DE102010030632A1

DE102010030632A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dynamiküberwachung einer Lambdasonde

Info

Publication number: DE102010030632A1
Application number: DE102010030632A
Authority: DE
Inventors: Kersten Wehmeier; Michael Pfeil; Siyun Chu; Albrecht Clement
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-12-29
Also published as: CN102312710B; CN102312710A; CN104989541A; CN104989541B; US20110314892A1; US8798892B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamiküberwachung einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine eine Periodendauer eines Ausgangssignals der ersten Lambdasonde bestimmt wird und wobei aus einem Ausgangssignal einer der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde ein Lambda-Regelsignal bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein erster Schwellwert für eine Verlängerung der Periodendauer des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde vorgegeben wird, dass aus dem Lambda-Regelsignal ein Kennsignal abgeleitet wird, dass ein zweiter Schwellwert für eine unzulässige Abweichung des Kennsignals vorgegeben wird und dass auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde geschlossen wird, wenn sowohl die Verlängerung der Periodendauer den ersten Schwellwert überschreitet als auch das Kennsignal vom zweiten Schwellwert außerhalb vorbestimmter Grenzen abweicht. Die Ableitung eines Kennsignals aus dem mittels der der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde bestimmten Lambda-Regelsignal unter Verwendung von dessen Proportional- und Integral-Anteil ermöglicht eine schnellere Erkennung einer unsymmetrischen Verzögerung als aus der Periodendauer des Lambdasignals der ersten Lambdasonde und dem nach dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten integralen Anteil des Lambdasignals der zweiten Lambdasonde. Hierdurch kann, wie vorgeschrieben, innerhalb von drei Fahrzyklen eine verzögerte Reaktion der ersten Lambdasonde erkannt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamiküberwachung einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine eine Periodendauer eines Ausgangssignals der ersten Lambdasonde bestimmt wird und wobei aus einem Ausgangssignal einer der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde eine Lambda-Korrektur bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erkennung einer Defektstelle vor einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten einer Abgasanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine aus einem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde eine Lambda-Korrektur bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Dynamiküberwachung einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine eine Schaltanordnung oder ein Programmablauf vorgesehen sind, mit denen eine Periodendauer eines Ausgangssignals der ersten Lambdasonde bestimmbar ist und wobei der Abgasreinigungsanlage eine zweite Lambdasonde zur Bestimmung einer Lambda-Korrektur nachgeschaltet ist.
Stand der Technik
Lambdasonden werden im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen zur Messung des Sauerstoffgehalts des Abgases eingesetzt, um die Zusammensetzung des Luft- Kraftstoff-Gemischs der Brennkraftmaschine zu steuern. Lambdasonden können als Sprungsonden ausgeführt sein, deren Ausgangssignal sich bei einer Änderung des Lambdawerts von 0,995 auf 1,005 sprunghaft von 0,9 V auf 0,1 V verringert. Das Ausgangssignal der Lambdasonde wird einer Motorsteuerung zugeführt, die die Kraftstoffzumessung so steuert, dass im zeitlichen Mittel ein Lambdawert von Lambda = 1 eingehalten wird, bei dem die im Abgasstrang angeordneten Katalysatoren ihre optimale Reinigungswirkung erzielen. Altert eine Lambdasonde, kann dies zu einer verzögerten Reaktion des Ausgangssignals auf Lambdaänderungen, einer so genannten Dynamikverminderung, führen. Hierdurch kann zeitweise die Zusammensetzung des Abgases von einem für eine optimale Reinigungswirkung der Katalysatoren geeigneten Wert abweichen. Gesetzliche Regelungen sehen daher vor, dass die Alterung der Lambdasonde bezüglich einer Verminderung ihrer Dynamik überwacht werden muss. Eine Verlangsamung der Reaktion der Lambdasonde kann über eine Verlängerung der Periodendauer der Lambdaregelung erfasst werden, welche daher als Kriterium für eine Alterung herangezogen werden kann.
Ist die Verzögerung der Reaktion der Lambdasonde unsymmetrisch bezüglich Lambdaänderungen fett-mager und mager-fett, kann dies zu einer Änderung des von der Motorsteuerung gesteuerten mittleren Lambdawerts führen, wodurch die Reinigungswirkung der Katalysatoren besonders nachteilig vermindert wird. Dies kann bereits bei einer Verzögerung merklich sein, die von einer auf der Periodendauer basierten Überwachung nicht festgestellt werden kann.
