DE102019218427A1 - Verfahren zur Diagnose von mehreren Lambdasonden - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von mehreren Lambdasonden, die in mehreren Abgasbänken eines mehrflutigen Abgassystems eines Verbrennungsmotors stromaufwärts eines Abgaskatalysators angeordnet sind. Ein gegenläufiges Lambdaoffset der Lambdasonden wird erkannt (54), wenn eine Differenz (ΔT) zwischen einer gemessenen Abgastemperatur (Tmess) und einer modellierten Abgastemperatur (Tmod) stromabwärts des Abgaskatalysators einen Schwellenwert (S) überschreitet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von mehreren Lambdasonden. 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
  • Wenn das Verbrennungsluftverhältnis eines Verbrennungsmotors auf einen Wert im Bereich um Lambda = 1 geregelt werden soll, so sind im Abgasstrang des Verbrennungsmotors üblicherweise mindestens zwei Lambdasonden angeordnet. Die erste Lambdasonde ist dabei in der Regel eine Breitbandlambdasonde, die stromaufwärts des ersten Abgaskatalysators im Abgasstrang angeordnet ist. Sie dient einer schnellen Lambdaregelung. Stromabwärts des Abgaskatalysators befindet sich die zweite Lambdasonde, die oftmals als Sprungsonde ausgeführt ist. Sie ist Teil einer langsameren, aber dafür genaueren zweiten Lambdaregelung. Sollte es Lambdaabweichungen im Regelkreis über die erste Lambdasonde geben, so können diese Abweichungen über den zweiten Regelkreis ausadaptiert werden. Die zweite Lambdasonde kann außerdem sowohl zur Diagnose von Lambda-Offset-Fehlern der ersten Lambdasonde als auch zur Diagnose des Katalysators verwendet werden.
  • Wenn das Abgassystem stromabwärts der Auslassventile des Verbrennungsmotors als zweiflutiges Abgassystem ausgelegt ist, der Verbrennungsmotor also zwei Abgasbänke aufweist, und diese vor dem Abgaskatalysator in ein einflutiges Abgassystem münden, so wird dies als Y-Zusammenführung bezeichnet. Idealerweise ist in diesem Fall die erste Lambdasonde zwischen der Y-Zusammenführung und dem Abgaskatalysator angeordnet. Damit können alle Diagnosen in derselben Weise durchgeführt werden wie in einem einflutigen Abgassystem. Beispielsweise bei Motorrädern sind die Rohrlängen der beiden Abgasbänke vor der Y-Zusammenführung aufgrund des verfügbaren Bauraums unterschiedlich. Dabei wird keine Lambdasonde zwischen der Y-Zusammenführung und dem Abgaskatalysator angeordnet, sondern stattdessen weist jede Abgasbank eine eigene Lambdasonde auf.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren dient zur Diagnose von mehreren Lambdasonden, die in mehreren Abgasbänken eines mehrflutigen Abgassystems eines Verbrennungsmotors stromaufwärts eines Abgaskatalysators angeordnet sind. Insbesondere dient es zur Diagnose von zwei Lambdasonden eines zweiflutigen Abgassystems, wobei die erste Lambdasonde in der ersten Abgasbank und die zweite Lambdasonde in der zweiten Abgasbank des Abgassystems angeordnet ist. In dem Verfahren wird ein gegenläufiges Lambda-Offset der Lambdasonden erkannt, wenn eine Differenz zwischen einer gemessenen Abgastemperatur und einer modellierten Abgastemperatur stromabwärts des Abgaskatalysators einen Schwellenwert überschreitet.
