DE102012011915A1 - Method for diagnosing nitrogen oxide sensor associated to exhaust gas tract of internal combustion engine, involves determining waiting time, after which nitrogen oxide concentration has determined threshold value after switching engine - Google Patents

Method for diagnosing nitrogen oxide sensor associated to exhaust gas tract of internal combustion engine, involves determining waiting time, after which nitrogen oxide concentration has determined threshold value after switching engine Download PDF

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Abstract

The method involves determining a waiting time, after which the nitrogen oxide concentration has a determined threshold value after switching an internal combustion engine. The nitrogen oxide concentration is present at the position of the nitrogen oxide sensor. A zero-point difference of the nitrogen oxide sensor is determined by watching the waiting time after switching of the internal combustion engine. A signal supplied from the nitrogen oxide sensor is detected and the zero-point difference is determined from the signal. An independent claim is included for an internal combustion engine with a waiting time determination unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Stickoxidsensors. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for diagnosing a nitrogen oxide sensor associated with an exhaust gas tract of an internal combustion engine. The invention further relates to a corresponding internal combustion engine.

Zur Erfüllung der strengen Abgasnormen für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen kommen verschiedene Abgasreinigungseinrichtungen zum Einsatz. Eine solche Abgasreinigungseinrichtung kann beispielsweise über einen Katalysator verfügen. Um den Ausstoß von Stickoxiden der Brennkraftmaschine, insbesondere nachfolgend einer solchen Abgasreinigungseinrichtung, zu überwachen, ist der Stickoxidsensor vorgesehen. Dieser ist dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zugeordnet und derart angeordnet, dass mit ihm eine Stickoxidkonzentration an einer bestimmten Position des Abgastrakts bestimmt werden kann.To meet the strict emission standards for motor vehicles with internal combustion engines various exhaust gas purification devices are used. Such an exhaust gas purification device may have, for example, a catalyst. In order to monitor the emission of nitrogen oxides of the internal combustion engine, in particular following such an exhaust gas purification device, the nitrogen oxide sensor is provided. This is assigned to the exhaust tract of the internal combustion engine and arranged such that with it a nitrogen oxide concentration can be determined at a certain position of the exhaust tract.

Um eine zuverlässige Überwachung der Stickoxidkonzentration zu gewährleisten, ist es vorgesehen, die Funktionsfähigkeit des Stickoxidsensors zu überwachen. Dies ist zudem gesetzlich gefordert. Die Überwachung der Funktionsfähigkeit erfolgt üblicherweise in hinsichtlich eines elektrischen Fehlers, eines Nullpunktfehlers, eines Steigungsfehlers und eines Fehlers der Signaldynamik. Der Nullpunktfehler beschreibt dabei den Unterschied zwischen der tatsächlich vorliegenden Stickoxidkonzentration und der von dem Stickoxidsensor gemeldeten. Insbesondere beschreibt der Nullpunktfehler also das Signal des Stickoxidsensors, welches bei keiner oder unwesentlicher Stickoxidkonzentration an der Position des Stickoxidsensors vorliegt. Die Bestimmung des Nullpunktfehlers erfolgt derzeit üblicherweise in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, weil in diesem Betriebszustand üblicherweise lediglich eine minimale Menge an Stickoxiden in dem Abgastrakt vorhanden ist. Unter Schubbetrieb wird bei einem Kraftfahrzeug derjenige Betriebszustand verstanden, bei welchem die Brennkraftmaschine durch das Fahrzeug geschleppt, also in Drehbewegung gehalten wird.In order to ensure a reliable monitoring of the nitrogen oxide concentration, it is provided to monitor the functionality of the nitrogen oxide sensor. This is also required by law. The monitoring of the functionality is usually carried out in terms of an electrical fault, a zero error, a pitch error and a fault of the signal dynamics. The zero-point error describes the difference between the actually existing nitrogen oxide concentration and that reported by the nitrogen oxide sensor. In particular, the zero-point error thus describes the signal of the nitrogen oxide sensor which is present at the position of the nitrogen oxide sensor with no or insignificant nitrogen oxide concentration. The determination of the zero point error is currently usually in a coasting operation of the internal combustion engine, because in this operating state usually only a minimal amount of nitrogen oxides in the exhaust system is present. Under overrun in a motor vehicle that operating state is understood in which the internal combustion engine is dragged by the vehicle, that is kept in rotational motion.

