DE19530316C1 - Diagnoseverfahren für einen Abgassensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Funk­ tionstüchtigkeit eines Abgassensors gemäß Oberbegriff von Pa­ tentanspruch 1.

Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und zur Minimierung der Schadstoffanteile im Abgas einer Brennkraftmaschine ist es wichtig, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des den Brennräu­ men einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Gemisches auf ei­ nem optimalen, vorher festgesetzten Wert zu halten. Hierzu dient die sogenannte Lambdaregelung, die in Verbindung mit dem Dreiwege-Katalysator ein wirksames Abgasreinigungsverfah­ ren für Brennkraftmaschinen darstellt. Ein im Abgasrohr der Brennkraftmaschine angeordneter Sauerstoffsensor, in der Re­ gel als Lambdasonde bezeichnet, liefert dabei ein vom Rest­ sauerstoffgehalt im Abgas abhängiges Signal. Dieses Ausgangs­ signal wird in einer Lambdaregelungseinrichtung derart wei­ terverarbeitet, daß eine Gemischaufbereitungsanlage, wie Ver­ gaser- oder Einspritzsystem ein optimales Luft-Kraftstoff-Ge­ misch erzeugt, so daß eine nahezu vollständige Verbrennung (λ=1) ermöglicht wird.

Die bei solchen Regelungseinrichtungen verwendeten Lambdason­ den sind in der Regel so aufgebaut, daß sie bei einem fetten Luft-Kraftstoffgemisch (λ<1) eine hohe Spannung, die so ge­ nannte Fettspannung und bei einem mageren Luft-Kraftstoffge­ misch (λ<1) eine niedrige Spannung, die sogenannte Magerspan­ nung abgeben. Es ist aber auch eine umgekehrte Spannungs- /Gemischzuordnung möglich. Der Übergang von der hohen zur niederen Spannung und umgekehrt erfolgt bei der Luftzahl λ=1 nahezu sprungartig.

Nachteilig bei einer solchen Lambdaregelungseinrichtung ist, daß das Ausgangssignal der Lambdasonde stark temperaturabhän­ gig ist und sich als Folge von Alterungserscheinungen und des Verschleißes die Ausgangskennlinie ändert. Insbesondere ver­ schieben sich durch diese Einflüsse die Fett- und Magerspan­ nungen der Lambdasonde.

Wird diese, durch natürliche Alterung aufgrund der extremen Temperaturschwankungen von ca. -40°C bis +950°C und der ag­ gressiven Atmosphäre im Abgas hervorgerufenen Drift des Aus­ gangssignals bei der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis­ ses nicht berücksichtigt, so führt dies zu einer Erhöhung der Schadstoffemission der Brennkraftmaschine.

Aus der DE 27 58 319 C2 ist eine Vorrichtung zum Regeln des Luft-Kraftstoffverhältnisses einer mit einem Abgasfühler aus­ gerüsteten Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Ausgangs­ spannung des Abgasfühlers mit einer änderbaren Bezugsspannung verglichen und aus dem Vergleich ein Regelsignal zur Beein­ flussung der Luft/Kraftstoffzuführung gewonnen wird. Hierzu ist ein Schaltkreis zum Erzeugen der änderbaren Bezugsspan­ nung mit einem Spannungsfolger vorgesehen, der erste und zweite Signale erzeugt, die die oberen und unteren Hüllkurven der augenblicklichen maximalen und minimalen Spitzenspannun­ gen der Ausgangsspannung des Abgasfühlers wiedergeben. Ein vorbestimmtes Verhältnis dieser beiden Spannungen ergibt die der Alterung des Abgasfühlers angepaßte Bezugsspannung. Da sich die beiden Hüllkurven der maximalen und minimalen Spit­ zenspannungen des Ausgangssignals des Abgasfühlers in Abhän­ gigkeit von der Temperatur und der Alterung des Abgasfühlers in gleicher Weise jeweils ändern, ist die Bezugsspannung im wesentlichen unabhängig von Temperaturänderungen und Alte­ rungserscheinungen des Abgasfühlers.

