DE102009045376A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose der Dynamik eines Abgassensors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Dynamik eines als Lambdasonde ausgeführten Abgassensors, welcher in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung des Abgases vor oder hinter einem Katalysator angeordnet ist und mit welchem über einen Regelkreis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gasgemischs geregelt wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass während der Diagnose mittels eines Regelalgorithmus eines Diagnosereglers mindestens ein Stelleingriff gezielt in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens vorgegeben wird, welches durch eine Verlängerung einer der beiden Rampen erzielt wird, bis durch einen möglichen asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors dieser Eingriff kompensiert wird, wobei eine Reaktion auf den Stelleingriff als Kriterium zur Beurteilung eines asymmetrischen Dynamikfehlers des Abgassensors benutzt wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, dass eine Diagnoseeinrichtung, welche mit dem Abgassensor verbunden ist, einen Diagnoseregler aufweist, mit dem während der Diagnose mindestens ein Stelleingriff gezielt in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens vorgebbar und aus dem Maß des Eingriffs bei einer Kompensation des Eingriffs, bedingt durch einen möglichen asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors, das Vorhandensein bzw. das Ausmaß des asymmetrischen Dynamikfehlers des Abgassensors detektierbar ist. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung zur ...

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Dynamik eines als Lambdasonde ausgeführten Abgassensors, welcher in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung des Abgases vor oder hinter einem Katalysator angeordnet ist und mit welchem über einen Regelkreis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des, der Brennkraftmaschine zugeführten Gasgemischs geregelt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Eine Lambdaregelung, in Verbindung mit einem Katalysator, ist heute das wirksamste Abgasreinigungsverfahren für den Ottomotor. Erst im Zusammenspiel mit derzeit verfügbaren Zünd- und Einspritzsystemen können sehr niedrige Abgaswerte erzielt werden.
  • Besonders wirkungsvoll ist der Einsatz eines Dreiwege- oder Selektiv-Katalysators. Dieser Katalysator hat die Eigenschaft, Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide bis zu mehr als 98% abzubauen, falls der Motor in einem Bereich von etwa 1% um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit λ = 1 betrieben wird. Dabei gibt der Lambdawert an, wieweit das tatsächlich vorhandene Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem Wert λ = 1 abweicht, der einem zur vollständigen Verbrennung theoretisch notwendigen Massenverhältnis von 14,7 kg Luft zu 1 kg Benzin entspricht, d. h. der Lambdawert ist der Quotient aus zugeführter Luftmasse und theoretischem Luftbedarf. Bei Luftüberschuss ist λ > 1 (mageres Gemisch). Bei Kraftstoffüberschuss ist λ < 1 (fettes Gemisch).
  • Bei modernen Brennkraftmaschinen werden Lambdasonden eingesetzt, welche die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine bestimmen und über einen Lambda-Regelkreis die Luft- und Kraftstoffzuführung der Brennkraftmaschine derart regeln, dass eine für die Abgasnachbehandlung durch in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehener Katalysatoren optimale Zusammensetzung des Abgases erreicht wird. Dabei wird bevorzugt auf ein Lambda von 1, also ein stöchiometrisches Verhältnis von Kraftstoff zu Luft, geregelt. Die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine kann so minimiert werden.
  • Es sind verschiedene Formen von Lambdasonden im Einsatz. Bei einer Zweipunkt-Lambdasonde, auch als Sprungsonde oder Nernst-Sonde bezeichnet, weist die Kennlinie bei λ = 1 einen sprungartigen Abfall auf. Sie erlaubt daher im Wesentlichen nur die Unterscheidung zwischen fettem Abgas bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kraftstoffüberschuss und magerem Abgas bei Betrieb mit Luftüberschuss.
  • Eine Breitband-Lambdasonde, auch als stetige oder lineare Lambdasonde bezeichnet, ermöglicht die Messung des Lambdawertes in dem Abgas in einem weiten Bereich um λ = 1 herum. Damit kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine auch auf einen mageren Betrieb mit Luftüberschuss geregelt werden.
