DE102016211608A1

DE102016211608A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Korrektur eines Ausgangssignals eines Abgassensors

Info

Publication number: DE102016211608A1
Application number: DE102016211608.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Pfeil; Michael Fey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US10753259B2; CN107543899A; US20170370267A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines Ausgangssignals eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei dem Abgaskanal in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgassensor eine Sekundärluftzuführung zur Zufuhr von Luft in den Abgaskanal zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während einer Messung des Ausgangssignals des Abgassensors während einer Korrekturphase, mit deren Hilfe eine Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors abgeleitet wird, dem Abgaskanal über die Sekundärluftzuführung Luft zugeführt wird. Bei diesem Betrieb des Abgassensors mit Luftüberschuß liegt ein definierter Sauerstoffgehalt des ihn umgebenden Gasgemischs vor, so dass das Ausgangssignal mit Referenzwerten verglichen werden kann. Anschließend kann das Ausgangssignal korrigiert werden und auch eine Verschiebung der Sondenkennlinie vorgenommen werden um Toleranzen oder Alterungseffekte zu kompensieren.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines Ausgangssignals eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei dem Abgaskanal in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgassensor eine Sekundärluftzuführung zur Zufuhr von Luft in den Abgaskanal zugeordnet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In Steuerungssystemen für Brennkraftmaschinen werden Abgassensoren zur Erfassung von Konzentrationen von unterschiedlichen Abgasbestandteilen und für die Realisierung vielfältiger Steuer- und Regelungsfunktionen verwendet. Zur Regelung der Zusammensetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Betrieb von Brennkraftmaschinen wird in deren Abgaskanal der Sauerstoffgehalt des Abgases mittels Abgassensoren (Lambdasonden) bestimmt. Für die korrekte Funktion der Lambdasonde über die gesamte Lebensdauer unter Einbeziehung von Alterungseffekten und Toleranzen ist ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der zu messenden Größe, dem Lambdawert, und dem Ausgangssignal der Lambdasonde, der Sondenspannung, erforderlich. Um Toleranzen und Alterungseffekte auszugleichen ist es bekannt, während Schubphasen und dem dabei im Abgaskanal vorliegenden Sauerstoffüberschuss einen Vergleich der Sondenkennlinie mit einer Referenz-Kennlinie vorzunehmen und daraus eine Korrektur des Ausgangssignals der Lambdasonde abzuleiten. Mit einem solchen Vorgehen kann sogar erreicht werden, dass mittels einer Zweipunkt-Lambdasonde vor einem ersten Katalysator im Abgasstrang eine stetige Regelung des Lambdawerts durchgeführt werden kann.
In neueren Fahrzeugkonzepten, wie beispielhaft Hybridantrieben aus Brennkraftmaschinen und Elektroantrieben oder Getriebesegeln, werden geeignete Schubphasen jedoch immer seltener, so dass die Korrektur bei Luftüberschuss nicht oder zumindest nicht häufig genug erfolgen kann.
In Abgassystemen von Brennkraftmaschinen ist teilweise eine Sekundärluft-Einleitung vorhanden, die einen optimalen Betrieb eines im Abgaskanal dahinter angebrachten Katalysators oder eines Partikelfilters ermöglicht, indem deren Betriebstemperatur schneller erreicht wird oder eine Regeneration besser ermöglicht wird.
Aus der DE 10 2013 201 257 A1 ist ein Verfahren, insbesondere für Off-Highway-Anwendungen, bei denen keine oder keine ausreichenden Schubphasen für die Durchführung des Abgleichs der Lambdasonde vorliegen, bekannt, bei dem beim Abschalten der Brennkraftmaschine zunächst deren Drehzahl erhöht und dann die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird. In dem jetzt erfolgenden Nachlauf der Brennkraftmaschine wird von dieser Luft angesaugt und in den Abgaskanal abgegeben. In dieser Phase liegt eine ausreichend hohe Sauerstoffkonzentration zum Abgleich der Lambdasonde vor. Der DE 10 2013 201 257 A1 liegt somit die gleiche Aufgabenstellung vor wie bei der vorliegenden Erfindung, jedoch wird der Luftüberschuss auf einem völlig anderen Weg erzeugt.
Aus der DE 10 2013 201 316 A1 ist die Erzeugung eines Luftüberschusses im Bereich eines Abgassystems bekannt, indem der Antrieb der Brennkraftmaschine durch einen Elektromotor der als Hybridantrieb ausgeführten Antriebseinheit in einem Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt. Damit wird ein Luftüberschuss im Abgaskanal erzeugt und eine Kalibrierung einer darin angeordneten Abgas-Sonde ermöglicht.
