DE102012212588A1

DE102012212588A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Abgassensors

Info

Publication number: DE102012212588A1
Application number: DE201210212588
Authority: DE
Inventors: Tobias Hees; Andreas Eckert; Bernhard Kamp; Uwe Boehringer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-01-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Abgassensors in einem Abgaskanal, wobei der Abgassensor zumindest ein Heizelement aufweist, wobei eine einen Abgasstrom kennzeichnende Größe A in dem Abgaskanal bestimmt wird und wobei eine eine Heizleistung oder eine Temperatur des Heizelements kennzeichnende Größe H bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine erste zeitliche Steigung dA/dt der den Abgasstrom kennzeichnenden Größe A bestimmt wird, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen positiven oder Unterschreiten einer negativen Schwelle der ersten zeitlichen Steigung dA/dt die erste zeitliche Steigung dA/dt integriert wird, dass eine zweite zeitliche Steigung dH/dt der die Heizleistung kennzeichnenden Größe H gebildet wird, dass die zweite zeitliche Steigung dH/dt in Zeitabschnitten integriert oder gemittelt wird, in denen die erste zeitliche Steigung dA/dt die vorgegebenen Schwelle über- oder unterschreitet, dass das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt mit einem vorgegebenen ersten Grenzwert verglichen wird und dass, wenn das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt größer ist als der erste vorgegebene Grenzwert, das Integral oder der Mittelwert der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt mit einem vorgegebenen zweiten Grenzwert verglichen wird und aus diesem Vergleich die Funktionsfähigkeit des Abgassensors bewertet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung kann eine Diagnose der Funktionsfähigkeit des Abgassensor sowie seines korrekten Einbaus erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Abgassensors in einem Abgaskanal, wobei der Abgassensor zumindest ein Heizelement aufweist, wobei eine einen Abgasstrom kennzeichnende Größe A in dem Abgaskanal bestimmt wird und wobei eine eine Heizleistung oder eine Temperatur des Heizelements kennzeichnende Größe H bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Abgassensors in einem Abgaskanal, wobei der Abgassensor zumindest ein Heizelement aufweist und der Abgassensor mit einer Steuerung einer Brennkraftmaschine oder einer Sensorsteuereinheit in Verbindung steht und die Steuerung oder die Sensorsteuereinheit eine Einrichtung zur Diagnose des Abgassensors aufweist.
Stand der Technik
Gesetzliche Regelungen schreiben die Überwachung der Zusammensetzung des Abgases von Brennkraftmaschinen auf Einhaltung von Grenzwerten vor. Dazu werden im Abgas mittels geregelter Dreiwege-Katalysatoren unerwünschte Stoffe wie Stickoxide und Kohlenmonoxid in als unkritisch anzusehende Stoffe wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff umgewandelt. Diese Umwandlung setzt voraus, dass das der Brennkaftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem bestimmten Zusammensetzungsbereich um eine stöchiometrische Zusammensetzung liegt. Diese Zusammensetzung wird mit dem Parameter Lambda = 1 bezeichnet. Die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs wird mit im Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehenen Abgassensoren, beispielhaft in Form von Breitband-Lambdasonden, überwacht, die den Sauerstoff-Partialdruck bestimmen. Bei Dieselmotoren können ebenfalls Lambdasonden in Form von Breitband-Lambdasonden eingesetzt werden. Weiterhin sind in Verbindung mit SCR-Katalysatoren (SCR: Selective Catalytic Reduction) zur Umsetzung von Stickoxiden mittels Harnstoff in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser NO_x-Sensoren vorgesehen. NO_x-Sensoren liefern zusätzlich ein Sauerstoff-Signal.
