DE19706382A1 - Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden - Google Patents
Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-SondenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung auf
korrekt angeschlossene Lambda-Sonden bei einer Brennkraftmaschi
ne mit einer oder mehreren Zylindergruppen, die eine Motorsteue
rung und mehrere Lambda-Sonden beinhaltet, wobei jeder Zylinder
gruppe ein eigener Abgasstrang mit einem Abgaskatalysator und
wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran angeschlossener Lambda-
Regeleinheit zugeordnet ist. Brennkraftmaschinen dieser Art wer
den häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei Lambda-Sonden je
nach Bedarf vor und/oder hinter dem jeweiligen Abgaskatalysator
positioniert sind. Dabei ist es bekannt, an die jeweilige
Lambda-Sonde eine Lambda-Regeleinheit anzuschließen, die eine
Integratorstufe und üblicherweise auch eine hier nicht weiter
interessierende Proportionalstufe beinhaltet, siehe z. B. das
Fachbuch J. Kasedorf, Steuerungselektronik an Motor und
Kraftübertragung, Vogel-Verlag, 1989, S. 164. Bei solchen Brenn
kraftmaschinen, z. B. Ottomotoren mit Lambda-Stereoregelung
oder -Quadroregelung, besteht die Gefahr von falsch angeschlos
senen Lambda-Sonden, wonach dann ein erkanntes Lambda-Sonden
signal der falschen Zylindergruppe zugeordnet wird und das
Lambda-Regelsystem in Ungleichgewicht geraten kann. Das Verfah
ren vom eingangs genannten Typ dient zur Erkennung solcher An
schlußfehler.
Ein derartiges Verfahren ist in der Offenlegungsschrift DE 44 23 344 A1
beschrieben. Das dortige Verfahren sieht vor, daß die
Einspritzventile einer von zwei Zylinderreihen eine mindestens
der Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden entsprechende
Zeitdauer abgeschaltet werden und das Lambda-Sondensignal derje
nigen Lambda-Sonde, die der abgeschalteten Zylinderreihe zuge
ordnet ist, am Ende der Abschaltzeit der Einspritzventile mit
einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird. Es wird dann auf
einen seitenverkehrten Anschluß der Lambda-Sonden geschlossen,
wenn das Lambda-Sondensignal den Schwellwert über- bzw. unter
schreitet. Eine derartige Einspritzventilabschaltung stellt ei
nen signifikanten Eingriff in den Motorbetrieb dar, der dieses
bekannte Verfahren aus Sicherheitserwägungen nur bei stehendem
Fahrzeug anwendbar erscheinen läßt.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, das eine
zuverlässige Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden
ermöglicht, ohne den normalen Motorbetrieb merklich zu stören.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines
Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfah
ren wird über die Motorsteuerung die Lambda-Regeleinheit jeweils
einer Zylindergruppe und damit die von dieser geregelte Zusam
mensetzung des in die betreffenden Zylinder einzuspritzenden
Kraftstoff/Luft-Gemischs unter Beibehaltung der Einspritzung ei
nes zündfähigen Gemischs zu Beginn einer mindestens die Reakti
ons- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden beinhaltenden Verzöge
rungszeit gegenüber dem momentanen Regelungszustand verstellt
oder in ihrer Regelfunktion während der Verzögerungszeit ange
halten. Dadurch wird für die betreffende Zylindergruppe eine Be
einflussung des zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemischs, z. B. eine
Anfettung oder Abmagerung desselben, bewirkt, die einerseits so
geringfügig ist, daß sie den normalen Motorbetrieb nicht wesent
lich stört, und andererseits ausreicht, eine Reaktion an der
oder den dieser Zylindergruppe zugeordneten Lambda-Sonden auszu
lösen.
