DE102013207202A1

DE102013207202A1 - Method for dynamic diagnosis of exhaust gas sensors

Info

Publication number: DE102013207202A1
Application number: DE102013207202.3A
Authority: DE
Inventors: Lino Guzzella; Christopher Onder; Michael Moser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Ein Verfahren zur Dynamikdiagnose von Sensoren (200) im Frischluft- oder Abgastrakt (100) von Brennkraftmaschinen, die während ihres Betriebs insbesondere periodische Fluktuationen wenigstens einer Stoffgröße der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft oder des Abgases im Abgastrakt hervorrufen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die durch die periodischen Fluktuationen in vorgebbaren Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Sensoranregungen und entsprechende Sensorreaktionen mit zuvor für diese Betriebsbereiche erfassten und gespeicherten oder berechneten Anregungen der Stoffgröße und/oder gespeicherten oder berechneten zugehörigen Sensorreaktionen verglichen werden und aus dem Vergleich auf wenigstens eine die Sensordynamik charakterisierende Größe des Sensors geschlossen wird.A method for the dynamic diagnosis of sensors (200) in the fresh air or exhaust gas tract (100) of internal combustion engines, which in particular cause periodic fluctuations during operation of at least one substance size of the fresh air supplied to the internal combustion engine or of the exhaust gas in the exhaust tract, is characterized in that the Periodic fluctuations in predeterminable operating ranges of the internal combustion engine and sensor excitations and corresponding sensor reactions are compared with excitations of the substance size and / or associated sensor responses previously recorded and stored or calculated for these operating ranges, and at least one variable of the sensor characterizing the sensor dynamics is inferred from the comparison ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamikdiagnose von Sensoren im Frischluft- oder Abgaspfad von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for dynamic diagnosis of sensors in the fresh air or exhaust path of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind. The subject matter of the present invention is also a computer program and a computer program product which are suitable for carrying out the method.

Stand der Technik State of the art

Brennkraftmaschinen werden gewöhnlich als Hubkolbenkraftmaschinen oder auch als Rotationskolbenkraftmaschinen ausgebildet. Beiden gemein ist ihre zyklische Arbeitsweise. Durch die zyklische Arbeitsweise beispielsweise einer Hubkolbenkraftmaschine wird mit einer durch die Drehzahl definierten Frequenz Abgas von den Zylindern in die Abgasanlage ausgestoßen. Dieses zyklische Entleeren der Zylinder in die Abgasanlage, die nachfolgend auch kurz als Abgastrakt oder Abgaspfad bezeichnet wird, bewirkt eine Druckschwankung in dem Abgaspfad. Diese Druckschwankung geht gemäß der idealen Gasgleichung einher mit einer Schwankung der Temperatur und der Dichte sowie von abhängigen Größen, beispielsweise der Partialdrücke der enthaltenen Gasspezies. Internal combustion engines are usually designed as reciprocating piston engines or as rotary piston engines. Both have in common their cyclical way of working. As a result of the cyclical operation of, for example, a reciprocating internal combustion engine, exhaust gas is expelled from the cylinders into the exhaust system at a frequency defined by the rotational speed. This cyclic emptying of the cylinders into the exhaust system, which is also referred to below as the exhaust tract or exhaust path, causes a pressure fluctuation in the exhaust path. According to the ideal gas equation, this pressure variation is accompanied by a fluctuation in the temperature and the density as well as by dependent variables, for example the partial pressures of the gas species contained.

In dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine werden sehr häufig Sensoren eingesetzt. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine ist die Sensordynamik von entscheidender Bedeutung. Die Sensordynamik wird dabei durch die Totzeit und die Zeitkonstante der Sensoren ausreichend beschrieben als totzeitbehaftetes System erster Ordnung im Sinne der Systemtheorie. Die Totzeit beschreibt hierbei die Verzögerungszeit bis eine Änderung in der Messgröße am Sensorausgang erscheint. Die Zeitkonstante beschreibt die Zeitdauer, welche nach einer sprungförmigen Änderung der Eingangsgröße verstreicht bis das Sensorausgangssignal einen bestimmten Anteil des Endwertes der Eingangsgröße erreicht. In the exhaust path of the internal combustion engine sensors are very often used. For the operation of the internal combustion engine, the sensor dynamics is of crucial importance. The sensor dynamics are sufficiently described by the dead time and the time constant of the sensors as a system of first order with a dead time in the sense of system theory. The dead time describes the delay time until a change in the measured variable appears at the sensor output. The time constant describes the period of time which elapses after a step change in the input quantity until the sensor output signal reaches a certain proportion of the final value of the input variable.

