DE102012209195A1

DE102012209195A1 - Verfahren zur Überwachung der Dynamik eines Abgassensors

Info

Publication number: DE102012209195A1
Application number: DE201210209195
Authority: DE
Inventors: Ralf Zimmerschied; Richard Holberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Verfahren zur Überwachung der Dynamik eines Abgassensors im Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor als Sensorsignal einen Ist-Wert in einem Regelkreis einer Gemischregelung der Brennkraftmaschine bereitstellt und wobei Dynamikverluste des Abgassensors mit verschiedenen Dynamikmustern zu Schwingungen der Gemischregelung mit verschiedenen Kurvenverläufen führen.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass bei einer schwingenden Gemischregelung durch Vergleich des gemessenen Sensorsignals des Abgassensors mit einem erwarteten Sensorsignal oder aus der zeitlichen Ableitung des gemessenen Sensorsignals Kenngrößen zur Bestimmung des Dynamikmusters des Abgassensors bestimmt werden und dass in Abhängigkeit von dem aus den Kenngrößen bestimmten Dynamikmuster Regelparameter der Gemischregelung adaptiert werden.
Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Dynamik eines Abgassensors und die Adaption der Gemischregelung an eine verminderte Dynamik des Abgassensors bei einer bereits schwingenden Gemischregelung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dynamik eines Abgassensors im Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor als Sensorsignal einen Ist-Wert in einem Regelkreis einer Gemischregelung der Brennkraftmaschine bereitstellt und wobei Dynamikverluste des Abgassensors mit verschiedenen Dynamikmustern zu Schwingungen der Gemischregelung mit verschiedenen Kurvenverläufen führen.
Abgassensoren, beispielsweise Lambdasonden, werden im Abgas von Brennkraftmaschinen zur Überwachung der Abgaszusammensetzung und der Schadstoffemission eingesetzt. Sie dienen beispielsweise zur Überwachung von Abgasreinigungskomponenten und als Messgeber für die Regelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoff-Gemischs. Dazu sind die Abgassensoren in einem Regelkreis einer Gemischregelung integriert.
Ein Abgassensor muss als fehlerhaft angezeigt werden, wenn seine Dynamik so weit abgenommen hat, dass entweder die On-Board-Diagnose-Grenzwerte für die Emissionen verletzt werden oder andere On-Board-Diagnosen (OBD), insbesondere die Katalysatordiagnose, nicht mehr zuverlässig durchgeführt werden können. Dabei sind beispielsweise nach kalifornischer OBD-Gesetzgebung folgende Dynamikmuster des Abgassensors zu erkennen:

– Zeitkonstante
– Zeitkonstante, die nur bei einer Lambda-Änderung von fett nach mager wirkt (asymmetrisch f-m)
– Zeitkonstante, die nur bei einer Lambda-Änderung von mager nach fett wirkt (asymmetrisch m-f)
– Totzeit (symmetrisch)
– Totzeit, die nur bei einer Lambda-Änderung von fett nach mager wirkt (asymmetrisch f-m)
– Totzeit, die nur bei einer Lambda-Änderung von mager nach fett wirkt (asymmetrisch m-f)

Zur Diagnose der Dynamik von Abgassonden, insbesondere von Lambdasonden, sind verschiedene Verfahren bekannt. So ist in der DE 10 2008 042 549 A1 ein Verfahren zur Diagnose der Anstiegsgeschwindigkeit und der Totzeit einer Abgassonde, welche in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, beschrieben, wobei die Diagnose auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs durchgeführt wird und wobei das Signal ein Ausgangssignal der Abgassonde oder ein aus dem Ausgangssignal abgeleitetes modelliertes oder gemessenes Signal ist. Dabei ist es vorgesehen, dass ein erster Extremwert im Verlauf des modellierten Signals bestimmt wird und dass ein erster Zeitpunkt und ein erster Startwert bestimmt werden, wenn das modellierte Signal um einen vorbestimmten Betrag von dem ersten Extremwert abweicht, dass ein zweiter Extremwert im Verlauf des gemessenen Signals bestimmt wird und dass ein zweiter Zeitpunkt und ein zweiter Startwert bestimmt werden, wenn das gemessene Signal um den vorbestimmten Betrag von dem zweiten Extremwert abweicht, dass ein erstes Integral über einen vorbestimmten Zeitraum, beginnend zu dem ersten Zeitpunkt, über die Differenz zwischen dem ersten Startwert und dem modellierten Signal gebildet wird und dass ein zweites Integral über einen zweiten Zeitraum, beginnend zu dem zweiten Zeitpunkt, über die Differenz zwischen dem zweiten Startwert und dem gemessenen Signal gebildet wird, dass der zweite Zeitraum gleich dem vorbestimmten Zeitraum ist oder dass das Ende des zweiten Zeitraums bezogen auf den Zeitpunkt der Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses oder bezogen auf den ersten Zeitpunkt festgelegt wird und dass aus einem quantitativen Vergleich zwischen dem ersten Integral und dem zweiten Integral ein quantitativer Vergleichswert gebildet wird, aus dem auf die Anstiegsgeschwindigkeit und/oder die Totzeit der Abgassonde geschlossen wird. Die Messalgorithmen dieses und ähnlicher Verfahren weisen im Feld eine gewisse Messungenauigkeit auf. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass fehlerfreie Abgassensoren fälschlich als fehlerhaft diagnostiziert werden. Die Wahrscheinlichkeit für eine solche Fehldiagnose ist umso geringer, je weiter der Diagnosegrenzwert von dem erwarteten Messwert für einen fehlerfreien Abgassensor liegt. Es werden daher Verfahren entwickelt, die es erlauben, einen möglichst weit von dem erwarteten Messwert entfernten Diagnosegrenzwert festzusetzen. Um dies zu ermöglichen, müssen die Verfahren die Sensitivität von Emissionen gegenüber Dynamikverringerungen des Abgassensors sowie die Sensitivität der Katalysatordiagnose gegenüber Dynamikverringerungen reduzieren.