Nach Ablauf einer für die Verstellung typischen Verzögerungszeit
wird das Signal der dieser jeweiligen Zylindergruppe zugedachten
einen oder mehreren Lambda-Sonden daraufhin untersucht, ob sie
eine zu der vorgenommenen Manipulation der betreffenden Integra
torstufe gehörige Reaktion zeigen. Bei in Reihe vor bzw. hinter
einem Abgaskatalysator angeordneten Lambda-Sonden beinhaltet
diese Reaktion bei korrekt angeschlossenen Sonden Sondensignale,
welche die vorgenommene Manipulation zeitlich versetzt widerspiegeln,
d. h. zuerst an der vor dem Katalysator und später an
der nach dem Katalysator positionierten Sonde. Liegt die erwar
tete Reaktion vor, kann daraus geschlossen werden, daß die
Lambda-Sonden korrekt an diese Zylindergruppe angeschlossen
sind. Bleibt eine derartige Sondensignalreaktion aus, liegt ein
verkehrtes Anschließen der Lambda-Sonden vor. Die Entscheidung
kann anhand geeignet vorgegebener Kurvencharakteristika oder
auch Schwellwerte für das jeweilige Lambda-Sondensignal erfol
gen. Das Verfahren kann wegen des nur unmerklichen Eingriffs in
den Motorbetrieb im laufenden Fahrbetrieb mit typischen Diagno
sezeiten in der Größenordnung zwischen 0,1 s und 180 s beispiels
weise gleichzeitig mit anderen, bei fahrendem Fahrzeug vorzuneh
menden Diagnosen durchgeführt werden. Dies erspart ein extra für
die Durchführung dieser Prüfung auf korrekt angeschlossene
Lambda-Sonden auszuführendes Warmlaufen des Motors bis zur Er
reichung der Katalysator-Betriebstemperatur.
Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren kann die
Beeinflussung der Lambda-Regelung auf drei unterschiedliche Ar
ten erfolgen, und zwar durch Anhalten einer Integratorstufe der
Lambda-Regeleinheit während der vorgebbaren Verzögerungszeit,
durch schlagartiges Verändern des momentanen Lambda-Regelwertes
um einen vorgebbaren Betrag zu Beginn der Verzögerungszeit oder
durch Änderung des Sollwertes der Lambda-Regelung zu Beginn der
Verzögerungszeit.
Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren werden je
weils die Integratorstufen für zwei Zylindergruppen gleichzeitig
beeinflußt, und zwar die eine in Richtung fetterem und die ande
re in Richtung magererem Motorbetrieb. Dies ermöglicht eine er
höhte Diagnosesicherheit.
Ein nach Anspruch 4 weitergebildetes Verfahren eignet sich spe
ziell dazu, den korrekten Anschluß von mindestens zwei hinter
einandergeschalteten Lambda-Sonden innerhalb einer Zylindergruppe
zu überprüfen. Diese Vorgehensweise eignet sich besonders auch
im Kaltstart, da Abgasoszillationen, d. h. Lambda-Wechsel, auch
hinter dem noch kalten Abgaskatalysator meßbar sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt schematisch den Abgasstrang eines 12-
Zylinder-Ottomotors mit Lambda-Quadroregelung.
Der in der Figur dargestellte Abgasstrang eines 12-Zylinder-
Ottomotors besitzt einen herkömmlichen Aufbau, bei dem einer er
sten Zylindergruppe 2a ein erster Abgasstrang 1a, einer zweiten
Zylindergruppe 2b ein zweiter Abgasstrang 1b, einer dritten Zy
lindergruppe 2c ein dritter Abgasstrang 1c und einer vierten Zy
lindergruppe 2d ein vierter Abgasstrang 1d zugeordnet ist. Jede
Zylindergruppe 2a bis 2d umfaßt drei Zylinder. In jedem Abgas
strang 1a bis 1d befindet sich ein Abgaskatalysator 3a bis 3d.
In Abgasströmungsrichtung vor jedem Abgaskatalysator 3a bis 3d
ist eine Lambda-Sonde 4a bis 4d angeordnet. Außerdem ist je eine
weitere Lambda-Sonde 5a bis 5d hinter jedem Abgaskatalysator 3a
bis 3d positioniert. Der in Abgasströmungsrichtung nachfolgende
Verlauf des Gesamtabgasstrangs ist von üblicher und hier nicht
weiter interessierender Art.
