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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Abgaskatalysators und/oder eines stromab und/oder stromauf des Abgaskatalysators in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors angeordneten Abgassensors, bei welchem ein Signal des Abgassensors in Bezug auf ein vorgebbares Auswertekriterium ausgewertet wird.
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Für eine Diagnose insbesondere von Drei-Wege-Katalysatoren mit Sauerstoffspeicherfähigkeit sind bereits eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchen die Auswirkung einer sprunghaften Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses beim Betreiben eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors in Bezug auf verschiedene Signalparameter einer insbesondere hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde ausgewertet werden.
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Beispielsweise wird in der
DE 10 2006 010 769 A1 von einem Motorbetrieb mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis sprunghaft in einen Motorbetrieb mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis gewechselt und eine Differenzfläche von Signalverläufen einer Vor-Katalysator- und einer Nach-Katalysator-Lambdasonde ermittelt und bewertet. In der
DE 10 2005 028 001 A1 wird vorgeschlagen, eine Zeitspanne zu bewerten, welche eine Nach-Katalysatorsonde insgesamt benötigt, um bei einem Wechsel von Magerbetrieb in Fettbetrieb und wieder zurück, jeweils bestimmte Signalwerte zu erreichen.
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Nachteilig ist bei diesen Verfahren, dass sowohl während der Zeit des Magerbetriebs, als auch während der Zeit des Fettbetriebs eine Abgasreinigungsleistung des Abgaskatalysators typischerweise vermindert ist und Schadstoffe unkonvertiert in die Umgebung gelangen.
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Eine sprunghafte Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses wird oftmals auch durch Übergang in oder aus einem Schubbetrieb bewirkt. Bei der
DE 10 2004 061 603 A1 wird beispielsweise ein Signalverlauf einer Lambdasonde bei einem Rücksprung aus einem Schubbetrieb in einen Zugbetrieb mit einem vorbestimmten Luft-Kraftstoffverhältnis ausgewertet. Nachteilig ist hierbei, dass ein Schubbetrieb oftmals nicht erwünscht oder darstellbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnose eines Abgaskatalysators und/oder eines stromab und/oder stromauf des Abgaskatalysators in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors angeordneten Abgassensors anzugeben, bei welchem beim Stand der Technik auftretende Nachteile möglichst vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verbrennungsmotor mit einem Luft-Kraftstoffgemisch mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis (Lambda), also fett betrieben. Ausgehend vom fetten Betrieb des Verbrennungsmotors wird dieser abgestellt, also ein Motor-Stopp durchgeführt. Nach erfolgtem Stillstand des Verbrennungsmotors erfolgt ein Schleppbetrieb des Verbrennungsmotors mit abgeschalteter Kraftstoffzufuhr, wobei vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft durch den Abgasstrang zum Abgaskatalysator und zum Abgassensor gefördert wird. Anschließend erfolgt ein Starten eines Selbstlaufs des Verbrennungsmotors mit befeuertem Betrieb und einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis. Dabei ist vorgesehen, den Selbstlauf des Verbrennungsmotors nach einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitspanne nach Beendigung des Schleppbetriebs, also aus einer Stillstandsphase heraus, zu starten. Zur Diagnose des Abgaskatalysators und/oder des Abgassensors erfolgt ein Auswerten eines Signals des Abgassensors, welches wenigstens in einem Zeitbereich nach Abstellen bis zum darauffolgenden Selbstlauf des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird, in Bezug auf ein vorgebbares Auswertekriterium. Anhand des Auswertekriteriums wird entschieden, ob der Abgassensor bzw. der Abgaskatalysator einen ordnungsgemäßen Zustand aufweist oder ob eine fehlerhafte Funktion bzw. ein Defekt vorliegt.
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Infolge des Wechsel von unterstöchiometrischem Motorbetrieb zu Schleppbetrieb mit Luftförderung zum Abgassensor, erfolgt am Ort des Abgassensors ein rascher, nahezu sprunghafter Atmosphärenwechsel von reduzierend nach oxidierend. Ein umgekehrter Wechsel erfolgt beim nachfolgenden Übergang in den Selbstlauf des Verbrennungsmotors.