Die Kraftstoffzufuhr ist dabei üblicherweise unterbrochen, sodass die Brennkraftmaschine selbst keinerlei auf den Antrieb des Kraftfahrzeugs gerichtetes Drehmoment erzeugt, sondern lediglich ein negatives Drehmoment, beispielsweise zum Durchführen eines Motorbremsens, zur Verfügung stellt. Die Betriebsphasen, in welchen ein derartiger Schubbetrieb vorliegt, werden in Zukunft jedoch seltener werden oder gänzlich entfallen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, ein Segeln des Kraftfahrzeugs mit Start/Stopp-Automatik durchzuführen, also die Brennkraftmaschine zu deaktivieren, wenn zum Einstellen der gewünschten Geschwindigkeit kein Drehmoment von dieser erzeugt werden muss. Auch bei Verwendung der Brennkraftmaschine in einer Hybridantriebseinrichtung können die Schubphasen wenigstens teilweise entfallen.The fuel supply is usually interrupted, so that the internal combustion engine itself does not generate any torque directed to the drive of the motor vehicle, but merely provides a negative torque, for example for carrying out engine braking. However, the operating phases in which such an overrun operation exists will become rarer in the future or will be completely eliminated. For example, it may be provided to carry out a sailing of the motor vehicle with automatic start / stop, ie to deactivate the internal combustion engine when no torque has to be generated from it to set the desired speed. Even when using the internal combustion engine in a hybrid drive device, the coasting phases can be at least partially eliminated.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Diagnose eines Stickoxidsensors vorzustellen, welches vorzugsweise nicht in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden muss.It is therefore an object of the invention to provide a method for the diagnosis of a nitrogen oxide sensor, which preferably does not have to be performed in a coasting operation of the internal combustion engine.

Dabei ist es vorgesehen, die folgenden Schritte durchzuführen: Zumindest einmaliges Bestimmen einer Wartezeit, nach welcher nach Abschalten der Brennkraftmaschine die an der Position des Stickoxidsensors vorliegende Stickoxidkonzentration einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat und Bestimmen einer Nullpunktdifferenz des Stickoxidsensors durch Abwarten der Wartezeit nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine, Erfassen eines von dem Stickoxidsensor gelieferten Signals und Feststellen der Nullpunktdifferenz aus dem Signal. Das zumindest einmalige Bestimmen der Wartezeit wird beispielsweise im Rahmen einer Bestimmung des Spülverhaltens der Brennkraftmaschine und/oder des Abgastrakts durchgeführt. Nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine wird die Stickoxidkonzentration in dem Abgastrakt mit der Zeit absinken, weil das Stickoxid aus dem Abgastrakt heraus in die Umgebung der Brennkraftmaschine gelangt. Entsprechend gelangt man zu den für das Bestimmen der Nullpunktdifferenz des Stickoxidsensors notwendigen Umgebungsbedingungen durch Abwarten der Wartezeit. Nach diesem Abwarten liegt die Stickoxidkonzentration statistisch gesehen unter dem bestimmten Schwellenwert.It is provided to carry out the following steps: At least once determining a waiting time, after which after switching off the internal combustion engine, the nitrogen oxide present at the position of the nitrogen oxide sensor has fallen below a certain threshold and determining a zero point difference of the nitrogen oxide sensor by waiting the waiting time after switching off the internal combustion engine Detecting a signal provided by the nitrogen oxide sensor and detecting the zero point difference from the signal. The determination of the waiting time at least once is carried out, for example, within the framework of a determination of the flushing behavior of the internal combustion engine and / or of the exhaust gas tract. After switching off the internal combustion engine, the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas tract will decrease over time, because the nitrogen oxide from the exhaust system reaches out into the environment of the internal combustion engine. Accordingly, one reaches the environmental conditions necessary for determining the zero point difference of the nitrogen oxide sensor by waiting the waiting time. After this wait, the nitrogen oxide concentration is statistically below the determined threshold.