  • Wesentlich für den schadstoffarmen Betrieb der Brennkraftmaschine ist eine schnelle Regelung der Abgaszusammensetzung auf den vorgegebenen Lambda-Wert. Dies gilt insbesondere auch für Brennkraftmaschinen mit Einzelzylinder-Regelung, bei denen das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf Basis des Signals der gemeinsamen Lambdasonde für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine individuell eingestellt wird. Dazu muss die Lambda-Messung mit einer hohen zeitlichen Auflösung erfolgen, um die bei der Lambdasonde ankommenden, aufeinander folgenden Abgasvolumen der verschiedenen Zylinder in ihrer Zusammensetzung bestimmen und einem jeweiligen Zylinder zuordnen zu können.
  • Neben den gewählten Regelparametern des Lambda-Regelkreises und den Streckenparametern bestimmt die Dynamik der Lambdasonde die Geschwindigkeit des Regelkreises. Dabei ist im Neuzustand die Dynamik der Lambdasonden auch für eine Einzelzylinder-Regelung mit einer für alle Zylinder gemeinsamen Lambdasonde in einem gemeinsamen Abgaskanal ausreichend. Aufgrund von Alterungseffekten können sich die dynamischen Eigenschaften der Lambdasonden jedoch dahingehend verändern, dass die Reaktionsgeschwindigkeit der Lambdasonde bei der Bestimmung der Abgaszusammensetzung nicht mehr ausreichend ist, was zu einer erhöhten Schadstoffemission führt. Liegt diese außerhalb der gesetzlichen Vorgaben, ist im Rahmen der On-Board-Diagnose der Brennkraftmaschine die mangelnde Dynamik der Lambdasonde festzustellen und eine entsprechende Fehlermeldung vorzusehen.
  • In der Schrift DE 102 60 721 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose der dynamischen Eigenschaften einer Lambdasonde, die wenigstens zeitweilig zu einer zylinderindividuellen Lambdaregelung verwendet wird, sowie eine zugehörige Diagnosevorrichtung beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Stellgröße der Lambdaregelung erfasst und mit einer vorgebbaren maximalen Schwelle verglichen wird und im Falle des Überschreitens der maximalen Schwelle das dynamische Verhalten der Lambdasonde im Hinblick auf die Einsatzfähigkeit für die zylinderindividuelle Lambdaregelung als nicht ausreichend bewertet wird. Die dynamischen Eigenschaften der Lambdasonde können aus der Einzelzylinderregelung selbst erfasst werden, da die zylinderindividuellen Regler bei nicht ausreichender Dynamik der Lambdasonde divergieren. Weiterhin kann eine Testfunktion mit einer gezielten Störung oder Verstimmung des aktuellen Lambdawertes vorgesehen sein. Das Verfahren eignet sich demnach nur für Brennkraftmaschinen mit Einzelzylinder-Lambdaregelung oder es erfordert eine gezielte Beeinflussung des Lambda-Wertes.
  • Es sind weitere Diagnoseverfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Lambdasonden bekannt. So kann beispielsweise ein gemessenes Lambdasignal mit einem erwarteten Lambdasignal bei einer bekannten Anregung verglichen werden.
  • Nachteilig bei vielen bekannten Verfahren ist, dass damit nur eine Änderung der Zeitkonstante der Lambdasonde, nicht aber eine reine Totzeit im Sondensignal, erkannt werden kann. Beispielsweise ist es mit einem Vergleich zwischen gemessenem und erwartetem Lambdasignal bei einer periodischen Anregung nicht möglich, eine reine Totzeit zu erkennen, da es keine Möglichkeit gibt, zu unterscheiden, ob eine beobachtete Reaktion im gemessenen Lambdasignal auf die Anregung der unmittelbar vorausgehenden Periode oder einer früheren Periode zurückzuführen ist.