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Da beim Schleppbetrieb die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor abgeschaltet ist und lediglich Luft vom Verbrennungsmotor von der Saugseite zum Abgastrakt gepumpt wird, erfolgt diese Betriebsphase emissionsfrei. Wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, der Betrieb des Verbrennungsmotors vor und nach dessen Stillstand mit lediglich gering unterstöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis erfolgt, so ist in diesen Betriebsphasen die Schadstoffemission ebenfalls gering. Insgesamt erfolgt daher das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren sehr schadstoffarm.
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Vorzugsweise ist es außerdem vorgesehen, das Diagnoseverfahren im Zusammenhang mit einem Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeugs vorzunehmen, so dass auch keinerlei mit einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verbundene Schwierigkeiten mit der Einstellung des vorgesehenen zweimaligen Lambdawechsels verbunden sind. Insbesondere ist es nicht erforderlich, einen Schubbetrieb abzuwarten oder herbeizuführen.
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Der erfindungsgemäße Schleppbetrieb erfolgt beispielsweise durch Antreiben des Verbrennungsmotors durch einen elektrischen Anlasser, der vorzugsweise als Starter-Generator ausgebildet ist.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses bei einem Kraftfahrzeug vorgenommen, welches über einen elektromotorischen Antrieb verfügt. Das Kraftfahrzeug ist somit als so genanntes Hybrid-Fahrzeug ausgebildet, welches sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektromotorisch angetrieben werden kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn im Schleppbetrieb des Diagnoseverfahrens der Verbrennungsmotor vom Elektromotor geschleppt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet insbesondere bei einem Hybrid-Fahrzeug Vorteile, da auf einen hier infolge der Bremswirkung besonders unerwünschten Schubbetrieb mit Kraftschluss zwischen Motorabtrieb und Getriebe verzichtet wird.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein als Lambdasonde mit Sprungcharakteristik (sog. Sprungsonde oder Binärsonde) ausgebildeter Abgassensor diagnostiziert. Dieser ist vorzugsweise stromab des Abgaskatalysators im Abgasstrang angeordnet, kann jedoch auch stromauf vom Abgaskatalysator vorgesehen sein. Typisch für eine solche Lambdasonde ist ein λ-abhängiger Signalverlauf, der bei λ = 1,0 eine Sprungstelle mit einem sich abrupt ändernden Ausgangssignal aufweist. Vorzugsweise erfolgt zur Diagnose der Sprungsonde ein Bewerten von deren Signalverlauf durch Vergleich mit dem Verlauf eines Signals, welches von einer vor dem Abgaskatalysator angeordneten weiteren Lambdasonde geliefert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass diese weitere Lambdasonde als so genannte Breitband-Lambdasonde mit einem in Abhängigkeit von Lambda stetig verlaufenden Ausgangssignal ausgebildet ist. Eine solche Systemausgestaltung ist insbesondere in Verbindung mit einem als Drei-Wege-Katalysator ausgebildeten Abgaskatalysator in der Automobiltechnik verbreitet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich oder alternativ ein als stetige Lambdasonde ausgebildeter, insbesondere stromauf des Abgaskatalysators im Abgasstrang angeordneter Abgassensor diagnostiziert wird. Eine Diagnose einer stromab des Abgaskatalysators im Abgasstrang angeordneten Breitband-Lambdasonde ist natürlich ebenfalls möglich. Die Diagnose des als Sprungsonde ausgebildeten, insbesondere stromab des Abgaskatalysators und/oder des als Breitbandsonde ausgebildeten, insbesondere stromauf des Abgaskatalysators angeordneten Abgassensors und/oder des Abgaskatalysators kann auch durch vergleichendes Bewerten mit einem rechnerischen oder abgespeicherten Referenz-Signal- bzw. Lambdaverlauf vorgenommen werden.