Partikelsensoren werden heute beispielhaft zur Überwachung des Rußausstoßes von Brennkraftmaschinen und zur On Bord Diagnose (OBD), beispielsweise zur Funktionsüberwachung von Partikelfiltern, eingesetzt. Dabei sind sammelnde, resistive Partikelsensoren (Partikelmassensensoren bzw. PM-Sensoren) bekannt, die eine Änderung der elektrischen Eigenschaften einer interdigitalen Elektrodenstruktur aufgrund von Partikelanlagerungen auswerten. Es können zwei oder mehrere Elektroden vorgesehen sein, die bevorzugt kammartig ineinander greifen. Durch eine steigende Anzahl an dem Partikelsensor angelagerter Partikel werden die Elektroden durch die Partikel überbrückt, was sich in einem mit steigender Partikelanlagerung abnehmenden elektrischen Widerstand, einer abnehmenden Impedanz oder in einer Veränderung einer mit dem Widerstand oder der Impedanz zusammen hängenden Kenngröße wie einer Spannung und/oder einem Strom auswirkt. Zur Auswertung wird im Allgemeinen ein Schwellwert, beispielhaft eines Messstroms zwischen den Elektroden, festgelegt und die Zeit bis zur Erreichung des Schwellwertes als Maß für die angelagerte Partikelmenge verwendet. Alternativ kann auch eine Signal-Änderungsgeschwindigkeit während der Partikelanlagerung ausgewertet werden. Ist der Partikelsensor voll beladen, werden die angelagerten Partikel in einer Regenerationsphase mit Hilfe eines in dem Partikelsensor integrierten Heizelements verbrannt.
Ein solcher resistiver Partikelsensor ist in der DE 101 33 384 A1 beschrieben. Der Partikelsensor ist aus zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden aufgebaut, die zumindest teilweise von einer Fanghülse überdeckt sind. Lagern sich Partikel aus einem Gasstrom an dem Partikelsensor ab, so führt dies zu einer auswertbaren Änderung der Impedanz des Partikelsensors, aus der auf die Menge angelagerter Partikel und somit auf die Menge im Abgas mitgeführter Partikel geschlossen werden kann.
Im Rahmen der On-Board-Diagnose (OBD) zum Betrieb von Brennkraftmaschinen verlangen die OBDII-Bestimmungen, dass Lambdasonden und andere Abgassonden bezüglich ihrer elektrischen Funktionstüchtigkeit als auch bezüglich Veränderungen im Abgasstrang, wie ein Entfernen eines solchen Sensors, überwacht werden. Da bei einem Einsatz zur On-Board-Diagnose der Partikelsensor nach einem Partikelfilter stromabwärts im Abgasstrom angeordnet ist, sollten sich bei einem voll funktionsfähigen Partikelfilter an der Stelle, an der der Partikelsensor angeordnet ist, keine Partikel, insbesondere keine Rußpartikel, mehr im Abgas befinden, die ein Sensorsignal liefern könnten. Dass kein Signal von einem Sensor geliefert wird, kann allerdings auch bedeuten, dass der Partikelsensor defekt ist und somit ein möglicherweise ebenfalls defekter Partikelfilter nicht als defekt erkannt wird. Zudem kann eine Versottung des Schutzrohrs zu einer fehlerhaften Interpretation der Signale führen.
Zur Eigendiagnose ist beispielsweise in einer weiteren Anmeldung der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen R.318399 vorgesehen, dass der Partikelsensor eine zusätzliche flächige Prüfelektrode aufweist, und in mehreren Verfahrensschritten zwischen den Messelektroden und der Prüfelektrode verschiedene Prüfspannungen angelegt und jeweils ein Strom bzw. eine Kapazität gemessen und anhand der ermittelten Werte auf eine ordnungsgemäße Funktion des Partikelsensors geschlossen wird.