In der DE 25 30 849 A1 ist ein Detektorsystem zum Feststellen des Ausfalls eines Abgasfühlers in dem Abgassystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, ohne daß dabei spezielle Ma­ schinenbetriebsbedingungen erforderlich sind, ausgenommen der Voraussetzung, daß sich der Fühler auf seiner Betriebstempe­ ratur befindet. Dabei stellt ein Merkmal der Qualität des Fühlers dar, wenn der Übergang von einem hohen Spannungspegel zu einem niedrigen Spannungspegel innerhalb eines vorbestimm­ ten Intervalls auftritt, wenn das Abgas von einer fetten zu einer mageren Brennstoffmischung geändert wird. Wenn das Aus­ gangssignal des Fühlers innerhalb einer gegebenen Zeitperiode diesen Übergang nicht durchläuft und zwar innerhalb des vor­ bestimmten Intervalls, so ist dies ein Kennzeichen dafür, daß der Fühler ausgefallen ist und es wird ein Warnsignal ausge­ geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überprüfung von Abgassensoren der eingangs genannten Art an­ zugeben, mit dessen Hilfe auf einfache Weise gealterte Abgas­ sensoren detektiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es mit einfa­ chen Mitteln möglich, gealterte Abgassensoren zu detektieren und das Ergebnis entweder direkt dem Fahrzeugführer in Form eines Warnsignals anzuzeigen und/oder das Ergebnis der Über­ prüfung in einem Diagnosespeicher abzulegen so daß Wartungs­ schritte, insbesondere der Austausch der gealterten Abgassen­ soren eingeleitet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Ausgangskennlinie ei­ nes Abgassensors in Abhängigkeit von der Luftzahl und

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines Teils der Ausgangs­ kennlinie dieses Abgassensors in Abhängigkeit von der Temperatur.

In Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung US und der Luftzahl λ eines Abgassensors mit Sprungcharakte­ ristik bei einer bestimmten Temperatur dargestellt. Bei mage­ rem Luft-Kraftstoffgemisch gibt der Abgassensor eine niedrige Spannung, nämlich die Magerspannung USM, bei fettem Luft- Kraftstoffgemisch eine gegenüber der Magerspannung höhere Spannung, die Fettspannung USF ab. Der Übergang zwischen den beiden Spannungswerten USF, USM erfolgt annähernd sprungar­ tig, weil bei geringfügig größeren Luftzahlen plötzlich un­ verbrannter Sauerstoff im Abgas vorliegt.

Mit strichlierter Linie ist in Fig. 1 zusätzlich die Aus­ gangsspannung bei einer höheren Temperatur eingezeichnet. Aus diesem nur qualitativ dargestellten Verlauf sieht man, daß die Magerspannung USM eine größere Temperaturabhängigkeit zeigt, als die Fettspannung. Zur Diagnose der Alterungser­ scheinungen des Abgassensors wird daher zweckmäßig der Teil der Ausgangskennlinie herangezogen, der das Luft-Kraftstoff­ verhältnis im mageren Bereich beschreibt.

Am Beispiel der Magerspannung USM ist anhand der Fig. 2 der Alterungseinfluß auf das Ausgangssignal US des Abgassensors dargestellt. Mit durchgezogener Linie A ist dabei der Verlauf der Magerspannung USM bei einem neuen, noch nicht dem Abgass­ trom ausgesetzten Abgassensor, mit strichlierter Linie B der Verlauf bei einem stark gealterten und damit ein der gefor­ derten Regelgenauigkeit nicht mehr genügender Abgassensor je­ weils in Abhängigkeit von der Temperatur T des Abgassensors gezeigt. Außerdem ist in Fig. 2 ein Schwellenwert für die Ausgangsspannung, im folgenden als Diagnosespannung UDIAG be­ zeichnet und ein Schwellenwert für die Temperatur, im folgen­ den als Temperaturschwellenwert T1 bezeichnet, eingetragen.

