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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung einer Erkennung von Fehlern einer Lambdasonde mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen. Für einen dauerhaft umweltverträglichen Betrieb einer Brennkraftmaschine ist es unerlässlich, abgasrelevante Bauteile zu überwachen. So werden bekanntermaßen On-Board-Diagnosen (OBD) zur Erkennung von Alterungseffekten einer Lambdasonde eingesetzt. Diese On-Board-Diagnosen müssen geeignet sein, derartige Effekte rechtzeitig zu erkennen, noch bevor die Lambdasonde so gealtert ist, dass eine ausreichend genaue Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses nicht mehr möglich ist.
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Für die Entwicklung von derartigen On-Board-Diagnosen ist es bekannt, Signale einer Lambdasonde zu manipulieren. Insbesondere ist es wünschenswert, den Funktionen der On-Board-Diagnosen in der Motorsteuerung während der Fahrzeugentwicklung oder bei der Fahrzeugzulassung Signale einer Lambdasonde zur Verfügung zu stellen, die möglichst frei konfigurierbare Fehlerbilder aufweisen. Eine Manipulation kann bei einer Breitband-Lambdasonde derart erfolgen, dass eine Verzögerung oder ein Versatz eines Signals der Lambdasonde erzeugt beziehungsweise simuliert wird. Weitere Fehlerbilder sind durch Rechenfiltern wie Dämpfung, Verstärkung, Offset, Begrenzung, Tiefpass, Verzögerung und sowie Kombinationen davon darstellbar, wobei die Parameter der Rechenfilter abhängig vom Signalverlauf adaptiert werden können.
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Zur Überprüfung, ob von einem Motorsteuergerät beziehungsweise mittels der On-Board-Diagnosen relevante Fehler einer Breitband-Lambdasonde erkannt werden, ist es zum Beispiel gemäß den Dokumenten
DE102008027895A1 ,
DE102008027896A1 oder
DE102012213068A1 Stand der Technik, einen Fehlersimulator einzusetzen. Dazu wird der Fehlersimulator zwischen Motorsteuergerät und Lambdasonde angeordnet. Zur Simulation von Fehlern der Lambdasonde können zwischen Lambdasonde und Motorsteuergerät ausgetauschte Signale verändert werden.
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Hierzu zunächst folgende Betrachtungen. Angenommen, es erfolgt ein sprunghaftes Erhöhen (Abmagern) des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda), mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, dann erfolgt in bekannter Weise bei einem einwandfrei funktionierenden Zusammenwirken von Breitband-Lambdasonde und Motorsteuergerät eine Änderung der Nernst-Spannung, wobei infolgedessen ein veränderter Pumpstrom der Pumpzelle der Lambdasonde zugeführt wird, um wieder ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum einzustellen. Dieses bekannte Verhalten ist in 1 gezeigt (Regelung: Istwert der Nernst-Spannung wird mit Sollwert verglichen, Pumpstrom ist Stellgröße). Es kann natürlich auch ein sprunghaftes Verringern (Anfetten) des Verbrennungsluftverhältnisses erfolgen.
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Angenommen, es soll ein sprunghaftes Erhöhen des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) simuliert werden (siehe gestrichelter Verlauf in 2). D. h. es erfolgt kein tatsächliches sprunghaftes Erhöhen (Abmagern) des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda), mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, so wie es in Verbindung mit 1 gezeigt ist. Das reale Verbrennungsluftverhältnis bleibt also konstant (siehe durchgezogener Verlauf in 2). Vielmehr wird mittels eines Fehlersimulators der Pumpzelle ein Simulations-Strom zugeführt, siehe 2. Infolgedessen erfolgt eine Änderung der Nernst-Spannung, da sich das Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum ändert. Eine Änderung der Nernst-Spannung bedingt wiederum, dass ein veränderter Pumpstrom der Pumpzelle zugeführt wird, um wieder ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum einzustellen.
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Die in den 1 und 2 sowie in den weiteren Figuren gezeigten Verläufe sind rein schematisch und sollen nur die wesentlichen Zusammenhänge darstellen.