Die DE 10 2010 027 975 A1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Abgassonde, wobei die Abgassonde mindestens ein Heizelement aufweist. Erfindungsgemäß wird mittels eines Rechenprogramms aus Randbedingungen für den Gasstrom oder aus gemessenen Parametern für den Gasstrom eine modellierte Heizleistung P_H oder ein Wert, der für die modellierte Heizleistung P_H steht, für das Heizelement bestimmt und mit einer gemessenen Heizleistung oder mit einem Wert, der für die gemessene Heizleistung P_H steht, verglichen. Bei einer Abweichung, die eine bestimmte Toleranzgrenze überschreitet, wird ein Defekt der Abgassonde abgeleitet oder es wird auf eine fehlerhafte Bedingung in einem Abgasstrang, in dem die Abgassonde verbaut ist, geschlossen. Die DE 10 2010 027 975 A1 beschreibt weiterhin eine zugehörige Anordnung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine verbesserten Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Abgassonde, insbesondere eines Partikelsensors, sowie eine Diagnose einer möglichen Manipulation im Abgasstrang, ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird gelöst, indem eine erste zeitliche Steigung dA/dt der den Abgasstrom kennzeichnenden Größe A bestimmt wird, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen positiven oder Unterschreiten einer negativen Schwelle der ersten zeitlichen Steigung dA/dt die erste zeitliche Steigung dA/dt integriert wird, dass eine zweite zeitliche Steigung dH/dt der die Heizleistung kennzeichnenden Größe H gebildet wird, dass die zweite zeitliche Steigung dH/dt in Zeitabschnitten integriert oder gemittelt wird, in denen die erste zeitliche Steigung dA/dt die vorgegebenen Schwelle über- oder unterschreitet, dass das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt mit einem vorgegebenen ersten Grenzwert verglichen wird und dass, wenn das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt größer ist als der erste vorgegebene Grenzwert, das Integral oder der Mittelwert der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt mit einem vorgegebenen zweiten Grenzwert verglichen wird und aus diesem Vergleich die Funktionsfähigkeit des Abgassensors bewertet wird. Die zeitliche Steigung kann dabei durch Differenzierung des betrachteten Signals oder durch eine Differenzbildung des Signalwerts zu zwei Zeitpunkten erfolgen. Die Integration der Signale kann auch durch eine Summation von Signalwerten erfolgen. Der Vergleich des Integrals der ersten zeitlichen Steigung dA/dt mit einem vorgegebenen ersten Grenzwert dient der Bewertung, ob in dem Meßzyklus ausreichend Messwerte für einen Entscheid über die Funktionsfähigkeit gesammelt wurden. Liegen ausreichend Messwerte vor, wird aus dem Integral oder Mittelwert, die aus der die Heizleistung kennzeichnenden Größe H gebildet wurden, durch Vergleich mit einem vorgegebenen zweiten Grenzwert bewertet, inwiefern die Funktionsfähigkeit gegeben ist. Wird der zweite Grenzwert überschritten, wird von einem funktionsfähigen Abgassensor und davon ausgegangen, dass keine unzulässigen Manipulationen am Abgasstrang vorgenommen wurden, in dem der Abgassensor verbaut ist.
Es kann in einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass, wenn das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt den vorgegebenen ersten Grenzwert überschritten hat, die Messung fortgeführt wird und die die Heizleistung kennzeichnenden Größe H mit einer Schwellwertkennlinie H(A) verglichen wird. Der Auswertezeitpunkt wird beispielhaft bei Ende der Schutzheizphase des Abgassensors erreicht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als den Abgasstrom kennzeichnende Größe ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Gasgeschwindigkeit oder eine den Abgasstrom kennzeichnende modellierte Größe verwendet wird. Größen wie der Volumenstrom des Abgases im Abgaskanal können dabei direkt bestimmt werden oder beispielhaft aus einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als die Heizleistung kennzeichnende Größe eine Heizspannung, ein Tastverhältnis der Heizspannung, ein effektiver Strom durch das Heizelement, eine Heizleistung oder eine modellierte Heizleistung verwendet wird. Die Heizspannung kann dabei als Betrag einer Gleichspannung oder als effektive Spannung an dem Heizelement des Abgassensors definiert sein. Die Heizleistung kann aufgrund des bekannten elektrischen Widerstands des Heizelements auch über den effektiven Strom durch das Heizelement bestimmt werden.
Bei einer bekannten Abgastemperatur und/oder einer konstanten Heizleistung kann eine Temperatur des Abgassensors oder eine dessen Temperatur kennzeichnende Größe zur Bewertung verwendet werden. Vorteilhaft wird als die Temperatur des Abgassensors kennzeichnende Größe der elektrische Widerstand der Heizeinrichtung des Abgassensors verwendet, da hierzu keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind und diese Lösung somit besonders kostengünstig ausführbar ist. Üblicherweise ist die Beheizung als im Siebdruckverfahren aufgebrachte platinhaltige Dünnschichtheizung ausgeführt, die einen für eine Temperaturbestimmung ausreichenden Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands aufweist.
