DE102018214958A1

DE102018214958A1 - Verfahren zum Erkennen einer Vergiftung eines Abgassensors

Info

Publication number: DE102018214958A1
Application number: DE102018214958.5A
Authority: DE
Inventors: Sabine Fischer; Stefan Klein; Torsten Handler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-03-05
Also published as: CN110872978A; CN110872978B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Vergiftung eines Abgassensors. Darin wird ein Integral eines Signals (S) des Abgassensors in einem ersten Zeitraum(Δt) mit einem Integral des Signals (S) des Abgassensors in einem auf den ersten Zeitraum (Δt) folgenden zweiten Zeitraum (Δt) in ein Verhältnis gesetzt. Die Vergiftung wird aus einem Vergleich des Verhältnisses mit einem Verhältnisschwellenwert erkannt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Vergiftung eines Abgassensors. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Keramische Abgassensoren werden für die Regelungen von Motorenabgasnachbehandlungssystemen und für die Überwachung von Abgaskomponenten in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Diese keramischen Abgassensoren werden mit einem integrierten Platinwiderstandsheizer auf eine Solltemperatur gebracht, bis eine Leitfähigkeit und Pumpfähigkeit für Sauerstoffionen im keramischen lonenleiter vorhanden ist. Mithilfe einer internen Pumpzelle werden bestimmte Sauerstoffpartialdrücke in den einzelnen Kammern des Abgassensors eingestellt. Die Elektroden solcher Abgassensoren bestehen aus Platin und können wie auch Abgaskatalysatoren vergiftet werden. Dies kann zu einer verringerten Pumpfähigkeit führen und damit zu einer Kennlinienabweichung oder zu einer Verringerung der Signaldynamik. Derartige Vergiftungen können insbesondere durch Schwefelverbindungen im Abgas hervorgerufen werden.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren dient zum Erkennen einer Vergiftung eines Abgassensors wie insbesondere eines Stickoxidsensors. Dabei wird in einem ersten Zeitraum ein erstes Integral eines Signals des Abgassensors erstellt. In einem zweiten Zeitraum wird ein zweites Signal des Signals des Abgassensors erstellt. Der zweite Zeitraum folgt auf den ersten Zeitraum, sodass die beiden Zeiträume sich nicht überschneiden. Die beiden Integrale werden in ein Verhältnis gesetzt und die Vergiftung wird aus einem Vergleich des Verhältnisses mit einem Vergleichsschwellenwert erkannt. Diese Erkennung ermöglicht es, Gegenmaßnahmen einzuleiten, um ein Ausheilen der Vergiftung zu bewirken.
Insbesondere erfolgt die Ermittlung des ersten Integrals und die Ermittlung des zweiten Integrals während einer Eigendiagnose des Abgassensors, in der ein erwartetes Signalverhalten des Abgassensors bekannt ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens beginnt der erste Zeitraum während der Eigendiagnose mit einem Anheben der Versorgungsspannung des Abgassensors. Der zweite Zeitraum beginnt, wenn ein Absenken der Versorgungsspannung des Abgassensors bei der Eigendiagnose endet.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens beginnt der erste Zeitraum während der Eigendiagnose des Abgassensors mit einem Anstieg des Signals des Abgassensors und der zweite Zeitraum beginnt, wenn das Signal des Abgassensors bei der Eigendiagnose unter einen Signalschwellenwert fällt.
Während der Beginn des ersten Zeitraums und des zweiten Zeitraums insbesondere anhand des Verlaufs der Versorgungsspannung oder des Signals des Abgassensors ermittelt werden kann, wird die Länge des ersten Zeitraums und des zweiten Zeitraums vorzugsweise vorgegeben. Dabei liegt die Länge des zweiten Zeitraums insbesondere im Bereich der einfachen bis der doppelten Länge des ersten Zeitraums. Die Länge des ersten Zeitraums liegt insbesondere in einem Bereich von 2 bis 4 Sekunden. Die Länge des zweiten Zeitraums liegt insbesondere im Bereich von 2 bis 8 Sekunden.
Die Eigendiagnose wird vorzugsweise nach einem Abschalten eines Verbrennungsmotors durchgeführt, in dessen Abgasstrang der Abgassensor angeordnet ist. Dies ermöglicht ein Durchführen der Eigendiagnose ohne eine Verfälschung des Sensorsignals durch vom Verbrennungsmotor emittierte Abgase.