Gemäß dem Stand der Technik werden für die Diagnose von Sensoren im Abgaspfad häufig Anregungen genutzt, die sich aus der Bedienungsweise des Betreibers der Brennkraftmaschine ergeben. So wird beispielsweise für die Dynamikdiagnose einer Breitbandlambdasonde in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 040 737 ein Verfahren beschrieben, welches auf der vom Beobachter natürlicherweise generierten Anregung basiert. According to the prior art, suggestions for the diagnosis of sensors in the exhaust path are frequently used, which result from the operating mode of the operator of the internal combustion engine. For example, for the dynamic diagnosis of a broadband lambda probe in the published patent application DE 10 2008 040 737 a method is described which is based on the naturally generated excitation by the observer.

Falls die Anregung durch den Beobachter nicht ausreicht, um eine verlässliche Dynamikdiagnose durchzuführen, kann gemäß dem Stand der Technik eine künstliche Anregung einer Stoffgröße induziert werden, für welche der betrachtete Sensor eine Empfindlichkeit aufweist. Eine künstliche Anregung zeichnet sich dadurch aus, dass sie gezielt zum Zwecke der Dynamikdiagnose aufgebracht wird, jedoch für den übrigen Betrieb der Brennkraftmaschine nicht notwendig ist. If the excitation by the observer is not sufficient to perform a reliable dynamic diagnosis, according to the prior art, an artificial excitation of a substance size can be induced for which the sensor under consideration has a sensitivity. An artificial stimulation is characterized by the fact that it is applied specifically for the purpose of dynamic diagnosis, but is not necessary for the rest of the operation of the internal combustion engine.