Die zur Erreichung einer vorgegebenen Temperatur der Abgassonde erforderliche Heizleistung ist insbesondere abhängig von der Abgastemperatur. Daher ist es vorteilhaft, dass die erste zeitliche Steigung dA/dt und/oder die zweite zeitliche Steigung dH/dt vor der Integration mit der Temperatur des Abgasstroms oder einer von der Temperatur abgeleiteten Größe korrigiert wird. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, das Steigungssignals des Abgasvolumenstroms mit einer von der Abgastemperatur abhängigen Größe zu korrigieren. Weiterhin können zusätzlich zu der Temperaturkompensation auch andere Korrekturen und Kompensationen vorteilhaft sein.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Betrag der ersten zeitlichen Steigung dA/dt integriert wird und/oder dass der Betrag der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt integriert wird und/oder dass die zweite zeitliche Steigung dH/dt vor der Integration mit dem Vorzeichen der ersten zeitlichen Steigung dA/dt multipliziert wird. Durch die Bestimmung des Vorzeichens („signum“) der ersten zeitlichen Steigung und entsprechende Vorzeichenumkehr der zweiten zeitlichen Steigung mitteln sich zufällige Störungen des die Heizleistung kennzeichnenden Signals heraus, so dass das Verfahren zuverlässiger wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, die kennzeichnenden Signale zum Abgasstrom und zur Heizleistung vor der Differenzierung mit einem Tiefpassfilter zu filtern.
In besonders einfach umzusetzenden Varianten des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste zeitliche Steigung dA/dt und/oder die zweite zeitliche Steigung dH/dt durch Differenzbildung der Werte von H und/oder A an jeweils zwei Zeitpunkten bestimmt wird und/oder dass die Integration der ersten zeitlichen Steigung dA/dt und/oder der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt durch Bildung einer Summe erfolgt. Die Zeitpunkte zur Bildung der Steigung können dabei in einem festen Zeitraster oder ereignisgesteuert bestimmt werden. In vielen Fällen ist eine Summenbildung in einem Programmablauf einfacher umzusetzen und beansprucht weniger Rechenkapazität als eine Integration. Bei Verwirklichung in einer Schaltungsanordnung ist dagegen eine Integration vergleichsweise einfach umzusetzen.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuerung oder die Sensorsteuereinheit Erfassungsmittel und eine Schaltung oder einen Programmablauf enthält, die zur Bestimmung einer einen Abgasstrom im Abgaskanal und einer eine Heizleistung oder eine Temperatur am Heizelement kennzeichnende Größe sowie zur Bildung der zeitlichen Steigung dieser Größen und zu einer Integration der Steigungen eingerichtet sind und dass die Einrichtung zur Diagnose für einen Vergleich der zeitlichen Steigung der den Abgasstrom kennzeichnenden Größe mit vorgegebenen positiven und negativen Schwellwerten sowie für eine Freigabe der Integration der Steigungen aufgrund des Vergleichs eingerichtet ist. Die Freigabe der Integration und deren Anhalten, was einer Fortführung mit einem Eingangswert „Null“ entspricht, dient dabei der Bestimmung einer ausreichenden Anzahl zuverlässiger Messwerte zur zeitlichen Schwankung der an dem Abgassensor im Betrieb erforderlichen Heizleistung. Bei einem Abgassensor, der aus dem Abgaskanal entfernt wurde oder bei dem die Umströmung mit Abgas vermindert ist, schwankt die Heizleistung dagegen nur gering. Dies ist ein Indikator für einen Fehler.
Eine besonders einfach umzusetzende und gleichzeitig betriebssichere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Einrichtung zur Diagnose zur Bildung eines Vergleichs der Integrale mit zwei vorgegebenen Grenzwerten und zur Bestätigung der Funktionsfähigkeit des Abgassensors bei Erreichung beider Grenzwerte ausgebildet ist.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Abgassensor als Partikelsensor in einem Abgaskanal einer mit Dieselkraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Bei einem Partikelsensor führt ein Ausbau aus dem Abgaskanal oder eine Verstopfung des den Partikelsensor umgebenden Schutzrohrs zu einer starken Verminderung der zeitlichen Schwankung der zum Betrieb erforderlichen Heizleistung. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelsensors geeignet.