  • Für die Diagnose von Zweipunkt-Lambdasonden ist es bekannt, die Periodendauer der sich einstellenden Reglerschwingung auszuwerten. Auf Grund der sprungartigen Änderung des Ausgangssignals der Zweipunkt-Lambdasonde bei λ = 1 ist eine lineare Regelung, wie sie für Breitband-Lambdasonden eingesetzt wird, nicht möglich. Der Lambda-Regelkreis für Zweipunkt-Lambdasonden ist daher im Allgemeinen mit einem Zweipunkt-Regelalgorithmus ausgeführt. Bei diesem Regelalgorithmus verursacht der Signaldurchgang durch eine Schwelle in fetter Richtung einen Sprung der Reglerstellgröße nach mager, worauf das Kraftstoff-Luft-Gemisch und somit die Abgas-Zusammensetzung mit konstanter Steigung in Richtung mager verändert wird. Durchläuft das Lambdasignal auf Grund dieser Stellgrößenänderung eine zweite Schwelle in Richtung mager, so springt die Reglerstellgröße wieder nach fett, gefolgt von einer Änderung des Kraftstoff-Luft-Gemischs und somit der Abgas-Zusammensetzung mit konstanter Steigung in Richtung fett. Es stellt sich auf diese Weise ein periodischer Verlauf von Lambdasignal und Reglerstellgröße ein, wobei die Periodendauer von den Streckenparametern, den Reglerparametern und von der Dynamik der Zweipunkt-Lambdasonde abhängt. Verlängert sich das Ansprechverhalten der Zweipunkt-Lambdasonde, zum Beispiel auf Grund von Alterungseffekten, so führt dies zu einer Verlängerung der Periodendauer. Überschreitet diese einen vorgegebenen Grenzwert, kann auf eine nicht mehr ausreichende Dynamik der Zweipunkt-Lambdasonde geschlossen werden.
  • Mit derartigen Verfahren lassen sich zwar symmetrische Dynamikfehler, d. h. das Signal der Sonde ist auf beiden Flanken gleichmäßig verzögert, gut erkennen. Die Erkennung asymmetrischer Fehler hingegen ist mit diesen Verfahren nur bedingt möglich. Zwar führen auch asymmetrische Dynamikfehler zu einer Verlängerung der Periodendauer, aber nur in so geringem Maß, dass eine sichere Fehlererkennung mit bekannten Verfahren nur bei sehr großen Fehlern möglich ist. Der asymmetrische Dynamikfehler hat aber einen höheren Abgaseinfluss als symmetrische Fehler. Daher stellt die Erkennung eines asymmetrischen Fehlers eine große Herausforderung dar.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine zuverlässige und verbesserte On-Board-Diagnose der Dynamik eines Abgassensors ermöglicht.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 9 gelöst.
  • Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Diagnoseeinrichtung, welche mit dem Abgassensor verbunden ist, einen Diagnoseregler aufweist, mit dem während der Diagnose mindestens ein Stelleingriff gezielt in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens vorgebbar und aus dem Maß des Eingriffs bei einer Kompensation des Eingriffs, bedingt durch einen möglichen asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors, das Vorhandensein bzw. das Ausmaß des asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors detektierbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass während der Diagnose mittels eines Regelalgorithmus eines Diagnosereglers mindestens ein Stelleingriff gezielt in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens vorgegeben wird, welches durch eine Verlängerung einer der beiden Rampen erzielt wird, bis durch einen möglichen asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors dieser Eingriff kompensiert wird, wobei eine Reaktion auf den Stelleingriff als Kriterium zur Beurteilung eines asymmetrischen Dynamikfehlers des Abgassensors benutzt wird.