Die Wartezeit wird dabei vorzugsweise derart gewählt, dass sicher davon ausgegangen werden kann, dass der Schwellenwert unterschritten wird. Das Bestimmen der Wartezeit kann lediglich einmalig, insbesondere vor einer Auslieferung des Kraftfahrzeugs, oder periodisch erfolgen. Nach dem Bestimmen der Wartezeit wird diese in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegt, sodass nachfolgend auf sie zurückgegriffen werden kann. Um die Nullpunktdifferenz des Stickoxidsensors, beispielsweise während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine oder in einer Stillstandsphase, zu bestimmen, wird nachfolgend zunächst die Wartezeit nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine abgewartet. Anschließend wird das Signal erfasst, welches von dem Stickoxidsensor bereitgestellt wird. Aus diesem Signal kann dann die Nullpunktdifferenz bestimmt werden, insbesondere unter zusätzlicher Einbeziehung des Schwellenwerts. Vorzugsweise wird auf diese Weise die Nullpunktdifferenz nach jedem Abschalten der Brennkraftmaschine bestimmt, sofern die Brennkraftmaschine ausreichend lange, also mindestens über die Wartezeit, abgeschaltet ist.The waiting time is preferably selected such that it can safely be assumed that the threshold will be undershot. Determining the waiting time can be done only once, in particular before a delivery of the motor vehicle, or periodically. After determining the waiting time, this is deposited in a control unit of the internal combustion engine, so that they can be used subsequently. In order to determine the zero point difference of the nitrogen oxide sensor, for example during a normal operation of the internal combustion engine or in a standstill phase, the waiting time after switching off the internal combustion engine is initially waited for. Subsequently, the signal provided by the nitrogen oxide sensor is detected. The zero point difference can then be determined from this signal, in particular with the additional inclusion of the threshold value. Preferably, in this way, the zero point difference is determined after each switching off of the internal combustion engine, provided that the internal combustion engine is sufficiently long, so at least over the waiting time off.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stickoxidsensor vor dem Erfassen seines Signals auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Für ein zuverlässiges Arbeiten des Stickoxidsensors muss dieser üblicherweise auf eine Temperatur gebracht werden, welche größer ist als eine Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine, nämlich seine Betriebstemperatur. Daher wird das Aufheizen durchgeführt, bevor das Signal erfasst wird. Das Aufheizen kann unmittelbar vor dem Erfassen erfolgen oder kontinuierlich vorgesehen sein.A development of the invention provides that the nitrogen oxide sensor is heated to its operating temperature before the detection of its signal. For a reliable operation of the nitrogen oxide sensor, this usually has to be brought to a temperature which is greater than an ambient temperature of the motor vehicle or of the internal combustion engine, namely its operating temperature. Therefore, the heating is performed before the signal is detected. The heating may take place immediately before detection or be provided continuously.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bestimmen der Wartezeit mit einem von dem Stickoxidsensor verschiedenen Sensor erfolgt. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Kalibrierung der Wartezeit sichergestellt. Der von dem Stickoxidsensor verschiedene Sensor ist üblicherweise ein weiterer Stickoxidsensor, welcher anstelle des Stickoxidsensors an dessen Position angeordnet wird. Der weitere Stickoxidsensor ist bevorzugt kalibriert, insbesondere unmittelbar vor dem Bestimmen der Wartezeit kalibriert. Somit kann sichergestellt werden, dass tatsächlich die korrekte Wartezeit ermittelt werden kann.A further development of the invention provides that the determination of the waiting time takes place with a sensor different from the nitrogen oxide sensor. In this way a reliable calibration of the waiting time is ensured. The sensor other than the nitrogen oxide sensor is usually another nitrogen oxide sensor which is arranged at its position instead of the nitrogen oxide sensor. The further nitrogen oxide sensor is preferably calibrated, in particular calibrated immediately before the determination of the waiting time. Thus it can be ensured that the correct waiting time can actually be determined.