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Angenommen, es soll eine Überprüfung erfolgen, ob von einem Motorsteuergerät relevante Fehler einer Breitband-Lambdasonde erkannt werden. Zu diesem Zweck wird insbesondere die Simulation einer gealterten bzw. verzögert reagierenden Breitband-Lambdasonde durchgeführt. Dazu erfolgt einerseits eine tatsächliche sprunghafte Änderung (Erhöhen/Erniedrigen bzw. Abmagern/Anfetten) des tatsächlichen Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda), mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, wie in Verbindung mit 3 gezeigt (hier erfolgt ein Anfetten, siehe durchgezogener Verlauf). Andererseits wird dazu, zur Simulation einer verzögert reagierenden Breitband-Lambdasonde, mittels eines Fehlersimulators, der Pumpzelle ein Simulations-Strom zugeführt, so dass sich ein verzögerter Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) gegenüber dem Motorsteuergerät bzw. der Diagnosefunktion zur Fehlererkennung ergibt (siehe gestrichelter Verlauf).
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Hierbei ergibt sich jedoch folgendes Problem. Wie in 3 gezeigt, erfolgt durch das sprunghafte (tatsächliche) Verringern des Verbrennungsluftverhältnisses eine Änderung der Nernst-Spannung, da sich das Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum ändert. Eine Änderung der Nernst-Spannung bedingt wiederum, dass ein veränderter Pumpstrom der Pumpzelle zugeführt wird (durch die in der Motorsteuerung vorgesehene Regelung der Nernst-Spannung auf einen Sollwert), um wieder ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum einzustellen. Diese Veränderung des Pumpstromes kann jedoch durch Funktionen der On-Board-Diagnose in der Motorsteuerung (ungewollt) als Fehler erkannt werden. D. h. bei der Überprüfung, ob durch eine spezifische Diagnosefunktion eine gealterte bzw. verzögert reagierende Breitband-Lambdasonde erkannt wird, d. h. bei der oben beschriebenen Simulation eines verzögerten Verlaufes des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) kann eine weitere Diagnosefunktion diese (vermeintlich) nicht plausible Veränderung des Pumpstromes als Fehler erkennen. Das ist natürlich hinderlich und vor allem dann problematisch, wenn ein relativ flacher Verlauf des Pumpstroms gegenüber dem Motorsteuergerät ausgegeben werden soll, das reale Abgas jedoch eine starke Änderungsrate besitzt bzw. die tatsächliche sprunghafte Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses innerhalb sehr kurzer Zeit um einen großen Betrag erfolgt. Mit anderen Worten stört der „Ausflug“ des Pumpstrom-Signals bei einer Überprüfung, ob eine gealterte bzw. verzögert reagierende Breitband-Lambdasonde ordnungsgemäß erkannt wird oder nicht.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Überprüfung, ob von einem Motorsteuergerät relevante Fehler einer Lambdasonde erkannt werden, störende Einflüsse zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die bei einer derartigen Überprüfung eingesetzte Lambdasonde eine Pumpzelle sowie eine Nernst-Zelle umfasst und mit einem Steuergerät derart zusammenwirkt, dass dem Steuergerät eine Nernst-Spannung und der Pumpzelle ein Pumpstrom zugeführt wird. Zur Simulation eines Fehlers der Lambdasonde wird mittels eines Fehlersimulators der Pumpzelle ein elektrischer Simulations-Strom zugeführt, so dass überprüft werden kann, ob Fehler der Lambdasonde mittels der Software/Diagnosefunktionen des Steuergerätes der Brennkraftmaschine erkannt werden. Erfindungsgemäß wird durch eine Zufuhr eines elektrischen Stroms zu der Nernst-Zelle Änderungen der Nernst-Spannung während der Simulation entgegengewirkt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch gelöst, dass die bei einer derartigen Überprüfung eingesetzte Lambdasonde mit dem Abgas einer Brennkraftmaschine in Kontakt steht und eine Pumpzelle sowie eine Nernst-Zelle umfasst und mit einem Steuergerät derart zusammenwirkt, dass dem Steuergerät eine Nernst-Spannung und der Pumpzelle ein Pumpstrom zugeführt wird. Für eine Überprüfung, ob Fehler der Lambdasonde mittels der Software/Diagnosefunktionen eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine erkannt werden, erfolgt eine Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird. Mittels eines Fehlersimulators wird der Pumpzelle ein elektrischer Simulations-Strom zugeführt, so dass zur Simulation eines Fehlers der Lambdasonde einer Änderung des Pumpstromes infolge der Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses entgegengewirkt wird. Erfindungsgemäß wird durch die Zufuhr eines elektrischen Stroms zu der Nernst-Zelle, parallel zu der Zufuhr eines Simulations-Stromes zu der Pumpzelle, möglichen unerwünschten Änderungen der Nernst-Spannung infolge der Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses entgegengewirkt.