Die Schrift DE 197 34 670 C1 offenbart ein Verfahren, mit welchem vertauscht angeschlossene Lambdasonden bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Auslassleitungen erkannt werden können. Zur Prüfung wird Luft mittels einer Luftquelle (Sekundärluftpumpe) einzeln zumindest einer Abgasleitung vor einer jeweiligen Lambdasonde zugeführt. An Hand der daraus resultierenden Änderung des Lambdasignals kann überprüft werden, ob die Lambdasonden richtig angeschlossen sind oder vertauscht wurden.
Aus der DE 195 36 577 C2 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit einer Heizeinrichtung einer Lambdasonde bekannt. Dazu wird ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine gewählt, bei dem sicher ein mageres Gemisch vorliegt. Die Sondenspannung wird mittels der Heizeinrichtung auf einen vorgegebenen Diagnosesollwert geregelt. Ein Fehler der Heizeinrichtung wird erkannt, wenn der Diagnosesollwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht erreicht wird. Der Betriebszustand kann durch eine Sekundärlufteinblasung in den Abgastrakt erfolgen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Korrektur eines Ausgangssignals eines Abgassensors mit Luftüberschuss im Abgas unabhängig von einer Verfügbarkeit von Schubphasen beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Steuereinrichtung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass während einer Messung des Ausgangssignals des Abgassensors während einer Korrekturphase, mit deren Hilfe eine Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors abgeleitet wird, dem Abgaskanal über die Sekundärluftzuführung Luft zugeführt wird. Bei diesem Betrieb des Abgassensors mit Luftüberschuß liegt ein definierter Sauerstoffgehalt des ihn umgebenden Gasgemischs vor, so dass das Ausgangssignal mit Referenzwerten verglichen werden kann. Wie auch bei einer Korrektur bei Schubbetrieb oder in einer Nachlaufphase einer Motorsteuerung kann dann das Ausgangssignal korrigiert werden und auch eine Verschiebung der Sondenkennlinie vorgenommen werden, um Toleranzen oder Alterungseffekte zu kompensieren. Hierbei ist das Verfahren nicht auf eine ausreichende Häufigkeit von Schubphasen angewiesen, welche in Fahrzeugkonzepten wie Hybridantrieb oder Getriebesegeln nur noch selten vorkommen. Wird die erfindungsgemäße Korrektur beispielsweise auf eine Zweipunkt-Lambdasonde im Abgaskanal nach der Brennkraftmaschine vor einem Katalysator angewendet, kann die Zweipunkt-Lambdasonde in einem breiten Lambdabereich für eine stetige Lambdaregelung verwendet werden. Weiterhin können somit auch Funktionen wie Katalysatordiagnose und Bauteileschutz bei Einsatz einer Zweipunkt-Lambdasonde verwirklicht werden und es kann die Laufhäufigkeit von Diagnosen, die von einer stetigen Lambdaregelung abhängen, erhöht werden.
Wird die Zufuhr der Luft um einen vorgebbaren Zeitraum vor der Messung des Ausgangssignals während der Korrekturphase begonnen, kann der Abgaskanal um den Abgassensor von undefiniertem Abgasgemisch befreit und mit definierter Umgebungsluft gespült werden, so dass zur Korrektur ein gut definiertes Gasgemisch in der Umgebung des Abgassensors vorliegt.
Eine Zumischung von Abgas in den Abgaskanal kann verhindert werden, indem die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors bei abgeschalteter Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Die Korrektur kann bei abgeschalteter Brennkraftmaschine erfolgen, ohne den Betrieb eines mit ihr angetriebenen Fahrzeugs zu unterbrechen, indem die Korrekturphase während einer Stopp-Phase oder während eines Segel-Betriebs oder während eines Steuergeräte-Nachlaufs oder während eines Schubbetriebs oder während einer Antriebsphase mit einem Elektromotor erfolgt.
Der Abgassensor kann nur ein verwertbares Ausgangssignal abgeben, wenn er betriebsbereit oder zumindest eingeschränkt betriebsbereit ist. Insbesondere muss der Abgassensor bei seiner Nominaltemperatur betrieben werden oder zumindest bei einer Temperatur, die eine Korrelation des Ausgangssignals mit dem Ausgangssignal bei der Nominaltemperatur zulässt. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Betriebsbereitschaft, insbesondere die Temperatur, des Abgassensors überwacht wird und dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors nur dann erfolgt, wenn Betriebsbereitschaft vorliegt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betriebsbereitschaft der Sekundärluftzuführung und/oder einer Energieversorgung der Sekundärluftzuführung überwacht wird und dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors nur dann erfolgt, wenn Betriebsbereitschaft vorliegt und/oder dass ein Betriebszustand von zumindest einer weiteren Abgasnachbehandlungs-Komponente, insbesondere eines Katalysators oder eines Partikelfilters, innerhalb des Abgaskanals überwacht wird und dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors nur dann erfolgt, wenn ein geeigneter Betriebszustand vorliegt. Weiterhin ist vorgesehen, die Sekundärlufteinspeisung nur dann vorzunehmen, wenn der Zustand der Fahrzeugbatterie und des Bordnetzes dies erlauben. Weiterhin wird ausgeschlossen, dass eine exotherme Reaktion den hinter der Sekundärluftzufuhr angeordneten Katalysator überhitzen und beschädigen könnte. Es wird weiterhin verhindert, dass eine Sekundärluftpumpe in der Sekundärluftzufuhr überlastet wird.
