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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Betriebsbereitschaft einer Lambda-Sonde für Funktionen in ausgewählten Betriebsphasen einer Brennkraftmaschine.
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Gegenstand der 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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Bei sogenannten Breitbandlambdasonden wird während einer Schubphase, d. h. einer Phase, in der sich ein Fahrzeug ohne Antrieb im Schub bewegt und die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, beispielsweise ein Kalibrierung des Signals der Sonde vorgenommen. Da nämlich während des Schubs die Sauerstoffkonzentration im Abgas hinreichend genau bekannt ist, ist es möglich, die Abweichung der gemessenen Sauerstoffkonzentration von der erwarteten und bekannten Sauerstoffkonzentration zu erfassen und zur Kalibrierung des Sondensignals durch Ermittlung und Korrektur multiplikativer Sensorfehler heranzuziehen. Derartige Funktionen werden nachfolgend kurz als „Lambda-Schubfunktionen” bezeichnet.
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Weitere Lambda-Schubfunktionen gehen beispielsweise aus der
DE 10 2006 011 837 A1 hervor, die ein Verfahren zur Ermittlung einer Gaskonzentration in einem Messgas mit einem Gassensor vorschlägt, bei dem bei Vorliegen einer ersten Betriebsart einer Brennkraftmaschine, bei der die Gaskonzentration im Messgas bekannt ist, ein Gaskonzentrationssignal und ein Drucksignal erfasst werden und ausgehend von diesen Signalen ein Kompensationsparameter des Gassensors ermittelt wird. Der ermittelte Kompensationsparameter wird dann in wenigstens einer zweiten Betriebsart der Brennkraftmaschine für die Ermittlung der Gaskonzentration berücksichtigt. Eine Plausibilisierung von Sensorsignalen im Schub geht ferner aus der
EP 603 543 A1 hervor.
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Um die vorgenannten Lambda-Schubfunktionen durchführen zu können, muss sichergestellt sein, dass sich während der Schubphase, bei der die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, kein Restabgas am Einbauort der Lambdasonde vorhanden ist. Aus diesem Grunde werden bei einem Übergang von einer Lastphase in eine Schubphase, bei einem sogenannten Last-Schub-Übergang, die vorgenannten Lambda-Schubfunktionen nicht sofort gestartet. Vielmehr wird zunächst der durch den Motor strömende Frischluftmassenstrom integriert und dieses Integral mit einem Mindestwert verglichen. Erst wenn dieser Schwellenwert erreicht wird, werden die Lambda-Schubfunktionen freigegeben. Dieses Funktionsmerkmal stellt gewissermaßen ein Spülkriterium für den Abgasstrang dar.
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Nun kann speziell beim Betrieb einer Lambdasonde in einem Dieselmotor der Fall eintreten, dass ein Schutzrohr, welches das Sensorelement umgibt, verrußt. Durch eine Rußablagerung wird der Gasaustausch im Schutzrohr erschwert. Es kann also der Fall eintreten, dass die Lambdasonde bereits von reiner Frischluft umgeben ist, jedoch im Schutzrohr noch eine gewisse Abgasmenge vorhanden ist. Das Sensorelement wird dann noch nicht mit der erwarteten und geforderten Sauerstoffkonzentration von Frischluft beaufschlagt. Wird eine Lambda-Schubfunktion in einer solchen Situation gestartet, ist die Genauigkeit dieser Funktion beeinträchtigt. Beispielsweise können Funktionen, die den Lambdawert und damit die erfasste Sauerstoffkonzentration verwenden, gestört sein, was wiederum zu einer Verschlechterung der Emissionen führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches ein Kriterium für einen Start der Lambda-Schubfunktionen bereitstellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Grundidee der Erfindung ist es, das Freigabekriterium der Lambda-Schubfunktion von einer Dynamikdiagnose der Lambdasonde abhängig zu machen. Bei einem beispielsweisen Last-Schubübergang wird hier z. B. der Anstieg der gemessenen Sauerstoffkonzentration ausgewertet, um die dynamischen Eigenschaften der Breitbandlambdasonde zu erfassen und zu bewerten. Ganz allgemein wird bei einem Übergang der Brennkraftmaschine von einer Betriebsphase in eine weitere ausgewählte, von der ersten