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Dadurch, dass nicht nur der Pumpzelle, sondern auch der Nernst-Zelle einer Lambdasonde ein elektrischer Strom zugeführt wird, kann bei einer Fehlersimulation zur Überprüfung einer Fehlererkennung mittels dieses elektrischen Stromes die Nernst-Spannung beeinflusst bzw. eingestellt werden. Somit kann eine Kompensation störender/unerwünschter Einflüsse bzw. Reaktionen der sonst unveränderten Motorsteuerung (insbesondere der unverändert aktiven Regelung der Nernst-Spannung) vorgenommen werden.
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Insbesondere ist es von Vorteil, dass bei einer Simulation von Fehlern einer Lambdasonde zur Überprüfung, ob eine Fehlererkennung/Diagnosefunktion richtig arbeitet, nicht irgend eine in Wechselwirkung mit dieser Fehlererkennung stehende weitere Funktion der Motorsteuerung (z. B. die Regelung der Nernst-Spannung) abgeschaltet werden muss. D. h. es ist erfindungsgemäß möglich, praxis- bzw. realitätsnah zu testen.
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Weiterhin wird zur Überprüfung einer Erkennung von Fehlern einer Lambdasonde mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung mit einer Stromquelle für eine Zufuhr eines Simulations-Stroms zu der Pumpzelle und mit einer Stromquelle für eine Zufuhr eines elektrischen Stroms zu der Nernst-Zelle bereitgestellt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Eine Brennkraftmaschine weist zumindest eine Lambdasonde, insbesondere eine Breitband-Lambdasonde auf. Die Breitband-Lambdasonde ist in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet, so dass die Breitband-Lambdasonde mit dem Abgas der Brennkraftmaschine in Kontakt ist.
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Die Breitband-Lambdasonde, auch als lineare Sauerstoffsonde bezeichnet, umfasst eine so genannte Pumpzelle und eine so genannte Nernst-Zelle, wobei sich zwischen den beiden Zellen ein Hohlraum (Messraum) befindet, welchen das Abgas der Brennkraftmaschine nur durch einen Diffusionskanal erreicht. Mittels der Nernst-Zelle, die auch als Messzelle bezeichnet wird, kann das Verbrennungsluftverhältnis bzw. die Luftzahl in dem Messraum bestimmt werden. Mit der Pumpzelle kann durch ihre Positionierung zwischen Abgasanlage und Messraum aus dem Abgas Sauerstoff in den Messraum hinein oder aus ihm heraus gepumpt werden.
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Wie bekannt, sind die Pumpzelle und die Messzelle mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine verbunden. Insbesondere wird der mittels der Nernst-Zelle bestimmte Istwert der Nernst-Spannung dem Steuergerät übermittelt. Der Istwert der Nernst-Spannung wird mit einem Sollwert (also einer Referenzspannung von 450 mV) verglichen und in Abhängigkeit dieses Vergleiches erfolgt die Einstellung des Pumpstromes, welcher der Pumpzelle der Breitband-Lambdasonde zugeführt wird. Die Nernst-Spannung ist folglich die Führungsgröße und der Pumpstrom die Stellgröße. In Kenntnis des jeweils aktuellen Pumpstromes kann auf das aktuelle Verbrennungsluftverhältnis geschlossen werden, mittels der bekannten Abhängigkeit des Pumpstromes von dem Verbrennungsluftverhältnis, also mittels der die Breitband-Lambdasonde charakterisierenden Kennlinie.