Ein Verfahren zur Dynamikdiagnose einer Breitbandlambdasonde, welches auf eine künstliche Anregung zurückgreift, ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 001 121 beschrieben. A method for the dynamic diagnosis of a broadband lambda probe which makes use of artificial excitation is disclosed, for example, in the published patent application DE 10 2008 001 121 described.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren für die Dynamikdiagnose von Sensoren im Frischluft- oder Abgaspfad einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist einerseits weitgehend unabhängig von der Bedienungsweise des Betreibers der Brennkraftmaschine und erfordert andererseits keinen künstlichen Eingriff in den Betrieb der Brennkraftmaschine. Das Verfahren ermöglicht es, Fluktuationen in Druck, Temperatur und Dichte und davon abhängige Größen als periodische Sensoranregungen auszunützen und damit auf die Dynamik von Sensoren im Abgastrakt zu schließen. Diese Sensoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine Empfindlichkeit für mindestens eine der Stoffgrößen Druck, Temperatur, Dichte oder davon abhängige Größen aufweisen. Es werden anders ausgedrückt die im Abgaspfad vorhandenen Fluktuationen, die beispielsweise bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bauartbedingt entstehen, für gezielte Sensoranregungen herangezogen und aufgrund der Reaktionen des Sensors, d.h. seiner Ausgangssignale, wird auf die Dynamik des Sensors geschlossen. Hierzu werden die durch die periodischen Fluktuationen einer Stoffgröße des Abgases hervorgerufenen Sensoranregungen und entsprechende Sensorreaktionen mit zuvor für vorgegebene Betriebsbereiche erfassten und gespeicherten oder berechneten periodischen Anregungen der Stoffgrößen und/oder gespeicherten oder berechneten zugehörigen Sensorreaktionen verglichen und aus diesem Vergleich auf die Sensordynamik geschlossen. Auch wenn die Erfindung nachfolgend anhand von Sensoren im Abgaspfad einer Brennkraftmaschine beschrieben wird, ist an dieser Stelle ausdrücklich hervorzuheben, dass das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für Sensoren, die im Abgaspfad einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, anwendbar ist, sondern rein prinzipiell auch für Sensoren, die im Frischluftpfad angeordnet sind. Auch im Frischluftpfad können Druckpulsationen aufgrund des zyklischen Motorverhaltens entstehen. The inventive method for the dynamic diagnosis of sensors in the fresh air or exhaust path of an internal combustion engine with the features of claim 1 is on the one hand largely independent of the operation of the operator of the internal combustion engine and on the other hand requires no artificial intervention in the operation of the internal combustion engine. The method makes it possible to exploit fluctuations in pressure, temperature and density and dependent thereon variables as periodic sensor excitations and thus to close the dynamics of sensors in the exhaust system. These sensors are characterized in that they have a sensitivity for at least one of the substance quantities pressure, temperature, density or variables dependent thereon. In other words, the fluctuations present in the exhaust path, which arise, for example, in a reciprocating internal combustion engine due to design, used for targeted sensor excitations and due to the reactions of the sensor, i. its output signals, it is concluded on the dynamics of the sensor. For this purpose, the sensor excitations and corresponding sensor reactions caused by the periodic fluctuations of a substance size of the exhaust gas are compared with periodic excitations of the substance quantities and / or stored or calculated associated sensor reactions which were previously recorded and calculated for predetermined operating ranges, and the sensor dynamics are deduced from this comparison. Although the invention will be described below with reference to sensors in the exhaust path of an internal combustion engine, it should be emphasized at this point that the method according to the invention described here is applicable not only for sensors arranged in the exhaust path of an internal combustion engine, but purely in principle also for sensors which are arranged in the fresh air path. Also in the fresh air path pressure pulsations due to the cyclical engine behavior can arise.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich. So ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass als Stoffgrößen wenigstens eine der folgenden Größen verwendet wird: Druck, Temperatur, Dichte und davon abhängige Größen. The measures listed in the dependent claims are advantageous Further developments and improvements of the method specified in the independent claim 1 possible. Thus, it is advantageously provided that at least one of the following quantities is used as fabric sizes: pressure, temperature, density and sizes dependent thereon.

Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens sind die aktuell vorhandenen Sensoranregungen entweder bekannt aus zuvor gespeicherten Kennfeldern und/oder sie lassen sich durch modellbasierte Berechnung bestimmen und/oder die Anregungen lassen sich durch bereits vorhandene oder zusätzliche Sensoren bestimmen. According to different embodiments of the method, the currently existing sensor excitations are either known from previously stored maps and / or they can be determined by model-based calculation and / or the suggestions can be determined by existing or additional sensors.

Unter periodischen Anregungen versteht die vorliegende Erfindung periodische Fluktuationen der Stoffgrößen, die insbesondere durch Amplituden-, Phasen- und Frequenzanteile der entsprechenden Signale charakterisiert sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden daher die Amplituden-, Phasen- und Frequenzanteile der Sensorsignale verwendet und im Sinne der vorliegenden Erfindung als periodische Anregungen bezeichnet. Under periodic excitations, the present invention understands periodic fluctuations of the substance quantities, which are characterized in particular by amplitude, phase and frequency components of the corresponding signals. According to an advantageous embodiment of the method, therefore, the amplitude, phase and frequency components of the sensor signals are used and referred to as periodic excitations in the context of the present invention.