Dazu ist beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Schrift R. 338120 der Anmelderin ein Verfahren beschrieben, einen Lambdaregler an die Dynamik einer Lambdasonde anzupassen (Adaption). Die Schrift beschreibt ein Verfahren zur Adaption einer Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine als Teil eines Abgasüberwachungssystems angeordneten Abgassonde, wobei die Adaption auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durchgeführt wird und wobei das gemessene Signal ein Istwert eines Ausgangssignals der Abgassonde und das modellierte Signal ein Modellwert ist, welcher aus dem der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durch Anwenden eines Abgasmodells abgeleitet wird. Dabei ist es vorgesehen, dass eine schrittweise Adaption der Lambdaregler-Parameter einer Lambdareglung durchgeführt wird, wobei eine Differenz zwischen einer betragsmäßig maximalen Steigung des gemessenen Luft-Kraftstoffverhältnisses und einer aus dem Modell erwarteten betragsmäßig maximalen Steigung für das Luft-Kraftstoffverhältnis als Gütemaß verwendet wird. Durch die Adaption wird die Schwingungsneigung des Lambdareglers reduziert. Da Reglerschwingungen zu erhöhten Emissionen führen und die Katalysatordiagnose sperren können, reduziert ein solches Adaptionsverfahren die Sensitivität von Emissionen und der Katalysatordiagnose gegenüber Dynamikverringerungen des Abgassensors.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2006 041 477 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose der Dynamik eines als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführten Abgassensors beschrieben, welcher in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und mit welchem über einen Lambdaregler das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gasgemischs geregelt wird, wobei zur Diagnose der Dynamik der Abgassonde eine Periodendauer des Lambdareglers ausgewertet wird. Dabei ist vorgesehen, dass als Stellgröße der Lambdaregelung ein Lambdaregler-Ausgangssignal, welches aus Sprung- und Rampenanteilen zusammengesetzt ist, vorgegeben wird und während der Diagnose eine, abhängig von der Reglerauslegung verursachten Reglertotzeit der Lambdaregelung ausgewertet und daraus eine korrigierte Periodendauerverlängerung bestimmt wird. Weiterhin wird eine entsprechende Diagnoseeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann durch diese Korrekturmaßnahme, unabhängig von Reglerauslegungen, Systemzuständen und Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, eine tatsächliche Periodendauerverlängerung bestimmt werden, was zu einer verbesserten On-Board-Diagnose der Dynamik der Lambdasonde beiträgt.
Aus der noch nicht veröffentlichten Schrift R. 335063 der Anmelderin ist ein Verfahren bekannt, um die Messung der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Katalysators möglichst unabhängig von der Dynamik des Abgassensors zu machen. Dabei werden Informationen über die Dynamikparameter des Abgassensors verwendet.
Weiterhin ist bekannt, im Falle einer asymmetrischen Dynamik des Abgassensors, beispielsweise bei unterschiedlicher Dynamik des Abgassensors bei einem Sprung der Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoff-Gemischs von fett nach mager im Vergleich zu einem Sprung von mager nach fett, die Dynamik in der Gegenrichtung ebenfalls zu verringern, um die resultierende Dynamik symmetrisch zu machen.
Die beschriebenen Verfahren setzen eine Identifizierung der Dynamikparameter und des Dynamikmusters des Abgassensors voraus. Dies kann beispielsweise aus der Messung einer Sprungantwort erfolgen. Nachteilig hierbei ist, dass die Verfahren zumindest nicht mehr fehlerfrei angewendet werden können, wenn der Regelkreis der Gemischregelung auf Grund der Dynamikverringerung des Abgassensors bereits schwingt, da die Messung einer Sprungantwort ein eingeschwungenes Sensorsignal des Abgassensors voraussetzt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches auch bei schwingendem Regelkreis einer Gemischregelung eine Diagnose der Dynamik eines Abgassensors und eine Adaption der Regelparameter an eine reduzierte Dynamik des Abgassensors ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass bei einer schwingenden Gemischregelung durch Vergleich des gemessenen Sensorsignals des Abgassensors mit einem erwarteten Sensorsignal oder aus der zeitlichen Ableitung des gemessenen Sensorsignals Kenngrößen zur Bestimmung des Dynamikmusters des Abgassensors bestimmt werden und dass in Abhängigkeit von dem aus den Kenngrößen bestimmten Dynamikmuster Regelparameter der Gemischregelung adaptiert werden.
Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Dynamik eines Abgassensors und die Anpassung der Regelparameter der Gemischregelung an eine reduzierte Dynamik des Abgassensors, beispielsweise einer Lambdasonde, wenn der Regelkreis der Gemischregelung auf Grund einer verringerten Dynamik des Abgassensors bereits schwingt. Dazu wertet das Verfahren die aus dem Dynamikverlust des Abgassensors resultierende Schwingung des Regelkreises aus. Das zum Vergleich mit dem gemessenen Sensorsignal benötigte erwartete Sensorsignal kann beispielsweise aus einer Kraftstoff-Vorsteuerung und dem Stelleingriff einer Lambdaregelung ermittelt werden, wie dies in der Schrift DE 10 2008 042 549 A1 beschrieben ist. Verfahren zur Erkennung einer Reglerschwingung sind ebenfalls bekannt und werden bereits in Steuergeräten für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Verfahren kann kostengünstig als Softwareerweiterung in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert werden. Verschiedene Dynamikmuster können erkannt und unterschieden werden, wie dies beispielsweise in der kalifornischen Gesetzgebung für die On-Board-Diagnose (OBD) für symmetrische und asymmetrische Zeitkonstanten und Totzeiten von Lambdasonden gefordert ist. Die Regelparameter der Gemischregelung können gezielt an das vorliegende Dynamikmuster angepasst werden. Dadurch können auch bei gealterten Abgassensoren die Emissionsvorschriften der Brennkraftmaschine eingehalten werden und ein verfrühter Austausch des Abgassensors kann vermieden werden.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine erste Kenngröße aus dem Spitze-Spitze-Wert des gemessenen Sensorsignals und des erwarteten Sensorsignals oder aus der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen dem Spitze-Spitze-Wert des gemessenen Sensorsignals und des erwarteten Sensorsignals bestimmt wird oder dass eine zweite Kenngröße aus der Länge zumindest einer steigenden Flanken und zumindest einer fallenden Flanken oder der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen der steigenden Flanke und der fallenden Flanke des gemessenen Sensorsignals bestimmt wird oder dass eine dritte Kenngröße aus der Breite eines Maximums und der Breite eines Minimums oder der minimalen Breite eines Maximums und der minimalen Breite eines Minimums während eines konstanten Betriebszyklus der Brennkraftmaschine oder aus der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen der minimalen Breite eines Maximums und der minimalen Breite eines Minimums des gemessenen Sensorsignals bestimmt wird, jeweils für sich betrachtet oder in Kombination der Bestimmungen der Kenngrößen. Durch die Kenngrößen können verschiedene Kurvenverläufe der Schwingung der Gemischregelung, wie sie sich aus den verschiedenen Dynamikmustern des Abgassensors ergeben, beschrieben werden. Für den Fall einer Lambdasonde als Abgassensor entspricht dabei ein Maximum in dem Kurvenverlauf der Schwingung einem mageren Gemisch mit einem Lambda > 1, während ein Minimum bei einem fetten Gemisch mit einem Lambda < 1 auftritt. An Stelle des Sensorsignals kann auch der Verlauf einer aus dem Sensorsignal abgeleiteten oder direkt mit dem Sensorsignal zusammenhängenden Größe ausgewertet werden.