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 der das Verfahren angewendet werden kann,
2 schematisch einen als Partikelsensor ausgeführten Abgassensor,
3 ein Zeitdiagramm von Abgasgeschwindigkeit und Heizspannung sowie deren Integralen,
4 ein Ablaufdiagramm zur Diagnose der Funktionsfähigkeit des Abgassensors.
1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Eine Brennkraftmaschine 10, die als Dieselmotor ausgeführt sein kann, bekommt Verbrennungsluft über eine Luftzuführung 11 zugeführt. Dabei kann die Luftmenge der Verbrennungsluft mittels eines Luftmassenmessers 12 in der Luftzuführung 11 bestimmt werden. Die Luftmenge kann bei einer Korrektur einer Anlagerungswahrscheinlichkeit von im Abgas der Brennkraftmaschine 10 vorhandenen Partikeln verwendet werden. Weiterhin dient die zugeführte Luftmenge der Bestimmung von Abgasparametern wie der Abgasmenge, des Volumenstroms oder der Geschwindigkeit. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgasstrang 17 abgeführt, in dem eine Abgasreinigungsanlage 16 angeordnet ist. Diese Abgasreinigungsanlage 16 kann als Diesel-Partikelfilter ausgeführt sein. Weiterhin sind im Abgasstrang 17 ein als Lambdasonde ausgeführter erster Abgassensor 15 und ein als Partikelsensor ausgeführter zweiter Abgassensor 20 angeordnet, deren Signale einer Steuerung 14 zugeführt werden. Die Steuerung 14 ist weiterhin mit dem Luftmassenmesser 12 verbunden und bestimmt auf Basis der ihr zugeführten Daten eine Kraftstoffmenge, die über eine Kraftstoff-Dosierung 13 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt werden kann. Desweiteren werden in der Steuerung 14 die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Abgasparameter sowie daraus abgeleitete Größen bestimmt.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung den als Partikelsensor ausgeführten zweiten Abgassensor 20. Auf Isolierträgerschichten 21, beispielhaft aus Aluminiumoxid, sind eine erste Elektrode 22 und eine zweite Elektrode 23 aufgebracht. Die Elektroden 22, 23 sind in Form zweier ineinander greifender Kammelektroden ausgeführt. An den stirnseitigen Enden der Elektroden 22, 23 sind ein erster Anschluss 24 und ein zweiter Anschluss 25 vorgesehen, über welche die Elektroden 22, 23 zur Spannungsversorgung und zur Durchführung der Messung mit einer nicht dargestellten Sensorsteuereinheit verbunden sind. In dem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 22, 23 und die oberste Isolationsträgerschicht 21, auf der sich die Elektroden 22, 23 befinden, mit einer Schutzschicht 27 überzogen. Diese optionale Schutzschicht 27 schützt die Elektroden 22, 23 bei den zumeist vorherrschenden hohen Betriebstemperaturen des Partikelsensors vor Korrosion. Sie ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit hergestellt, kann jedoch auch aus einem Isolator gefertigt sein. Zusätzlich ist im gezeigten Beispiel zwischen den Isolierträgerschichten 21 ein Heizelement 26 integriert, welches über zusätzliche Anschlüsse mit der Sensorsteuereinheit verbunden ist und zumindest zeitweise mit einer Heizspannung U_H beaufschlagt werden kann, so dass ein Heizstrom I_H fließen kann.
Zur Temperaturmessung kann einerseits das Heizelement 26 selbst oder ein im Partikelsensor separat integriertes Temperatur-Sensorelement (z.B. als Pt100-Widerstandsbahn oder als NTC- oder PTC-Keramik-Sensorelement) genutzt werden.