Eine Verbesserung der Korrektur des Ausgangssignals der Abgassonde kann erreicht werden, indem eine Plausibilisierung der während einer Zuführung von Sekundärluft durchgeführten Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors durch einen Vergleich mit einer während einer Schubphase der Brennkraftmaschine (ohne Zuführung von Sekundärluft) durchgeführten Korrektur durchgeführt wird oder indem eine Plausibilisierung der während einer Zuführung von Sekundärluft durchgeführten Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors durch einen Vergleich mit zumindest einer während einer vorherigen Zuführung von Sekundärluft durchgeführten Korrektur durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Dringlichkeit für eine erforderliche Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors bestimmt und es wird die Korrektur während einer Zuführung von Sekundärluft dann durchgeführt, wenn die Dringlichkeit einen vorgebbaren Wert überschreitet. Es kann beispielhaft vorgesehen sein, dass eine Korrektur dann durchgeführt wird, wenn diese erstmals erfolgt oder die letzte Korrektur schon länger zurück liegt. Auch bei einem Hinweis auf einen Austausch des Abgassensors kann die Dringlichkeit für eine erforderliche Korrektur hochgesetzt werden.
Eine besonders geeignete Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet dieses zur Korrektur des Ausgangssignals einer Zweipunkt-Lambdasonde oder einer Breitband-Lambdasonde.
Die die Steuereinrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung einer Korrektur des Ausgangssignals während der Zuführung von Luft in den Abgaskanal durch die Sekundärluftzuführung ausgebildet ist. Durch die so ausgebildete Steuereinrichtung kann eine Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors in einer Umgebung mit Luftüberschuß erfolgen und es liegt ein definierter Sauerstoffgehalt des ihn umgebenden Gasgemischs vor, so dass das Ausgangssignal mit Referenzwerten verglichen werden kann. Wie auch bei einer Korrektur bei Schubbetrieb oder in einer Nachlaufphase der Steuereinrichtung kann dann das Ausgangssignal korrigiert werden und beispielsweise auch eine Verschiebung der Sondenkennlinie vorgenommen werden um Toleranzen oder Alterungseffekte zu kompensieren. Hierbei ist die Korrektur nicht auf eine ausreichende Häufigkeit von Schubphasen angewiesen, welche in Fahrzeugkonzepten wie Hybridantrieb oder Getriebesegeln nur noch selten vorkommen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung mindestens folgender Schritte ausgebildet ist:

– Bestimmung einer Dringlichkeit für eine erforderliche Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors,
– Ansteuerung der Sekundärluftzuführung während einer Abschaltphase der Brennkraftmaschine bei Überschreiten einer vorgebbaren Dringlichkeit.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Luftzuführung und einem Abgassystem.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzuführung 11 und einem beispielhaften Abgassystem 20. Zu dem Abgassystem 20 gehören ein Abgaskanal 14, in dem Abgas der Brennkraftmaschine 10 geführt wird, eine Sekundärluftzuführung 12, eine erste Lambdasonde 13, ein Katalysator 15 und eine zweite Lambdasonde 17. Der Katalysator 15 kann zum Beispiel als Dreiwegekatalysator ausgebildet sein und wahlweise mit einem Partikelfilter kombiniert sein. Die Ausgangssignale der ersten Lambdasonde 13 und der zweiten Lambdasonde 17 werden einer Motorsteuerung 16 zugeführt, die auch die Sekundärluftzuführung 12 ansteuern kann. Die Sekundärluftzuführung 12 wird aktiviert, wenn der Katalysator 15 schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden soll. Hierzu wird die Brennkraftmaschine mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben und die dabei von der Brennkraftmaschine 10 abgegebenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid unter Zumischung von Sekundärluft im Katalysator verbrannt. Hat der Katalysator 15 seine Betriebstemperatur erreicht, wird die Bennkraftmaschine 10 mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch weiterbetrieben.