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein zur Speicherung von Sauerstoff befähigter Abgaskatalysator diagnostiziert. Bevorzugt ist dieser als Oxidationskatalysator oder als Drei-Wege-Katalysator mit Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgebildet. Dabei erfolgt bevorzugt eine Auswertung des Signalverlaufs eines nachgeschaltenen Abgassensors in Bezug auf ein durch das Ausmaß der Sauerstoffspeicherfähigkeit beeinflussbares Auswertekriterium.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird im Verfahrensschritt 'a', d. h. beim Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem Luft-Kraftstoffgemisch mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis vor Abstellen des Verbrennungsmotors, der Verbrennungsmotor mit einem einen Lambdawert von etwa 0,98 aufweisenden Luft-Kraftstoffgemisch betrieben. Auf diese Weise ist ein sehr schadstoffarmer Betrieb ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird im Verfahrensschritt 'd', d. h. beim Selbstlauf des Verbrennungsmotors im Anschluss an die Schleppphase, der Verbrennungsmotor mit einem einen Lambdawert im Bereich von etwa 0,98 bis etwa 0,90 aufweisenden, reduzierend wirkenden Luft-Kraftstoffgemisch versorgt. Der Schadstoffausstoß ist daher auch in dieser Betriebsphase gering.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Signal des Abgassensors in Bezug auf wenigstens eines der Auswertekriterien Signalsteilheit, Totzeit, Einschwingzeit und Symmetrie ausgewertet. Dabei wird die Signalsteilheit durch einen den Anstiegs- bzw. Abfallgradienten des Signals beim Lambdawechsel charakterisierenden Signalparameter definiert. Die Totzeit ist durch eine Beharrungszeit des Signals nach erfolgtem Lambdawechsel gegeben. Die Einschwingzeit wird durch den Zeitbedarf zwischen beginnender Signaländerung bis zum Erreichen eines bestimmten, insbesondere annähernd stabilen Endwerts im Zusammenhang mit einem Lambdawechsel charakterisiert. Bei der Auswertung in Bezug auf Symmetrie werden die Signale bei ansteigendem bzw. abfallendem Lambdawechsel verglichen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Figurenbeschreibungen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in der Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren zeigen in:
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1 schematisch dargestellt eine Anordnung von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor mit Abgasstrang zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 Diagramme mit Signalverläufen und zeitlichen Abläufen von Betriebsparametern der in 1 dargestellten Anordnung und
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3 ein Diagramm mit exemplarischen zeitlichen Signalverläufen eines Referenzsignals R einer angenommenen Eingangsgröße und ein angenommenes Antwortsignal A als beispielhafte Antwort eines beliebigen Sensors.
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Die Ausführung des nachfolgend in 1 schematisch dargestellten Systems ist als lediglich beispielhafte und nicht einschränkend anzusehende vorteilhafte Ausführungsform zu verstehen, und zeigt eine vorzugsweise als Ottomotor ausgebildete Brennkraftmaschine 1 zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welche ihre Verbrennungsluft über eine Ansaugluftleitung 2 und Kraftstoff über eine Kraftstoffversorgung erhält. Bevorzugt erfolgt eine direkte Einspritzung des Kraftstoffs über Einspritzventile derart, dass sich ein zu verbrennendes Luft-Kraftstoffgemisch in den Brennräumen des Motors 1 ausbildet, was im Einzelnen nicht näher dargestellt ist.
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Bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches entstehende Verbrennungsabgase werden über einen Abgasstrang 3 einem Abgaskatalysator 4 zur katalytischen Abgasreinigung zugeführt. Der vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator mit Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgebildete Abgaskatalysator 4 ist Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage, welche weitere der Abgasreinigung dienende Bauelemente, wie beispielsweise einen nachgeschalteten Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder SCR-Katalysator enthalten kann, was der Übersichtlichkeit halber nicht gesondert dargestellt ist.