unterschiedlichen Betriebsphase der Zeitgradient des die Sauerstoffkonzentration charakterisierenden Sondensignals erfasst und dann, wenn dieser Zeitgradient gegen null geht, wird auf das Vorliegen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde für Funktionen in der Betriebsphase der Brennkraftmaschine, also beispielsweise für das Vorliegen der Betriebsbereitschaft für die vorgenannten Lambda-Schubfunktionen geschlossen. Bei einem Last-Schubübergang, bei dem der Anstieg der gemessenen Sauerstoffkonzentration ausgewertet wird, um die dynamischen Eigenschaften der Breitbandlambdasonde zu erfassen und zu bewerten, ist beispielsweise die Anstiegszeit ein Maß für die Grenzfrequenz der Sonde. Ihre Eignung für bestimmte Anwenderfunktionen hängt hiervon ab. Diese Anstiegszeit korreliert z. B. unmittelbar mit der Durchlässigkeit bzw. Verrußung des erwähnten Schutzrohrs. Die Lambda-Schubfunktionen werden daher erst dann freigegeben, wenn der Anstieg in sehr guter Näherung seinen Endwert erreicht hat, d. h. wenn der Zeitgradient gegen Null geht. In diesem Falle korrespondiert der erfasste Messwert mit der Sauerstoffkonzentration von Frischluft im Schubbetrieb.
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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. Rein prinzipiell ist es möglich, das Verfahren auf Betriebsbereiche außerhalb des Schubs zu erweitern. In diesem Falle kann die Freigabe von Funktionen, die das Lambdasignal verwenden und die entweder einen bestimmten Lambdawert erwarten oder die ein eingeschwungenes Signal benötigen, ebenfalls verzögert werden in Abhängigkeit von der Anstiegszeit des Signals einer vorbeschriebenen Dynamiküberwachung.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann zur Anwendung kommen, wenn die Betriebsphase der Schubbetrieb der Brennkraftmaschine ist. Die Lambda-Schubfunktionen können unterschiedlicher Art sein. Besonders vorteilhaft handelt es sich hierbei um Kalibrierungsfunktionen zur Kalibrierung des Sondensignals.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Erkennung der Gasdurchlässigkeit eines eine Lambdasonde umgebenden Schutzrohrs. Hierfür kann ebenfalls der Zeitgradient des Signals der Lambdasonde herangezogen werden. Erfindungsgemäß wird hierzu bei einem Wechsel einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine in eine andere unterschiedliche Betriebsphase der Brennkraftmaschine der Zeitgradient des Signals der Lambdasonde erfasst und aufgrund eines Vergleichs des Zeitgradienten der Lambdasonde mit einem Zeitgradienten, der ein gasdurchlässiges Schutzrohr charakterisiert, auf die Durchlässigkeit des Schutzrohrs geschlossen. Wird ein undurchlässiges Schutzrohr erkannt oder ein nur partial durchlässiges Schutzrohr, kann beispielsweise eine Fehlermeldung ausgegeben werden.
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Da für die Durchführung des Verfahrens in Kraftfahrzeugen heute übliche Hardware verwendet wird und insoweit keine zusätzliche Hardware erforderlich ist, kann es sehr vorteilhaft als Computerprogramm ausgeführt sein, das in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert ist. Das Computerprogramm kann als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode vorliegen, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Dieser maschinenlesbare Träger kann beispielsweise eine DVD, CD oder ein Flash-Speicher oder dergleichen sein. Auf diese Weise ist es möglich, das Verfahren bei bestehenden Fahrzeugen gewissermaßen „nachzurüsten”.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch die Anordnung einer Breitbandlambdasonde im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine und