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mithilfe der Nullpunktdifferenz ein Nullpunktabgleich des Stickoxidsensors durchgeführt wird und/oder bei Überschreiten eines Grenzwerts durch die Nullpunktdifferenz ein Fehlersignal erzeugt wird. Im Rahmen des Nullpunktabgleichs wird die Nullpunktdifferenz abgespeichert und nachfolgend zum Bestimmen der Stickoxidkonzentration herangezogen. Die Nullpunktdifferenz beschreibt mithin die Differenz zwischen der tatsächlich vorliegenden Stickoxidkonzentration und der von dem Stickoxidsensor festgestellten Stickoxidkonzentration. Zusätzlich oder alternativ kann das Fehlersignal erzeugt werden, wenn die Nullpunktdifferenz den Grenzwert überschreitet. Das Fehlersignal wird bevorzugt einem Steuergerät der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, sodass dieses entsprechend darauf reagieren kann.A further development of the invention provides that a zero point adjustment of the nitrogen oxide sensor is carried out with the aid of the zero point difference and / or an error signal is generated when a limit value is exceeded by the zero point difference. As part of the zero point adjustment, the zero point difference is stored and subsequently used to determine the nitrogen oxide concentration. The zero point difference thus describes the difference between the actual nitrogen oxide concentration and the nitrogen oxide concentration determined by the nitrogen oxide sensor. Additionally or alternatively, the error signal may be generated when the zero point difference exceeds the threshold. The error signal is preferably provided to a control unit of the internal combustion engine so that it can react accordingly.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine wenigstens ein Steuergerät aufweist, das nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine über eine bestimmte Nachlaufzeitspanne weiter betrieben wird und die Wartezeit größer als die Nachlaufzeitspanne ist, und dass das Steuergerät während des Bestimmens der Nullpunktdifferenz zum Erfassen des von dem Stickoxidsensor gelieferten Signals betrieben wird. Die Brennkraftmaschine wird von dem Steuergerät angesteuert. Um einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, müssen auch nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine bestimmte Betriebsparameter überwacht und/oder eingestellt werden. Zu diesem Zweck wird das Steuergerät während der Nachlaufzeitspanne weiter betrieben und anschließend abgeschaltet. Es ist nun vorgesehen, dass die Wartezeit größer als die Nachlaufzeitspanne ist, also das Bestimmen der Nullpunktdifferenz außerhalb dieser Nachlaufzeitspanne erfolgt. Das Steuergerät wird nach der Nachlaufzeitspanne abgeschaltet, jedoch während des Bestimmens der Nullpunktdifferenz erneut eingeschaltet und über eine bestimmte Zeitspanne betrieben. Nach dem Bestimmen der Nullpunktdifferenz wird das Steuergerät wieder abgeschaltet, vorzugsweise bis die Brennkraftmaschine gestartet werden soll.A development of the invention provides that the internal combustion engine has at least one control unit, which is operated after a shutdown of the internal combustion engine over a certain overrun period and the waiting time is greater than the overrun period, and that the controller during the determination of the zero point difference for detecting the of the signal supplied to the nitrogen oxide sensor is operated. The internal combustion engine is controlled by the control unit. In order to enable reliable operation of the internal combustion engine, certain operating parameters must be monitored and / or adjusted even after switching off the internal combustion engine. For this purpose, the control unit is operated during the follow-up period and then turned off. It is now provided that the waiting time is greater than the delay period, so the determination of the zero point difference takes place outside of this delay period. The controller is turned off after the overrun period, but is turned on again during the determination of the zero point difference and operated for a certain period of time. After determining the zero point difference, the control unit is switched off again, preferably until the internal combustion engine is to be started.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei der Brennkraftmaschine wenigstens ein Stickoxidsensor zugeordnet ist. Dabei ist eine Einrichtung vorgesehen, um zumindest einmalig eine Wartezeit zu bestimmen, nach welcher nach Abschalten der Brennkraftmaschine die an der Position des Stickoxidsensors vorliegende Stickoxidkonzentration einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat, und um eine Nullpunktdifferenz des Stickoxidsensors zu bestimmen durch Abwarten der Wartezeit nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine, Erfassen eines von dem Stickoxidsensors gelieferten Signals und Feststellen der Nullpunktdifferenz aus dem Signal. Das Verfahren kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Auf die Vorteile dieser Vorgehensweise wurde bereits eingegangen, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.The invention further relates to an internal combustion engine having an exhaust gas tract, in particular for carrying out the method described above, wherein the internal combustion engine is associated with at least one nitrogen oxide sensor. In this case, a device is provided to determine at least once a waiting time, after which after switching off the internal combustion engine present at the position of the nitrogen oxide nitrogen oxide concentration has fallen below a certain threshold, and to determine a zero point difference of the nitrogen oxide sensor by waiting the waiting time after switching off the Internal combustion engine, detecting a signal supplied by the nitrogen oxide sensor and detecting the zero point difference from the signal. The method can be developed as described above. The advantages of this procedure have already been discussed, so that reference is made in this regard to the above statements.