  • In einem solchen mehrflutigen Abgassystem ist es nicht möglich, einen Lambda-Offset-Fehler einer Lambdasonde stromaufwärts des Abgaskatalysators über eine Abweichung des Lambda-Signals stromabwärts des Abgaskatalysators von dessen Sollwert mithilfe einer Lambdasonde stromabwärts des Abgaskatalysators zu erkennen. Eine Abweichung des Lambdasignals stromabwärts des Abgaskatalysators kann nämlich nicht mehr eindeutig einer der Lambdasonden stromaufwärts des Abgaskatalysators zugeordnet werden. Sollte beispielsweise eine Lambdasonde stromaufwärts des Abgaskatalysators auf einer Abgasbank einen positiven Lambda-Offset aufweisen und eine Lambdasonde stromaufwärts des Abgaskatalysators auf einer anderen Abgasbank einen negativen Lambda-Offset aufweisen, dann würden sich diese beiden Fehler aus Sicht der Lambdasonde stromabwärts des Katalysators teilweise oder vollständig kompensieren. Auf der Abgasbank mit dem positiven Lambda-Offset würden vermehrt magere Abgasbestandteile auftreten. Auf der Abgasbank mit dem negativen Lambda-Offset würden vermehrt fette Abgasbestandteile auftreten. Diese mageren und fetten Abgasbestandteile würden im Abgaskatalysator, bei dem es sich insbesondere um einen Drei-Wege-Katalysator handeln kann, exotherm abreagieren. Diese exothermen Reaktionen heizen den Abgaskatalysator auf und erhöhen damit die Abgastemperatur stromabwärts des Abgaskatalysators. Weil der Lambda-Offset nicht detektiert werden kann, wird diese Aufheizung im Modell der Abgastemperatur nicht berücksichtigt. Bei Vorliegen eines gegenläufigen Lambda-Offsets ist deshalb die gemessene Abgastemperatur höher als die modellierte Abgastemperatur. Dies kann ausgenutzt werden, um den Lambda-Offset zu detektieren.
  • Die Differenz wird vorzugsweise bei stationären Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors ermittelt, um zu verhindern, dass die Diagnose beispielsweise durch plötzliche Lastanforderungen an den Verbrennungsmotor beeinflusst wird. Wenn der Verbrennungsmotor ein Kraftfahrzeug antreibt, so liegen stationäre Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors unter stationären Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs vor.
  • Wenn gegenläufige Lambda-Offsets erkannt wurden, dann ist es bevorzugt, dass gegenläufige Korrekturen von Lambda-Sollwerten der Abgasbänke vorgenommen werden. Gegenläufige Korrekturen bedeuten beispielsweise bei Vorhandensein von zwei Abgasbänken, dass der Lambda-Sollwert einer Abgasbank erhöht wird und der Lambda-Sollwert der anderen Abgasbank gesenkt wird. Die gegenläufigen Korrekturen werden fortgesetzt, bis ein Minimum der Differenz zwischen der gemessenen Abgastemperatur und der modellierten Abgastemperatur erreicht wird. Um dieses Minimum aufzufinden, kann es insbesondere notwendig sein, die gegenläufigen Korrekturen zwischen den Abgasbänken wechselseitig durchzuführen, sodass beispielsweise bei Vorhandensein von zwei Abgasbänken zum einen Differenzen für Fälle ermittelt werden, in denen der Lambda-Sollwert der ersten Abgasbank erhöht und der Lambda-Sollwert der zweiten Abgasbank gesenkt wird, als auch Differenzen für Fälle ermittelt werden, in denen der Lambda-Sollwert der ersten Abgasbank gesenkt und der Lambda-Sollwert der zweiten Abgasbank erhöht wird. Wenn das Minimum der Differenz gefunden wurde, so zeigt dies an, dass mit den am Minimum vorliegenden korrigierten Lambda-Sollwerten eine Korrektur der Lambda-Offsets der Lambdasonden erreicht wurde.