Wird ein solcher Partikelsensor in einem Partikel 28 führenden Gasstrom, beispielhaft in einem Abgasstrang 17 der Brennkraftmaschine 10 oder einer Feuerungsanlage, betrieben, so lagern sich Partikel 28 aus dem Gasstrom an dem Partikelsensor ab. Im Falle des Dieselmotors handelt es sich bei den Partikeln 28 um Rußpartikel. Dabei hängt die Ablagerungsrate der Partikel 28 an den Partikelsensor neben der Partikelkonzentration in dem Abgas unter anderem auch von der Spannung ab, welche an den Elektroden 22, 23 anliegt. Die Beladung mit Partikeln kann beispielhaft mittels einer Widerstands- oder Impedanz-Messung an den Elektroden 22, 23 bestimmt werden, da die Partikel 28 elektrisch leitfähig sind. Ist der Partikelsensor so weit mit einer Schicht aus Partikeln 28 belegt, dass zusätzlich angelagerte Partikel 28 zu keiner zusätzlichen Änderung des Widerstandes beziehungsweise der Impedanz des Partikelsensors führen, so wird der Partikelsensor innerhalb einer Regenerationsphase regeneriert. Dazu wird der Partikelsensor mit Hilfe des Heizelements 26 so weit aufgeheizt, dass die angelagerten Partikel 28 verbrennen.
3 zeigt in einem Zeitdiagramm 30 entlang einer dritten Zeitachse 42 und einer dritten Signalachse 33 ein Abgasgeschwindigkeitssignal 41 sowie dessen Integral, ein drittes Integralsignal 40. Erfindungsgemäß wird, sobald die Steigung des Abgasgeschwindigkeitssignals 41 eine vorgegebene positive Schwelle überschreitet oder eine vorgegebene negative Schwelle unterschreitet, die Integration des Abgasgeschwindigkeitssignals 41 zum dritten Integralsignal 40 fortgeführt, indem der Betrag des Abgasgeschwindigkeitssignals 41 gebildet wird und der Integration zugeführt wird. Liegt das Abgasgeschwindigkeitssignal 41 unterhalb der Schwellen, wird die Integration ausgesetzt und das dritte Integralsignal 40 läuft mit einem konstanten Wert weiter. Zeitlich parallel zu dem dritten Integralsignal 40 wird entlang einer ersten Signalachse 31 oder einer zweiten Signalachse 32 und entlang einer zur dritten Zeitachse 42 deckungsgleichen ersten Zeitachse 38 und zweiten Zeitachse 39 ein zweiter Heizspannungsverlauf 36 bei einem intakten Partikelsensor oder ein erster Heizspannungsverlauf 34 bei einem manipulierten Partikelsensor oder bei einem Partikelsensor mit einem verstopften Schutzrohr bestimmt.
Bei einem bestimmungsgemäß arbeitenden als Partikelsensor ausgebildeten zweiten Abgassensor 20 zeigt der zweite Heizspannungsverlauf 36 aufgrund einer zugeordneten Temperaturregelung positive und negative Schwankungen. Erfindungsgemäß wird die Steigung des zweiten Heizspannungsverlaufs 36 durch Differenzierung bestimmt. In Zeitabschnitten, in denen die Steigung des Abgasgeschwindigkeitssignals 41 die vorgegebene positive über- oder die negative Schwelle unterschreitet, wird der Betrag der Steigung des zweiten Heizspannungsverlaufs 36 integriert und man erhält ein zweites Integralsignal 37, welches einen ansteigenden Verlauf zeigt.
Ist der zweite Abgassensor 20 manipuliert, oder beispielhaft dessen Schutzrohr verstopft, ergibt sich ein Verlauf wie er in dem ersten Heizspannungsverlauf 34 dargestellt ist. Auch in diesem Fall wird das Signal zeitlich differenziert und der Betrag der zeitlichen Ableitung integriert, wenn das Kriterium betreffend der Steigung des Abgasgeschwindigkeitssignals 41 erfüllt ist. Hierdurch ergibt sich ein erstes Integralsignal 35, das einen wesentlich flacheren Verlauf als das zweite Integralsignal 37 aufweist.
Die Steigung kann in den vorgenannten Fällen durch differenzieren oder auch durch Bildung einer Differenz der Werte an zumindest zwei Zeitpunkten ermittelt werden.
Zur Bewertung der Funktion des zweiten Abgassensors 20 wird in einem ersten Schritt geprüft, ob das dritte Integralsignal 40 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird in einem zweiten Schritt geprüft, ob das erste Integralsignal 35 oder das zweite Integralsignal 37 einen zweiten vorgegeben Grenzwert überschreiten. Ist das der Fall, wird das System, wie im Fall des zweiten Integralsignals 37, als korrekt funktionierend eingestuft. Liegt, wie im Fall des ersten Integralsignals 35, dessen Wert unter dem zweiten Grenzwert, wird das System als nicht funktionstüchtig eingestuft.