Die Länge der Flanken der Schwingung wird durch die Dynamik des Abgassensors, aber auch durch die Abgaszusammensetzung und eine tatsächliche Tendenz der Abgaszusammensetzung innerhalb eines Auswertezeitraums beeinflusst. Um sicherzustellen, dass Unterschiede in der Länge der steigenden und fallenden Flanken einem Dynamikverlust des Abgassensors zuzuschreiben sind, kann es vorgesehen sein, dass die zweite Kenngröße bestimmt wird, wenn die Hübe der Schwingung über die steigende Flanke und über die fallende Flanke innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind.
Die Genauigkeit bei der Erfassung der zweiten Kenngröße kann dadurch verbessert werden, dass zur Bestimmung der zweiten Kenngröße jeweils die Längen der steigenden Flanken und der fallenden Flanken über eine vorgegebene Anzahl an Schwingungsperioden summiert werden oder dass jeweils ein Mittelwert über die Längen der steigenden Flanken und der fallenden Flanken über eine vorgegebene Anzahl an Schwingungsperioden gebildet wird.
Die Bestimmung des jeweils vorliegenden Dynamikmusters des Abgassensors erfolgt aus den Kenngrößen, welche den Kurvenverlauf der Schwingung beschreiben. Dazu kann es vorgesehen sein,

• dass als Dynamikmuster auf eine verlängerte symmetrische Zeitkonstante des Abgassensors geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums und die minimale Breite des Minimums des gemessenen Sensorsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken und der fallenden Flanken des gemessenen Sensorsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der ersten Kenngröße der Spitze-Spitze-Wert des gemessenen Sensorsignals um einen vorgegebenen Wert kleiner ist als der Spitze-Spitze-Wert des erwarteten Sensorsignals,
• dass als Dynamikmuster auf eine symmetrische Totzeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums und die minimale Breite des Minimums des gemessenen Sensorsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken und der fallenden Flanken des gemessenen Sensorsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der ersten Kenngröße der Spitze-Spitze-Wert des gemessenen Sensorsignals und der Spitze-Spitze-Wert des erwarteten Sensorsignals innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind,
• dass als Dynamikmuster auf eine symmetrische Totzeit mit einer Haltezeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums und die minimale Breite des Minimums des gemessenen Sensorsignals größer als ein vorgegebener Wert sind,
• dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn sich nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums und die minimale Breite des Minimums des gemessenen Sensorsignals mehr als um einen vorgegebener Wert unterscheiden,
• und dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors geschlossen wird, wenn sich nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken und der fallenden Flanken des gemessenen Sensorsignals um mehr als einen vorgegebener Wert unterscheiden.

Aus den drei Kenngrößen können so alle relevanten Dynamikmuster des Abgassensors erkannt werden, wie es beispielsweise in der kalifornischen Gesetzgebung für Lambdasonden gefordert ist. Entsprechend der gezeigten Unterscheidungsmerkmale für die einzelnen Dynamikmuster zeigt die symmetrische Totzeit kein eigenes Charakteristikum. Charakteristisch für dieses Dynamikmuster ist, dass keine der drei Kennzahlen auf eine Abweichung hindeuten und die Gemischregelung dennoch schwingt. Die minimale Breite des Minimums oder des Maximums bezieht sich auf die geringste Breite, die jeweils über mehrere Schwingungsperioden gemessen wurde.
Eine asymmetrische Zeitkonstante kann bei einer Gemischänderung von fett nach mager (asymmetrisch f-m) oder von mager nach fett (asymmetrisch m-f) wirken. Für die Adaption der Regelparameter der Gemischregelung ist die Kenntnis, ob eine zusätzliche Zeitkonstante f-m oder m-f vorliegt, vorteilhaft. Daher kann es vorgesehen sein, dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors mit einer verlängerten Zeitkonstante bei einer Gemischänderung von fett nach mager geschlossen wird, wenn nach der zweiten Kenngröße die steigende Flanke des gemessenen Sensorsignals mehr als um einen vorgegebene Wert länger ist als die fallende Flanke und dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors mit einer verlängerten Zeitkonstante bei einer Gemischänderung von mager nach fett geschlossen wird, wenn nach der zweiten Kenngröße die fallende Flanke des gemessenen Sensorsignals mehr als um einen vorgegebene Wert länger ist als die steigende Flanke.
Auch bei Auftreten einer asymmetrischen Totzeit ist es für die Adaption der Regelparameter der Gemischregelung vorteilhaft, wenn bekannt ist, ob die zusätzliche Totzeit bei einer Gemischänderung von fett nach mager oder von mager nach fett auftritt. Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors mit einer verlängerten Totzeit bei einer Gemischänderung von fett nach mager geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Minimums des gemessenen Sensorsignals mehr als ein vorgegebener Wert größer ist als die minimale Breite des Maximums und dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors mit einer verlängerten Totzeit bei einer Gemischänderung von mager nach fett geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums des gemessenen Sensorsignals mehr als ein vorgegebener Wert größer ist als die minimale Breite des Minimums.
Die Adaption der Regelparameter der Gemischregelung erfolgt in Kenntnis und unter Berücksichtigung des bestimmten Dynamikmusters des Abgassensors. Dazu kann es vorgesehen sein, dass zur Adaption der Regelparameter der Gemischregelung bei einer erkannten verlängerten Totzeit des Abgassensors die angenommene Streckentotzeit erhöht wird und/oder die Reglerdynamik auf eine verlängerte Streckentotzeit angepasst wird und dass bei einer erkannten verlängerten Zeitkonstante des Abgassensors die angenommene Streckenzeitkonstante erhöht wird und/oder die Reglerdynamik auf eine verlängerte Streckenzeitkonstante angepasst wird.
Eine genaue Anpassung der Regelparameter der Gemischregelung an die vorliegende Dynamik des Abgassensors kann dadurch erreicht werden, dass die Adaption der Regelparameter iterativ um für die jeweiligen Regelparameter vorgegebene Adaptionsbeträge so lange erfolgt, bis keine Schwingung der Gemischregelung mehr auftritt.