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Wie schon in der Einleitung in Verbindung mit 1 beschrieben, wird zunächst angenommen, dass ein sprunghaftes Erhöhen (Abmagern) des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) erfolgt, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird. In bekannter Weise erfolgt daher bei einem einwandfrei funktionierenden Zusammenwirken von Breitband-Lambdasonde und Motorsteuergerät eine Änderung der Nernst-Spannung in dem Messraum, wobei infolgedessen ein veränderter Pumpstrom der Pumpzelle zugeführt wird, um wieder ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum einzustellen. Es kann natürlich auch ein sprunghaftes Verringern (Anfetten) des Verbrennungsluftverhältnisses erfolgen.
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Die gesamte Offenbarung aus der Einleitung, insbesondere betreffend die Betrachtungen zu den 1 bis 3 sei hiermit in die Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels mit einbezogen. Außerdem zeigen sämtliche Figuren nur schematisch die betreffenden Zusammenhänge.
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Wie schon in Verbindung mit 3 in der Einleitung beschrieben, kann es notwendig sein, zu überprüfen, ob von dem Motorsteuergerät/einer Diagnosefunktion relevante Fehler der Breitband-Lambdasonde erkannt werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise die Simulation einer gealterten bzw. verzögert reagierenden Breitband-Lambdasonde durchgeführt. Dazu erfolgt einerseits eine tatsächliche sprunghafte Änderung (Erhöhen/Erniedrigen bzw. Abmagern/Anfetten) des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda), mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, wie in Verbindung mit 3 gezeigt (hier erfolgt ein Anfetten, siehe durchgezogener Verlauf).
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Andererseits wird dazu, z. B. zur Simulation einer verzögert reagierenden Breitband-Lambdasonde (oder eines Versatzes/Offsets des Pumpstrom-Signals der Lambdasonde bzw. eines der Fehlerbilder, die gemäß dem Stand der Technik durch Rechenfiltern wie Dämpfung, Verstärkung, Offset, Begrenzung, Tiefpass, Verzögerung sowie Kombination davon darstellbar sind), mittels eines Fehlersimulators, der Pumpzelle ein Simulations-Strom zugeführt, so dass sich ein verzögerter (oder versetzter) Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) gegenüber dem Motorsteuergerät ergibt (siehe gestrichelter Verlauf). D. h. durch die Zufuhr eines Simulations-Stromes zu der Pumpzelle (über einen bestimmten Zeitraum) wird bewirkt, dass trotz der realen Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses (in der Messzelle) einer Änderung des Pumpstromes bzw. einer Änderung des anhand der Motorsteuerung in Abhängigkeit des aktuellen Pumpstromes berechneten Verbrennungsluftverhältnisses entgegengewirkt wird. Dazu wird ein Fehlersimulator zwischen Motorsteuergerät und Lambdasonde angeordnet. Der Simulations-Strom wird dann in die Pumpzelle eingeprägt, wenn die (tatsächliche) sprunghafte Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses bzw. der Qualität des Abgases eingeleitet wird/erfolgt/beginnt. Der Simulations-Strom steigt beispielsweise rampenförmig oder sprunghaft auf einen Maximalwert an. Das Einprägen des Simulations-Stromes in die Pumpzelle wird ab dem Zeitpunkt beendet bzw. der Simulations-Strom wird dann wieder verringert, nachdem die simulierte Verzögerung des Verlaufes des Verbrennungsluftverhältnisses beendet wird bzw. zumindest damit begonnen wird, den simulierten/verzögerten Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses wieder dem tatsächlichen Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses anzugleichen bzw. die Simulation der Verzögerung beendet werden soll. Eine Erkennung von Fehlern der Lambdasonde kann dadurch erfolgen, dass bestimmt wird, welche Zeit vergeht, bis eine (erwartete) Änderung des Pumpstromes (also der Stellgröße des oben beschriebenen Regelkreises) infolge einer Änderung des Sollwertes für das Verbrennungsluftverhältnis mittels einer vom Steuergerät umfassten Funktion zur Steuerung/Regelung der Brennkraftmaschine erfolgt. Eine Erkennung von Fehlern der Lambdasonde kann auch unter Berücksichtigung/in Abhängigkeit der Änderung des (tatsächlichen) Verbrennungsluftverhältnisses und unter Berücksichtigung/in Abhängigkeit der durch den Simulations-Strom verursachten/bedingten Änderung des Pumpstromes erfolgen. Das (tatsächliche) Verbrennungsluftverhältnis kann dabei beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass eine (bekannte) Menge an Kraftstoff ausgewertet/betrachtet wird, die einer (bekannten) Menge an Luft der Brennkraftmaschine für deren Betrieb zugeführt wird.