Die Bestimmung der Amplituden-, Phasen- und Frequenzanteile der Sensorsignale erfolgt dabei vorzugsweise durch eine Transformation, insbesondere eine Fourier-Transformation, der Sensorsignale in den Frequenzraum. The determination of the amplitude, phase and frequency components of the sensor signals is effected preferably by a transformation, in particular a Fourier transformation, of the sensor signals into the frequency domain.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens werden nun die Frequenzanteile der Sensorsignale mit den Frequenzen verglichen, mit denen die Brennkraftmaschine Abgas in den Abgaspfad ausstößt und/oder mit deren Harmonischen und bei Nichtübereinstimmung wird auf einen defekten Sensor geschlossen. According to one embodiment of the method, the frequency components of the sensor signals are now compared with the frequencies at which the internal combustion engine discharges exhaust gas into the exhaust path and / or with its harmonics and in the event of a mismatch, a faulty sensor is closed.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Amplitudenanteile des Sensorsignals mit den erwarteten und gespeicherten Amplituden verglichen werden und hieraus auf die Zeitkonstante des Sensors geschlossen wird. Vorteilhafterweise werden hierzu die Amplitudenanteile bei derjenigen Frequenz betrachtet, mit welcher die Zylinder der Brennkraftmaschine Abgas in den Abgaspfad ausstoßen, bzw. aus dem Frischluftpfad ansaugen, da bei dieser Frequenz eine starke Sensoranregung vorhanden ist. Another embodiment of the method according to the invention provides that the amplitude components of the sensor signal are compared with the expected and stored amplitudes and from this it is concluded that the time constant of the sensor. Advantageously, for this purpose, the amplitude components are considered at the frequency with which the cylinders of the internal combustion engine exhaust gas in the exhaust path, or suck from the fresh air path, since at this frequency, a strong sensor excitation is present.

Eine wiederum andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Bestimmung einer Phasenverschiebung zwischen dem Sensorsignal und der erwarteten und gespeicherten Pulsation im Abgaspfad und hieraus ein Schließen auf die Totzeit des Sensors vor. Dabei wird die Phasenverschiebung bevorzugt in Betriebsbereichen mit einer nicht konstanten Drehzahl bestimmt. Durch die sich verändernde Drehzahl ändert sich auch die Anregungsfrequenz, was die Bestimmung der Phasenverschiebung vereinfacht bzw. überhaupt erst ermöglicht. Yet another embodiment of the method provides for the determination of a phase shift between the sensor signal and the expected and stored pulsation in the exhaust path and from this a closing to the dead time of the sensor. The phase shift is preferably determined in operating ranges with a non-constant speed. As a result of the changing rotational speed, the excitation frequency also changes, which simplifies the determination of the phase shift or makes it possible in the first place.

Das beschriebene Verfahren zur Dynamikdiagnose kann in vorteilhafter Weise so ausgestaltet sein, dass die notwendigen Schritte des Verfahrens nur in ausgewählten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Damit lässt sich beispielsweise der Rechen- und Applikationsaufwand des Verfahrens reduzieren. The described method for dynamic diagnosis can advantageously be designed so that the necessary steps of the method are performed only in selected operating points of the internal combustion engine. Thus, for example, the computational and application costs of the method can be reduced.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, als Sensor eine Breitband-Lambdasonde zu verwenden und als von Fluktuationen behaftete Stoffgröße den Partialdruck des Sauerstoffs im Abgaspfad zu verwenden. An advantageous embodiment of the method provides for using a broadband lambda probe as the sensor and to use the partial pressure of the oxygen in the exhaust gas path as substance affected by fluctuations.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelten Dynamikkenngrößen lassen sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens dazu verwenden, um das Sensormesssignal für die weitergehende Verwendung bezüglich der veränderten Dynamik zu kompensieren. The dynamic parameters determined by the method according to the invention can be used in an advantageous embodiment of the method to compensate for the sensor measurement signal for further use with respect to the changed dynamics.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr vorteilhaft als Computerprogramm ausgeführt werden und im Steuergerät einer Brennkraftmaschine implementiert werden. Der Programmcode ist bevorzugt auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert, den eine Rechnereinrichtung, insbesondere ein Steuergerät eines Fahrzeugs, einlesen kann. Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei bestehenden Fahrzeugen nachrüstbar, was sehr vorteilhaft möglich ist, weil das Verfahren keinen zusätzlichen Hardware-Aufwand benötigt, da ohnehin vorhandene, im Abgaspfad angeordnete Sensoren zu seiner Ausführung verwendet werden. The inventive method can be performed very advantageous as a computer program and implemented in the control unit of an internal combustion engine. The program code is preferably stored on a machine-readable carrier, which can be read by a computer device, in particular a control unit of a vehicle. In this way, the inventive method can also be retrofitted to existing vehicles, which is very advantageous because the method requires no additional hardware effort, since already existing, arranged in the exhaust path sensors are used for its execution.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Figur sind schematisch ein Abgastrakt mit einem darin angeordneten Sensor und eine Recheneinrichtung zur Auswertung der Sensorsignale dargestellt. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description. In the figure, an exhaust gas system with a sensor arranged therein and a computing device for evaluating the sensor signals are shown schematically.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

