DE102013202161A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde - Google Patents

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Abstract

Ein Signal einer linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll, und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom ermittelt. Ein Differenzsignal (DS) wird abhängig von einer Differenz eines Pumpspannungssignals (U_P) und eines Nernstspannungssignals (U_N) gebildet. Mittels einer ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift wird abhängig von dem Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde ein erstes Lambdasignal (LAM_1) ermittelt. Mittels einer zweiten vorgegebenen Abbildungsvorschrift wird abhängig von dem Differenzsignal (DS) der linearen Lambdasonde ein zweites Lambdasignal (LAM_2) ermittelt. Abhängig von dem ersten und dem zweiten Lambdasignal (LAM_1, LAM_2) wird ermittelt, ob ein Fehler der linearen Lambdasonde vorliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
  • Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln.
  • Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch den Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus. In diesem Zusammenhang werden beispielsweise Lambdasonden, insbesondere lineare Lambdasonden, eingesetzt und zwar im Rahmen einer Lambdaregelung. Eine lineare Lambdasonde kann auch als Breitbandsonde bezeichnet werden.
  • Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die einen Beitrag leistet für einen zuverlässigen und emissionsarmen Betrieb einer Brennkraftmaschine.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet sind, und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal bildet.
  • Ein Messsignal der linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom ermittelt, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird. Ein Differenzsignal wird abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals und des Nernstspannungssignals gebildet.
  • Mittels einer ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift wird abhängig von dem Messsignal der linearen Lambdasonde ein erstes Lambdasignal ermittelt. Das erste Lambdasignal repräsentiert so direkt die Luftzahl, also eine tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse im Verhältnis zu einer notwendigen stöchiometrischen Luftmasse. Die erste Abbildungsvorschrift kann einen Einsatz einer Kennlinie oder eines Kennfelds umfassen, mittels der beziehungsweise dem, insbesondere durch Kennfeldinterpolation, eine Zuordnung zwischen dem Messsignal und dem ersten Lambdasignal erfolgen kann.
  • Mittels einer zweiten Abbildungsvorschrift wird abhängig von dem Differenzsignal der linearen Lambdasonde ein zweites Lambdasignal ermittelt. Dieses ist insofern auch direkt repräsentativ für die Luftzahl. Im Rahmen der zweiten vorgegebenen Abbildungsvorschrift kann vorteilhaft auch eine Kennlinie oder ein Kennfeld eingesetzt werden, mittels der bzw. dessen, insbesondere über Kennfeld- oder Kennlinien-Interpolation, dem Differenzsignal der linearen Lambdasonde das zweite Lambdasignal zugeordnet wird.
  • Abhängig von dem ersten und dem zweiten Lambdasignal wird ermittelt, ob ein Fehler der linearen Lambdasonde vorliegt. Insbesondere kann so besonders wirkungsvoll ein Offsetfehler der linearen Lambdasonde ermittelt werden.
  • In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass das Differenzsignal grundsätzlich ähnliche Signaleigenschaften aufweist wie das Messsignal einer binären Lambdasonde. Darüber hinaus wird die Erkenntnis genutzt, dass durch die zweite Abbildungsvorschrift auch die Luftzahl wertekontinuierlich ermittelt werden kann und zwar insbesondere mit hinreichender Genauigkeit in einem relevanten vorgegebenen Betriebsbereich. Auf diese Weise kann insbesondere sehr frühzeitig während eines Motorstarts der Brennkraftmaschine ein Fehler der linearen Lambdasonde erkannt werden und zwar zeitlich deutlich früher als bis eine Betriebsbereitschaft einer möglicherweise zusätzlich vorgesehene Lambdasonde stromabwärts eines Abgaskatalysators der Brennkraftmaschine hergestellt werden kann.
  • Es kann so beispielsweise auch auf eine solche stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnete Lambdasonde verzichtet werden.