4 zeigt in einem Ablaufdiagramm 50 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Abgassonde. Als Eingangsdaten werden eine Heizspannung 51, ein Abgasvolumenstrom 52 und eine Abgastemperatur 53 verwendet. Die Heizspannung 51 ist die an dem Heizelement 26 der Abgassonde anliegende Spannung, die von einem Heizungsregler aufgrund einer Temperaturmessung an der Abgassonde eingestellt wird und ist ein Maß für die der Abgassonde zur Verfügung gestellte Heizleistung. Die Signale zu Heizspannung 51, und Abgasvolumenstrom 52 werden in einem ersten Tiefpass 62 und einem zweiten Tiefpass 63 gefiltert. In einer ersten Differenzierstufe 55 und in einer zweiten Differenzierstufe 54 werden die zeitlichen Steigungen der gefilterten Signale bestimmt. In einer Betragbildung 57 wird der Betrag der Steigung des differenzierten Signals zum Abgasvolumenstrom 52 gebildet. In einer ersten Multiplizierstufe 59 wird der Einfluß der Abgastemperatur 53 auf den Abgasvolumenstrom 52 kompensiert, indem die Abgastemperatur 53 nach Linearisierung in einer Temperaturkorrektur 58 berücksichtigt wird. Das so erhaltene Signal wird in einem ersten Integrator 60 integriert und in einer ersten Ergebnisstufe 61 mit einem vorgegebenen ersten Grenzwert verglichen, um zu bewerten, ob die Signalhöhe ausreicht um eine Entscheidung über die Funktionsfähigkeit der Abgassonde zu treffen.
Das Signal zum Abgasvolumenstrom 52 wird nach der ersten Differenzierstufe 55 einer Vorzeichenstufe 56 zugeführt, in der das Vorzeichen der Steigung bestimmt wird. Das Signal zur Heizspannung 51 wird nach der zweiten Differenzierstufe 54 einer zweiten Multiplizierstufe 64 zugeführt, deren zweites Eingangssignal aus der Vorzeichenstufe 56 stammt. Dies dient der Mittelung zufälliger Störungen und verbessert die Zuverlässigkeit des Verfahrens. Das so gewonnene Signal wird einem zweiten Integrator 68 zugeführt und danach in einer vierten Ergebnisstufe 69 mit einem zweiten vorgegebenen Grenzwert verglichen um zu bewerten, ob der Abgassensor intakt und korrekt eingebaut ist.
Das Signal vor dem ersten Integrator 60 wird zusätzlich einer Entscheidungsstufe 66 zugeführt, die das korrigierte Steigungssignal des Abgasvolumenstroms 52 dahingehend bewertet ob die Steigung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird zu einer zweiten Ergebnisstufe 65 verzweigt und die Integration in dem ersten Integrator 60 und dem zweiten Integrator 68 wird wie beschrieben durchgeführt. Liegt das korrigierte Steigungssignal des Abgasvolumenstroms 52 unter dem Schwellwert wird in der Entscheidungsstufe 66 zu einer dritten Ergebnisstufe 67 verzweigt und die Integration in dem ersten Integrator 60 und dem zweiten Integrator 68 wird angehalten.