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Eingangsseitig des Abgaskatalysators 4 ist ein erster Abgassensor 6 im Abgasstrang 3 angeordnet. Ausgangsseitig des Abgaskatalysators 4 ist ein zweiter Abgassensor 5 angeordnet. Weiterhin ist stromauf des Abgaskatalysators 4 ein Temperatursensor 9 zur Erfassung einer Abgastemperatur vorgesehen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend davon ausgegangen, dass die Abgassensoren 5, 6 als Lambdasonden ausgebildet sind, welche ein mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis λ bzw. einem Sauerstoffpartialdruck korrelierendes Ausgangssignal abgeben.
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Vorliegend wird davon ausgegangen, dass die erste Lambdasonde 6 als stetig arbeitende Lambdasonde ausgebildet ist. Bezeichnungen wie Breitbandsonde oder LSU-Sonde entsprechen ebenfalls diesem Sondentyp, der ein sich in Abhängigkeit eines Lambdawerts stetig änderndes Ausgangssignal abgeben kann. Die zweite Lambdasonde 5 ist vorliegend als Sprungsonde ausgebildet. Bezeichnungen wie 2-Punkt- oder Binärsonde entsprechen ebenfalls diesem Sondentyp, der ein Ausgangssignal abgeben kann, welches bei einem Lambdawert von 1,0 eine Sprungstelle aufweist. Die Funktionsweise derartiger Abgassensoren und deren typische lambda-abhängige Ausgangssignalverläufe sind dem Fachmann geläufig, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen wird. Es versteht sich, dass auch andere Sonden- oder Sensortypen eingesetzt werden können, welche ein sich insbesondere in Abhängigkeit eines Lambdawerts änderndes Ausgangssignal erzeugen. Möglich ist beispielsweise ein Einsatz eines Stickoxidsensors anstelle der ersten und/oder zweiten Lambdasonde 5, 6.
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Die Lambdasonden 5, 6 sowie der Temperatursensor 9 sind über Signalleitungen 8 an ein elektronisches Steuergerät 7 angeschlossen. Das Steuergerät 7 ist weiterhin über eine oder mehrere weitere Datenleitungen 10 an den Motor 1 angeschlossen und kann dessen Betrieb in Abhängigkeit der Signale der angeschlossenen Sonden bzw. Sensoren 5, 6, 9 steuern. Das Steuergerät 7 erhält dabei außerdem Informationen über maßgebliche Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine 1 und der Abgasreinigungsanlage wie z. B. Drehzahl, Temperaturen, Drücke von entsprechenden Sensoren bzw. Fühlern, wie zum Beispiel einem nicht dargestellten Luftmassenmessgerät in der Ansaugluftleitung 2 und kann andererseits Steuersignale als Einstellgrößen an Aktuatoren wie z. B. ein AGR-Ventil, einen Abgasturbolader (nicht dargestellt) und weitere Betriebseinheiten ausgeben. Weiter ist das Steuergerät 7 in der Lage, eine Einspritzung von Kraftstoff bedarfsgerecht oder anderweitig vorgebbar einzustellen. Hierfür kann das Steuergerät 7 auf abgespeicherte Kennfelder oder Berechnungs- und/oder Regelroutinen zurückgreifen. Zur Durchführung dieser Funktionen kann das Steuergerät 7 über die hier lediglich beispielhaft dargestellten, mit den jeweiligen Komponenten verbundenen Datenleitungen 8, 10 kommunizieren, die als unidirektionale oder bidirektionale Signal- bzw. Steuerleitungen ausgebildet sein können.
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Vorliegend ist weiter ein nicht dargestellter Elektromotor vorgesehen, der den Verbrennungsmotor 1 schleppen bzw. anschleppen kann. Der Elektromotor kann als klassischer Anlasser oder als so genannter Starter-Generator ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor so ausgebildet und in das ebenfalls nicht dargestellte Antriebssystem des Kraftfahrzeugs eingebunden, dass er das Fahrzeug zusammen mit dem Verbrennungsmotor oder auch allein, wenigstens zeitweise antreiben kann. Für das bevorzugt mit einem so genannten Hybridantrieb ausgestattete Fahrzeug ist vorzugsweise ein Start-Stopp-Betrieb vorgesehen, bei welchem ein Betrieb des Verbrennungsmotors 1 insbesondere bei Haltephasen ohne Fortbewegung gegebenenfalls abgeschaltet wird.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in 2 dargestellten Diagramme näher erläutert.