Dazu kann es vorgesehen sein, dass die Adaptionsbeträge fest vorgegeben werden oder dass die Adaptionsbeträge in Abhängigkeit von zumindest einer ermittelten Kenngröße und/oder in Abhängigkeit der bereits durchgeführten Adaptionsschritte vorgegeben werden. Variable, von der ermittelten Kenngröße oder den bereits durchgeführten Adaptionsschritten abhängige Adaptionsbeträge ermöglichen eine schnelle und genaue Adaption der Regelparameter.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass bei einer asymmetrischen Totzeit oder bei einer asymmetrischen Zeitkonstanten des Abgassensors das Sensorsignal symmetrisiert wird. Dazu wird in der Auswertung des Sensorsignals eine künstliche Zeitkonstante beziehungsweise eine künstliche Totzeit in der Gegenrichtung zu der erkannten Zeitkonstante beziehungsweise Totzeit angewendet, um das resultierende Signal symmetrisch zu machen. Die symmetrisierte Dynamik entspricht beispielsweise bei Verwendung einer Lambdasonde als Abgassensor dem adaptierten Streckenmodell, das in den Steuergeräte-Funktionen der Lambda-Vorsteuerung verwendet wird. Es ist günstig, wenn das Lambda-Modell der Vorsteuerung den realen Werten entspricht, da dann bei Lambda-Sollwert-Wechseln kein systematischer Reglereingriff stattfindet. Symmetrische Dynamikmuster erzeugen weniger Abgas, da der mittlere Lambdawert nicht verschoben wird.
Eine sichere Erkennung eines auf Grund unzulässig hoher Dynamikverluste defekten Abgassensors kann dadurch erreicht werden, dass die Bewertung der Dynamik des Abgassensors aus dem benötigten Adaptionsbetrag zur Unterdrückung der Schwingung der Gemischregelung erfolgt und/oder dass auf einen fehlerhaften Abgassensor geschlossen wird, wenn nach einer vorgegebenen Anzahl an Adaptionsschritten die Gemischregelung weiterhin schwingt. Ist der Adaptionsbetrag zur Unterdrückung der Schwingung der Gemischregelung sehr hoch oder kann die Schwingung der Gemischregelung nicht durch eine Anpassung der Regelparameter unterbunden werden, so kann von einem defekten Abgassensor ausgegangen werden.
Das Verfahren lässt sich bevorzugt zur Bestimmung der Dynamik einer Lambdasonde anwenden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in dem das Verfahren angewendet wird,
2 bis 8 den zeitlichen Verlauf von Lambda bei einem schwingenden Regelkreis für die Gemischregelung bei verschiedenen Dynamikmustern des Abgassensors,
9 das Vorgehen zur Erkennung der Maxima und der Minima von einem gemessenen Sensorsignal,
10 das Vorgehen zur Erkennung der Länge der steigenden Flanke und der Länge der fallenden Flanke des gemessenen Sensorsignals,
11 das Vorgehen zur Bestimmung der Breite eines Maximums des gemessenen Sensorsignals.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in dem das Verfahren angewendet werden kann. Dabei beschränkt sich die Darstellung auf die für die Erklärung der Erfindung notwendigen Komponenten.
Dargestellt ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgassensor, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Breitband-Lambdasonde 25 ausgeführt ist.
Die Brennkraftmaschine 1 besteht aus einem Motorblock 23 mit vier Zylindern. Dem Motorblock 23 wird über einen Zuluftkanal 10 Frischluft und über eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung 22 Kraftstoff zugeführt. In dem Zuluftkanal 10 ist eine Drosselklappe 21 zur Einstellung der zugeführten Luftmenge vorgesehen. Dem Motorblock 23 nachgeordnet ist ein Abgaskanal 11, in dem in Strömungsrichtung des Abgases die Breitband-Lambdasonde 25 und ein Katalysator 12 angeordnet sind.
Die Drosselklappe 21, die Kraftstoff-Dosiereinrichtung 22 und die Breitband-Lambdasonde 25 sind mit einer Motorelektronik 24 verbunden. Sie bilden, gemeinsam mit dem Motorblock 23, einen Regelkreis 20 für die Gemischregelung (Lambda-Regelung). Dabei ist der Regelalgorithmus in der Motorelektronik 24 hinterlegt.
Für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ist in der Motorelektronik 24 ein linearer Lambda-Regelalgorithmus vorgesehen. Die Breitband-Lambdasonde 25 bestimmt den Sauerstoffgehalt im Abgas und bildet ein entsprechendes Ausgangssignal, welches der Motorelektronik 24 zugeführt wird. Diese bildet daraus die Reglerstellgrößen für die Kraftstoff-Dosiereinrichtung 22 dahingehend, dass die Brennkraftmaschine 1 mit einem vorgegebenen Lambda, also einem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, betrieben wird. Für eine optimierte Abgasnachbehandlung in dem als Drei-Wege-Katalysator ausgeführten Katalysator 12 ist ein Betrieb bei einem Lambda von 1 vorgesehen.
Eine Verlangsamung der Reaktionszeit der Breitband-Lambdasonde 25 beeinflusst die Lambda-Regelung und führt zu einer vergrößerten Schadstoffemission der Brennkraftmaschine 1. Gesetzliche Vorgaben fordern die Einhaltung von Grenzwerten bei der Schadstoffemission, was eine Überwachung der alterungsabhängigen Anstiegsgeschwindigkeit (Zeitkonstante) und der Totzeit der Breitband-Lambdasonde 25 erforderlich macht. Eine stark verringerte Dynamik der Breitband-Lambdasonde 25 führt zu einem Schwingen des Regelkreises 20.
Eine Verlangsamung der Breitband-Lambdasonde 25 kann nach verschiedenen Dynamikmustern erfolgen, welche beispielsweise nach kalifornischer Gesetzgebung für die On-Board-Diagnose (OBD) von Breitband-Lambdasonden überwacht werden müssen. Neben symmetrischen Veränderungen der Zeitkonstante und der Totzeit treten zum Teil asymmetrisch Änderungen der Dynamik auf, das heißt, die Reaktionsgeschwindigkeit des Abgassensors ist unterschiedlich für eine Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses von fett nach mager (fett-mager-Verlangsamung) und von mager nach fett (mager-fett-Verlangsamung). Eine solche asymmetrische Verlangsamung hat häufig negativere Auswirkungen auf die Schadstoffemissionen als eine symmetrische Verlangsamung gleicher Größenordnung. Der Grund besteht darin, dass asymmetrische Verlangsamungen den von der Lambdaregelung eingestellten Lambda-Mittelwert verschieben. Falls der Mittelwert durch eine fett-mager-Verlangsamung nach mager verschoben wird, kann der Drei-Wege-Katalysator Stickoxide nicht mehr ausreichend konvertieren. Falls der Mittelwert durch eine mager-fett-Verlangsamung der Breitband-Lambdasonde 25 nach fett verschoben wird, kann der Drei-Wege-Katalysator Kohlenmonoxid und eventuell Kohlenwasserstoffe nicht mehr ausreichend konvertieren.