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2 den Signalverlauf einer Breitbandlambdasonde mit gasdurchlässigem Schutzrohr und einer Breitbandlambdasonde mit nur teilweise gasdurchlässigem Schutzrohr über der Zeit.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 110 dargestellt, in deren Abgasstrang 112 ein Katalysator 120 angeordnet ist. Stromabwärts des Katalysators ist eine Lambdasonde 130, beispielsweise eine an sich bekannte Breitbandlambdasonde angeordnet, deren Signal einem Steuergerät 140 zugeführt wird. Das Steuergerät 140 steuert abhängig von diesem Signal die Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine 110 zugeführten Kraftstoffluftgemisches, was in 1 schematisch durch einen Pfeil 141 dargestellt ist. Bei Breitbandlambdasonden nimmt die Schubphase eine besondere Rolle ein. Während dieser Schubphase ist die Kraftstoffzufuhr unterbrochen. Da während des Schubs die Sauerstoffkonzentration im Abgas hinreichend genau bekannt ist, können entsprechende Funktionen die Abweichung der gemessenen Sauerstoffkonzentration von der erwarteten auswerten. Diese Funktionen oder Lambda-Schubfunktionen können beispielsweise ein Schubkalibrierung sein. Dabei werden durch einen Vergleich zwischen der gemessenen Sauerstoffkonzentration und der bekannten Sauerstoffkonzentration von Frischluft multiplikative Sensorfehler ermittelt und korrigiert. Um nun sicherzustellen, dass sich während der Schubphase, bei der derartige Lambda-Schubfunktionen aktiv sind, kein restliches Abgas am Einbauort der Sonde befindet, werden die Schubfunktionen nicht unmittelbar nach einem Wechsel der Betriebsphase, also beispielsweise bei einem Last-Schubübergang freigegeben. Vielmehr wird der durch die Brennkraftmaschine strömende Frischluftmassenstrom zunächst integriert und dieses Integral mit einem vorgegebenen empirisch ermittelten Mindestwert verglichen. Erst wenn der Mindestwert erreicht ist, werden die Lambda-Schubfunktionen freigegeben. Dieses Funktionsmerkmal stellt gewissermaßen ein „Spülkriterium” für den Abgasstrang dar.
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Nun ist es bei einem Betrieb der Lambdasonde in einem Dieselmotor nachteilig, dass das Schutzrohr, welches das Sensorelement umgibt, verrußen kann. Durch eine Rußablagerung wird der Gasaustausch im Schutzrohr erschwert. Es kann damit der Fall eintreten, dass die Lambdasonde bereits von reiner Frischluft umgeben ist, aber im Schutzrohr noch eine gewisse Abgasmenge vorhanden ist. Das Sensorelement wird dann noch nicht mit der erwarteten und geforderten Sauerstoffkonzentration von Frischluft beaufschlagt. Wird eine Lambda-Schubfunktion in einer solchen Situation freigegeben und gestartet, dann ist die Genauigkeit der Funktion beeinträchtigt. Beispielsweise sind Anwenderfunktionen, die auf der Kenntnis des Lambdasignals, d. h. die auf dem Lambdawert oder der Sauerstoffkonzentration als Grundlagensignal aufbauen, nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchzuführen. Dies wiederum kann zu einer Verschlechterung der Emissionswerte der Brennkraftmaschine führen.
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Die Erfindung ermöglicht nun die Erkennung der Betriebsbereitschaft einer Lambdasonde für derartige Funktionen in ausgewählten Betriebsphasen, beispielsweise in der Schubphase. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Freigabekriterium der Sonde von einer Dynamikdiagnose abhängig zu machen. Bei beispielsweise einem Übergang vom Lastbetrieb in den Schubbetrieb, d. h. bei einem Last-Schubübergang wird z. B. der zeitliche Anstieg der gemessenen Sauerstoffkonzentration ausgewertet, um die dynamischen Eigenschaften der Breitbandlambdasonde zu erfassen und zu bewerten. Dies ist schematisch in 2 dargestellt, wo das Signal S, welches die Sauerstoffkonzentration charakterisiert, bei einer Sonde mit gasdurchlässigem Abgasrohr (Kurve 210) und bei einer Sonde mit teilweise verrußtem Abgasrohr (Kurve 240) dargestellt ist. Die Zeit t, die vergeht, bis sich das Sondensignal S nicht mehr ändert, die Anstiegszeit, ist in 2 bei einer Sonde mit freiem Abgasrohr mit t1 und bei einer Sonde mit teilweise verrußtem Abgasrohr mit t2 bezeichnet. Diese Zeiten entsprechen jeweils dem Punkt, in dem der Zeitgradient des Sondensignals gegen Null strebt, d. h. mit anderen Worten, das Sondensignal sich über der Zeit nicht mehr ändert. In diesem Fall kann das Vorliegen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde für Funktionen, insbesondere Lambda-Schubfunktionen signalisiert werden. Die Lambda-Schubfunktionen sollten nämlich idealerweise erst dann freigegeben und gestartet werde, wenn der Anstieg in sehr guter Näherung seinen Endwert erreicht hat. Der dann ermittelte Messwert korrespondiert in diesem Falle mit der Sauerstoffkonzentration von Frischluft.