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In 2 sind in Diagrammen I, II, III, IV mit einer gemeinsamen Zeitachse t Signalverläufe und zeitliche Abläufe von verschiedenen Betriebsgrößen dargestellt. Entsprechend den im Diagramm II durch die Spur 23 gezeigten Verhältnissen wird davon ausgegangen, dass ein entsprechendes Fahrzeug mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit v bis zum Stillstand betrieben wird, der über den weiteren Zeitverlauf des hier betrachteten Zeitabschnitts beibehalten wird. Dabei erfolgt zunächst ein verbrennungsmotorischer Antrieb bis zum Zeitpunkt t1, an welchem bei geringer bzw. vernachlässigbarer Geschwindigkeit v die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor 1 abgestellt wird. Das für ein Abstellen des Verbrennungsmotors 1 bzw. der Kraftstoffzufuhr maßgebende Steuersignal Kaus ist im Diagramm III durch die Spur 24 dargestellt.
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Kurze Zeit nach Abstellen der Kraftstoffzufuhr zum Zeitpunkt t1, d. h. eine oder wenige Sekunden später, wird zum Zeitpunkt t2 der Elektromotor des Fahrzeugs eingeschaltet, was durch den Verlauf der im Diagramm IV dargestellten Spur 25 für ein hierfür maßgebendes Signal EMein dargestellt ist. Der Betrieb des Elektromotors erfolgt dabei derart, dass der Verbrennungsmotor 1 geschleppt wird und dementsprechend Luft über die Ansaugleitung 2 in den Abgasstrang 3 fördert. Dabei bleibt die Kraftstoffzufuhr weiterhin abgeschaltet, wie der Spur 24 im Diagramm III zu entnehmen ist. Bevorzugt erfolgt der Schleppbetrieb des Verbrennungsmotors 1 bei einer vorgegebenen Drehzahl, etwa Leerlaufdrehzahl, und ungedrosselt in Bezug auf die Luftzufuhr. Der Schleppbetrieb des Verbrennungsmotors 1 wird beginnend beim Zeitpunkt t2 eine bestimmte Zeitspanne von etwa 10 s bis 30 s bis zum Zeitpunkt t5 aufrechterhalten. Dabei wird vorzugsweise der Zeitpunkt t5, an welchem der Schleppbetrieb beendet und der Elektromotor ausgeschaltet wird, durch Erreichen eines vorgegebenen Signalwerts der zweiten Lambdasonde 5 bestimmt.
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Nach Verstreichen einer weiteren Zeitspanne von etwa 30 s bis 120 s wird zu einem Zeitpunkt t6 durch kurzes Anschleppen des Verbrennungsmotors 1 mittels des Elektromotors und durch Wiederanstellen der Kraftstoffzufuhr ein Selbstlauf des Verbrennungsmotors 1 mit befeuertem Betrieb herbeigeführt. Vorzugsweise läuft der Verbrennungsmotor 1 dabei mit einer Leerlaufdrehzahl bei stillstehendem Kraftfahrzeug.
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Für eine Diagnose der ersten Lambdasonde 6 und/oder der zweiten Lambdasonde 5 und/oder des Abgaskatalysators 4 in Verbindung mit der oben geschilderten Vorgehensweise werden die nachfolgend anhand von Diagramm I näher erläuterten Signalverläufe der Lambdasonden 5, 6 betrachtet bzw. ausgewertet. Dabei gibt die gestrichelt gezeichnete Spur 20 das Ausgangssignal der ersten, vorliegend als Breitbandsonde ausgeführten Lambdasonde 6 wieder, für dessen Werte die linke Ordinate λLSU maßgebend ist. Das Ausgangssignal der vorliegend als Sprungsonde ausgebildeten zweiten Lambdasonde 5 ist durch die Spur 21, für die die rechte Ordinate ULSF maßgebend ist, wiedergegeben.