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Hierbei ergibt sich jedoch folgendes Problem. Wie in 3 gezeigt, erfolgt durch das sprunghafte Verringern des (tatsächlichen) Verbrennungsluftverhältnisses eine Änderung der Nernst-Spannung, da sich das Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum ändert. Eine Änderung der Nernst-Spannung bedingt wiederum, dass unmittelbar darauffolgend ein veränderter Pumpstrom der Pumpzelle zugeführt wird, um wieder ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum einzustellen.
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Diese Veränderung des Pumpstromes kann jedoch durch eine Funktion oder mehrere Funktionen der On-Board-Diagnose in der Motorsteuerung (ungewollt) als Fehler erkannt werden, siehe ausführliche Ausführungen dazu in der Einleitung oben. Das ist vor allem dann der Fall, wenn ein relativ flacher Verlauf des Pumpstroms gegenüber dem Motorsteuergerät ausgegeben werden soll, das reale Abgas jedoch eine starke Änderungsrate besitzt bzw. die tatsächliche sprunghafte Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses innerhalb sehr kurzer Zeit um einen großen Betrag erfolgt. Mit anderen Worten, stört der „Ausflug“ des Pumpstrom-Signals, vor allem bei einer Überprüfung, ob eine gealterte bzw. verzögert reagierende Breitband-Lambdasonde ordnungsgemäß durch Diagnosefunktionen erkannt wird oder nicht.
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Erfindungsgemäß ist daher es vorgesehen, nicht nur der Pumpzelle, sondern auch der Nernst-Zelle einer Breitband-Lambdasonde einen elektrischen Strom zuzuführen, so dass bei einer Fehlersimulation zur Überprüfung einer Fehlererkennung mittels dieses elektrischen Stromes die Nernst-Spannung beeinflusst bzw. eingestellt werden kann und somit eine Kompensation störender/unerwünschter Einflüsse bzw. Reaktionen der sonst unveränderten Motorsteuerung (insbesondere der unverändert aktiven Regelung der Nernst-Spannung) vorgenommen werden kann.
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D. h. es ist erfindungsgemäß von Vorteil, dass bei einer Simulation von Fehlern einer Breitband-Lambdasonde zur Überprüfung, ob eine Fehlererkennung/Diagnosefunktion richtig arbeitet, nicht irgend eine in Wechselwirkung stehende (weitere) Funktion der Motorsteuerung (z. B. die Regelung der Nernst-Spannung) abgeschaltet werden muss. D. h. es ist erfindungsgemäß möglich, praxis- bzw. realitätsnah zu testen.
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Erfindungsgemäß erfolgt dadurch eine Vermeidung störender Einflüsse bei einer Überprüfung, ob von einem Motorsteuergerät/Diagnosefunktionen relevante Fehler einer Breitband-Lambdasonde erkannt werden, dass mittels eines elektrischen (Kompensations-)Stromes, welcher der Nernst-Zelle der Breitband-Lambdasonde zugeführt wird, eine Beeinflussung bzw. Einstellung der Nernst-Spannung bzw. Kompensation einer unerwünschten Änderung der Nernst-Spannung vorgenommen wird. Mit anderen Worten, wird dadurch, dass die Nernst-Spannung beeinflusst wird, die Möglichkeit eröffnet, unerwünschte Veränderungen des Pumpstromes im Allgemeinen und bei der Überprüfung von Diagnosefunktionen im Speziellen zu unterdrücken.