In der Figur ist schematisch ein Abgaspfad 100 einer (nicht dargstellten) Brennkraftmaschine dargestellt, in der ein Sensor 200 angeordnet ist, dessen Sensorsignale einer Recheneinrichtung (Motorsteuergerät) 300 zugeführt werden. In der Recheneinheit ist eine Aufzeichnungseinrichtung 302 vorgesehen, in der die Sensorsignale über der Zeit gespeichert, d.h. aufgezeichnet werden. Die Sensorsignale zeichnen sich durch periodische Fluktuationen aus, die durch die zyklische Arbeitsweise beispielsweise einer Hubkolbenkraftmaschine hervorgerufen werden. Durch die zyklische Arbeitsweise der Hubkolbenkraftmaschine wird nämlich mit einer durch die Drehzahl definierten Frequenz Abgas von den Zylindern in die Abgasanlage ausgestoßen. Dieses zyklische Entleeren der Zylinder in die Abgasanlage bewirkt eine Druckschwankung in der Abgasanlage. Die Druckschwankung geht einher mit Schwankungen der Temperatur und der Dichte sowie davon abhängigen Größen wie beispielsweise der Partialdrücke der enthaltenen Gasspezies. Der Zusammenhang ist durch die ideale Gasgleichung definiert. In the figure is schematically an exhaust path 100 a (not dargstellten) internal combustion engine shown, in which a sensor 200 is arranged, the sensor signals of a computing device (engine control unit) 300 be supplied. In the arithmetic unit is a recording device 302 provided, in which the sensor signals are stored over time, ie recorded. The sensor signals are characterized by periodic fluctuations caused by the cyclic operation of a reciprocating piston engine, for example become. Due to the cyclical operation of the reciprocating internal combustion engine, exhaust gas is expelled from the cylinders into the exhaust system at a frequency defined by the rotational speed. This cyclic emptying of the cylinder in the exhaust system causes a pressure fluctuation in the exhaust system. The pressure fluctuation is accompanied by variations in temperature and density as well as dependent variables such as the partial pressures of the gas species contained. The relationship is defined by the ideal gas equation.