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Bis zum Zeitpunkt t1 des Abstellens wird der Verbrennungsmotor 1 mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis mit geringem Kraftstoffüberschuss entsprechend einem Lambdawert von etwa 0,98 befeuert betrieben. Daher werden von den Lambdasonden 5, 6 zunächst dementsprechende, zeitlich annähernde stabile Ausgangssignale 20, 21 abgegeben. Mit der gegen Null strebenden Fahrgeschwindigkeit v zeigt das Signal 20 der ersten Lambdasonde 6 zunächst einen langsamen, mit Abstellen der Kraftstoffzufuhr zum Zeitpunkt t1 bzw. nach Einschalten des Elektromotors zum Zeitpunkt t2 einen steiler werdenden Anstieg für das Luft-Kraftstoffverhältnis λLSU. Dieser Anstieg ist eine Reaktion auf eine nachlassende bzw. endende Abgaslieferung und eine nachfolgende, durch den Schleppbetrieb mittels des Elektromotors verursachte Luftzufuhr in den Abgasstrang 3, was am Ort der ersten Lambdasonde 6 idealerweise zu einem sprunghaften Anstieg des Lambdawerts von λ ≈ 0,98 auf λ = ∞ führt.
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Analog, jedoch aufgrund der Kennliniencharakteristik komplementär zum Anstieg des Signals 20 der ersten Lambdasonde 6 erfolgt ein Absinken des Signals 21 der zweiten Lambdasonde 5. Bemerkenswert ist dabei eine zeitliche Verzögerung, welche normalerweise überwiegend durch Einspeicherung des mit der Luft geförderten Sauerstoffs in den Abgaskatalysator 4 verursacht ist, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
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In entsprechender Weise, jedoch jeweils in umgekehrter Richtung ist ein Signalverlauf der Lambdasonden 5, 6 zu beobachten, wenn ausgehend von stillstehendem Verbrennungs- und Elektromotor und luftgefülltem Abgasstrang 3 zum Zeitpunkt t6 der Verbrennungsmotor 1 zu einem Selbstlauf mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis entsprechend einem Lambdawert von etwa λ = 0,90 bis etwa λ = 0,98 gebracht wird.
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Infolge von Gaslaufzeiten und insbesondere beeinflusst von der Funktionsgüte der Lambdasonden 5, 6 erfolgen die jeweiligen Signalanstiege bzw. Signalabnahmen für λLSU und ULSF gegenüber dem jeweiligen, idealerweise wenigstens annähernd rechteckförmigen bzw. abrupten, Lambdasprung beim Zeitpunkt t1 bzw. t6 mehr oder weniger verschliffen. Dies wird erfindungsgemäß zur Diagnose der ersten Lambdasonde 6 und/oder der zweiten Lambdasonde 5 ausgenutzt, wie weiter unten näher erläutert.
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Nachfolgend werden anhand von 3 aus dem Signalverlauf der Lambdasonden 5, 6 ableitbare Auswertekriterien erläutert. Im Diagramm von 3 sind hierzu lediglich exemplarisch zeitliche Signalverläufe eines Referenzsignals R einer angenommenen Eingangsgröße und ein angenommenes Antwortsignal A als beispielhafte Antwort eines beliebigen Sensors mit einer Empfindlichkeit gegenüber der Eingangsgröße aufgetragen. Vorliegend ist das Referenzsignal R als Rechtecksprung mit einer abrupt von Null auf 100 ansteigenden und einer in umgekehrter Richtung abrupt abfallenden Flanke ausgebildet.