Die beiden Lambda-Sonden eines jeweiligen Abgasstrangs 1a bis 1d
sind jeweils mit einer zugeordneten Lambda-Regeleinheit 6 ver
bunden, von denen stellvertretend eine in der Figur dargestellt
ist und die jeweils eine in der Figur symbolisch gestrichelt an
gedeutete Integratorstufe 7 sowie eine hier nicht weitere inter
essierende Proportionalstufe beinhalten. Die Lambda-Regelein
heiten 6 sind ihrerseits an eine nicht gezeigte Motorsteuerung
angeschlossen. Die genannten Signalverbindungen zwischen Lambda-
Sonden 4a bis 5d und Lambda-Regeleinheiten 6 sowie zwischen
letzteren und der Motorsteuerung sind herkömmlicher Natur und
daher in der Figur nur durch abgeschnittene Anschlußleitungs
stücke symbolisiert.
Für die gezeigte Abgasanlage ist das nachfolgend näher beschrie
bene, erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen, mit dem erkannt
werden kann, ob den verschiedenen Zylindergruppen 2a bis 2d die
Ihnen zugedachten Lambda-Sonden richtig zugeordnet sind. Zur
Verfahrensdurchführung dient ein herkömmliches, nicht gezeigtes
Diagnosegerät, mit dem über die Motorsteuerung die Integrator
stufen 7 der Lambda-Regeleinheiten 6 gezielt beeinflußt werden
können. Dabei vermag das Verfahren die Verkabelung der Lambda-
Sonden zu prüfen, ohne hierfür eine Dekontaktierung derselben
vornehmen zu müssen, die ihrerseits Fehlerquellen in sich bergen
könnte.
Das Verfahren startet damit, daß für eine erste der vier Zylin
dergruppen 2a bis 2d durch entsprechende Eingabe am Diagnose
gerät über die Motorsteuerung die dieser ausgewählten Zylinder
gruppe zugeordnete Lambda-Regeleinheit 6 dahingehend angespro
chen wird, daß diese ihre Integratorstufe 7 oder die Gemischbil
dungseinheit für eine mindestens der Reaktions- oder Umschalt
zeit der Lambda-Sonden 4a bis 5d entsprechende Verzögerungszeit
verändert bzw. der Lambda-Sollwert oder der Lambda-Istwert ver
ändert wird, und zwar je nach Wunsch bzw. Bedarf entweder in in
Richtung fettem Motorbetrieb oder in Richtung magerem Motorbe
trieb. Dementsprechend verschiebt sich für die ausgewählte Zy
lindergruppe der Motorbetrieb temporär in Richtung fett bzw. ma
ger. Das Verändern oder Anhalten der Integratorstufe 7 bzw. der
Gemischbildungseinheit kann beispielsweise am betreffenden End
punkt des Integrationsbereiches vor dem Umspringen zum anderen
Integrationsbereich erfolgen, d. h. am fetten Endpunkt von z. B.
λ ≈ 0,9 oder am "mageren" Endpunkt von z. B. λ ≈ 1,1. Der Lambda
wert kann auch länger angehalten werden. Daraus resultiert ein
Ausbleiben von Schwingungen des Lambdawertes, d. h. ein annähernd
ruhiges Sondenspannungssignal.
Am Ende einer Verzögerungszeit, deren Dauer typischerweise etwa
50 ms oder mehr beträgt, bestehend aus der Verstellzeit für die
eventuelle Lambda-Sprungänderung, der Gaslaufzeit und der Son
denreaktionszeit, werden die Signale aller Lambda-Sonden 4a bis
5d abgefragt. Speziell wird das Signal derjenigen Lambda-Sonden,
die der ausgewählten Zylindergruppe zugedacht sind, daraufhin
analysiert, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation an der
betreffenden Integratorstufe bzw. dem betreffenden Lambda-
Sollwert oder -Istwert und dem daraus resultierenden, temporär
In Richtung fett bzw. mager verschobenen Betrieb dieser Zylin
dergruppe entsprechende Reaktion zeigt. Zu diesem Zweck werden
die Lambda-Sondensignale geeignet ausgewertet, z. B. durch Ver
gleich mit vorgegebenen Schwellwerten bzw. Signalkurvencharakte
ristika. Dies läßt sich sowohl für die Lambda-Sonde vor als auch
für diejenige hinter dem jeweiligen Abgaskatalysator überprüfen.