  • Diese gezielte Verlängerung der Rampe entspricht genau dem Einfluss der Sondenfehler bzw. dem Fehlerbild. Diese Verlängerung der Rampe bzw. die Reaktion auf die Verlängerung der Rampe dient als Diagnosekriterium. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens können insbesondere bereits kleine asymmetrische Dynamikfehler des Abgassensors, welcher als Zweipunkt- oder als Breitband-Lambdasonde ausgeführt sein kann, schnell und sicher erkannt werden, was im Hinblick auf eine verbesserte On-Board-Diagnose (OBD) von Vorteil ist, womit insbesondere die verschärften gesetzlichen Vorschriften in den USA hinsichtlich der Detektion einer fehlerhaften Response-Time eines Abgassensors erfüllt werden können. Infolge dessen kann zudem der Einfluss auf die Abgaszusammensetzung infolge eines asymmetrischen Dynamikfehlers der Lambdasonde deutlich reduziert werden.
  • Die Diagnoseeinrichtung kann dabei Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung sein. Die Funktionalität des Regelalgorithmus ist dabei bevorzugt als Software in der Diagnoseeinrichtung implementiert. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei einem detektierten Dynamikfehler des Abgassensors ein Fehlereintrag in einem der zentralen Motorsteuerung zugeordneten Fehlerspeichers erfolgt und/oder ein Warnhinweis angezeigt wird.
  • Bei dem Verfahren wird ausgenutzt, dass bei einer Lambdasonde, welche einen asymmetrischen Dynamikfehler aufweist, mit einem Stelleingriff in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens dieser Stelleingriff durch den asymmetrischen Dynamikfehler der Lambdasonde kompensiert wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass als Regelziel eine Minimierung einer mittleren Lambdaabweichung vom Idealwert λ = 1 genutzt wird, welches mittels eines Sensors bestimmt wird.
  • Dieses Regelziel kann besonders gut detektiert werden, wenn als Sensor ein weiterer Abgassensor verwendet wird, welcher in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator angeordnet ist. Dieser Abgassensor kann ebenfalls als Zweipunkt- oder als Breitband-Lambdasonde ausgeführt sein und ist mit der Diagnoseeinrichtung verbunden.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht einen Step-by-Step-Regler vor, wobei der Regelalgorithmus eine Verstellung des Stelleingriffs in definierten Schritten vorsieht und nach jedem Schritt, nach einer Wartezeit, in der der Einfluss des Katalysators abklingen kann, die mittlere Lambdaabweichung bestimmt und bei Nichterreichung des Regelziels eine weitere schrittweise Verstellung des Stelleingriffs durchgeführt wird. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis beispielsweise der mittlere Lambdafehler einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet. Dieser Regelalgorithmus kann einfach innerhalb der Diagnoseeinrichtung softwaretechnisch umgesetzt werden.
  • Eine alternative, ebenfalls bevorzugte Diagnosestrategie sieht u. a. einen kontinuierlichen Regler vor, bei dem mit dem Regelalgorithmus eine stetige Verstellung des Stelleingriffs durchgeführt wird, bis das Regelziel erreicht ist.
  • Um einen asymmetrischen Stelleingriff zu realisieren sind unterschiedliche Eingriffe denkbar. Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass als Stelleingriff eine Verzögerungszeit bis zu einem Signalsprung des Abgassensors in der einem Fehlerbild entgegengesetzten Richtung verwendet wird. Als Stelleingriff dient dabei eine künstliche Verzögerung der jeweils nicht vom Fehlerbild beeinflussten Sensor-Dynamik. Eine durch die asymmetrische Verzögerung des Sondensignals verursachte Lambdaabweichung wird somit durch eine künstliche Verzögerung des Ist-Signals, der Lambdaregelung beim Sondensprung in der Gegenrichtung kompensiert. Der Stelleingriff des Reglers dient als Diagnosekriterium „Fehler vorhanden” oder „kein Fehler”.
  • In einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass als Kriterium einer Diagnoseentscheidung eine Periodendauerverlängerung einer Vor-Katalysator-Regelung nach Stabilisierung des Diagnosereglers verwendet wird. Alternativ können für Kriterien einer Diagnoseentscheidung weitere Kriterien verwendet werden, die zur Diagnoseentscheidung miteinander kombiniert werden können.