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Gegenüber dem Referenzsignal R ist das Antwortsignal A verschliffen. Einerseits erfolgt ein Anstieg zum Zeitpunkt tu verspätet gegenüber dem Anstiegszeitpunkt t0 des Referenzsignals R. Die Reaktionszeit tu – t0, bis das Antwortsignal A einen nennenswerten Anstieg auf einen vorgegebenen Wert W1 erreicht, kann als Delay oder Totzeit als Auswertekriterium für die Funktionsfähigkeit oder Güte eines zugehörigen Sensors dienen. Übersteigt die Totzeit tu – t0 einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert, so kann ein fehlerhafter Sensor diagnostiziert werden. Weiterhin erfolgt der Anstieg des Antwortsignals A mit einer gegenüber dem Referenzsignal R verminderten Steilheit. Als Auswertekriterium für die Güte oder Funktionsfähigkeit des zugehörigen Sensors kann beispielsweise der maximale Anstiegsgradient herangezogen werden, der durch die Steigung der Tangente T am steilsten Punkt des Antwortsignals A gegeben ist. Ferner ist festzustellen, dass das Antwortsignal A sich erst zu einem Zeitpunkt to dem Endwert des Referenzsignals bis auf einen vorgegebenen geringen Unterschied angenähert hat. Die entsprechende Einschwingzeit oder responsetime to – t0, bis das Antwortsignal A einen vorgegebenen Höchstwert W2 erreicht, stellt ein weiteres bevorzugtes Auswertekriterium für die Funktionsfähigkeit dar. Überschreitet die Einschwingzeit to – t0 einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert, so kann ein fehlerhafter Sensor diagnostiziert werden.
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Es versteht sich, dass gegebenenfalls weitere Auswertekriterien basierend auf einer Signalanalyse herangezogen werden können. Beispielsweise kann eine Frequenzanalyse oder Spektralanalyse, insbesondere mittels einer Fouriertransformation, für das Ausgangssignal A vorgesehen sein oder das Ausgangssignal einer rechnerischen Signalfilterung unterzogen werden, aus welcher Auswertekriterien gewonnen werden.
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Die Auswertekriterien Totzeit, Signalsteilheit und Einschwingzeit und gegebenenfalls weitere Auswertekriterien werden bevorzugt in sinngemäßer Weise auch für das Antwortsignal A auf die abfallende Flanke des Referenzsignals angewendet. Die für eine Diagnose maßgebenden Werte sind nicht gesondert im Diagramm von 3 eingetragen, ergeben sich jedoch durch sinngemäße Anwendung der für die ansteigende Flanke genannten erläuterten Vorgehensweise. Aus einem Vergleich von Auswertekriterien, angewendet auf die Antwort auf die ansteigende und die abfallende Flanke, insbesondere in Bezug auf Totzeit, Signalsteilheit und Einschwingzeit, lassen sich Symmetriebeziehungen als weitere Auswertekriterien für eine Sensordiagnose ermitteln. Falls Totzeit, Signalsteilheit und Einschwingzeit und gegebenenfalls weiter Signalgrößen des Ausgangssignals A für die ansteigende und die abfallende Flanke vorgebbare maximale Abweichungen überschreiten, wird eine verminderte Funktion bzw. ein Sensorfehler diagnostiziert.
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Für eine Sensordiagnose in der Praxis dient erfindungsgemäß in zur oben erläuterten Vorgehensweise analoger Anwendung bevorzugt der tatsächlich erfolgende Lambdaanstieg oder ein dem tatsächlichen Lambdaanstieg möglichst nahe kommender Lambdaanstieg infolge des Übergangs von verbrennungsmotorischem Betrieb zum Schleppbetrieb als Referenzsignal in Bezug auf die Antwortsignale der Lambdasonden 5, 6. Ebenso ist es vorzugsweise vorgesehen, den tatsächlichen Lambdaabfall oder ein dem tatsächlichen Lambdaabfall möglichst nahe kommender Lambdaabfall beim nachfolgenden Übergang vom Stillstand von Verbrennungsmotor 1 und Elektromotor in den Selbstlauf des Verbrennungsmotors 1 als Referenzsignal für die Antwortsignale der Lambdasonden 5, 6 heranzuziehen. Dabei kann es vorgesehen sein, den jeweiligen tatsächlichen Lambdaverlauf rechnerisch auf Basis von bekannten Betriebsgrößen wie Gaslaufzeit; Luftkraftstoffverhältnis λ des Luft-Kraftstoffgemisches zu ermitteln. Ebenso kann vorgesehen sein, das dem tatsächlichen Lambdaverlauf am Ort der Lambdasonden 5, 6 entsprechende Referenzsignal in Form einer wertemäßig abgespeicherten Kennlinie vorzuhalten. Für das Signal der zweiten Lambdasonde 5 kann auch das Signal der ersten Lambdasonde 6 als Referenzsignal zur Gewinnung quantitativer Größen der vorstehend genannten Auswertekriterien herangezogen werden.