Wenn das Signal derjenigen Lambda-Sonde bzw. -Sonden, die der
ausgewählten Zylindergruppe zugedacht sind, die beabsichtigte,
richtige Reaktion zeigt, bedeutet dies, daß die vorgenommene Zu
ordnung dieser Lambda-Sonde zur ausgewählten Zylindergruppe
richtig ist. Bleibt die richtige Reaktion des Signals der der
ausgewählten Zylindergruppe zugedachten Lambda-Sonde hingegen
aus, was an einer Unter- bzw. Überschreitung des betreffenden
Schwellwertes bzw. durch Abweichen der Signalkurve von den erwar
teten Kurvencharakteristika festgestellt wird, liegt eine feh
lerhafte Kontaktierung der Lambda-Sonde für diese Zylindergruppe
vor. Zweckmäßigerweise wird das erhaltene Resultat durch wieder
holte Durchführung dieses Prüfvorgangs verifiziert, bis eine
ausreichende Diagnosesicherheit gegeben ist.
Der geschilderte Prüfvorgang wird dann so lange mit den weiteren
Zylindergruppen wiederholt, bis die Zuordnung der verschiedenen
Lambda-Sonden 4a bis 5d zu den unterschiedlichen Zylindergruppen
2a bis 2d vollständig erkannt und ggf. richtiggestellt ist. Ein
Prüfzyklus dauert typischerweise zwischen etwa 0,1 s und 180 s und
ist im normalen Fahrbetrieb ausführbar, da der Motorbetrieb
durch die schwache und je nach Applikation der Sondeneinbaulage
nur sehr kurzzeitige Anfettung bzw. Abmagerung des in die je
weils ausgewählte Zylindergruppe eingespritzten Luft/Kraftstoff
gemischs nicht wesentlich gestört wird. Der Motor braucht daher
nicht extra bei stehendem Fahrzeug betrieben werden bzw. bis zur
Erreichung der Betriebstemperatur für die Abgaskatalysatoren 3a
bis 3d in Betrieb gehalten zu werden. Vielmehr kann das Prüfver
fahren gleichzeitig mit anderen, im laufenden Fahrbetrieb erfol
genden Fahrzeugdiagnosen vorgenommen werden. Hierbei ist es un
erheblich, ob der Motor bzw. Katalysator betriebswarm sind. Le
diglich die Lambda-Sonden müssen in Funktion sein.
In einer vorteilhaften Variante des oben beschriebenen Verfah
rens kann vorgesehen sein, jeweils gleichzeitig mit dem Anhalten
bzw. Verändern der Integratorstufe bzw. der Gemischbildungsein
heit der Lambda-Regeleinheit einer ersten ausgewählten Zylinder
gruppe im einen, in Richtung fettem oder magerem Motorbetrieb
integrierenden Bereich die Integratorstufe der Lambda-Regel
einheit einer zweiten ausgewählten Zylindergruppe im anderen, in
Richtung magerem bzw. fettem Motorbetrieb integrierenden Bereich
für die ausreichend bemessene Verzögerungszeit anzuhalten bzw.
zu verändern und danach die Signale der diesen beiden Zylinder
gruppen zugedachten Lambda-Sonden miteinander zu vergleichen.
Die daraus resultierende Signaldifferenz variiert für den Fall
korrekt angeschlossener Lambda-Sonden gleichsinnig zur Verände
rung, hingegen für den Fall verkehrt angeschlossener Lambda-
Sonden ersichtlich gegensinnig zur Lambda-Veränderung, was die
Zuverlässigkeit der Schwellwertabfrage und damit die Diagnosesi
cherheit erhöht.
Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur
für den speziell beschriebenen Motortyp, sondern für alle Brenn
kraftmaschinen anwendbar ist, die mindestens zwei hintereinan
dergeschaltete Lambda-Sonden und/oder zwei Zylindergruppen mit
getrennten Lambda-Regelkreisen aufweisen. Dabei läßt sich nicht
nur die Verkabelung der dem jeweiligen Abgaskatalysator vorge
schalteten Lambda-Sonde, sondern auch diejenige einer eventuell
hinter dem Abgaskatalysator positionierten Lambda-Sonde überprü
fen. Voraussetzung ist jeweils das Vorhandensein einer Motor
steuerung, welche die Möglichkeit der Realisierung einer zum er
findungsgemäßen Prüfzweck anstoßbaren Verzögerungszeit bzw. Ver
änderung der Lambda-Integration in Richtung fett und/oder mager
getrennt für jeden der Lambda-Regelkreise bietet.
Claims (4)
1. Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-
Sonden bei einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Zy
lindergruppen (2a bis 2d), die eine Motorsteuerung und mehrere
Lambda-Sonden (4a bis 5d) beinhaltet, wobei jeder Zylindergruppe
ein eigener Abgasstrang (1a bis 1d) mit einem Abgaskatalysator
(3a bis 3d) und wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran ange
schlossener Lambda-Regeleinheit (6) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - über die Motorsteuerung die Lambda-Regeleinheit (6) jeweils einer Zylindergruppe (2a bis 2d) unter Beibehaltung der Ein spritzung eines zündfähigen Gemischs zu Beginn einer minde stens die Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden (4a bis 5d) beinhaltenden Verzögerungszeit in ihrem momentanen Re gelungszustand in Richtung fettem oder magerem Motorbetrieb verstellt und/oder während der Verzögerungszeit in ihrer Rege lungsfunktion angehalten wird und
- - wenigstens das Signal der dieser jeweiligen Zylindergruppe zu gedachten Lambda-Sonde bzw. -Sonden spätestens am Ende der Verzögerungszeit daraufhin untersucht wird, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation der Lambda-Regelung gehörige, ein korrektes Anschließen dieser Lambda-Sonde bzw. -Sonden an die ausgewählte Zylindergruppe anzeigende Reaktion zeigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Beeinflussung der Lambda-Regeleinheit (6)
- - eine Integrationsstufe (7) der Lambda-Regeleinheit (6) jeweils einer Zylindergruppe (2a bis 2d) in einem ihrer beiden, in Richtung fettem bzw. magerem Motorbetrieb integrierenden Be reichen während der Verzögerungszeit angehalten wird oder
- - der momentane Lambdawert zu Beginn der Verzögerungszeit um ei nen Betrag zwischen 0,002 und 0,2 in Richtung fettem oder ma gerem Motorbetrieb verändert wird oder
- - der Sollwert der Lambda-Regelung zu Beginn der Verzögerungs zeit um einen Betrag zwischen 0,002 und 0,2 in Richtung fettem oder magerem Motorbetrieb verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
gleichzeitig mit dem Anhalten der Integratorstufe der Lambda-
Regeleinheit einer jeweils ersten ausgewählten Zylindergruppe
die Integratorstufe der Lambda-Regeleinheit einer jeweils zwei
ten ausgewählten Zylindergruppe in ihrem zu demjenigen der ande
ren Integratorstufe gegensinnig integrierenden Bereich für die
entsprechende Verzögerungszeit angehalten wird und die Signale
der den jeweils ausgewählten beiden Zylindergruppen zugedachten
Lambda-Sonden am Ende der Verzögerungszeit daraufhin untersucht
werden, ob ihre Signaldifferenz eine zu den vorgenommenen Mani
pulationen an den beiden betreffenden Integratorstufen gehörige,
ein korrektes Anschließen der Lambda-Sonden an ihre zugedachten
Zylindergruppen anzeigende Reaktion zeigt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
nach einem Anhalten der Lambda-Regelung durch die Lambda-
Regeleinheit das gleichbleibende Signal einer vor einem Abgaska
talysator positionierten, ersten Lambda-Sonde mit dem noch os
zillierenden Signal einer hinter dem Abgaskatalysator für die
selbe Zylindergruppe vorgesehenen, zweiten Lambda-Sonde vergli
chen wird, um den korrekten Anschluß der beiden Lambda-Sonden zu
überprüfen.
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