  • Die Diagnosestrategie kann dabei vorsehen, dass der Diagnoseregler, welcher die zuvor genannten Merkmale aufweist, im Fehlerverdachtsfall, wie beispielsweise nach Auftreten der oben beschriebenen Periodendauerverlängerung, oder permanent aktiviert wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
  • 2 einen zeitlichen Verlauf eines Sondensignals sowie eines verzögerten Sondensignals und
  • 3 einen weiteren zeitlichen Verlauf der Sondensignale, bei denen ein Stelleingriff eine Verzögerungszeit aufweist.
  • 1 zeigt beispielhaft ein technisches Umfeld, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Dabei beschränkt sich die Darstellung auf die für die Erklärung der Erfindung notwendigen Komponenten.
  • In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1, bestehend aus einem Motorblock 40 und einem Zuluftkanal 10, der den Motorblock 40 mit Verbrennungsluft versorgt, dargestellt, wobei die Luftmenge im Zuluftkanal 10 mit einer Zuluftmesseinrichtung 20 bestimmbar ist. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 wird dabei über eine Abgasreinigungsanlage geführt, welche als Hauptkomponente einen Abgaskanal 50 aufweist, in dem in Strömungsrichtung des Abgases ein erster Abgassensor 60 vor einem Katalysator 70 und ggf. ein zweiter Abgassensor 80 hinter dem Katalysator 70 angeordnet ist.
  • Die Abgassensoren 60, 80 sind mit einer Steuereinrichtung 90 (Motorelektronik) verbunden, die aus den Daten der Abgassensoren 60, 80 und den Daten der Zuluftmesseinrichtung 20 das Gemisch berechnet und eine Kraftstoffzumesseinrichtung 30 zur Zudosierung von Kraftstoff ansteuert. Gekoppelt mit der Steuereinrichtung 90 oder in diese integriert ist eine Diagnoseeinrichtung 100 vorgesehen, mit der die Signale der Abgassensoren 60, 80 ausgewertet werden können. Die Diagnoseeinrichtung 100 kann zudem mit einer Anzeige-/Speichereinheit verbunden sein, welche hier nicht dargestellt ist.
  • Mit dem im Abgaskanal 50 hinter dem Motorblock 40 angeordneten Abgassensor 60 kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 90 ein Lambdawert eingestellt werden, der für die Abgasreinigungsanlage zur Erzielung einer optimalen Reinigungswirkung geeignet ist. Der im Abgaskanal 50 hinter dem Katalysator 70 angeordnete zweite Abgassensor 80 kann ebenfalls in der Steuereinrichtung 90 ausgewertet werden und dient dazu, in einem Verfahren nach dem Stand der Technik die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen.
  • Exemplarisch ist hier eine Brennkraftmaschine 1 gezeigt, die lediglich einen Abgaskanal 50 aufweist. Das erfinderische Verfahren erstreckt sich aber auch auf Brennkraftmaschinen 1 mit Mehrbank-Abgassystemen, in denen die Zylinder in mehreren Gruppen zusammengefasst sind und das Abgas der verschiedenen Zylindergruppen in getrennte Abgaskanäle 50 geleitet wird, in denen jeweils mindesten ein Abgassensor verbaut ist.
  • Das Verfahren erstreckt sich ebenfalls auf den Fall, dass hinsichtlich des Abgasstroms stromaufwärts oder stromabwärts des betrachteten Abgassensors 60 weitere Abgassensoren, z. B. wie in 1 gezeigt, der Abgassensor 80, verbaut sind. In erster Linie zielt das Verfahren aber auf die für die Lambdaregelung verwendete erste Lambdasonde in Strömungsrichtung hinter den Auslassventilen in der Brennkraftmaschine 1. Dabei ist vorgesehen, dass der Regelalgorithmus für die Dynamikdiagnose in der, in der Steuereinrichtung 90 integrierten Diagnoseeinrichtung 100 implementiert ist.