  • Auf diese Weise kann so eine Diagnose zum Ermitteln des Fehlers insbesondere um einen vorgegebenen Bereich der Luftzahl mit dem Wert gleich 1 mit besonders hoher Trennschärfe durchgeführt werden, da die Güte des zweiten Lambdasignals in diesem Wertebereich besonders hoch ist. Darüber hinaus kann ein solches Ermitteln des möglichen Fehlers der linearen Lambdasonde insbesondere während des Motorstarts deutlich früher als bei Einsatz der stromabwärts das Abgaskatalysators möglicherweise angeordneten Lambdasonde durchgeführt werden und zwar insbesondere, da diese Lambdasonde erst zum Erreichen ihrer Betriebsbereitschaft aufgeheizt werden kann, wenn ein so genannten Taupunkt erreicht ist, der eine vorgegebene Erwärmung der stromaufwärts der Lambdasonde gelegenen Bauteile, also beispielsweise des Abgaskatalysators, voraussetzt, um eine Beschädigung durch mögliche Wassertropfen zu vermeiden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet sind, und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal bildet.
  • Ein Messsignal der linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom ermittelt, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird.
  • Mittels einer ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift wird abhängig von dem Messsignal der linearen Lambdasonde ein erstes Lambdasignal ermittelt. Mittels einer zweiten vorgegebenen Abbildungsvorschrift wird abhängig von dem Differenzsignal der linearen Lambdasonde ein zweites Lambdasignal ermittelt. Abhängig von dem ersten und dem zweiten Lambdasignal wird ein Korrekturwert ermittelt zum Einsatz in einer Lambdaregelung. So kann der Korrekturwert eingesetzt werden im Rahmen der ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift, wobei abhängig von dem ersten Lambdasignal eine zuzumessende Kraftstoffmasse ermittelt wird. Auf diese Weise kann so mittels des zweiten Lambdasignals eine Trimmregelung realisiert werden, ohne dass dazu notwendigerweise eine stromabwärts des Abgaskatalysators möglicherweise angeordnete Lambdasonde eingesetzt werden muss.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die zweite Abbildungsvorschrift eine Tiefpassfilterung. Auf diese Weise kann bei geeigneter Anpassung der Grenzfrequenz des jeweiligen Tiefpassfilters ein wirkungsvoller Beitrag zu einem zuverlässigen Ermitteln des Fehlers geleistet werden.
  • In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass das zweite Lambdasignal deutlich schneller auf tatsächliche Änderungen des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses, repräsentiert durch das an der linearen Lambdasonde vorbeiströmende Abgas, reagiert als das erste Lambdasignal. Durch eine Tiefpassfilterung, die durch die Wahl einer entsprechenden Grenzfrequenz diese Erkenntnis nutzt, kann so die Dynamik des zweiten Lambdasignals an diejenige des ersten Lambdasignals angenähert werden und es ist so eine besonders zuverlässige Fehlererkennung der Lambdasonde möglich.