Grundidee der Erfindung ist es nun, diese Fluktuationen in Druck, Temperatur und Dichte und davon abhängige Größen als periodische Sensoranregungen auszunützen, um damit auf die Dynamik von Sensoren im Abgaspfad zu schließen. Die für diese Methode geeigneten Sensoren zeichnen sich daher durch eine Empfindlichkeit auf mindestens eine der erwähnten Stoffgrößen Druck, Temperatur, Dichte oder davon abhängige Größen aus. Periodische Anregungen von Stoffgrößen, auf welche diese Sensoren im Abgastrakt reagieren, lassen sich beispielsweise als Kennfelder im Motorsteuergerät 300 betriebspunktabhängig ablegen. Dies ist schematisch in der Figur durch den Schaltungsblock 308 dargestellt, welcher beispielsweise Kennfelder periodischer Anregung definiert. In ausgewählten Betriebspunkten wird nun die Frequenz und die Amplitude der Pulsation der entsprechenden Stoffgrößen aus den Kennfeldern abgelesen und mit der im Sensormesssignal ausgeprägten, gemessenen Amplitude und Frequenz verglichen. Hierzu wird das in der Aufzeichnungseinrichtung 302 über der Zeit aufgezeichnete Sensorsignal in den Frequenzraum transformiert, was beispielsweise mit Hilfe einer Fourier-Transformation 304 geschieht. Es werden in Schritt 306 oder in einem entsprechenden Schaltungsteil nun die Frequenz- und die Amplitudenanteile des Sensorsignals bestimmt. Der interessierende Frequenzanteil wird dabei in einem Schritt 310 oder einem entsprechenden Schaltungsteil mit der Frequenz verglichen, mit der die Zylinder der Hubkolbenkraftmaschine Abgas in die Abgasanlage ausstoßen bzw. harmonischen Frequenzen hiervon. Dabei sind insbesondere auch die resultierende Drehzahl- und Zyklusfrequenz und Harmonische hiervon von Interesse. Im Falle einer Nichtübereinstimmung wird dabei auf einen defekten Sensor 200 geschlossen. In einem Schritt 311 oder einem entsprechenden Schaltungsteil wird der Amplitudenanteil mit der erwarteten Amplitude verglichen und hieraus auf die Dynamik des Sensors 200 geschlossen. Konkret wird hierbei die Zeitkonstante des Sensors bestimmt. The basic idea of the invention is now to exploit these fluctuations in pressure, temperature and density and variables dependent thereon as periodic sensor excitations in order to conclude on the dynamics of sensors in the exhaust path. The suitable for this method sensors are therefore characterized by a sensitivity to at least one of the mentioned substance sizes pressure, temperature, density or dependent thereon variables. Periodic suggestions of substance quantities to which these sensors react in the exhaust tract can be, for example, as maps in the engine control unit 300 store according to operating point. This is schematically in the figure by the circuit block 308 which defines, for example, maps of periodic excitation. At selected operating points, the frequency and the amplitude of the pulsation of the corresponding substance quantities are now read from the characteristic diagrams and compared with the measured amplitude and frequency, which are pronounced in the sensor measurement signal. This is done in the recording device 302 Transformed over time recorded sensor signal in the frequency domain, which for example by means of a Fourier transform 304 happens. It will be in step 306 or in a corresponding circuit part now determines the frequency and the amplitude components of the sensor signal. The interesting frequency component is in one step 310 or a corresponding circuit part compared with the frequency with which the cylinders of the reciprocating internal combustion engine exhaust gas in the exhaust system or harmonic frequencies thereof. In particular, the resulting speed and cycle frequency and harmonics thereof are of interest. In the event of a mismatch, this will be due to a defective sensor 200 closed. In one step 311 or a corresponding circuit part of the amplitude component is compared with the expected amplitude and thus on the dynamics of the sensor 200 closed. Specifically, the time constant of the sensor is determined here.

Die Beziehung zwischen dem Amplitudenanteil und der Sensorzeitkonstante muss dazu beispielsweise mit zuvor durchgeführten Messungen betriebspunktabhängig bestimmt und gespeichert werden. Im Schritt 311 oder einem entsprechenden Schaltungsteil lässt sich dann die vorherrschende Sensorzeitkonstante, mit Hilfe des aus dem Sensormesssignal berechneten Amplitudenanteils und der zuvor gespeicherten Beziehung, je nach Betriebspunkt individuell, bestimmen. For this purpose, the relationship between the amplitude component and the sensor time constant has to be determined and stored in an operating-point-dependent manner, for example using previously performed measurements. In step 311 or a corresponding circuit part can then be the prevailing sensor time constant, using the calculated from the sensor measurement signal amplitude component and the previously stored relationship, depending on the operating point individually determine.

Zur Bestimmung der Totzeit wird ein ähnliches Vorgehen gewählt. Hierbei wird nicht die Amplitude der Pulsation ausgewertet, sondern die Phasenverschiebung zwischen den Pulsationen im Abgaspfad und denen im gemessenen Sensorsignal. Aus dieser Phasenverschiebung kann die Totzeit des Sensors ermittelt werden. Für die Phasenverschiebung eignen sich besonders Betriebsphasen mit nicht konstanter Drehzahl. Durch die sich verändernde Drehzahl ändert sich auch die Anregungsfrequenz, was die Bestimmung der Phasenverschiebung vereinfacht bzw. überhaupt erst ermöglicht. Diese Bestimmung der Phasenverschiebung erfolgt in Schritt 312 oder einem entsprechenden Schaltungsteil. To determine the dead time, a similar procedure is selected. Here, not the amplitude of the pulsation is evaluated, but the phase shift between the pulsations in the exhaust path and those in the measured sensor signal. From this phase shift, the dead time of the sensor can be determined. For the phase shift are particularly suitable operating phases with non-constant speed. As a result of the changing rotational speed, the excitation frequency also changes, which simplifies the determination of the phase shift or makes it possible in the first place. This determination of the phase shift takes place in step 312 or a corresponding circuit part.