In den 2 bis 8 sind zeitliche Verläufe von Lambda bei einem schwingenden Regelkreis 20 für die Gemischregelung bei verschiedenen Dynamikmustern des Abgassensors im Vergleich zu einem erwarteten Verlauf von Lambda dargestellt. Der zugrunde liegende Regelkreis 20 ist in 1 gezeigt.
Ein erwartetes Sensorsignal 42 und ein gemessenes Sensorsignal 43 einer Breitband-Lambdasonde 25 sind gegenüber einer Lambda-Achse 40 und einer Zeitachse 41 aufgetragen. Hohe Lambda-Werte entsprechen in der Darstellung einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch. Das erwartete Sensorsignal 42 ist aus einer Kraftstoff-Vorsteuerung und dem Stelleingriff der Lambdaregelung gebildet. Das gemessene Sensorsignal 43 entspricht dem Ausgangssignal der Breitband-Lambdasonde 25. In den Diagrammen 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 sind verschiedene Charakteristika für die unterschiedlichen Dynamikmuster der Breitband-Lambdasonde 25 gezeigt.
2 zeigt in einem ersten Diagramm 30 den Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 bei einem Abgassensor mit einer symmetrisch verlängerten Zeitkonstante. Charakteristisch für dieses Dynamikmuster ist ein verringerter gemessener Spitze-Spitze-Wert 51 des gemessenen Sensorsignals 43 im Vergleich zu einem erwarteten Spitze-Spitze-Wert 50 des erwarteten Sensorsignals 42. Die Spitze-Spitze-Werte 50, 51 sind als Pfeile dargestellt sind. Aus dem gemessenen Spitze-Spitze-Wert 51 und dem erwarteten Spitze-Spitze-Wert 50 beziehungsweise aus der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen dem gemessenen Spitze-Spitze-Wert 51 und dem erwarteten Spitze-Spitze-Wert 50 wird eine erste Kennzahl zur Bestimmung des Dynamikmusters des Abgassensors gebildet.
3 zeigt in einem zweiten Diagramm 31 den Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 bei einem Abgassensor mit einer asymmetrisch verlängerten Zeitkonstante. Die Zeitkonstante ist dabei für eine Lambda-Änderung von mager nach fett verlängert. Charakteristisch für eine asymmetrisch verlängerte Zeitkonstante von mager nach fett ist eine im Vergleich zur steigenden Flanke des gemessenen Sensorsignals 43 verlängerte fallende Flanke. Die Länge der fallenden Flanke 53 und die Länge der steigenden Flanke 52 sind für das gemessene Sensorsignal 43 durch Pfeile dargestellt.
Entsprechend dazu zeigt 4 in einem dritten Diagramm 32 den Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 bei einem Abgassensor mit einer asymmetrisch verlängerten Zeitkonstante bei einer Gemischänderung von fett nach mager. Charakteristisch hierfür ist eine im Vergleich zur fallenden Flanke des gemessenen Sensorsignals 43 verlängerte steigende Flanke. Auch hier sind die Länge der fallenden Flanke 53 und die Länge der steigenden Flanke 52 für das gemessene Sensorsignal 43 durch Pfeile dargestellt.
Aus der Länge der steigenden Flanken 52 und der Länge der fallenden Flanken 53 oder der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen der steigenden Flanke 52 und der fallenden Flanke 53 des gemessenen Sensorsignals wird eine zweite Kennzahl zur Bestimmung des Dynamikmusters des Abgassensors gebildet. Dabei ermöglicht die zweite Kennzahl die Unterscheidung zwischen einer verlängerten Zeitkonstante von fett nach mager und einer verlängerten Zeitkonstante von mager nach fett.
In 5 ist in einem vierten Diagramm 33 der zeitliche Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 bei einer symmetrisch verlängerten Totzeit des Abgassensors dargestellt. Die Kurvenverläufe des erwarteten Sensorsignals 42 und des gemessenen Sensorsignals 43 sind gleich und lediglich zeitlich verschoben. Eine symmetrische Totzeit bildet kein eigenes Charakteristikum in dem gemessenen Kurvenverlauf; Charakteristisch für diese Form der Dynamikverringerung ist die Abwesenheit der Charakteristika der anderen Dynamikmuster.
6 zeigt in einem fünften Diagramm 34 den zeitlichen Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 bei einer symmetrisch verlängerten Totzeit mit Haltezeit. Charakteristisch für dieses Dynamikmuster sind die große Breite des Maximums 54 und die große Breite des Minimums 55, wie sie durch die eingezeichneten Pfeile markiert sind. Ausgewertet werden bevorzugt die minimalen Breiten aller Maxima und Minima über einen Betriebszyklus der Brennkraftmaschine.
Entsprechend 6 zeigen die 7 in einem sechsten Diagramm 35 und die 8 in einem siebten Diagramm 36 den zeitlichen Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 bei einer asymmetrisch verlängerten Totzeit. Dabei ist im sechsten Diagramm 35 der Fall einer asymmetrischen Totzeit, welche bei einer Lambda-Änderung von mager nach fett wirkt und im siebten Diagramm 36 der Fall einer asymmetrischen Totzeit, welche bei einer Lambda-Änderung von fett nach mager wirkt, gezeigt. Charakteristisch für das Dynamikmuster einer asymmetrischen Totzeit ist, dass sich die Breite des Maximums 54 deutlich von der Breite des Minimums 55 unterscheidet. Ob die Totzeit von fett nach mager oder von mager nach fett wirkt wird daraus abgeleitet, ob die Breite des Maximums 54 oder die Breite des Minimums 55 größer beziehungsweise kleiner ist.
Aus der Breite eines Maximums 54 und der Breite eines Minimums 55 oder aus der minimalen Breite eines Maximums 54 und der minimalen Breite eines Minimums 55 während eines konstanten Betriebszyklus der Brennkraftmaschine oder aus der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen der minimalen Breite eines Maximums 54 und der minimalen Breite eines Minimums 55 des gemessenen Sensorsignals wird eine dritte Kennzahl zur Bestimmung des Dynamikmusters des Abgassensors bestimmt.