  • In diesem Zusammenhang kann beispielsweise der eingesetzte Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz von in etwa 1 bis 10 Hz aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird beim Ermitteln, ob ein Fehler der Lambdasonde vorliegt, eine Tiefpassfilterung durchgeführt. Dabei wird insbesondere ein Lambdadifferenzsignal, das eine Differenz des ersten und zweiten Lambdasignals repräsentiert, der Tiefpassfilterung unterzogen. Dabei kann die Tiefpassfilterung zusätzlich oder alternativ zu der vorteilhafterweise einzusetzenden Tiefpassfilterung im Rahmen der zweiten Abbildungsvorschrift eingesetzt werden. Die Wirkungen und Vorteile entsprechen sich grundsätzlich.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das zweite Lambdasignal abhängig von einem Temperatursignal ermittelt, das repräsentativ ist für eine Temperatur der linearen Lambdasonde. Auf diese Weise kann das zweite Lambdasignal besonders präzise ermittelt werden unter Nutzung der Erkenntnis, dass die jeweilige Temperatur einen signifikanten Einfluss auf die Zuordnung zwischen dem Differenzsignal der linearen Lambdasonde und dem zweiten Lambdasignal hat. In diesem Zusammenhang ist insbesondere ein Kennfeld vorgesehen, das eine entsprechende Temperaturabhängigkeit aufweist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Abgaskatalysator einer Brennkraftmaschine mit einer zugeordneten Steuervorrichtung,
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der linearen Lambdasonde und
  • 3 verschiedene Signalverläufe.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Eine Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder auf, denen jeweils zumindest ein Gaseinlassventil zugeordnet ist, mittels dessen eine Zufuhr von Luft einstellbar ist. Ferner ist dem jeweiligen Zylinder ein jeweiliges Einspritzventil zugeordnet, mittels dessen einem Brennraum des jeweiligen Zylinders Kraftstoff zuführbar ist. Ferner weist die Brennkraftmaschine einen Abgastrakt 1 (1) auf, über den Abgase aus den jeweiligen Brennräumen der Zylinder abführbar sind. In diesem Zusammenhang weist die Brennkraftmaschine jeweilige Gasauslassventile auf, über die ein Abführen des Abgases aus den Brennräumen in den Abgastrakt 1 steuerbar ist.
  • In dem Abgastrakt 1 ist eine lineare Lambdasonde 3 angeordnet. Ein prinzipieller Aufbau einer derartigen linearen Abgassonde ist beispielsweise beschrieben in dem Handbuch Verbrennungsmotor, 2. Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, ISBN 3-528-13933-1, auf Seite 589, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
  • Die lineare Lambdasonde 3 hat eine abgasseitig angeordnete erste Elektrode. Sie hat ferner eine zweite und dritte Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet sind. Sie hat ferner eine vierte Elektrode, die angrenzend an ein Referenzluftvolumen angeordnet ist. Zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode befinden sich jeweils Festkörperelektrolyten, insbesondere auf Basis von Sauerstoffionen leitenden Zirkondioxid. Ferner ist eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet. Eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode bildet ein Pumpspannungssignal U_P. Eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode bildet ein Nernstspannungssignal U_N. Ein Messsignal MS der linearen Lambdasonde 3, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom I_P ermittelt, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird.
  • Ferner ist eine Steuervorrichtung 5 vorgesehen, der verschiedene Eingangssignale zugeführt werden, insbesondere von verschiedenen Sensoren, die der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. So ist unter anderem der Steuervorrichtung das Pumpspannungssignal U_P, das Nernstspannungssignal U_N und das Messsignal MS der linearen Lambdasonde 3 eingangsseitig zugeführt. Die Steuervorrichtung 5 ist dazu ausgebildet, abhängig von dem oder den ihr zugeführten Messsignalen Stellsignale für Stellgeräte der Brennkraftmaschine zu erzeugen, die beispielsweise ein Einspritzventil, eine Drosselklappe, ein Abgasrückführventil oder dergleichen sein können.
  • Die Steuervorrichtung 5 weist einen Daten- und Programmspeicher auf, in dem ein oder mehrere Programme zum Betrieb der Brennkraftmaschine gespeichert sind, die dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden können. Zu diesem Zweck weist die Steuervorrichtung 5 auch eine Recheneinheit auf, die unter anderem einen Mikroprozessor und/oder einen Controller umfasst. Darüber hinaus weist die Steuervorrichtung 5 auch eine oder mehrere Endstufen auf.