Tritt im Abgasstrang vor der zweiten Lambdasonde eine Leckstelle auf, kann Luft in den Abgaskanal eingesogen werden und über deren Sauerstoffgehalt den von der zweiten Lambdasonde bestimmten Lambdawert erhöhen. Hierdurch wird der Brennkraftmaschine ein unerwünscht fettes Gemisch zugeführt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine unsymmetrische Verzögerung der Reaktion des Ausgangssignals einer Lambdasonde feststellen kann.
Es ist daher weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Leckstelle im Abgaskanal vor der zweiten Lambdasonde erkennen kann.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Vorrichtung zur Überwachung einer unsymmetrischen Verzögerung einer Lambdasonde bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren zur Feststellung einer unsymmetrischen Verzögerung einer Lambdasonde betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein erster Schwellwert für eine Verlängerung der Periodendauer des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde vorgegeben wird, dass aus dem Lambda-Regelsignal ein Kennsignal abgeleitet wird, dass ein zweiter Schwellwert für eine unzulässige Abweichung des Kennsignals vorgegeben wird und dass auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde geschlossen wird, wenn sowohl die Verlängerung der Periodendauer den ersten Schwellwert überschreitet als auch das Kennsignal vom zweiten Schwellwert außerhalb vorbestimmter Grenzen abweicht. Die Ableitung eines Kennsignals aus dem mittels der der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde bestimmten Lambda-Regelsignal oder einem daraus abgeleiteten Signal unter Verwendung des Proportional- und Integral-Anteils des Ausgangssignals der zweiten Lambdasonde ermöglicht eine schnellere Erkennung einer unsymmetrischen Verzögerung als aus der Periodendauer des Lambdasignals der ersten Lambdasonde und dem nach dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten integralen Anteil des Lambdasignals der zweiten Lambdasonde. Anstatt der absoluten Periodendauer kann auch eine Verlängerung der Periodendauer des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde als Maß dienen und hierfür ein Schwellwert vorgegeben werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann, wie vorgeschrieben, innerhalb von drei Fahrzyklen eine unsymmetrisch verzögerte Reaktion der ersten Lambdasonde erkannt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Kennsignal aus dem Lambda-Regelsignal bestimmt, indem das Lambda-Regelsignal bei je einem vorgebbaren Minimalwert und Maximalwert begrenzt wird und mit einer Zeitkonstanten zwischen 5 Sekunden und 50 Sekunden, bevorzugt mit einer Zeitkonstanten von 10 Sekunden, gefiltert wird. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Einschwingen des Kennsignals und damit eine schnelle Erkennung einer unsymmetrischen Verzögerung der ersten Lambdasonde.
Ein unerwünscht frühes Ansprechen der Erkennung einer unsymmetrischen Verzögerung kann vermieden werden, indem auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde geschlossen wird, wenn über einen vorgegebenen Zeitraum hinaus sowohl die Verlängerung der Periodendauer den ersten Schwellwert überschreitet als auch das Kennsignal vom zweiten Schwellwert außerhalb vorbestimmter Grenzen abweicht.
Die das Verfahren zur Erkennung einer Leckage vor der zweiten Lambdasonde betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass aus dem Lambda-Regelsignal ein Leckagesignal bestimmt wird indem das Lambda-Regelsignal bei je einem vorgebbaren Minimalwert und Maximalwert begrenzt wird und mit einer Zeitkonstanten zwischen 5 Sekunden und 50 Sekunden, bevorzugt mit einer Zeitkonstanten von 10 Sekunden, gefiltert wird und indem auf eine Leckage geschlossen wird, wenn in einem Last-Drehzahlbereich mit hoher Pulsation des Lambdawerts das Leckagesignal weiter in Richtung mager als ein vorgebbarer Schwellwert liegt. Bei einer Leckage tritt Sauerstoff aus der Außenluft ein, der von der auf dem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde beruhenden Lambdaregelung ausgeregelt wird. Eine Leckage bewirkt, dass das Leckagesignal in einem ausgewählten Last-Drehzahlbereich mit hoher Pulsation, beispielhaft um Null-Last um 2000 Umdrehungen pro Minute, unzulässig weit über dem eingeschwungenen Wert zum restlichen Betriebskennfeld liegt. Da ein Leck nur in Richtung „mager” wirkt, ist nur eine Überwachung einer Schwelle in Richtung „fett” erforderlich.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird gelöst, indem die Steuerung der Brennkraftmaschine eine Schaltanordnung oder ein Programmablauf enthält, mit denen aus einem Vergleich der Periodendauer des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde mit einem Schwellwert und einem Vergleich eines aus dem Lambda-Regelsignal bestimmten Kennsignals mit vorgegebenen Schwellwerten auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde schließbar ist. Mit der Vorrichtung kann ein passives Diagnoseverfahren für eine unsymmetrisch verzögerte Lambdasonde verwirklicht werden. Ein aktiver Eingriff des auf dem Ausgangssignal der ersten Lambdasonde beruhenden Lambdareglers ist somit nicht erforderlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Verlauf von Ausgangssignalen einer intakten und einer unsymmetrisch verzögerten Lambdasonde,
2 einen Signalverlauf an einem Zweipunktregler bei einer Lambdasonde mit einer unsymmetrischen Sondenverzögerung,
3 einen Signalverlauf eines Kennsignals, das erfindungsgemäß aus einem Lambda-Regelsignal bestimmt worden ist.