In einem Schritt 320 oder einem entsprechenden Schaltungsteil werden aufgrund der berechneten Dynamikkenngrößen der Schritte 310, 311 und 312 oder entsprechender Schaltungsteile Auswertungen vorgenommen, die auf einen intakten Sensor oder einen nicht intakten Sensor schließen lassen. Vorteilhafterweise werden anschließend, falls möglich, die berechneten Veränderungen der Sensordynamikkenngrößen dazu verwendet, die Messsignale des betrachteten Sensors entsprechend zu kompensieren. Dazu wird der Schritt 330 oder ein entsprechendes Schaltungsteil verwendet. Diese Dynamikkompensation 330 ist insbesondere hilfreich für weitergehende Anwendungen welche die Sensormessung als Eingangsgröße verwenden. In one step 320 or a corresponding circuit part are due to the calculated dynamic characteristics of the steps 310 . 311 and 312 or corresponding circuit parts made evaluations that indicate an intact sensor or a non-intact sensor. Advantageously, then, if possible, the calculated changes in the sensor dynamics parameters used to compensate for the measurement signals of the considered sensor accordingly. This is the step 330 or a corresponding circuit part used. This dynamic compensation 330 is particularly useful for advanced applications that use sensor measurement as an input.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr vorteilhaft gemäß einer Ausgestaltung beispielsweise eingesetzt werden bei einer Breitbandlambdasonde im Abgaspfad einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird die Abhängigkeit des Partialdruckes des Sauerstoffs vom Totaldruck, welcher der genannten Fluktuation unterliegt, ausgenützt. So ist beispielsweise das Sensorausgangssignal, d.h. die Messgröße Pumpstrom von Breitbandlambdasonden, welche nach dem Pumpstromprinzip arbeiten, vom im Abgas herrschenden Partialdruck abhängig. Aufgrund der vorhandenen Druckpulsation im Abgastrakt wird also eine Pulsation des Partialdrucks des Sauerstoffs auch bei konstant bleibender Sauerstoffkonzentration induziert. Bei bekannter Pulsation des Partialdrucks, die beispielsweise aus Kennfeldern entnehmbar ist, kann über dessen Fortpflanzung auf das Sensormesssignal auf die Dynamikeigenschaften des Sensors auf die oben beschriebene Weise geschlossen werden. The inventive method can be very advantageous according to one embodiment, for example, be used in a broadband lambda probe in the exhaust path of an internal combustion engine. In this case, the dependence of the partial pressure of the oxygen from the total pressure, which is subject to said fluctuation, is utilized. For example, the sensor output, i. the measured variable pumping current of broadband lambda probes, which operate on the pumping current principle, dependent on the pressure prevailing in the exhaust gas partial pressure. Due to the existing pressure pulsation in the exhaust system so a pulsation of the partial pressure of the oxygen is induced even at a constant oxygen concentration. In known pulsation of the partial pressure, which can be removed for example from maps, can be concluded on its propagation to the sensor measurement signal to the dynamic characteristics of the sensor in the manner described above.

Ein sehr großer Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens ist es, dass es im stationären Betrieb von Hubkolbenbrennkraftmaschinen eingesetzt werden kann. Dies ist bei konventionellen Dynamikdiagnosemethoden, die auf dynamische Anregungen wie Sprünge und Transienten in den relevanten Stoffgrößen angewiesen sind, nicht ohne Weiteres möglich. Die Möglichkeit zur Dynamikdiagnose im Stationärbetrieb erlaubt den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Betriebsbedingungen, die durch nicht vorhandene, schwache und/oder langsame Transienten gekennzeichnet sind. Solche Betriebsbedingungen herrschen beispielsweise in großer Entfernung von der Hubkolbenmaschine im Abgastrakt vor, da vorgelagerte Einbauten, beispielsweise Abgasnachbehandlungssysteme wie Katalysatoren und Filter, die Transienten abschwächen können. A very big advantage of the method described above is that it is stationary Operation of reciprocating internal combustion engines can be used. This is not easily possible with conventional dynamic diagnostic methods, which depend on dynamic excitations such as jumps and transients in the relevant substance quantities. The possibility of dynamic diagnostics in stationary operation allows the use of the method according to the invention under operating conditions that are characterized by non-existent, weak and / or slow transients. Such operating conditions prevail, for example, at a great distance from the reciprocating engine in the exhaust system, since upstream installations, such as exhaust aftertreatment systems such as catalysts and filters, can attenuate the transients.