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D. h. erfolgt bei einer Fehlersimulation zur Überprüfung einer Fehlererkennung/Diagnosefunktion eine (insbesondere sprunghafte) Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses, dann ergibt sich (systembedingt) eine Änderung der Nernst-Spannung. Die Nernst-Spannung wird erfindungsgemäß einerseits dadurch beeinflusst bzw. wird erfindungsgemäß eine unerwünschte Änderung der Nernst-Spannung kompensiert/unterdrückt, dass in die Nernst-Zelle ein (variabler/einstellbarer) elektrischer (Gleich-)Strom bei konstantem (oder nahezu konstantem) Innenwiderstand der Nernst-Zelle eingeprägt wird. Eine Beeinflussung der Nernst-Spannung erfolgt andererseits dadurch, dass durch das erfindungsgemäße Einprägen eines elektrischen (Gleich-)Stromes in die Nernst-Zelle ein Ionentransport im Elektrolyten ermöglicht wird und sich ein (zusätzlicher) Sauerstofftransport durch die Nernst-Zelle (neben dem Sauerstofftransport durch die Pumpzelle) einstellt.
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Der elektrische Strom, welcher erfindungsgemäß der Nernst-Zelle zugeführt wird, ist hinsichtlich seiner Richtung nicht festgelegt. Vielmehr ist dieser Strom richtungsunabhängig, kann also in die eine oder die andere Richtung der Nernst-Zelle zugeführt werden. Auch die Stärke dieses elektrischen Stromes ist variabel. Es kann ein Gleich- und/oder Wechselstrom sein.
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Jedenfalls ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der elektrische Strom, welcher in die Nernst-Zelle eingeprägt wird, geeignet ist, zusammen mit dem Spannungsabfall über dem Innenwiderstand der Nernst-Zelle die abgasabhängige Änderung der Nernst-Spannung zu verringern/kompensieren, während der Durchführung einer Überprüfung einer Fehlererkennung der Lambdasonde.
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Entsprechend 4 ergibt sich erfindungsgemäß somit zum Beispiel folgender Verfahrensablauf. Ausgangspunkt ist das im Zusammenhang mit 3 dargestellte Problem. D. h. es erfolgt durch das sprunghafte Verringern des (tatsächlichen) Verbrennungsluftverhältnisses, zum Zweck der Simulation einer gealterten Sonde, eine Änderung der Nernst-Spannung, da sich das Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum ändert. Eine Änderung der Nernst-Spannung bedingt wiederum, dass unmittelbar darauffolgend ein veränderter Pumpstrom der Pumpzelle zugeführt wird, um wieder ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis in dem Messraum einzustellen (durch die Regelung der Nernst-Spannung im Motorsteuergerät).
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Erfindungsgemäß wird der Nernst-Zelle der Breitband-Lambdasonde ein elektrischer Kompensations-Strom zugeführt (siehe unteres Diagramm) und zwar (unmittelbar) nachdem eine Änderung der Nernst-Spannung eingeleitet wird/erfolgt/beginnt oder gleichzeitig mit dieser Änderung, d. h. in Abhängigkeit dieser Änderung. Ebenfalls (unmittelbar) nachdem diese Änderung eingeleitet wird/erfolgt/beginnt oder gleichzeitig mit dieser Änderung, d. h. in Abhängigkeit dieser Änderung, wird mittels eines Fehlersimulators der Pumpzelle ein Simulations-Strom zugeführt, so dass sich ein verzögerter Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) gegenüber dem Motorsteuergerät ergibt (siehe gestrichelter Verlauf in obersten Diagramm). Dadurch, dass der Nernst-Zelle der Breitband-Lambdasonde ein elektrischer Kompensations-Strom zugeführt wird, wird die Änderung der Nernst-Spannung infolge der Änderung der Qualität des Abgases bzw. des (tatsächlichen) Verbrennungsluftverhältnisses kompensiert (siehe fett gestrichelter Verlauf im zweiten Diagramm von oben). D. h. diese Änderung der Nernst-Spannung wird zumindest deutlich verringert. Somit ergibt sich keine oder nur eine geringe Veränderung des Pumpstromes, welcher der Pumpzelle zugeführt wird (siehe gestrichelter Verlauf in dritten Diagramm von oben), infolge der Regelung der Nernst-Spannung im Motorsteuergerät. Die (zweite) weitere Änderung der Nernst-Spannung in 4 ist dadurch