Für eine Überprüfung der ersten Lambdasonde 13 und/oder der zweiten Lambdasonde 17 wird erfindungsgemäß über die im Abgaskanal 14 vor der ersten Lambdasonde 13 angeordnete Sekundärluftzuführung 12 Außenluft in den Abgaskanal 14 eingeblasen. Dies erfolgt bevorzugt in einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine 10, in der keine Verbrennung stattfindet, da dann der Luftüberschuß besonders hoch ist. Dies kann beispielhaft während einer Stopp-Phase, einem Betrieb eines Hybridantriebs mit Elektromotor oder nach einer Abschaltung der Brennkraftmaschine 10 in einer Nachlauf-Phase der Motorsteuerung 16 stattfinden. Für die Überprüfung muss die erste Lambdasonde 13 und/oder die zweite Lambdasonde 17 eine geeignete Betriebstemperatur aufweisen. Aus einem Vergleich des Ausgangssignals der ersten Lambdasonde 13 und/oder der zweiten Lambdasonde 17 mit einem Referenzsignal kann eine Korrektur für das Ausgangssignal bestimmt werden und bei der Bestimmung der Zusammensetzung des Abgases berücksichtigt werden.
Ist die erste Lambdasonde 13 als Zweipunkt-Lambdasonde ausgebildet, kann durch die erfindungsgemäße Korrektur die erste Lambdasonde 13 für eine stetige Lambdaregelung und davon abhängige Funktionalitäten wie eine Katalysatordiagnose und einen Bauteileschutz eingesetzt werden. Da die Korrektur auch ohne die nach dem Stand der Technik für eine solche Korrektur verwendeten Schubphasen durchgeführt werden kann, kann die Laufhäufigkeit von Korrekturen erhöht oder auch die Korrektur erst überhaupt ermöglicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013201257 A1 [0006, 0006]
DE 102013201316 A1 [0007]
DE 19734670 C1 [0008]
DE 19536577 C2 [0009]

Claims

Verfahren zur Korrektur eines Ausgangssignals eines Abgassensors in einem Abgaskanal (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei dem Abgaskanal (14) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgassensor eine Sekundärluftzuführung (12) zur Zufuhr von Luft in den Abgaskanal (14) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Messung des Ausgangssignals des Abgassensors während einer Korrekturphase, mit deren Hilfe eine Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors abgeleitet wird, dem Abgaskanal (14) über die Sekundärluftzuführung (12) Luft zugeführt wird..
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Luft um einen vorgebbaren Zeitraum vor der Messung des Ausgangssignals während der Korrekturphase begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturphase während einer Stopp-Phase oder während eines Segel-Betriebs oder während eines Steuergeräte-Nachlaufs oder während eines Schubbetriebs oder während einer Antriebsphase mit einem Elektromotor erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbereitschaft, insbesondere die Temperatur, des Abgassensors überwacht wird und dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors nur dann erfolgt, wenn Betriebsbereitschaft vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbereitschaft der Sekundärluftzuführung (12) und/oder einer Energieversorgung der Sekundärluftzuführung (12) überwacht wird und dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors nur dann erfolgt, wenn Betriebsbereitschaft vorliegt und/oder dass ein Betriebszustand von zumindest einer weiteren Abgasnachbehandlungs-Komponente, insbesondere eines Katalysators oder eines Partikelfilters, innerhalb des Abgaskanals (14) überwacht wird und dass die Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors nur dann erfolgt, wenn ein geeigneter Betriebszustand vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plausibilisierung der während einer Zuführung von Sekundärluft durchgeführten Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors durch einen Vergleich mit einer während einer Schubphase der Brennkraftmaschine (10) durchgeführten Korrektur durchgeführt wird oder dass eine Plausibilisierung der während einer Zuführung von Sekundärluft durchgeführten Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors durch einen Vergleich mit zumindest einer während einer vorherigen Zuführung von Sekundärluft durchgeführten Korrektur durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dringlichkeit für eine erforderliche Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors bestimmt wird und dass die Korrektur während einer Zuführung von Sekundärluft dann erfolgt, wenn die Dringlichkeit einen vorgebbaren Wert überschreitet.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Korrektur des Ausgangssignals einer Zweipunkt-Lambdasonde oder einer Breitband-Lambdasonde.
Steuereinrichtung zur Korrektur eines Ausgangssignals eines Abgassensors in einem Abgaskanal (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei dem Abgaskanal (14) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgassensor eine Sekundärluftzuführung (12) zur Zufuhr von Luft in den Abgaskanal (14) zugeordnet ist und wobei die Steuereinrichtung zur Durchführung einer Korrektur des Ausgangssignals während der Zuführung von Luft in den Abgaskanal (14) durch die Sekundärluftzuführung (10) ausgebildet ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung mindestens folgender Schritte ausgebildet ist: – Bestimmung einer Dringlichkeit für eine erforderliche Korrektur des Ausgangssignals des Abgassensors, – Ansteuerung der Sekundärluftzuführung (12) während einer Abschaltphase der Brennkraftmaschine (10) bei Überschreiten einer vorgebbaren Dringlichkeit.