  • Ferner ist in der Steuervorrichtung 5 eine Lambdaregelung realisiert und zwar im Zusammenwirken mit entsprechenden Stellgeräten, wie beispielsweise den jeweiligen Einspritzventilen der Brennkraftmaschine, und der linearen Lambdasonde 3. Einem Block B1 ist in diesem Zusammenhang das Messsignal MS zugeführt Der Block B1 ist dazu ausgebildet, abhängig von dem Messsignal MS mittels einer ersten Abbildungsvorschrift ein erstes Lambdasignal LAM_1 zu ermitteln, das dann einem Istwert LAM_AV des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses zugeordnet wird. Dazu weist der Block B1 bevorzugt eine vorgegebene Kennlinie auf und es erfolgt gegebenenfalls auch eine entsprechende Anpassung mittels eines Trimmwertes, der gegebenenfalls die Ausgangsgröße eines Trimmreglers ist und ermittelt wird abhängig von einem Messsignal einer weiteren Lambdasonde, insbesondere einer binären Lambdasonde, die stromabwärts eines nicht dargestellten Abgaskatalysators angeordnet ist, der wiederum stromabwärts der linearen Lambdasonde 3 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Trimmwert auch abhängig von einem Korrekturwert KOR ermittelt werden, der nachfolgend anhand der 2 noch näher erläutert ist.
  • Dieser wird insbesondere eingesetzt zur Kompensation eines Offsets des Messsignals MS. Ein derartiges Vorgehen der Kompensation des Offsets kann auch als externe Offsetkompensation bezeichnet werden.
  • Einer Summierstelle SUM1 ist ein Rohsollwert LAM_SP_RAW des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses zugeführt, der insbesondere abhängig von einer oder mehrerer Eingangsgrößen der Steuervorrichtung 5 ermittelt wird und so beispielsweise betriebszustands- und/oder betriebspunktabhängig bezogen auf die Brennkraftmaschine ermittelt wird.
  • In einem so genannten Magerbetrieb der Brennkraftmaschine weist der Rohsollwert LAM_SP_RAW einen überstöchiometrischen Wert auf, während er in einem so genannten Fettbetrieb der Brennkraftmaschine einen unterstöchiometrischen Wert aufweist. Für einen Betrieb mit einer Luftzahl von 1 oder insbesondere in etwa 1 weist der Rohsollwert LAM_SP_RAW den stöchiometrischen Wert auf.
  • Ein Sollwert LAM_SP des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses wird in der ersten Summierstelle SUM1 dadurch gebildet, dass dem Rohsollwert LAM_SP_RAW ein Zwangsanregungssignal ZWA aufmoduliert wird. Das Zwangsanregungssignal ZWA hat bevorzugt einen rechteckförmigen, periodisch sich wiederholenden Verlauf. Eine Amplitude der Zwangsanregung ZWA kann je nach Brennkraftmaschine oder auch Betriebszustand gegebenenfalls unterschiedlich vorgegeben sein. Entsprechendes gilt auch für die Periodendauer der Zwangsanregung ZWA. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass insbesondere in jedem Betriebszustand in der ersten Summierstelle SUM1 das Zwangsanregungssignal ZWA aufmoduliert wird.
  • Das Zwangsanregungssignal ZWA ist so ausgebildet, dass bei einem stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert LAM_SP_RAW der Sollwert LAM_SP jeweils um wenige Prozent hin zu einem mageren und andererseits hin zu einem fetten Gemisch von dem stöchiometrischen Wert abwechselnd abweicht.
  • In einer Summierstelle SUM3 wird eine Regeldifferenz abhängig von der Differenz des Istwertes LAM_AV und des Sollwertes LAM_SP gebildet. Die Regeldifferenz wird einem Block B3 zugeführt, der einen Lambdaregler umfasst, der beispielsweise als PID-Regler ausgebildet sein kann. Ausgangsseitig des Reglers in dem Block B3 wird dann als Stellsignal des Lambdareglers ein Lambdakorrekturwert bereitgestellt. Dieser wird in einer Multiplizierstelle M1 multiplikativ verknüpft mit einer zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_SP und so eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_SP_KOR ermittelt. Diese wird eingesetzt zum entsprechenden Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils. Die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_SP wird in einem Block B5 ermittelt und zwar beispielsweise abhängig von einer Drehzahl und/oder einem Luftmassenstrom und/oder einem Saugrohrdruck der Brennkraftmaschine.
  • Zum Betreiben der linearen Lambdasonde 3 sind in dem Daten- und Programmspeicher der Steuervorrichtung 5 bevorzugt verschiedene Programme gespeichert, die im Folgenden anhand der 2 bis 3 näher erläutert sind.