Bei Erkennen einer Vergiftung ist es bevorzugt, dass während eines Betriebs des Verbrennungsmotors ein Sollwert einer Sondentemperatur des Abgassensors erhöht wird. Durch ein solches Aufheizen des Abgassensors kann eine Vergiftung mit Schwefelverbindungen rückgängig gemacht werden. Der Aufheizprozess kann sprungartig oder in Form einer Rampe erfolgen oder auch einen anderen zeitlichen Verlauf aufweisen.
Um die Vergiftung wirksam rückgängig zu machen ist es bevorzugt, dass der Sollwert mindestens um 50°C erhöht wird. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Erhöhung des Sollwertes 100°C nicht überschreitet.
Die Erhöhung erfolgt vorzugsweise für einen vorgebbaren Zeitraum, innerhalb dessen mit einer vollständigen Ausheilung der Vergiftung zu rechnen ist. Dieser Zeitraum liegt insbesondere im Bereich von 20 Sekunden bis 60 Sekunden.
Der Aufheizprozess durch Erhöhung des Sollwerts kann nach Abschalten des Verbrennungsmotors, also im Nachlauf des Abgassensors ohne jegliche Beeinflussung des Sensorsignals durch die Sollwerterhöhung erfolgen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Erhöhung des Sollwerts während des Betriebs des Verbrennungsmotors und damit während des normalen Betriebs des Abgassensors und in allen möglichen Motorbetriebszuständen vorzunehmen.
Im Anschluss an den Aufheizprozess kann insbesondere bei der nächsten Eigendiagnose des Abgassensors das Verfahren erneut durchgeführt werden, um zu ermitteln, ob die Vergiftung vollständig beseitigt wurde oder ob ein erneutes Erhöhen des Sollwertes erforderlich ist.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder in einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Auswirkungsformen des Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens eine Vergiftung eines Abgassensors zu erkennen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Hauptpumpstrecke eines als Stickoxidsensor ausgeführten Abgassensors, dessen Vergiftung mittels Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt werden kann.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Versorgungsspannung und eines Sensorsignals in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt schematisiert den Aufbau einer Hauptpumpstrecke eines als Stickoxidsensor ausgeführten Abgassensors 10. Der Abgassensor 10 umfasst einen ersten Messgasraum 12, der mit dem Abgas in Verbindung steht. In dem Messgasraum 12 sind eine erste innere Pumpelektrode 18 und eine zweite innere Pumpelektrode 20 angeordnet. An den ersten Messgasraum 12 schließt sich ferner ein zweiter Messgasraum 14 an, in dem eine dritte Elektrode 22 und eine vierte Elektrode 24 angeordnet sind. Unabhängig von den beiden Messgasräumen 12, 14 ist ein Referenzgaskanal 26 angeordnet, der an einem Ende aus dem Körper des Abgassensors 10 herausgeführt und mit der Luftatmosphäre in Verbindung steht. Der Abgassensor 10 weist ferner eine Gaseintrittsöffnung 28 auf, welche das Abgas in den ersten Messgasraum 12 leitet. Ferner befindet sich an der äußeren Fläche einer (nicht gezeigten) Festelektrolytschicht eine äußere Elektrode 30, die dem Abgas unmittelbar ausgesetzt ist. Zudem befindet sich im Referenzgaskanal 26 eine der Luftatmosphäre ausgesetzte fünfte Elektrode 32 bezeichnet wird. Beim Betrieb des in der Abgassensors werden die äußere Elektrode 30 und die erste innere Elektrode 18 als Pumpelektroden einer ersten Pumpzelle betrieben. Die zweite innere Elektrode 20 ist mit der als Referenzelektrode wirkenden fünften Elektrode 32 als Konzentrationszelle geschaltet. An die Elektroden 18, 30 wird eine Pumpspannung angelegt, mittels der im ersten Messgasraum 12 durch ein Zupumpen oder Abpumpen von Sauerstoff ein konstanter Sauerstoffpartialdruck eingestellt wird. Dabei wird die an die Elektroden 