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Wie vorstehend erwähnt, wird ein Integral des Frischluftmassenstroms erfasst. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun der Schwellenwert für das Integral des Frischluftmassenstroms von der gemessenen Anstiegszeit abhängig gemacht. Im Falle einer neuen Sonde ist diese Anstiegszeit t1, im Falle einer Sonde mit verrußtem Schutzrohr ist diese Zeit die Zeit t2. Diese Korrelation zwischen Schwellenwert des Integrals des Frischluftmassenstroms und der gemessenen Anstiegszeit wird vorteilhafterweise als Kennlinienglied realisiert, d. h. der Zusammenhang ist in einem Kennlinienfeld gespeichert, dessen Eingangssignal eine Anstiegszeit ist und dessen Ausgangssignal eine Frischluftmasse ist. Rein prinzipiell kann ein solches Kennlinienglied auch in zweifacher Ausführung vorgesehen sein. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Brennkraftmaschine zumindest zeitweise mit einer im Schub offenen Abgasrückführung betrieben wird. Da die Abgasrückführung signifikanten Einfluss auf die Dynamik der Sauerstoffkonzentration hat, ist sinnvollerweise vorgesehen, für die beiden Fälle, d. h. für den Fall mit und für den Fall ohne Abgasrückführung verschiedene Kennlinien vorzusehen.
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Wenn darüber hinaus im Abgasstrang mehrere Lambdasonden verbaut sind, z. B. eine stromaufwärts und eine stromabwärts des Katalysators, oder die Brennkraftmaschine mehrere Abgasstränge aufweist, werden entsprechend viele Kennlinienglieder vorgesehen.
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Eine entsprechende Anpassung des Schwellenwerts wäre auch sinnvoll bei einer Verlängerung der Gaslaufzeit, wenn beispielsweise eine Lambdasonde nachträglich stromabwärts eingebaut wird, beispielsweise im Falle der Nachrüstung von Abgasnachbehandlungskomponenten. Auch wenn die erhöhte Gaslaufzeit eine Fehlerfolge sein sollte, könnte durch das erfindungsgemäße Verfahren verhindert werden, dass die Emissionsverschlechterung ein gesetzlich unzulässiges Maß überschreitet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde vorstehend anhand des Schubbetriebs erläutert. Das Verfahren ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Rein prinzipiell können auch andere Betriebsphasen außerhalb des Schubs vorgesehen sein, beispielsweise die Freigabe von Funktionen, die das Lambdasignal verwenden und die entweder einen bestimmten Lambdawert erwarten, oder die ein eingeschwungenes Signal benötigen. Auch in diesem Falle kann die Betriebsbereitschaft so lange verzögert werden, bis ein Zeitgradient gegen den Wert Null strebt, d. h. verzögert werden in Abhängigkeit von einer Dynamiküberwachung.
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Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Erkennung der Gasdurchlässigkeit eines eine Lambdasonde umgebenden Schutzrohrs vor. Bei diesem Verfahren wird bei einem Wechsel einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine in eine andere, unterschiedliche Betriebsphase, also beispielsweise bei einem Last-Schubübergang der Zeitgradient des Signals der Lambdasonde erfasst und aufgrund eines Vergleichs des Zeitgradienten der Lambdasonde mit einem Zeitgradienten, der ein gasdurchlässiges Schutzrohr charakterisiert, auf die Durchlässigkeit des Schutzrohrs geschlossen. In 2 kann beispielsweise ein Zeitgradient 242 bestimmt werden, der mit einem Zeitgradienten 212 verglichen wird. Aufgrund dieses Vergleichs kann auf die Durchlässigkeit des Schutzrohrs rückgeschlossen werden.
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Das vorstehende Verfahren wird vorteilhafterweise als Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät 140 der Brennkraftmaschine 110 implementiert. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät 140 lesen kann. Auf diese Weise sind auch Nachrüstungen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19842425 C2 [0004]
- DE 102005056152 A1 [0004]
- DE 102006011837 A1 [0005]
- EP 603543 A1 [0005]