  • Ein Programm wird in einem Schritt S1 (2) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. In einem Schritt S3 wird das Messsignal MS der linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt 1 strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, abhängig von dem Pumpstrom I_P ermittelt.
  • In einem Schritt S5 wird ein Differenzsignal DS abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals U_P und des Nernstspannungssignals U_N gebildet.
  • In einem Schritt S7 wird mittels einer ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift abhängig von dem Messsignal MS der linearen Lambdasonde 3 ein erstes Lambdasignal LAM_1 ermittelt. Das erste Lambdasignal LAM-1 ist direkt repräsentativ für die Luftzahl.
  • In einem Schritt S9 wird mittels einer zweiten vorgegebenen Abbildungsvorschrift abhängig von dem Differenzsignal DS der linearen Lambdasonde 3 ein zweites Lambdasignal LAM_2 ermittelt. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang das zweite Lambdasignal LAM_2 abhängig auch von einem Temperatursignal T ermittelt, das repräsentativ ist für eine Temperatur der linearen Lambdasonde 3. Die Abbildungsvorschrift nutzt so auch bevorzugt eine Kennlinie oder ein Kennfeld KF, wobei in diesem Zusammenhang bevorzugt mittels Kennlinien-beziehungsweise Kennfeld-Interpolation die Zuordnung zwischen dem Differenzsignal DS der linearen Lambdasonde 3 und dem zweiten Lambdasignal LAM_2 durchgeführt wird.
  • Das zweite Lambdasignal LAM_2 ist direkt repräsentativ für die Luftzahl. Es kann in dem Schritt S9 auch im Rahmen des Ermittelns des zweiten Lambdasignals LAM_2 eine Tiefpassfilterung durchgeführt werden. So kann beispielsweise zunächst abhängig von dem Differenzsignal DS und gegebenenfalls dem Temperatursignal T ein Rohsignal ermittelt werden, das dann der Tiefpassfilterung unterzogen wird und somit dann dem zweiten Lambdasignals LAM_2 zugeordnet wird.
  • Die Tiefpassfilterung erfolgt mit einer geeignet vorgegebenen Grenzfrequenz um insbesondere das zweite Lambdasignals LAM_2 hinsichtlich seiner Reaktionszeit auf Änderungen des Abgasgemisches an diejenige des ersten Lambdasignals LAM_1 anzunähern. Beispielsweise kann die Grenzfrequenz im Rahmen der Tiefpassfilterung in einem Bereich von 1 bis 10 Hz vorgegeben sein.
  • In einem Schritt S11 wird ein Diagnosewert DIAG ermittelt und zwar abhängig von dem ersten und zweiten Lambdasignal LAM_1, LAM_2. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise eine Differenz des ersten und zweiten Lambdasignals als Lambdadifferenzsignal LDIF ermittelt und diese dann beispielsweise auch einer Tiefpassfilterung mittels eines Tiefpassfilters TP in entsprechender Vorgehensweise, wie dies im Zusammenhang mit dem Schritt S9 erläutert wurde, unterzogen. Dabei kann die Tiefpassfilterung in dem Schritt S11 alternativ oder zusätzlich zu derjenigen des Schrittes S9 durchgeführt werden.
  • In Zusammenhang mit dem Ermitteln des Diagnosewertes DIAG kann beispielsweise überprüft werden, ob das Lambdadifferenzsignal LDIF und/oder das gefilterte Lambdadifferenzsignal LDIF_F insbesondere betragsmäßig einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, so wird beispielsweise ein Fehlerzähler entsprechend hoch gezählt, also inkrementiert. Dabei kann in diesem Zusammenhang eine Entprellfunktion vorgesehen sein derart, dass der Fehlerzähler einen vorgegebenen Wert beispielsweise erreichen muss, bevor ein Fehler erkannt wird und somit der Diagnosewert DIAG auf einen für einen Fehler repräsentativen Wert gesetzt wird. In diesem Zusammenhang kann es auch vorgesehen sein, dass der vorgegebene Schwellenwert für eine vorgebbare Zeitdauer beispielsweise durchgehend überschritten werden muss.
  • Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Schritt S13 zu dem Schritt S11 vorgesehen sein, in dem der Korrekturwert KOR ermittelt wird und zwar abhängig von dem ersten und dem zweiten Lambdasignal LAM_1, LAM_2. Der Korrekturwert KOR wird beispielsweise auch unter Nutzung des Lambdadifferenzsignals LDIF und/oder des gefilterten Lambdadifferenzsignals LDIF_F ermittelt. Er ist insbesondere repräsentativ für einen Offsetfehler der linearen Lambdasonde 3, also insbesondere für einen Offsetfehler der bezüglich des ersten Lambdasignals LAM_1 zu kompensieren ist. So wird der Korrekturwert KOR insbesondere im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt. Durch das erläuterte Vorgehen kann das zweite Lambdasignal LAM_2 insbesondere in einen vorgegebenen Bereich um die stöchiometrische Luftzahl, so zum Beispiel in einem Bereich von in etwa 0,98 bis 1,02 besonders präzise ermittelt werden.
  • Bei einem Sprung der Luftzahl bei dem jeweiligen Zylinder zugeführten Luft-/Kraftstoff-Gemisch, erfolgt bei Vorbeiströmen des zugeordneten Abgaspaketes an der linearen Lambdasonde ebenso ein Sprung des Nernstspannungssignals U_N und es erfolgt eine Regelung durch einen Pumpstromregler, der eine gewisse Verzögerungszeit aufweist. Demgegenüber erfolgt bei dem Differenzsignal DS in diesem Zusammenhang eine sehr schnelle Reaktion.
  • Durch das Vorgehen können insbesondere Fehler der linearen Lambdasonde 3 erkannt werden, die ihre Ursache in einer chemischen Vergiftung der linearen Lambdasonde haben oder auch in einer mechanischen Beschädigung, so insbesondere einem Riss in der linearen Lambdasonde 3, insbesondere in der Keramik haben.
  • Der Diagnosewert DIAG kann so auch besonders zeitnah zu einem Motorstart ermittelt werden, da die lineare Lambdasonde 3 wesentlich früher betriebsbereit ist als die gegebenenfalls stromabwärts des Abgaskatalysators vorgesehene weitere Lambdasonde. Eine derartige Lambdasonde ist beispielsweise erst in etwa eine Minute nach dem Motorstart betriebsbereit, mit der Folge, dass eine darauf basierende Diagnose erst dann durchgeführt werden kann.
  • Durch das erläuterte Vorgehen kann so eine wichtige Diagnose deutlich vereinfacht werden und auf das diagnostizierende Bauteil, also die lineare Lambdasonde 3, reduziert werden.
  • Darüber hinaus ist es auch im Hinblick auf viele weiterführende Diagnosen, unter anderem auch des Abgaskatalysators wichtig, eine Aussage über einen möglichen Fehler in der linearen Lambdasonde 3 zu haben. Aufgrund der Möglichkeit, auch die Richtung der Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Lambdasignal LAM_1, LAM_2 zu ermitteln, ist einfach ein geeignetes Ermitteln des Korrekturwertes KOR möglich.
  • Falls der Diagnosewert auf den für den Fehler repräsentativen Wert gesetzt wird, kann dann eine entsprechende Fehlermeldung erfolgen oder sonstige Fehlermaßnahmen eingeleitet werden.