18, 30 angelegte Pumpspannung derart geregelt, dass sich an den Elektroden 20, 32 der Konzentrationszelle ein konstanter Spannungswert von 450 mV einstellt. Diese Spannung entspricht einem Wert von λ = 1. Bei einem mageren Abgas (λ > 1) wird von der ersten Pumpzelle Sauerstoff aus dem ersten Messgasraum 12 herausgepumpt. Bei einem fetten Messgas (λ < 1) wird vom Messgas Sauerstoff in den ersten Messgasraum 12 hineingepumpt. Durch die Wahl des Elektrodenmaterials und/oder durch eine entsprechende Pumpspannung wird sichergestellt, dass beim Pumpen des Sauerstoffs kein Stickoxid an den Elektroden 18, 20 abgepumpt wird. Die auf einen konstanten Sauerstoffpartialdruck eingestellte Messatmosphäre gelangt über einen nur schematisch angedeuteten Verbindungskanal 16 in den zweiten Messgasraum 14. Die sich im zweiten Messgasraum 14 befindende dritte innere Elektrode 22 wird mit der fünften Elektrode 30 als zweite Pumpzelle betrieben. Dabei wirkt aufgrund des katalytischen Materials die vierte innere Elektrode 24 als Stickoxidsensitive Elektrode, an der das Stickoxid reduziert wird. Dabei wirkt die mit der Elektrode 20 zusammenwirkende Referenzelektrode gleichzeitig als zweite Pumpelektrode, an der der aus dem zweiten Messgasraum 14 abgepumpte Sauerstoff in die Luftatmosphäre freigesetzt wird. An der als weitere Pumpzelle wirkenden elektrochemischen Zelle stellt sich somit ein Grenzstrom ein, der als Messsignal aufgenommen die Stickoxid-Konzentration angibt.
Die 1 illustriert ferner die Funktion der Hauptpumpstrecke des Abgassensors 10. Die gezeigte Anordnung dient dazu, die Sauerstoffkonzentration, d.h. den Wert von λ, in dem ersten Messgasraum 12 an der inneren Pumpelektrode 18 auf einen konstanten Wert, z.B. λ = 1, einzustellen. Welcher Wert von λ im ersten Messgasraum 12 vorliegt, kann an der zwischen der inneren Pumpelektrode 18 und der Luftreferenzelektrode 32 auftretenden Nernstspannung beurteilt werden. Wird nun die innere Pumpelektrode 18 auf Massepotential 34 gelegt, wird der an der inneren Pumpelektrode 18 auftretende Wert von λ durch die elektrische Spannung zwischen der Luftreferenzelektrode 32 und Masse 34 repräsentiert. Dieser Wert 35 bildet den Ist-Wert einer Regelstrecke 36, von dem der Sollwert mittels eines Summationssglieds 38 abgezogen wird. Das Differenzsignal wird dem negativen Eingang eines als Differenzverstärker ausgebildeten Operationsverstärkers 40 mit einem Verstärkungsfaktor > 10.000 zugeführt. Der Referenzeingang des Operationsverstärkers 40 liegt auf Masse 42. Der Ausgang 44 des Operationsverstärkers 40 ist mit der äußeren Pumpelektrode 30 verbunden. Entsprechend der Größe und dem Vorzeichen der Differenz aus dem Ist-Wert 35 und dem Soll-Wert 37 wird nun Sauerstoff in bzw. aus dem ersten Messgasraum 12 gepumpt.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Erkennen einer Vergiftung des Abgassensors 10 erfolgt der Start 70 des Verfahrens, bevor in einem Nachlauf, in dem ein Verbrennungsmotor, in dessen Abgasstrang der Abgassensor 10 angeordnet ist, abgeschaltet ist, eine Eigendiagnose 71 des Abgassensors 10 durchgeführt wird. 3 zeigt den Verlauf der Versorgungsspannung U und des Signals S des Abgassensors 10 mit der Zeit t während der Eigendiagnose. In zwei Zeiträumen Δt₁ , Δt₂ wird jeweils ein Integral des Signals gebildet. In einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt die Bildung 72 des ersten Integrals I₁ in einem ersten Zeitraum Δt₁ , dessen Beginn durch das Anheben der Versorgungsspannung U erkannt wird. Die Dauer des ersten Zeitraums Δt₁ ist vorgegeben und beträgt 3 Sekunden. Das Ermitteln 73 des zweiten Integrals I₂ erfolgt in einem zweiten Zeitraum Δt₂ . Dessen Beginn wird daran erkannt, dass die Versorgungsspannung U wieder abgesenkt wird. Seine Dauer ist vorgegeben und beträgt 5 Sekunden. Die beiden Integrale I₁ , I₂ werden gemäß Formel 1 in ein Verhältnis V gesetzt 74: $V = \frac{I_{1}}{I_{2}}$