1 zeigt ein erstes Lambda-Signaldiagramm 10, in dem entlang einer ersten Signalachse 11 und einer ersten Zeitachse 12 ein Lambdasignal 13 einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Lambdasonde gezeigt ist. Altert eine solche Lambdasonde unsymmetrisch so dass bei einem sich nach „mager” verändernden Lambdawert das Ausgangssignal der Lambdasonde verzögert reagiert, entsteht ein verzögertes Lambdasignal 15, das um eine Sondenverzögerung 14 gegenüber dem Lambdasignal 13 verzögert ist. Bei diesem unsymmetrisch verzögerten Lambdasignal 15 sind Spannungsanstiege langsamer als bei dem Lambdasignal 13, die Spannungsabfälle sind jedoch gleich schnell. Die Periodendauer des verzögerten Lambdasignals 15 ist um eine Periodenverlängerung 16 länger als die Periodendauer des Lambdasignals 13.
2 zeigt ein Regelungs-Signaldiagramm 20 das einen Signalverlauf in einem Zweipunktregler auf Basis des Ausgangsignals der ersten Lambdasonde in dem entlang einer zweiten Signalachse 21 und einer zweiten Zeitachse 22 ein Regelsignal 23 dargestellt ist. Das Regelsignal 23 weist eine ansteigende Rampe 24, eine erste Verzugszeit 25 und eine normale abfallende Rampe 31 auf. Ein Mager-Fett-Signal 28 weist zeitgleich mit dem Ende der ansteigenden Rampe 24 einen Mager-Fett-Sprung 29 auf. Am Ende der normalen abfallenden Rampe 31 weist das Mager-Fett-Signal 28 einen Fett-Mager-Sprung 30 auf. Der beschriebene Signalverlauf mit der normalen Verzugszeit 25 weist eine Normal-Schwerelinie 33 auf, mit der die normal übliche Lambda-Verschiebung erreicht wird, die hier in leicht anfettender Richtung erfolgt.
Durch die einseitige Verzögerung der Lambdasonde entsteht eine Verlängerung der ansteigenden Rampe 24 um eine Anstiegsverlängerung 26 bis das Sondensignal nach der Sondenverzögerung 14 von „mager” auf „fett” springt. Daran schließt sich eine zweite Verzugszeit 27 an, die gleich lange wie die erste Verzugszeit 25 ist. Im weiteren Signalverlauf wird über eine verlängerte abfallende Rampe 32 das Signal wieder bis zum unverzögerten Niveau zurückgefahren und läuft dann weiter wie die normal abfallende Rampe 31 ab. Die Periodendauer um mehr als die Verzögerungszeit der Lambdasonde verlängert, es tritt die Periodenverlängerung 16 ein. Die Periodenverlängerung 16 ist abhängig vom Verhältnis von Sprung- und Rampenanteil und kann, beispielhaft bei dominierendem Rampenanteil, bis zum doppelten Wert der Verzögerungszeit der Sonde betragen, wie dies im in 2 dargestellten Beispiel der Fall ist. Daraus ergibt sich eine größere Verweilzeit auf der fetten Seite als auf der mageren Seite, wodurch die vertrimmte Schwerelinie 34 weiter im fetten Bereich liegt als die Normal-Schwerelinie 33, die für eine optimale Reinigungswirkung der Abgasreinigungsanlage eingestellt werden sollte.