9 zeigt in einem achten Diagramm 37 das Vorgehen zur Erkennung der Maxima und der Minima von einem gemessenen Sensorsignal 43. Das gemessene Sensorsignal 43 ist als Kehrwert von Lambda gegenüber einer 1/λ-Achse 44 und gegenüber einer Zeitachse 43 aufgetragen. Vorgegebene Schwellwerte 49.1, 49.2, 49.3 sind als Pfeile dargestellt.
Ein maximaler Wert im Kurvenverlauf wird als Maximum erkannt, wenn das gemessene Sensorsignal 43 den maximalen Wert um den vorgegebnen Schwellwert 49.1, 49.3 unterschreitet. Entsprechend wird ein minimaler Wert in dem Kurvenverlauf als Minimum erkannt, wenn das gemessene Sensorsignal 43 den minimalen Wert um den vorgegebenen Schwellwert 49.2 überschreitet. Maxima und Minima können so bei realen gemessenen Sensorsignalen 43 eindeutig erkannt werden, beispielsweise zur Bestimmung des gemessenen Spitze-Spitze-Wertes 51.
10 zeigt das Vorgehen zur Erkennung der Länge der steigenden Flanke 52 und der Länge der fallenden Flanke 53 des gemessenen Sensorsignals 43. Dazu sind in einem neunten Diagramm 38 das gemessene Sensorsignal 43 als Kehrwert von Lambda und die zeitliche Ableitung 46 des gemessenen Sensorsignals 43 gegenüber einer kombinierten Achse 45 (1/λ und Ableitung 1/λ) und gegenüber der Zeitachse 41 aufgetragen. Die kombinierte Achse 45 entspricht im oberen Teil einer 1/λ-Einteilung und im unteren Teil der zeitlichen Ableitung von 1/λ mit einem Wert von Null im Schnittpunkt mit der Zeitachse 41. Oberhalb der Zeitachse 41 ist eine positive Schwelle 47 und unterhalb der Zeitachse 41 ist eine negative Schwelle 48 für die zeitliche Ableitung markiert. Die Länge der fallenden Flanke 53 ist durch einen Pfeil markiert und entspricht dem Zeitraum, in dem die zeitliche Ableitung 46 die negative Schwelle 48 unterschreitet. Die Länge der steigenden Flanke 52 ist ebenfalls durch einen Pfeil markiert und entspricht dem Zeitraum, in dem die zeitliche Ableitung 46 die positive Schwelle 49 überschreitet. Die Länge der steigenden Flanke 52 und die Länge der fallenden Flanke 53 können so aus dem gemessenen Sensorsignal 43 ermittelt und für die Bestimmung der zweiten Kenngröße verwendet werden. Ebenfalls durch Pfeile markiert sind der Hub einer fallenden Flanke 56 und der Hub einer steigenden Flanke 57 des gemessenen Sensorsignals 43. Bei dem Vergleich der Länge der steigenden Flanke 52 und der Länge der fallenden Flanke 53 zur Bestimmung der zweiten Kenngröße muss der Hub der fallenden Flanke 56 und der Hub der steigenden Flanke 57 im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz gleich sein, um einen Einfluss einer tatsächlichen Tendenz in der Abgaszusammensetzung auf die Bestimmung des Dynamikmusters der Abgassonde zu vermeiden.
11 zeigt in einem zehnten Diagramm 39 das Vorgehen zur Bestimmung der Breite eines Maximums 54. Die Bestimmung der Breite eines Minimums 55 erfolgt sinngemäß.
Gleiche Elemente der Darstellung sind mit den zu 10 bereits eingeführten Bezeichnern versehen. Die Breite des Maximums 54 ist durch einen Pfeil markiert. Sie wird als der Zeitraum bestimmt, in dem die zeitliche Ableitung 46 des gemessenen Sensorsignals 43 zwischen der positiven Schwelle 47 und der negativen Schwelle 48 liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Breite des Maximums 54 zwischen dem Zeitpunkt, in dem die zeitliche Ableitung 46 die positive Schwelle 47 unterschreitet, und dem Zeitpunkt, in dem das Maximum erkannt wird, bestimmt werden. Dabei wird das Maximum, wie zu 9 beschrieben, dann erkannt, wenn ein maximaler Wert im Kurvenverlauf des gemessenen Sensorsignals 43 um den vorgegebnen Schwellwert 49.1, 49.3 unterschritten wird. Fällt die zeitliche Ableitung 46 unter die positive Schwelle 47 und steigt dann im zeitliche Verlauf wieder über die positive Schwelle 47, bevor ein Maximum des gemessenen Sensorsignals 43 erkannt wurde, so wird der Zeitraum, in dem sich die zeitliche Ableitung zwischen der positiven Schwelle 47 und der negativen Schwelle 48 befindet, nicht als Breite des Maximums 54 gewertet.
Aus den drei Kenngrößen, welche nach den beschriebenen Verfahren aus dem Verlauf des gemessenen Sensorsignals 43 beziehungsweise aus einem Vergleich des gemessenen Sensorsignals 43 und des erwarteten Sensorsignals 42 bei einem schwingenden Regelkreis 20 der Gemischregelung gewonnen werden, kann eindeutig auf das Dynamikmuster des Abgassensors, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Breitband-Lambdasonde 25, geschossen werden.
So wird auf eine verlängerte symmetrische Zeitkonstante des Abgassensors geschlossen, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums 54 und die minimale Breite des Minimums 55 des gemessenen Sensorsignals 43 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken 52 und die Längen der fallenden Flanken 53 des gemessenen Sensorsignals 43 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der ersten Kenngröße der Spitze-Spitze-Wert 51 des gemessenen Sensorsignals 43 um einen vorgegebenen Wert kleiner ist als der Spitze-Spitze-Wert 50 des erwarteten Sensorsignals 42.
Auf eine symmetrische Totzeit des Abgassensors wird geschlossen, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums 54 und die minimale Breite des Minimums 55 des gemessenen Sensorsignals 43 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken 52 und die Längen der fallenden Flanken 53 des gemessenen Sensorsignals 43 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der ersten Kenngröße der Spitze-Spitze-Wert 51 des gemessenen Sensorsignals 43 und der Spitze-Spitze-Wert 50 des erwarteten Sensorsignals 42 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind.
Eine symmetrische Totzeit mit einer Haltezeit des Abgassensors wird erkannt, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums 54 und die minimale Breite des Minimums 55 des gemessenen Sensorsignals 43 größer als ein vorgegebener Wert sind.
Eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors wird als Dynamikmuster bestimmt, wenn sich nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums 54 und die minimale Breite des Minimums 55 des gemessenen Sensorsignals 43 mehr als um einen vorgegebener Wert unterscheiden.