Wird in der ersten Ergebnisstufe 61 durch Vergleich mit dem vorgegebenen ersten Grenzwert festgestellt, dass das Integral ausreicht um eine Entscheidung über die Funktionsfähigkeit der Abgassonde zu treffen, wird in der vierten Ergebnisstufe 69 bewertet, ob das in dem zweiten Integrator 68 gebildete Integral den zweiten Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird der Abgassensor als funktionsfähig und korrekt eingebaut bewertet. Liegt das Integral unter dem zweiten Grenzwert, kann dies beispielhaft an einem verstopften Schutzrohr eines Partikelsensors liegen oder daran, dass dieser manipuliert wurde. In diesem Fall wird das System als nicht funktionsfähig diagnostiziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10133384 A1 [0005]
DE 102010027975 A1 [0008, 0008]

Claims

Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Abgassensors (15, 20) in einem Abgaskanal, wobei der Abgassensor (15, 20) zumindest ein Heizelement (26) aufweist, wobei eine einen Abgasstrom kennzeichnende Größe A in dem Abgaskanal bestimmt wird und wobei eine eine Heizleistung oder eine Temperatur des Heizelements (26) kennzeichnende Größe H bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste zeitliche Steigung dA/dt der den Abgasstrom kennzeichnenden Größe A bestimmt wird, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen positiven oder Unterschreiten einer negativen Schwelle der ersten zeitlichen Steigung dA/dt die erste zeitliche Steigung dA/dt integriert wird, dass eine zweite zeitliche Steigung dH/dt der die Heizleistung kennzeichnenden Größe H gebildet wird, dass die zweite zeitliche Steigung dH/dt in Zeitabschnitten integriert oder gemittelt wird, in denen die erste zeitliche Steigung dA/dt die vorgegebenen Schwelle über- oder unterschreitet, dass das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt mit einem vorgegebenen ersten Grenzwert verglichen wird und dass, wenn das Integral der ersten zeitlichen Steigung dA/dt größer ist als der erste vorgegebene Grenzwert, das Integral oder der Mittelwert der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt mit einem vorgegebenen zweiten Grenzwert verglichen wird und aus diesem Vergleich die Funktionsfähigkeit des Abgassensors bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als den Abgasstrom kennzeichnende Größe ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Gasgeschwindigkeit oder eine den Abgasstrom kennzeichnende modellierte Größe verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die Heizleistung kennzeichnende Größe eine Heizspannung, ein Tastverhältnis der Heizspannung, ein effektiver Strom durch das Heizelement (26), eine Heizleistung oder eine modellierte Heizleistung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die Temperatur des Abgassensors kennzeichnende Größe der elektrische Widerstand der Heizeinrichtung des Abgassensors verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste zeitliche Steigung dA/dt und/oder die zweite zeitliche Steigung dH/dt vor der Integration mit der Temperatur des Abgasstroms oder einer von der Temperatur abgeleiteten Größe korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der ersten zeitlichen Steigung dA/dt integriert wird und/oder dass der Betrag der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt integriert wird und/oder dass die zweite zeitliche Steigung dH/dt vor der Integration mit dem Vorzeichen der ersten zeitlichen Steigung dA/dt multipliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste zeitliche Steigung dA/dt und/oder die zweite zeitliche Steigung dH/dt durch Differenzbildung der Werte von H und/oder A an jeweils zwei Zeitpunkten bestimmt wird und/oder dass die Integration der ersten zeitlichen Steigung dA/dt und/oder der zweiten zeitlichen Steigung dH/dt durch Bildung einer Summe erfolgt.
Vorrichtung zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Abgassensors (15, 20) in einem Abgaskanal, wobei der Abgassensor (15, 20) zumindest ein Heizelement (26) aufweist und der Abgassensor (15, 20) mit einer Steuerung (14) einer Brennkraftmaschine (10) oder einer Sensorsteuereinheit in Verbindung steht und die Steuerung (14) oder die Sensorsteuereinheit eine Einrichtung zur Diagnose des Abgassensors (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (14) oder die Sensorsteuereinheit Erfassungsmittel und eine Schaltung oder einen Programmablauf enthält, die zur Bestimmung einer einen Abgasstrom im Abgaskanal und einer eine Heizleistung oder eine Temperatur am Heizelement (26) kennzeichnende Größe sowie zur Bildung der zeitlichen Steigung dieser Größen und zu einer Integration der Steigungen eingerichtet sind und dass die Einrichtung zur Diagnose für einen Vergleich der zeitlichen Steigung der den Abgasstrom kennzeichnenden Größe mit vorgegebenen positiven und negativen Schwellwerten sowie für eine Freigabe der Integration der Steigungen aufgrund des Vergleichs eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Diagnose zur Bildung eines Vergleichs der Integrale mit zwei vorgegebenen Grenzwerten und zur Bestätigung der Funktionsfähigkeit des Abgassensors bei Erreichung beider Grenzwerte ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassensor (15, 20) als Partikelsensor in einem Abgaskanal einer mit Dieselkraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (10) ausgebildet ist.