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Für eine Diagnose des Abgaskatalysators 4 wird bevorzugt das Signal der zweiten Lambdasonde 5 ausgewertet. Insbesondere ist vorgesehen, die Totzeit bzw. Verzögerungszeit des Ausgangssignals der zweiten Lambdasonde 5 gegenüber einem durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise provozierten sprunghaften Lambdawechsel als Basis für eine dementsprechendes Auswertekriterium heranzuziehen. Zur Erläuterung der bevorzugten Vorgehensweise wird nachfolgend nochmals auf das Diagramm I von 2 Bezug genommen.
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Wie aus Diagramm I ersichtlich und weiter oben angesprochen, weist das Ausgangssignal 21 der zweiten Lambdasonde 5 gegenüber dem durch Übergang in den Schleppbetrieb zum Zeitpunkt t1 provoziertem Lambdasprung eine mehr oder weniger spürbare Verzögerung auf. Ursache der zeitlichen Verzögerung ist großteils eine Einspeicherung des mit der Luft geförderten Sauerstoffs in den Abgaskatalysator 4. Die Einspeicherung von Sauerstoff in den Abgaskatalysator 4 bedingt, dass der durch den Übergang in den Schleppbetrieb verursachte und eingangs des Abgaskatalysators 4 vorhandene sprunghafte Lambdaanstieg ausgangsseitig des Abgaskatalysators 4 zunächst nicht wirksam werden kann. Dabei ist das Ausmaß der Verzögerung, d. h. die Zeitspanne bis der eingangsseitig des Abgaskatalysators 4 vorhandene Lambdaanstieg zur Ausgangsseite des Abgaskatalysators 4 durchschlägt, ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators 4. Eine gegenüber einem neuen Abgaskatalysator 4 verminderte Sauerstoffspeicherfähigkeit beeinträchtigt jedoch die Funktion des Abgaskatalysators 4.
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Aus diesem Grund stellt die Sauerstoffspeicherfähigkeit ein Gütekriterium bzw. ein Maß für die Funktionsfähigkeit für den Abgaskatalysator 4 dar.
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Aus der Totzeit oder Reaktionszeit des Signals 21 des zweiten Lambdasensors 5 gegenüber dem durch Übergang in den Schleppbetrieb provozierten sprunghaften Lambdaanstieg wird ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators 4 vorzugsweise wie folgt ermittelt. Das Ausgangssignal 21 des zweiten Abgassensors 5 wird beginnend zum Zeitpunkt t3, bei welchem das Signal 20 des ersten Abgassensors 6 einen Lambdawert von λLSU = 1,0 erreicht, aufintegriert. Die Integration wird bevorzugt zum Zeitpunkt t4, an welchem das Signal 21 des zweiten Abgassensors 5 einen vorgebbaren Wert für ULSF unterschreitet, beendet. Das auf diese Weise erhaltene Integral ist im Diagramm I durch die Spur 22 schematisch dargestellt. Für eine Diagnose des Abgaskatalysators 4 wird der erhaltene Integralwert mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert verglichen. Der Referenzwert kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit vom im Schleppbetrieb geförderten Luftdurchsatz vorgegeben sein. Zusätzlich kann eine Temperaturabhängigkeit berücksichtigt sein, wobei zur Ermittlung der Temperatur das Signal des Temperatursensors 9 herangezogen werden kann. Unterschreitet der Integralwert den Referenzwert, so ist vorgesehen, den Abgaskatalysator 4 als in unzulässigem Maß gealtert einzustufen und eine entsprechende Fehlermeldung auszugeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006010769 A1 [0003]
- DE 102005028001 A1 [0003]
- DE 102004061603 A1 [0005]