bedingt, dass der Simulations-Strom wieder reduziert wird, jedoch ist diese nicht relevant bzw. hinderlich und muss nicht kompensiert werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Einprägen des Kompensations-Stromes in die Nernst-Zelle nur so lange, wie es notwendig ist, insbesondere so lange, wie eine Änderung der Nernst-Spannung infolge der Änderung des (tatsächlichen) Verbrennungsluftverhältnisses anhält. Erfindungsgemäß erfolgt die zeitliche Steuerung des Einprägens des Kompensations-Stromes in die Nernst-Zelle in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs des Simulations-Stromes, der der Pumpzelle zugeführt wird oder in Abhängigkeit der Nernst-Spannung/des Pumpstromes bzw. des jeweiligen zeitlichen Verlaufes. Insbesondere wird der Beginn des Einprägens des Kompensations-Stromes in die Nernst-Zelle in Abhängigkeit davon ausgelöst, ab wann der Simulations-Strom in die Pumpzelle eingeprägt wird oder ab wann sich eine Änderung der Nernst-Spannung/des Pumpstromes ergibt. Jedenfalls können erfindungsgemäß die Pumpzelle und die Nernst-Zelle gleichzeitig und unabhängig oder abhängig voneinander jeweils mittels eines elektrischen Stromes (vom Fehlersimulator) so beeinflusst werden, dass das Verhalten der zu Grunde liegenden Breitband-Lambdasonde so verändert wird, dass sich erwünschte Verläufe der Nernst-Spannung (also des Istwertes des oben beschriebenen Regelkreises) und/oder des Pumpstromes (also der Stellgröße des oben beschriebenen Regelkreises) ergeben.
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Von Vorteil ist es erfindungsgemäß, dass das Zuführen eines elektrischen Stromes zu der Nernst-Zelle quasi gleichzeitig mit der Regelung durch das Steuergerät bzw. unmittelbar darauf erfolgt, so dass der Verlauf der Stellgröße – d. h. des Pumpstromes, welcher der Pumpzelle zugeführt wird – einerseits durch den eigentlichen Pumpstrom (in die Pumpzelle) und andererseits durch den Kompensations-Strom (in die Nernst-Zelle) bestimmt wird.
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Es treten so im Steuergerät keine unerwünschten Reaktionen oder nur verminderte Reaktionen auf Veränderungen des Pumpstrom-Signals aufgrund von Änderungen des realen Abgases auf. Von Vorteil ist es weiterhin, dass Steuergeräte, bei denen ein gestellter Pumpstrom das Messsignal darstellt und keine Rückmessung des resultierenden Pumpstroms erfolgt, überprüft werden können.
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Erfindungsgemäß werden zum Zweck der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung, d. h. ein Fehlersimulator bereitgestellt. Dazu kann eine aus dem Stand der Technik, beispielsweise gemäß der
DE102008027895A1 , bekannte Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung zur Überprüfung der Erkennung von Fehlern einer Breitband-Lambdasonde als Grundlage herangezogen werden.
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Wie in 5 gezeigt, ist zwischen einer Breitband-Lambdasonde (Sonde) und einem Steuergerät ein Fehlersimulator angeordnet. Das Steuergerät umfasst neben der oben beschriebenen Regelung der Nernst-Spannung und einer Vielzahl von Funktionen zur Steuerung/Regelung einer Brennkraftmaschine Funktionen zur Diagnose bzw. zur Fehlererkennung (die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüft werden sollen, also ob diese einen Fehler der Lambdasonde erkennen), insbesondere betreffend eine Lambdasonde/Breitband-Lambdasonde, so wie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
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Die Breitband-Lambdasonde weist drei Anschlüsse P, G, N auf, sowie eine Pumpzelle PZ und eine Nernst-Zelle NZ. Die Pumpzelle PZ ist zwischen dem Anschluss P und dem Anschluss G angeordnet. Das elektrische Ersatzschaltbild der Pumpzelle PZ wird durch eine Serienschaltung von Innenwiderstand R und Spannungsquelle U gebildet. Die Nernst-Zelle NZ ist zwischen dem Anschluss N und dem Anschluss G angeordnet. Das elektrische Ersatzschaltbild der Nernst-Zelle NZ wird ebenfalls durch eine Serienschaltung von Innenwiderstand R und Spannungsquelle U gebildet.