  • Es ist in diesem Fall bevorzugt, dass aus den korrigierten Lambda-Sollwerten an dem Minimum auf die individuellen Lambda-Offsets der Lambdasonden geschlossen wird. Diese können in einem elektronischen Steuergerät hinterlegt werden und beispielsweise als Adaptionswert für die Lambdaregelung oder als Diagnoseinformation für die Diagnose der Lambdasonden verwendet werden
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors die korrigierten Lambda-Sollwerte an dem Minimum beibehalten werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass es weiterhin zu einer Erwärmung des Abgaskatalysators kommt, welche je nach Dauer und Betriebspunkt katalysatorschädigend sein könnte. Außerdem wird vermieden, dass ungewollte und nicht detektierte chemische Reaktionen im Abgaskatalysator das Katalysatormodell und somit im Falle eines Drei-Wege-Katalysators den modellierten Sauerstofffüllstand, der als Regelgröße verwendet wird, verfälschen und sich somit negativ auf die Emissionen, welche das Abgassystem verlassen, auswirken.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder auf einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen 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 Diagnose von mehreren Lambdasonden durchzuführen.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch ein Abgassystem, dessen Lambdasonden mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens diagnostiziert werden können.
    • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Ein Verbrennungsmotor 10, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Motorrad antreibt, ist in 1 dargestellt. Der Verbrennungsmotor weist zwei Zylinderbänke auf. Sein Abgassystem 20 verfügt deshalb über zwei Abgasbänke 21, 22. Aufgrund des begrenzten Bauraumes im Motorrad ist die erste Abgasbank 21 kürzer als die zweite Abgasbank 22. Die beiden Abgasbänke 21, 22 des zunächst zweiflutigen Abgassystems 20 werden in einer Y-Zusammenführung 23 zu einem gemeinsamen Abgasstrang 24 zusammengeführt. In diesem ist ein Abgaskatalysator 25 angeordnet, der als Drei-Wege-Katalysator ausgeführt ist. In der ersten Abgasbank 21 ist eine erste Lambdasonde 31 angeordnet. In der zweiten Abgasbank 22 ist eine zweite Lambdasonde 32 angeordnet. Die beiden Lambdasonden 31, 32 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Breitbandlambdasonden ausgeführt. Stromabwärts des Abgaskatalysators 25 ist ein Temperatursensor 33 im Abgasstrang 24 angeordnet. Ein elektronisches Steuergerät 40, das den Verbrennungsmotor 10 steuert, empfängt Sensordaten der beiden Lambdasonden 31, 32 und des Temperatursensors 33.
  • Wie in 2 dargestellt ist, erfolgt nach einem Start 50 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst eine Prüfung 51, ob der Verbrennungsmotor 10 stationäre Betriebsbedingungen aufweist, was gegeben ist, wenn das Motorrad stationäre Fahrbedingungen aufweist. Ist diese Bedingung erfüllt, so erfolgt eine Berechnung 52 einer Differenz ΔT zwischen einer gemessenen Abgastemperatur Tmess und einer modellierten Abgastemperatur Tmod stromaufwärts des Abgaskatalysators 25. Die gemessene Abgastemperatur Tmess wird mittels des Temperatursensors 33 gemessen. Von dieser wird die modellierte Abgastemperatur Tmod subtrahiert. Jene wird einem Temperaturmodell entnommen, welches keine Informationen über eventuelle Lambda-Offsets der beiden Lambdasonden 31, 32 enthält. Die Differenz ΔT wird mit einem Schwellenwert S verglichen, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel 30 Kelvin beträgt. Sollte die Differenz ΔT den Schwellenwert S überschreiten, so erfolgt eine Erkennung 54, dass ein gegenläufiges Lambda-Offset zwischen den beiden Lambdasonden 31, 32 besteht. Im Weiteren wird angenommen, dass ein positives Lambda-Offset der ersten Lambdasonde 31 und ein negatives Lambda-Offset der zweiten Lambdasonde 32 vorliegt.