Entsprechend wird als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors geschlossen, wenn sich nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken 52 und die Längen der fallenden Flanken 53 des gemessenen Sensorsignals 43 um mehr als einen vorgegebener Wert unterscheiden.
Zur Diagnose der Dynamik der Abgassonde und zur Adaption der Regelparameter der Gemischregelung auf eine veränderte Dynamik der Abgassonde wird zunächst überprüft, ob der Regelkreis 20 der Gemischregelung schwingt. Anschließend wird das Dynamikmuster aus dem Schwingungsverlauf bestimmt. In einem nächsten Schritt werden die Regelparameter der Gemischregelung durch an das Dynamikmuster angepasste Adaptionsschritte adaptiert. Dieser Ablauf wird so lange wiederholt, bis der Regelkreis 20 der Gemischregelung nicht mehr schwingt.
An Hand der zur Vermeidung der Schwingung der Gemischregelung notwendigen Adaptionsschritte und des erkannten Dynamikmusters wird die Dynamik der Abgassonde diagnostiziert. Dabei wird auf eine fehlerhafte Abgassonde geschlossen, wenn die Schwingung des Regelkreises 20 der Gemischregelung nach einer vorgegebenen Anzahl an Adaptionsschritten nicht unterbunden werden kann.
Zur Überprüfung, ob der Regelkreis 20 der Gemischregelung schwingt, wird zunächst ein Verfahren zur Erkennung von Halbwellen eingesetzt. Dazu wird in einem ersten Schritt ein zeitliches Integral über den Betrag der Regeldifferenz gebildet. Bei jedem Vorzeichenwechsel der Regeldifferenz wird das Integral zurückgesetzt. Eine Halbwelle wird erkannt, wenn das Integral eine applizierbare Schwelle erreicht; dann wird ein Halbwellenzähler inkrementiert. Das zeitliche Intergral zur Bestimmung der nächsten Halbwelle wird nur dann gestartet, wenn sich das Vorzeichen der Regeldifferenz im Vergleich zur vorangegangen Halbwelle umkehrt. Eine Reglerschwingung wird erkannt, wenn der Halbwellenzähler eine vorgegebne Anzahl an Halbwellen erfasst hat. Dabei wird der Halbwellenzähler auf null zurückgesetzt, wenn für eine vorgegebene Zeit keine Halbwelle erkannt wurde oder wenn die Regeldifferenz für eine vorgegebene Zeit in einem ebenfalls vorgegebenen Bereich um null bleibt (Stabilitätskriterium).
Die Adaption der Regelparameter der Gemischregelung erfolgt in Abhängigkeit von dem erkannten Dynamikmuster der Abgassonde.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt bei Vorliegen einer symmetrischen Zeitkonstante der Adaptionsschritt, indem die Streckenzeitkonstante, die in den für die Lambdaregelung (Gemischregelung) relevanten, in der Motorelektronik 24 implementierten Streckenmodellen verwendet wird, um einen Betrag heraufgesetzt wird und/oder indem die Dynamik der Lambdaregelung an eine Zeitkonstante angepasst wird, die um einen Betrag größer als die zuvor angenommene Zeitkonstante ist.
Bei Erkennung einer symmetrischen Totzeit erfolgt der Adaptionsschritt, indem die Streckentotzeit, die in den für die Lambdaregelung relevanten, in der Motorelektronik 24 implementierten Streckenmodellen verwendet wird, um einen Betrag heraufgesetzt wird und/oder indem die Dynamik der Lambdaregelung an eine Totzeit angepasst wird, die um einen Betrag größer als die zuvor angenommene Totzeit ist.
Bei Erkennung einer asymmetrischen Zeitkonstante oder einer asymmetrischen Totzeit erfolgt ein Adaptionsschritt wie im symmetrischen Fall. Zusätzlich erfolgt eine Symmetrisierung des Sensorsignals. Dazu wird in der Auswertung des Lambdasignals eine künstliche Zeitkonstante beziehungsweise Totzeit in der Gegenrichtung zur erkannten Zeitkonstante beziehungsweise Totzeit angewendet, um das resultierende Signal symmetrisch zu machen.
Aus der Symmetrisierung ergeben sich im Wesentlichen zwei Vorteile. Zum einen entspricht die symmetrisierte Dynamik dem adaptierten Streckenmodell, das in den Steuergeräte-Funktionen speziell der Lambda-Vorsteuerung verwendet wird. Es ist günstig, wenn das Lambda-Modell der Vorsteuerung der Realität entspricht, da dann bei Lambda-Sollwert-Wechseln kein systematischer Reglereingriff stattfindet. Zum anderen erzeugen symmetrische Dynamikmuster weniger schädliche Abgase, da der mittlere Lambdawert nicht verschoben wird.