  • Für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ist in der Steuereinrichtung 90 ein linearer Lambda-Regelalgorithmus vorgesehen. Der als Breitband-Lambdasonde ausgebildete Abgassensor 60 bestimmt den Sauerstoffgehalt im Abgas und bildet ein entsprechendes Ausgangssignal, welches der Steuereinrichtung 90 zugeführt wird. Diese bildet daraus die Reglerstellgrößen für die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 und für im Zuluftkanal 10 vorhandene Drosseleinrichtungen zur Einstellung der zugeführten Luftmenge dahingehend, dass die Brennkraftmaschine 1 mit einem vorgegebenen Lambdawert, also einem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, betrieben wird. Für eine optimierte Abgasnachbehandlung in dem als Dreiwege-Katalysator ausgeführten Katalysator 70 ist ein Betrieb bei einem λ von 1 vorgesehen. Stetig arbeitende Breitband-Lambdasonde als Abgassensor 60 in Verbindung mit einem linearen Lambda-Regelalgorithmus ermöglichen die kontinuierliche Einstellung der Reglerstellgrößen ohne eine überlagerte periodische Schwingung.
  • Bei einem Zweipunkt-Regelalgorithmus pendelt das Lambda im Abgas zwischen zwei vorgegebenen Grenzwerten. Erreicht das Lambda einen unteren, einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeordneten Grenzwert, so stellt der Zweipunkt-Regelalgorithmus die Reglerstellgrößen für die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 und die Drosseleinrichtungen derart ein, dass eine Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hin zu einer mageren Einstellung, also einem Luftüberschuss, erfolgt. Erreicht dadurch das Lambda einen oberen, einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeordneten Grenzwert, so stellt der Zweipunkt-Regelalgorithmus die Reglerstellgrößen für die Kraftstoffzumesseinrichtung 30 und die Drosseleinrichtungen derart ein, dass eine Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hin zu einer fetten Einstellung, also einem Kraftstoffüberschuss, erfolgt. Wie schnell der Wechsel zwischen magerer und fetter Einstellung erfolgt, hängt von den gewählten Regelparametern, der Regelstrecke sowie der Dynamik des Abgassensors 60 ab. Bei gegebenen Regelparametern sowie gegebener Regelstrecke ist die Periodendauer der Lambda-Schwingung demnach ein Maß für die Dynamik des Abgassensors 60 und kann entsprechend für die Diagnose der Dynamik des Abgassensors 60 verwendet werden.
  • 2 zeigt ein Verlaufsdiagramm 200, bei dem eine Signalspannung 201 in Abhängigkeit der Zeit 202 dargestellt ist. Dargestellt ist ein Sondensignal 203 sowie ein asymmetrisch verzögertes Sondensignal 204, bei dem gegenüber dem Sondensignal 203 eine Flanke asymmetrisch infolge eines asymmetrischen Dynamikfehlers verzögert ist. Weiterhin ist in der 2 ein sich oszillierender Stelleingriff 205 zur Erzeugung einer Lambda-Oszillation dargestellt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht einen Regelalgorithmus zur Kompensation asymmetrischer Dynamikfehler vor. Als Stelleingriff dient eine künstliche Verzögerung der jeweils nicht vom Fehlerbild beeinflussten Sensordynamik. Regelziel ist die Minimierung der mit einem geeigneten weiteren Sensor, im gezeigten Beispiel kann dies der als Lambdasonde ausgebildete Abgassensor 80 sein, gemessenen mittleren Lambdaabweichung. Eine durch die asymmetrische Verzögerung des Sondensignals verursachte Lambdaabweichung wird somit durch eine künstliche Verzögerung des Ist-Signals, der Lambdaregelung beim Sondensprung in der Gegenrichtung kompensiert. Dieser Stelleingriff des Reglers dient als Diagnosekriterium zur Detektion eines Fehlers.