Die Überprüfung des Abgassensors geschieht auf folgende Wei­ se:
Durch Messungen von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie Drehzahl und Last muß sichergestellt sein, daß die Abga­ stemperatur und damit die Temperatur des in den Abgasstrom ragenden Abgassensors einen Wert aufweist, der größer ist als der Temperaturschwellenwert T1. Dieser Wert T1 wird experi­ mentiell für eine gegebene Brennkraftmaschine durch Fahrver­ suche oder am Prüfstand ermittelt und wird im wesentlichen beeinflußt von der Konstruktion der Brennkraftmaschine und des Abgassensors, sowie dem Einbauort und damit der Entfer­ nung des Abgassensors von der Brennkraftmaschine.

Neben der Möglichkeit, das Erreichen des Temperaturschwellen­ wertes T1 indirekt aus Betriebsparametern der Brennkraftma­ schine abzuleiten, kann alternativ hierzu auch ein in den Ab­ gasstrom ragender oder ein in den Abgassensor integrierter Temperatursensor zur Erfassung des Wertes T1 vorgesehen sein. Da die temperaturabhängige Drift der Magerspannung USM mit steigender Temperatur T zunimmt (Fig. 2), wird im Hinblick auf eine genaue Auswertung der Sensorspannung der Temperatur­ schwellenwert T1 relativ hoch gewählt, so daß er nur bei be­ stimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, z. B. bei hoher Last und hoher Drehzahl erreicht wird.

Ist sichergestellt, daß der Temperaturschwellenwert T1 er­ reicht ist, was beispielsweise durch Überschreiten einer Drehzahl- und Lastschwelle detektiert werden kann und bleibt dieser Betriebszustand auch über eine vorgegebene Zeitspanne oder Zyklenzahl bestehen, so wird geprüft, ob die Magerspan­ nung USM den Diagnosewert UDIAG überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, so wird festgestellt, daß der Abgassensor in einem solchen Maße gealtert ist, daß ein Austausch erforder­ lich ist. Diese Information kann dem Fahrzeugführer unmittel­ bar akustisch und/oder optisch mittels einer Warneinrichtung mitgeteilt werden und /oder ein Diagnosefehler in einen Dia­ gnosespeicher der Motorsteuerungseinrichtung eingetragen wer­ den.

Um etwaige Fehldiagnosen auszuschließen, ist es auch möglich, nicht schon das erste negative Ergebnis der Überprüfung anzu­ zeigen bzw. abzuspeichern, sondern mehrere Überprüfungen durchzuführen und das Ergebnis erst nach einer statistischen Auswertung abzuspeichern.

Claims (6)

1. Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit eines im Gemischregelkreis einer Brennkraftmaschine angeordneten Ab­ gassensors, der in Abhängigkeit der Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Gemisches entweder eine, ei­ ne fette Gemischzusammensetzung repräsentierende Fettspannung (USF) oder eine, eine magere Gemischzusammensetzung re­ präsentierende Magerspannung (USM) abgibt und bei dem als Kriterium zur Bewertung der Funktionstüchtigkeit des Abgas­ sensors das Verhalten dieser Spannungen (USF, USM) während des Betriebes der Brennkraftmaschine herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Temperatur (T) des Abgassensors ermittelt und mit einem Temperaturschwellenwert (T1) verglichen wird,
• - bei Überschreiten dieses Temperaturschwellenwertes (T1) überprüft wird, ob dieser Zustand während einer vorgegebe­ nen Zeitdauer oder Zyklenzahl aufrechterhalten bleibt,
• - bei Erfüllung dieser Bedingungen der dabei auftretende Wert für die Fettspannung (USF) oder die Magerspannung (USM) er­ faßt und mit je einem Diagnoseschwellwert (UDIAG) vergli­ chen wird und
• - auf einen gealterten Abgassensor geschlossen wird, wenn der entsprechende Diagnoseschwellwert (UDIAG) nicht erreicht wird.

2. Verfahren nach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen des Temperaturschwellenwertes (T1) aus Be­ triebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere aus Drehzahl und Lastparameter abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschwellenwert (T1) experimentiell durch Fahrversu­ che ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Überprüfung akustisch und/oder optisch angezeigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Überprüfung in einem Diagnosespeicher einer Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis erst nach einer statistischen Auswertung mehrerer aufeinanderfolgenden Überprüfungen angezeigt bzw. abgelegt wird.