Anschließend erfolgt ein Vergleich 75 des Verhältnisses V mit einem Verhältnisschwellenwert Vmin, der vorliegend 6 beträgt. Liegt das Verhältnis V unter dem Verhältnisschwellenwert Vmin, so erfolgt ein Erhöhen 76 eines Sollwertes der Sondentemperatur des Abgassensors 10 um vorliegend 75°C. Nach einem Aufheizzeitraum von vorliegend 40 Sekunden erfolgt ein erneutes Absenken 77 des Sollwertes auf den Wert vor der Erhöhung. Anschließend erfolgt nach entsprechender Anforderung ein Staat 78 des Verbrennungsmotors und das Abgas des Verbrennungsmotors wird mittels des Abgassensors 10 untersucht. Ergibt der Vergleich 75, dass das Verhältnis V mindestens dem Verhältnisschwellenwert Vmin entspricht, so erfolgt keine Erhöhung 76 und anschließende Absenkung 77 des Sollwertes, sondern der Abgassensor 10 ist sofort für einen Betrieb zur Untersuchung der Abgase des Verbrennungsmotors bereit. Nachdem der Verbrennungsmotor wieder abgeschaltet wurde 79, wird das Verfahren erneut beginnend mit der Eigendiagnose 71 des Abgassensors 10 durchlaufen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens führt der Beginn des ersten Zeitraums Δt₁ und des zweiten Zeitraums Δt₂ nicht anhand des Verlaufs der Versorgungsspannung U erkannt. Stattdessen erfolgt die Erkennung aus dem Verlauf des Signals S des Abgassensors 10. Der Beginn des ersten Zeitraums Δt₁ wird dabei durch einen Anstieg des Signals S erkannt. Dieser markiert eine ansteigende Flanke (rising edge) des Signals S. Der Beginn des zweiten Zeitraums Δt₂ wird daran erkannt, dass das Signal S unter einen Signalschwellenwert Smin fällt. Dies markiert eine abfallende Flanke (falling edge) des Signals. Die vorgegebene Länge des ersten Zeitraums Δt₁ des zweiten Zeitraums Δt₂ entspricht jeweils jener im ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Vergiftung eines Abgassensors (10), wobei ein Integral (I₁) eines Signals (S) des Abgassensors (10) in einem ersten Zeitraum(Δt₁) mit einem Integral (12) des Signals (S) des Abgassensors (10) in einem auf den ersten Zeitraum (Δt₁) folgenden zweiten Zeitraum (Δt₂) in ein Verhältnis (V) gesetzt wird (74) und die Vergiftung aus einem Vergleich (75) des Verhältnisses (V) mit einem Verhältnisschwellenwert (V_min) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitraum (Δt₁) mit einem Anheben einer Versorgungsspannung (U) des Abgassensors (10) bei einer Eigendiagnose (71) des Abgassensors (10) beginnt und der zweite Zeitraum (Δt₂) beginnt, wenn ein Absenken der Versorgungsspannung (U) des Abgassensors (10) bei der Eigendiagnose (10) endet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitraum (Δt₁) mit einem Anstieg des Signals (S) des Abgassensors bei einer Eigendiagnose (71) des Abgassensors (10) beginnt und der zweite Zeitraum (Δt₂) beginnt, wenn das Signal (S) des Abgassensors (10) bei der Eigendiagnose (71) unter einen Signalschwellenwert (S_min) fällt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigendiagnose (71) nach einem Abschalten (79) eines Verbrennungsmotors durchgeführt wird, in dessen Abgasstrang der Abgassensor (10) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer Vergiftung während eines Betriebs des Verbrennungsmotors ein Sollwert einer Sondentemperatur des Abgassensors (10) erhöht wird (76).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert mindestens um 50°C erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung für einen vorgebbaren Zeitraum erfolgt.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (60), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eine Vergiftung eines Abgassensors (10) zu erkennen.