  • 3 zeigt beispielhaft ein weiteres Verlaufsdiagramm 200, wie es bereits in 2 dargestellt und zuvor beschrieben wurden, bei dem beim Regeleingriff 205 eine Verzögerungszeit 206 vorgeben wird, welches zu einem künstlich herbeigeführten asymmetrischen Verhalten des Regelkreises führt, was bei Vorhandensein eines asymmetrischen Dynamikfehlers des Abgassensors 60 kompensiert werden kann.
  • Mit dem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens können insbesondere bereits kleine asymmetrische Dynamikfehler des Abgassensors, welcher als Zweipunkt- oder als Breitband-Lambdasonde ausgeführt sein kann, schnell und sicher erkannt werden, was zu einer verbesserten On-Board-Diagnose beiträgt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10260721 A1 [0010]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Diagnose der Dynamik eines als Lambdasonde ausgeführten Abgassensors (60), welcher in einem Abgaskanal (50) einer Brennkraftmaschine (1) in Strömungsrichtung des Abgases vor oder hinter einem Katalysator (70) angeordnet ist und mit welchem über einen Regelkreis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des, der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Gasgemischs geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Diagnose mittels eines Regelalgorithmus eines Diagnosereglers mindestens ein Stelleingriff (205) gezielt in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens vorgegeben wird, welches durch eine Verlängerung einer der beiden Rampen erzielt wird, bis durch einen möglichen asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors (60) dieser Eingriff kompensiert wird, wobei eine Reaktion auf den Stelleingriff (205) als Kriterium zur Beurteilung eines asymmetrischen Dynamikfehlers des Abgassensors (60) benutzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelziel eine Minimierung einer mittleren Lambdaabweichung vom Idealwert λ = 1 genutzt wird, welches mittels eines Sensors bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor ein weiterer Abgassensor (80) verwendet wird, welcher in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator (70) angeordnet ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus eine Verstellung des Stelleingriffs (205) in definierten Schritten vorsieht und nach jedem Schritt die mittlere Lambdaabweichung bestimmt und bei Nichterreichung des Regelziels eine weitere schrittweise Verstellung des Stelleingriffs (205) durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelalgorithmus eine stetige Verstellung des Stelleingriffs (205) durchgeführt wird, bis das Regelziel erreicht ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Stelleingriff (205) eine Verzögerungszeit (206) bis zu einem Signalsprung des Abgassensors (60) in der einem Fehlerbild entgegengesetzten Richtung verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium einer Diagnoseentscheidung eine Periodendauerverlängerung einer Vor-Katalysator-Regelung nach Stabilisierung des Diagnosereglers verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für Kriterien einer Diagnoseentscheidung weitere Kriterien verwendet werden, die zur Diagnoseentscheidung miteinander kombiniert werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnoseregler, welcher Merkmale der zuvor genannten Ansprüche aufweist, im Fehlerverdachtsfall oder permanent aktiviert wird.
  10. Vorrichtung zur Diagnose der Dynamik eines Abgassensors (60), welcher in einem Abgaskanal (50) einer Brennkraftmaschine (1) in Strömungsrichtung des Abgases vor oder hinter einem Katalysator (70) angeordnet ist und mit welchem über einen Regelkreis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des, der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Gasgemischs regelbar ist, wobei der Abgassensor (60) mit einer Diagnoseeinrichtung (100) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (100) einen Diagnoseregler aufweist, mit dem während der Diagnose mindestens ein Stelleingriff (205) gezielt in Richtung eines asymmetrischen Verhaltens vorgebbar und aus dem Maß des Eingriffs bei einer Kompensation des Eingriffs, bedingt durch einen möglichen asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors (60), das Vorhandensein bzw. das Ausmaß des asymmetrischen Dynamikfehler des Abgassensors (60) detektierbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassensor (60) eine Zweipunkt-Lambdasonde oder eine Breitband-Lambdasonde ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (100) zur Beurteilung eines Regelziels des Diagnosereglers mit einem weiteren Abgassensor (80), welcher in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator (70) angeordnet ist, verbunden ist.
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