3 zeigt ein Signalanalyse-Diagramm 40, in dem entlang einer dritten Signalachse 41 und einer dritten Zeitachse 42 ein Proportional-Anteil 43 und ein Integral-Anteil 44 eines Lambda-Regelsignals einer Hinter-Kat-Regelung der Brennkraftmaschine. Die Hinter-Kat-Regelung dient der Korrektur von Lambda-Abweichungen auf Basis des Ausgangssignals einer in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde. Hierbei wird der Integral-Anteil 44 zur Korrektur der Lambda-Abweichungen verwendet. Erfindungsgemäß wird ein Kennsignal 46 aus dem Integral-Anteil 44 unter Berücksichtigung des Proportional-Anteils 43 gewonnen. Dazu wird die Summe aus Integral-Anteil 44 und Proportional-Anteil 43 an vorgebbaren Schwellwerten begrenzt und so zum begrenzten Lambda-Regelsignal 45. Aus dem begrenzten Lambda-Regelsignal 45 wird das Kennsignal durch ein Zeitfilter mit einer Filterkonstanten zwischen 5 und 50 Sekunden, typisch einer Filterkonstanten im Bereich von 10 Sekunden gewonnen. Aus dem Signalanalyse-Diagramm 40 ist deutlich zu entnehmen, dass das Kennsignal 46 gegenüber dem Integral-Anteil 44 schneller einschwingt und somit eine schnellere Erkennung einer unsymmetrischen Verzögerung der ersten Lambdasonde ermöglicht.

Claims

Verfahren zur Dynamiküberwachung einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine eine Periodendauer eines Ausgangssignals der ersten Lambdasonde bestimmt wird und wobei aus einem Ausgangssignal einer der Abgasreinigungsanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde ein Lambda-Regelsignal bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schwellwert für eine Verlängerung der Periodendauer des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde vorgegeben wird, dass aus dem Lambda-Regelsignal ein Kennsignal (46) abgeleitet wird, dass ein zweiter Schwellwert für eine unzulässige Abweichung des Kennsignals (46) vorgegeben wird und dass auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde geschlossen wird, wenn sowohl die Verlängerung der Periodendauer den ersten Schwellwert überschreitet als auch das Kennsignal (46) vom zweiten Schwellwert außerhalb vorbestimmter Grenzen abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennsignal (46) aus dem Lambda-Regelsignal bestimmt wird, indem das Lambda-Regelsignal bei je einem vorgebbaren Minimalwert und Maximalwert begrenzt wird und mit einer Zeitkonstanten zwischen 5 Sekunden und 50 Sekunden, bevorzugt mit einer Zeitkonstanten von 10 Sekunden, gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde geschlossen wird, wenn über einen vorgegebenen Zeitraum hinaus sowohl die Verlängerung der Periodendauer den ersten Schwellwert überschreitet als auch das Kennsignal (46) vom zweiten Schwellwert außerhalb vorbestimmter Grenzen abweicht.
Verfahren zur Erkennung einer Defektstelle vor einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten einer Abgasanlage nachgeschalteten zweiten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine aus einem Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde ein Lambda-Regelsignal bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Lambda-Regelsignal ein Leckagesignal bestimmt wird indem das Lambda-Regelsignal bei je einem vorgebbaren Minimalwert und Maximalwert begrenzt wird und mit einer Zeitkonstanten zwischen 5 Sekunden und 50 Sekunden, bevorzugt mit einer Zeitkonstanten von 10 Sekunden, gefiltert wird und dass auf eine Leckage geschlossen wird, wenn in einem Last-Drehzahlbereich mit hoher Pulsation des Lambdawerts das Leckagesignal weiter in Richtung mager als ein vorgebbarer Schwellwert liegt.
Vorrichtung zur Dynamiküberwachung einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vor einer Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Lambdasonde, wobei in einer Steuerung der Brennkraftmaschine eine Schaltanordnung oder ein Programmablauf vorgesehen sind, mit denen eine Periodendauer eines Ausgangssignals der ersten Lambdasonde bestimmbar ist und wobei der Abgasreinigungsanlage eine zweite Lambdasonde zur Bestimmung eines Lambda-Regelsignals nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Brennkraftmaschine eine Schaltanordnung oder ein Programmablauf enthält, mit denen aus einem Vergleich der Periodendauer des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde mit einem Schwellwert und einem Vergleich eines aus dem Lambda-Regelsignals bestimmten Kennsignals (46) mit vorgegebenen Schwellwerten auf eine unzulässige unsymmetrische Verzögerung der ersten Lambdasonde schließbar ist.