Claims (6)

Verfahren zur Diagnose eines einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Stickoxidsensors, mit den folgenden Schritten: – Zumindest einmaliges Bestimmen einer Wartezeit, nach welcher nach Abschalten der Brennkraftmaschine die an der Position des Stickoxidsensors vorliegende Stickoxidkonzentration einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat, und – Bestimmen einer Nullpunktdifferenz des Stickoxidsensors durch Abwarten der Wartezeit nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine, Erfassen eines von dem Stickoxidsensor gelieferten Signals und Feststellen der Nullpunktdifferenz aus dem Signal.Method for diagnosing a nitrogen oxide sensor assigned to an exhaust tract of an internal combustion engine, comprising the following steps: At least once determining a waiting time after which, after the internal combustion engine has been switched off, the nitrogen oxide concentration present at the position of the nitrogen oxide sensor has fallen below a certain threshold value, and - Determining a zero point difference of the nitrogen oxide sensor by waiting for the waiting time after switching off the internal combustion engine, detecting a signal supplied by the nitrogen oxide sensor signal and determining the zero point difference from the signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickoxidsensor vor dem Erfassen seines Signals auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt wird.A method according to claim 1, characterized in that the nitrogen oxide sensor is heated to its operating temperature before detecting its signal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Wartezeit mit einem von dem Stickoxidsensor verschiedenen Sensor erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the waiting time is carried out with a different sensor from the nitrogen oxide sensor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der Nullpunktdifferenz ein Nullpunktabgleich des Stickoxidsensors durchgeführt wird und/oder bei Überschreiten eines Grenzwerts durch die Nullpunktdifferenz ein Fehlersignal erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that using the zero point difference, a zero point adjustment of the nitrogen oxide sensor is performed and / or when a threshold value is exceeded by the zero point difference, an error signal is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine wenigstens ein Steuergerät aufweist, das nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine über eine bestimmte Nachlaufzeitspanne weiterbetrieben wird und die Wartezeit größer als die Nachlaufzeitspanne ist, und dass das Steuergerät während des Bestimmens der Nullpunktdifferenz zum Erfassen des von dem Stickoxidsensor gelieferten Signals betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine has at least one control unit, which is operated after a shutdown of the internal combustion engine over a certain overrun period and the waiting time is greater than the follow-up period, and that the controller during the determination of the zero point difference for detecting operated by the signal supplied by the nitrogen oxide sensor. Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennkraftmaschine wenigstens ein Stickoxidsensor zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, um zumindest einmalig eine Wartezeit zu bestimmen, nach welcher nach Abschalten der Brennkraftmaschine die an der Position des Stickoxidsensors vorliegende Stickoxidkonzentration einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat, und um eine Nullpunktdifferenz des Stickoxidsensors zu bestimmen durch Abwarten der Wartezeit nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine, Erfassen eines von dem Stickoxidsensor gelieferten Signals und Feststellen der Nullpunktdifferenz aus dem Signal.Internal combustion engine with an exhaust tract, in particular for carrying out the method according to one or more of the preceding claims, wherein the internal combustion engine is associated with at least one nitrogen oxide sensor, characterized in that a device is provided to determine at least once a waiting time, after which after switching off the internal combustion engine the nitrogen oxide concentration present at the position of the nitrogen oxide sensor has fallen below a certain threshold and to determine a zero point difference of the nitrogen oxide sensor by waiting for the engine to shut down, detecting a signal provided by the nitrogen oxide sensor, and detecting the zero point difference from the signal.
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