Eine andere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei Systemen, bei denen transiente Bedingungen nur sehr selten auftreten im Vergleich zur Gesamtbetriebszeit, gegeben. Dies ist z.B. bei off-highway Anwendungen oder bei Systemen, die im Hybridbetrieb eingesetzt werden, der Fall. Bei diesen Systemen ist die Betriebszeit der Hubkolbenkraftmaschinen stark limitiert. Another advantageous application of the method according to the invention is given in systems in which transient conditions occur only very rarely compared to the total operating time. This is e.g. in off-highway applications or in systems that are used in hybrid mode, the case. In these systems, the operating time of reciprocating engines is severely limited.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008040737 A [0005]
DE 102008001121 A [0007]

Claims

Method for dynamic diagnosis of sensors ( 200 ) in the fresh air or exhaust tract ( 100 ) of internal combustion engines, which cause during their operation in particular periodic fluctuations of at least one material size of the internal combustion engine supplied fresh air or the exhaust gas in the exhaust system, characterized in that caused by the periodic fluctuations in predetermined operating ranges of the engine sensor excitations and corresponding sensor reactions with previously for these operating ranges detected and stored or calculated suggestions of the substance size and / or stored or calculated associated sensor responses are compared and is concluded from the comparison of at least one sensor sensor characterizing the size of the sensor.

A method according to claim 1, characterized in that at least one of the following sizes is used as the substance size: pressure, temperature, density and dependent thereon variables.

A method according to claim 1, characterized in that the storage of the suggestions is done map-based.

A method according to claim 1, characterized in that the suggestions are determined via a model-based calculation, starting from the current operating point.

A method according to claim 1, characterized in that the suggestions are known by the measurement of substitute sizes by existing or additionally arranged sensors.

A method according to claim 1, characterized in that the amplitude, phase and frequency components of the sensor signals are used to evaluate the periodic excitations of the substance quantities.

Method according to Claim 6, characterized in that the determination of the amplitude, phase and frequency components of the sensor signals is effected by transformation, in particular Fourier transformation, of the sensor signals into the frequency domain.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that the frequency components of the sensor signals are compared with the frequency components of the substance size characterizing and stored signal and / or with their harmonics and is closed in case of disagreement to a defective sensor.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that the amplitude components of the sensor signals are compared with the expected and stored amplitudes of the material characterizing signal and from this the time constant of the sensor is determined.

A method according to claim 9, characterized in that the amplitude components are considered at that frequency with which the cylinders of the internal combustion engine exhaust gas in the exhaust gas duct, or suck from the fresh air path.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that a shift of the phase of the sensor signal and the expected and stored phase of the substance characterizing signal in the fresh air or exhaust gas path is determined and from this on the dead time of the sensor is concluded.

A method according to claim 11, characterized in that the phase shift is determined in operating areas with non-constant speed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is carried out only in selected operating points of the internal combustion engine.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a sensor ( 200 ) a broadband lambda probe is used, and that pulsations of the partial pressure of the oxygen are used as substance quantities subject to periodic fluctuations.

Method according to Claim 1, characterized in that at least one variable characterizing the sensor dynamics is used for compensating the sensor measuring signal for further use with regard to the changed dynamics.

Computer program that executes all steps of a method according to one of claims 1 to 15, which runs on a computing device, in particular a control unit of an internal combustion engine.

Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to one of claims 1 to 15, when the program is stored on a computer or a control unit ( 300 ) is performed.