  • Anhand der 3 sind verschiedene Signalverläufe aufgezeigt und zwar über die Zeit t. Es sind Verläufe des ersten und zweiten Lambdasignals LAM_1, LAM_2, des Lambdadifferenzsignals LDIF und des gefilterten Lambdadifferenzsignals LDIF_F durch die Zeit aufgetragen. Die Verläufe des ersten und zweiten Lambdasignals LAM_1, LAM_2 sind bezogen auf die links dargestellte Achse und die Verläufe des Lambdadifferenzsignals und des gefilterten Lambdadifferenzsignals LDIF_F auf die rechts dargestellte Bezugsachse.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgastrakt
    3
    lineare Lambdasonde
    5
    Steuervorrichtung
    B1, B3, B5
    Block
    SUM1, SUM3
    Summierstelle
    M1
    Multiplizierstelle
    U_P
    Pumpspannungssignal
    U_N
    Nernstspannungssignal
    I_P
    Pumpstrom
    MS
    Messsignal der linearen Lambdasonde
    DS
    Differenzsignal
    OFFS
    Offset
    LAM_SP_RAW
    Rohsollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses
    LAM_SP
    Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses
    ZWA
    Zwangsanregungssignal
    LAM_AV
    Istwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses
    LAM_FAC
    Lambdakorrekturwert
    MFF_SP
    zuzumessende Kraftstoffmasse
    MFF_SP
    korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse
    LAM_1
    erstes Lambdasignal
    LAM_2
    zweites Lambdasignal
    T
    Temperatursignal
    KF
    Kennfeld
    TP
    Tiefpassfilterung
    DIAG
    Diagnosewert
    KOR
    Korrekturwert
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Handbuch Verbrennungsmotor, 2. Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, ISBN 3-528-13933-1, auf Seite 589 [0028]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben einer linearen Lambdasonde (3), die in einem Abgastrakt (1) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet ist und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzluftvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal (U_P) bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal (U_N) bildet, bei dem – ein Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde (3), das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt (1) strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, abhängig von einem Pumpstrom (I_P) ermittelt wird, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird, – ein Differenzsignal (DS) abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals (U_P) und des Nernstspannungssignals (U_N) gebildet wird, – mittels einer ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift abhängig von dem Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde (3) ein erstes Lambdasignal (LAM_1) ermittelt wird, – mittels einer zweiten vorgegebenen Abbildungsvorschrift abhängig von dem Differenzsignal (DS) der linearen Lambdasonde (3) ein zweites Lambdasignal (LAM_2) ermittelt wird, – abhängig von dem ersten und dem zweiten Lambdasignal (LAM_1, LAM_2) ermittelt wird, ob ein Fehler der linearen Lambdasonde (3) vorliegt.
  2. Verfahren zum Betreiben einer linearen Lambdasonde (3), die in einem Abgastrakt (1) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet ist und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzluftvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal (U_P) bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal (U_N) bildet, bei dem – ein Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde (3), das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt (1) strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, abhängig von einem Pumpstrom (I_P) ermittelt wird, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird, – ein Differenzsignal (DS) abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals (U_P) und des Nernstspannungssignals (U_N) gebildet wird, – mittels einer ersten vorgegebenen Abbildungsvorschrift abhängig von dem Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde (3) ein erstes Lambdasignal (LAM_1) ermittelt wird, – mittels einer zweiten vorgegebenen Abbildungsvorschrift abhängig von dem Differenzsignal (DS) der linearen Lambdasonde (3) ein zweites Lambdasignal (LAM_2) ermittelt wird, – abhängig von dem ersten und zweiten Lambdasignal (LAM_1, LAM_2) ein Korrekturwert (KOR) ermittelt wird zum Einsatz in einer Lambdaregelung.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die zweite Abbildungsvorschrift eine Tiefpassfilterung umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei dem Ermitteln, ob ein Fehler der linearen Lambdasonde (3) vorliegt, eine Tiefpassfilterung durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die zweite Abbildungsvorschrift eine Kennlinie oder ein Kennfeld (KF) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das zweite Lambdasignal (LAM_2) abhängig von einem Temperatursignal (T) ermittelt wird, das repräsentativ ist für eine Temperatur (T) der linearen Lambdasonde (3).
  7. Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde (3), die ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens gemäß Anspruch 1.
  8. Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde (3), die ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens gemäß Anspruch 2.
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