  • Es erfolgt nun ein mehrfaches Vornehmen von gegenläufigen Korrekturen 55 des Lambdasollwerts λsoll21 der ersten Abgasbank 21 und des Lambdasollwerts λsoll22 der zweiten Abgasbank 22 des Verbrennungsmotors 10. Gegenläufige Korrekturen werden hierbei durchgeführt, indem stets einer der Lambdasollwerte erhöht und der andere Lambdasollwert gesenkt wird. Nach jeder Korrektur 55 erfolgt eine erneute Berechnung 56 der Differenz ΔT in derselben Weise wie sie auch im Schritt 52 durchgeführt wurde. Wurde nach mehrfacher Wiederholung der Korrekturen 55 ein Paar von korrigierten Lambdasollwerten λsoll21, λsoll22 gefunden, bei dem die Differenz ΔT im Vergleich zu allen anderen durchgeführten Korrekturen ein Minimum ΔTmin erreicht, so wird aus den korrigierten Lambdasollwerten λsoll21, λsoll22 an dem Minimum ΔTmin auf die individuellen Lambda-Offsets λoff31, λoff32 der beiden Lambdasonden 31, 32 geschlossen 58. Wenn die erste Lambdasonde 31 ein positives Lambda-Offset aufweist und die zweite Lambdasonde 32 ein negatives Lambda-Offset aufweist, dann liegt am Minimum ΔTmin der Lambdasollwert λsoll21 der ersten Abgasbank 21 um das Lambda-Offset λoff31 der ersten Lambdasonde 31 über seinem unkorrigierten Wert. Der Lambdasollwert λsoll22 der zweiten Abgasbank 22 liegt dann um den Lambda-Offset λoff32 der zweiten Lambdasonde 32 über dem unkorrigierten Lambdasollwert der zweiten Abgasbank 22. Anschließend erfolgt ein Beenden 59 des Verfahrens und der Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird mit den korrigierten Lambdasollwerten λsoll21, λsoll22 fortgesetzt. Auf diese Weise kommt es zu keinen Abweichungen in der Kraftstoff/Luft-Gemischbildung der beiden Abgasbänke des Verbrennungsmotors 10 mehr, sodass es im Folgenden auch zu keinen unerwünschten Temperaturerhöhungen im Abgaskatalysator 25 durch chemische Reaktionen zwischen fetten und mageren Abgasbestandteilen mehr kommt. Indem die Lambda-Offsets λoff31, λoff32 nun bekannt sind, können diese auch im Temperaturmodell berücksichtigt werden, sodass die gemessene Abgastemperatur Tmess nicht mehr von der modellierten Abgastemperatur Tmod abweicht.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Diagnose von mehreren Lambdasonden (31, 32), die in mehreren Abgasbänken (21, 22) eines mehrflutigen Abgassystems (20) eines Verbrennungsmotors (10) stromaufwärts eines Abgaskatalysators (25) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenläufiges Lambdaoffset der Lambdasonden (31, 32) erkannt wird (54), wenn eine Differenz (ΔT) zwischen einer gemessenen Abgastemperatur (Tmess) und einer modellierten Abgastemperatur (Tmod) stromabwärts des Abgaskatalysators (25) einen Schwellenwert (S) überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz (ΔT) bei stationären Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (10) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen (54) eines gegenläufigen Lambdaoffsets gegenläufige Korrekturen von Lambdasollwerten (λsoll21, λsoll22) der Abgasbänke (21, 22) vorgenommen werden (55), bis ein Minimum (ΔTmin) der Differenz (ΔT) zwischen der gemessenen Abgastemperatur (Tmess) und der modellierten Abgastemperatur (Tmod) erreicht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den korrigierten Lambdasollwerten (λsoll21, λsoll22) an dem Minimum (ΔTmin) auf die individuellen Lambdaoffsets (λoff31, λoff32) der Lambdasonden (31, 32) geschlossen wird (58).
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors (10) die korrigierten Lambdasollwerte (λsoll21, λsoll22) an dem Minimum (ΔTmin) beibehalten werden.
  6. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  7. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
  8. Elektronisches Steuergerät (40), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eine Diagnose von mehreren Lambdasonden (31, 32) durchzuführen.
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