Der Betrag des Adaptionsschrittes kann ein für jedes Dynamikmuster fest vorgegebener Wert sein. Alternativ kann er von der Anzahl der bereits durchgeführten Adaptionsschritte oder von den für die Bestimmung der Dynamikmuster gebildeten Kenngrößen abhängen. So kann der Adaptionsschritt umso größer gewählt werden, je größer die nominale Streckenzeitkonstante ist, bei der die Reglerschwingung erstmals auftritt. Bei einer symmetrischen Zeitkonstanten kann der Adaptionsschritt umso größer vorgesehen werden, je kleiner das Verhältnis von dem gemessenen Spitze-Spitze-Wert 51 zu dem erwarteten Spitze-Spitze-Wert 50 ist. Im Falle einer asymmetrischen Zeitkonstante kann der Adaptionsschritt umso größer gewählt werden, je größer die relative Differenz zwischen der Länge der fallende Flanke 53 und der Länge der steigenden Flanke 52 ist. Bei einer asymmetrischen Zeitkonstante ist der Adaptionsschritt umso größer zu wählen, je größer die Differenz zwischen den minimalen Breiten des Maximums 54 und den minimalen Breiten des Minimums 55 ist. Bei einer symmetrischen Zeitkonstante ist ein umso größerer Adaptionsschritt vorzusehen, je größer die minimale Breite aller Maxima und Minima ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008042549 A1 [0004, 0012]
DE 102006041477 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Überwachung der Dynamik eines Abgassensors im Abgas einer Brennkraftmaschine (1), wobei der Abgassensor als Sensorsignal einen Ist-Wert in einem Regelkreis (20) einer Gemischregelung der Brennkraftmaschine (1) bereitstellt und wobei Dynamikverluste des Abgassensors mit verschiedenen Dynamikmustern zu Schwingungen der Gemischregelung mit verschiedenen Kurvenverläufen führen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer schwingenden Gemischregelung durch Vergleich des gemessenen Sensorsignals (43) des Abgassensors mit einem erwarteten Sensorsignal (42) oder aus der zeitlichen Ableitung (46) des gemessenen Sensorsignals (43) Kenngrößen zur Bestimmung des Dynamikmusters des Abgassensors bestimmt werden und dass in Abhängigkeit von dem aus den Kenngrößen bestimmten Dynamikmuster Regelparameter der Gemischregelung adaptiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kenngröße aus dem Spitze-Spitze-Wert (50, 51) des gemessenen Sensorsignals (43) und des erwarteten Sensorsignals (42) oder aus der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen dem Spitze-Spitze-Wert (50, 51) des gemessenen Sensorsignals (43) und des erwarteten Sensorsignals (42) bestimmt wird oder dass eine zweite Kenngröße aus der Länge zumindest einer steigenden Flanken (52) und zumindest einer fallenden Flanken (53) oder der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen der steigenden Flanke und der fallenden Flanke des gemessenen Sensorsignals (43) bestimmt wird oder dass eine dritte Kenngröße aus der Breite eines Maximums (54) und der Breite eines Minimums (55) oder der minimalen Breite eines Maximums (54) und der minimalen Breite eines Minimums (55) während eines konstanten Betriebszyklus der Brennkraftmaschine (1) oder aus der Differenz oder der relativen Differenz oder dem Verhältnis zwischen der minimalen Breite eines Maximums (54) und der minimalen Breite eines Minimums (55) des gemessenen Sensorsignals (43) bestimmt wird, jeweils für sich betrachtet oder in Kombination der Bestimmungen der Kenngrößen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kenngröße bestimmt wird, wenn die Hübe (56, 57) der Schwingung über die steigende Flanke und über die fallende Flanke innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der zweiten Kenngröße jeweils die Längen der steigenden Flanken (52) und der fallenden Flanken (53) über eine vorgegebene Anzahl an Schwingungsperioden summiert werden oder dass jeweils ein Mittelwert über die Längen der steigenden Flanken (52) und der fallenden Flanken (53) über eine vorgegebene Anzahl an Schwingungsperioden gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, • dass als Dynamikmuster auf eine verlängerte symmetrische Zeitkonstante des Abgassensors geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums (54) und die minimale Breite des Minimums (55) des gemessenen Sensorsignals (43) innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken (52) und der fallenden Flanken (53) des gemessenen Sensorsignals (43) innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der ersten Kenngröße der Spitze-Spitze-Wert (51) des gemessenen Sensorsignals (43) um einen vorgegebenen Wert kleiner ist als der Spitze-Spitze-Wert (50) des erwarteten Sensorsignals (42), • dass als Dynamikmuster auf eine symmetrische Totzeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums (54) und die minimale Breite des Minimums (55) des gemessenen Sensorsignals (43) innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken (52) und der fallenden Flanken (53) des gemessenen Sensorsignals (43) innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind und wenn nach der ersten Kenngröße der Spitze-Spitze-Wert (51) des gemessenen Sensorsignals (43) und der Spitze-Spitze-Wert (50) des erwarteten Sensorsignals (42) innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich sind, • dass als Dynamikmuster auf eine symmetrische Totzeit mit einer Haltezeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums (54) und die minimale Breite des Minimums (55) des gemessenen Sensorsignals (43) größer als ein vorgegebener Wert sind, • dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn sich nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums (54) und die minimale Breite des Minimums (55) des gemessenen Sensorsignals (43) mehr als um einen vorgegebener Wert unterscheiden, • und dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors geschlossen wird, wenn sich nach der zweiten Kenngröße die Längen der steigenden Flanken (52) und der fallenden Flanken (53) des gemessenen Sensorsignals (43) um mehr als einen vorgegebener Wert unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors mit einer verlängerten Zeitkonstante bei einer Gemischänderung von fett nach mager geschlossen wird, wenn nach der zweiten Kenngröße die steigende Flanke des gemessenen Sensorsignals (43) mehr als um einen vorgegebene Wert länger ist als die fallende Flanke und dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Zeitkonstante des Abgassensors mit einer verlängerten Zeitkonstante bei einer Gemischänderung von mager nach fett geschlossen wird, wenn nach der zweiten Kenngröße die fallende Flanke des gemessenen Sensorsignals (43) mehr als um einen vorgegebene Wert länger ist als die steigende Flanke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors mit einer verlängerten Totzeit bei einer Gemischänderung von fett nach mager geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Minimums (55) des gemessenen Sensorsignals (43) mehr als ein vorgegebener Wert größer ist als die minimale Breite des Maximums (54) und dass als Dynamikmuster auf eine asymmetrische Totzeit des Abgassensors mit einer verlängerten Totzeit bei einer Gemischänderung von mager nach fett geschlossen wird, wenn nach der dritten Kenngröße die minimale Breite des Maximums (54) des gemessenen Sensorsignals (43) mehr als ein vorgegebener Wert größer ist als die minimale Breite des Minimums (55).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Adaption der Regelparameter der Gemischregelung bei einer erkannten verlängerten Totzeit des Abgassensors die angenommene Streckentotzeit erhöht wird und/oder die Reglerdynamik auf eine verlängerte Streckentotzeit angepasst wird und dass bei einer erkannten verlängerten Zeitkonstante des Abgassensors die angenommene Streckenzeitkonstante erhöht wird und/oder die Reglerdynamik auf eine verlängerte Streckenzeitkonstante angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Regelparameter iterativ um für die jeweiligen Regelparameter vorgegebene Adaptionsbeträge so lange erfolgt, bis keine Schwingung der Gemischregelung mehr auftritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionsbeträge fest vorgegeben werden oder dass die Adaptionsbeträge in Abhängigkeit von zumindest einer ermittelten Kenngröße und/oder in Abhängigkeit der bereits durchgeführten Adaptionsschritte vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer asymmetrischen Totzeit oder bei einer asymmetrischen Zeitkonstanten des Abgassensors das Sensorsignal symmetrisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung der Dynamik des Abgassensors aus dem benötigten Adaptionsbetrag zur Unterdrückung der Schwingung der Gemischregelung erfolgt und/oder dass auf einen fehlerhaften Abgassensor geschlossen wird, wenn nach einer vorgegebenen Anzahl an Adaptionsschritten die Gemischregelung weiterhin schwingt.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Bestimmung der Dynamik einer Lambdasonde.