellwert 39 zu Grunde gelegt, wie er bei der Bestimmung des ersten O₂-Schwellwerts des berechneten O₂-Signals 32 verwendet wurde.
Der Zeitpunkt der Schwellenberechnung 25 wird im gezeigten Beispiel vom Beginn des Abfalls der Einspritzmenge 35 vorgegeben.
6 und 7 zeigen das Auswerteschema einer bevorzugten Verfahrensvariante, wobei in 6 die Auswertung an einer neuen Abgas-Sonde 17 und in 7 die Auswertung an einer alten, trägen Abgas-Sonde 17 gezeigt ist.
In beiden Figuren ist zur Dynamik-Diagnose vorgesehen, dass für das berechnete O₂-Signal 26 während der Zeit vom Erreichen des ersten O₂-Schwellwerts des berechneten O₂-Signals 32 bis zum Erreichen des zweiten O₂-Schwellwerts des berechneten O₂-Signals 33 das O₂-Gradientensignal 30 für den berechneten Wert integriert und aus dem Ergebnis der Integralbildung ein Sollwert 42 abgeleitet wird. Zusätzlich kann eine Integrationsdauer für das berechnete O₂-Signal 40 bestimmt werden. Parallel dazu wird für das gemessene O₂-Signal 27 das O₂-Gradientensignal 31 für den gemessenen Wert integriert und aus dem Ergebnis ein Istwert 43 abgeleitet. Dabei wird als Integrationsdauer des gemessenen O₂-Signals 41 die Integrationsdauer für das berechnete O₂-Signal 40 verwendet. Als Startzeitpunkt der Integration des O₂-Gradientensignals 31 für den gemessenen Wert wird ein Triggerzeitpunkt 44 verwendet, der bestimmt wird, wenn das gemessene O₂-Signal 27 den O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals 34 überschreitet. Die somit berechneten Integrale für den Sollwert 42 und den Istwert 43 können nun zur quantitativen Dynamik-Diagnose herangezogen werden. Die Verhältnisse der, aus den Integralen abgeleiteten Soll- und Istwerte 42, 43 können je nach Trägheit der Abgas-Sonde 17 unterschiedliche Werte annehmen und können direkt als Maß der Dynamik der Abgas-Sonde 17 herangezogen werden. In 7 ist beispielsweise das Flächen-Verhältnis der beiden Flächen für den Soll- und den Istwert 42, 43 gegenüber dem Flächen-Verhältnis in 6 relativ klein.
In einer nicht gezeigten Variante können auch die jeweiligen gefilterten O₂-Signale 28, 29, wie oben beschrieben, ausgewertet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es eine Dynamik-Diagnose mit gegenüber dem Stand der Technik höherer Trennschärfe, unabhängig vom Betriebspunkt durchzuführen. Damit können erhöhte Gesetzesanforderungen hinsichtlich der On-Board-Diagnose erfüllt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19722334 [0008]
- DE 102006041477 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal (18) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgas-Sonde (17), wobei die Dynamik-Diagnose nach einer Änderung eines Lambdawerts des Abgases und auf Basis eines Vergleichs eines gemessenen Signalanstiegs gegenüber einem erwarteten Anstieg des Signals durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Last-Schub-Übergang ein Soll-/Ist-Vergleich zwischen einem berechneten O₂-Signal (26) und einem mit der Abgas-Sonde (17) gemessenen O₂-Signal (27) bzw. zwischen aus diesen Signalen abgeleiteten Signalen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des O₂-Signals (26) aus Luftmasse und Einspritzmenge durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Soll-/Ist-Vergleich das berechnete O₂-Signal (26) und das gemessene O₂-Signal (27) gefiltert und daraus ein berechnetes und gefiltertes O₂-Signal (28) und ein gemessenes und gefiltertes O₂-Signal (29) gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Soll-/Ist-Vergleich die Gradienten des berechneten O₂-Signals (26) und des gemessenen O₂-Signals (27) oder der gefilterten O₂-Signale (28, 29) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Soll-/Ist-Vergleich individuell ein dem jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (10) zugeordneter Sollwert (42) gebildet und anschließend mit dem Istwert (43) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Last-Schub-Übergang basierend auf dem Signalverlauf des berechneten und gefilterten O₂-Signals (28) ein erster und ein zweiter O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals (32, 33) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall eines gültigen Last-Schub-Übergangs basierend auf dem gemessenen O₂-Signal (27) ein O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals (34) bestimmt wird, wobei dessen Berechnung identisch zur Berechnung des ersten O₂-Schwellwert des berechneten O₂-Signals (32) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertbestimmung der O₂-Schwellwerte (32, 33, 34) bei jedem zur Dynamik-Diagnose verwendeten Last-Schub-Übergang erneut durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das berechnete O₂-Signal (26) oder für das berechnete und gefilterte O₂-Signal (28) während der Zeit vom Erreichen des ersten O₂-Schwellwerts des berechneten O₂-Signals (32) bis zum Erreichen des zweiten O₂-Schwellwerts des berechneten O₂-Signals (33) ein O₂-Gradientensignal (30) für den berechneten Wert integriert und aus dem Ergebnis der Sollwert (42) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Integrationsdauer für das berechnete O₂-Signal (40) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das gemessene O₂-Signal (27) oder für das berechnete und gefilterte O₂-Signal (29) ein O₂-Gradientensignal (31) für den gemessenen Wert integriert und aus dem Ergebnis der Istwert (43) abgeleitet wird, wobei als Integrationsdauer des gemessenen O₂-Signals (41) die Integrationsdauer für das berechnete O₂-Signal (40) und als Startzeitpunkt der Integration ein Triggerzeitpunkt (44) verwendet wird, wobei der Triggerzeitpunkt (44) bestimmt wird, wenn das gemessene O₂-Signal (29) oder das gemessene und gefilterte O₂-Signal (28) den O₂-Schwellwert des gemessenen O₂-Signals (34) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dynamik-Diagnose der Istwert (43) und der Sollwert (42) zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, und aus dem Ergebnis eine Dynamikbeurteilung der Abgas-Sonde (17) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikbeurteilung durch direkten Vergleich zwischen dem absoluten O₂-Gradientensignal (30) für den berechneten Wert und dem absoluten O₂-Gradientensignal (31) für den gemessenen Wert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikbeurteilung durch direkten Vergleich der zeitlichen Verläufe des berechneten O₂-Signals (26) und des gemessenen O₂-Signals (27) bzw. der gefilterten O₂-Signale (28, 29) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal (18) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgas-Sonde (17), deren Ausgangssignal einer Motorsteuerung (14) zugeführt ist, der als weitere Eingangssignale mindestens noch Informationen einer Eingangsluftmasse und einer Kraftstoffdosierung (13) aufgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (14) Einrichtungen zur Bestimmung eines berechneten O₂-Signals (27) aus den Informationen einer Eingangsluftmasse und der Kraftstoffdosierung (13) sowie Einrichtungen zur Filterung und/oder Gradientenbildung und/oder zur Integration des berechneten O₂-Signals (26) und eines von der Abgas-Sonde (17) gemessenen O₂-Signals (27) aufweist, wobei zur Dynamik-Diagnose bei einem Last-Schub-Übergang ein Soll-/Ist-Vergleich zwischen dem berechneten O₂-Signal (26) und dem mit der Abgas-Sonde (17) gemessenen O₂-Signal (27) bzw. zwischen, aus diesen Signalen abgeleiteten Signalen durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsluftmasse mittels eines Luftmassenmessers (12) oder durch ein Modell bestimmbar ist.