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Der Fehlersimulator weist ebenfalls drei (zu den Anschlüssen P, G, N komplementäre) Anschlüsse auf. Für eine Überprüfung der Erkennung von Fehlern einer Breitband-Lambdasonde sind diese Anschlüsse mit den drei Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde verbunden. Der Fehlersimulator weist drei weitere Anschlüsse P´, G´, N´ auf, welche mit entsprechenden Anschlüssen seitens des Steuergerätes verbunden sind. Somit liegen an dem mittels eines Schaltsymbols dargestellten Operationsverstärkers im Steuergerät einerseits die Nernst-Spannung und andererseits eine Referenzspannung (insbesondere 450 mV) an. Jedenfalls wird in Abhängigkeit eines Vergleichs dieser beiden Spannungen eine Stromquelle S1 beeinflusst bzw. gesteuert, so dass diese Stromquelle S1 einen elektrischen Strom liefert, nämlich den Pumpstrom Ip. Wie in 5 durch ein Schaltsymbol gezeigt, umfasst der Fehlersimulator ein Strommessgerät, so dass die Stärke des Pumpstroms Ip bestimmt werden kann. Der Pumpstrom Ip wird wie bekannt in die Pumpzelle PZ eingeprägt.
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Zur Simulation eines veränderten Verhaltens der Lambda-Sonde, beispielsweise wenn ein sprunghaftes Erhöhen des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) simuliert werden soll (siehe gestrichelten Verlauf in 2), dann wird (mittels des Fehlersimulators) der Pumpzelle PZ ein Simulations-Strom Is zugeführt, der von einer vom Fehlersimulator umfassten Stromquelle S2 geliefert wird. D. h. Pumpstrom Ip und Simulations-Strom Is werden überlagert bzw. addiert/subtrahiert, je nach Richtung des Simulations-Stromes Is. Die Steuerung der Stromquelle S2 erfolgt mittels des Fehlersimulators bzw. durch eine nicht gezeigte Steuerung, insbesondere unter Beachtung des aktuellen Pumpstromes Ip.
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Erfindungsgemäß weist der Fehlersimulator auch eine Stromquelle S3 auf. Die Stromquelle S3 liefert einen elektrischen Strom In, welcher in die Nernst-Zelle NZ eingeprägt wird, so dass die Nernst-Spannung beeinflusst bzw. eingestellt und somit eine Kompensation störender Einflüsse bzw. Reaktionen der sonst unveränderten Motorsteuerung (insbesondere der unverändert aktiven Regelung der Nernst-Spannung) vorgenommen werden kann. Die Stromquelle S3 ist insbesondere regel-/steuerbar. D. h. der mittels der Stromquelle S3 bereitgestellte Strom kann hinsichtlich Stärke, Richtung oder Frequenz (sofern es ein zeitlich veränderlicher Strom ist) in Abhängigkeit einer Größe verändert bzw. angepasst werden. Eine solche Größe kann z. B. die Nernst-Spannung sein oder die Abweichung der Nernst-Spannung von der Referenzspannung (insbesondere 450 mV) oder der Pumpstrom Ip oder der Simulations-Strom Is oder eine Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Größen. Die Steuerung der Stromquelle S3 erfolgt mittels des Fehlersimulators bzw. durch eine nicht gezeigte Steuerung, insbesondere unter Beachtung des aktuellen Pumpstromes Ip.
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Wie in 5 weiterhin gezeigt, umfasst der Fehlersimulator ein Spannungsmessgerät, so dass die Stärke der Nernst-Spannung bestimmt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027895 A1 [0003, 0036]
- DE 102008027896 A1 [0003]
- DE 102012213068 A1 [0003]
