DE4139561A1

DE4139561A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen des alterungszustandes einer sauerstoffsonde

Info

Publication number: DE4139561A1
Application number: DE4139561A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Denz; Ernst Dipl Ing Wild
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-11-30
Filing date: 1991-11-30
Publication date: 1993-06-03
Also published as: CO4520114A1; JPH05232054A; US5399961A

Description

Das Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum überwachen des Alterungszustandes einer vor einem Katalysa tor angeordneten Sauerstoffsonde, die eine Istspannung U_IST für einen Lambdaregler für einen Verbrennungsmotor liefert.

Stand der Technik

Je stärker eine Sauerstoffsonde gealtert ist, desto langsa mer reagiert sie auf Änderungen im Sauerstoffgehalt des sie umströmenden Abgases. Dadurch vergrößert sich die Perioden dauer des Zweipunkt-Regelungsvorganges, wie er mit Hilfe des Sondensignals ausgeführt wird. Da während der Reglerschwin gungen das Reglerausgangssignal mit Hilfe eines Integra tionsprozesses erzeugt wird, erhöht sich mit Verlängerung der Schwingungsperiode auch die Amplitude der Reglerschwin gung. Wenn die gemessene Periodendauer einen Schwellwert überschreitet, wird die Sonde als unzulässig stark gealtert beurteilt.

Wenn für die Lambdaregelung jeweils eine Sonde vor und hin ter einem Katalysator verwendet wird, kann das Signal von der hinteren Sonde, die immer geringere Alterungseffekte zeigt als die vordere Sonde, dazu verwendet werden, Signal änderungen zu kompensieren, die durch die Alterung der vor deren Sonde bedingt sind. Wenn die Kompensationsgröße einen Schwellwert überschreitet, zeigt dies an, daß die vordere Sonde unzulässig stark gealtert ist. Die Vorrichtung mit dem eben beschriebenen Verfahren, das das Signal von einer lang sam alternden hinteren Sonde verwendet, arbeitet genauer als die zunächst beschriebene Vorrichtung, die die Reglerperio dendauer überwacht. Jedoch ist nachteilig, daß die zweite, hintere Sonde zwingend erforderlich ist.

Es bestand demgemäß das Problem, ein Verfahren und eine Vor richtung zum überwachen des Alterungszustandes einer vor einem Katalysator angeordneten Sauerstoffsonde anzugeben, die ohne das Signal von einer hinter dem Katalysator ange ordneten Sonde auskommen.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung auf Grundlage des zeitlichen Mittelwer tes

des Betrags der Abweichung U_IST - U_SOLL der Istspannung U_IST zu einer Sollspannung U_SOLL erfolgt.

In der einfachsten Variante erfolgt die Überwachung durch unmittelbaren Vergleich des genannten Mittelwerts mit einem Schwellwert. Sobald dieser unterschritten ist, wird die Son de als unzulässig stark gealtert beurteilt. Dieser Vorgehens weise liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Sonde mit zu nehmender Alterung immer geringere Spannungshübe aufweist. In einer verbesserten Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren mit dem bekannten Verfahren der Periodendauerüber wachung kombiniert. Es wird nämlich der Quotient zwischen dem genannten Mittelwert und dem Mittelwert des Betrags der Abweichung des Ausgangssignals des Lambdareglers von einem Sollwert gebildet und dieser Quotient wird mit einem Schwellwert verglichen. Sobald der Quotient kleiner wird als der Schwellwert, gilt die Sonde als unzulässig stark geal tert. Diese Vorgehensweise führt zu einem besonders guten Signal/Rausch-Verhältnis, da der Quotient sowohl dann klei ner wird, wenn sich der genannte Spannungsmittelwert ver kleinert, wie er auch dann kleiner wird, wenn sich der im Nenner stehende Reglesignal-Mittelwert wegen Vergrößerns der Periodendauer erhöht.

Die Mittelwertbildung erfolgt vorteilhafterweise entweder durch eine übliche Software-Integration, durch Tiefpaßfil terung oder dadurch, daß gezählt wird, wie oft die Abwei chung zwischen Ist- und Sollwert innerhalb einer vorgegebe nen Zeitspanne in einen vorgegebenen Wertebereich fällt. Im letzteren Fall kann entweder die Zeitspanne fest in Zeitein heiten vorgegeben sein, oder sie kann durch eine vorgegebene Anzahl von Schwingungen definiert sein. Werden die Signale in fest vorgegebenen Zeitabständen abgetastet, müssen im Fall der durch eine Anzahl von Reglerschwingungen vorgegebe ne Mittelungszeitspanne noch die Abtastungen gezählt werden. Dann ist das Verhältnis der Zahl der Abtastwerte im vorge gebenen Wertebereich zur Gesamtzahl der Abtastungen das Maß für den gesuchten Mittelwert.

Bei Instationärvorgängen weichen die genannten Istwerte län ger und teilweise auch stärker von den jeweils zugehörigen Sollwerten ab als im Fall stationären Betriebs des lambdage regelten Verbrennungsmotors. Es erhöhen sich dann die ge nannten Mittelwerte, was im Fall des Spannungsmittelwerts einen besseren als den tatsächlichen Zustand der Sonde vor täuscht, während im Fall des Mittelwerts des Reglerausgangs signals ein schlechterer Zustand als der tatsächliche ange zeigt wird. Um diese Effekte zu vermeiden, ist es von Vor teil, die Mittelwertbildung während Instationärvorgängen des Verbrennungsmotors anzuhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgende Einrichtun gen auf:

- eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen des zeitlichen Mittelwerts des Betrags der Abweichung U_IST - U_SOLL der Istspannung U_IST der Sonde von einer Sollspannung U_SOLL; und
- eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen des Alterungs zustandes der Sonde auf Grundlage des genannten Mittelwerts.

Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung noch über eine Integra tionsstoppeinrichtung zum Anhalten der Funktion der Berech nungseinrichtung während Instationärvorgängen des lambdage regelten Verbrennungsmotors. Diese verhindert die oben be schriebenen möglichen Fehlbeurteilungen.

Zeichnung

Fig. 1 Blockschaltdiagramm einer Vorrichtung zum Überwachen des Alterungszustandes einer vor einem Katalysator angeord neten Sauerstoffsonde; und

Fig. 2 Flußdiagramm zum Erläutern eines mit der Vorrichtung von Fig. 1 ausführbaren Verfahrens.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt u. a. einen Katalysator 10 und eine in dem zu ihm führenden Abgaskanal angeordnete Sauerstoffsonde 11. Weiterhin sind ein Lambdaregler 12 und eine Überwachungsvorrichtung 13 vorhanden. Innerhalb der Überwachungsvorrichtung 13 befinden sich eine erste Berechnungseinrichtung 14.1, eine zweite Berechnungseinrichtung 14.2, eine Integrations stoppeinrichtung 15 und eine Beurteilungseinrichtung 16. Die Istspannung U_IST von der Sonde 11 wird dem Lambdaregler 12 und der ersten Berechnungseinrichtung 14.1 zugeführt. Das Ausgangssignal FR des Lambdareglers 12 wird an die zweite Berechnungseinrichtung 14.2 gegeben. Die Ausgangssignale der beiden Berechnungseinrichtungen gelangen zur Beurteilungs einrichtung 16, die ein Beurteilungssignal BS ausgibt, das anzeigt, ob die Sonde 11 unzulässig stark gealtert ist oder nicht. Die Berechnungen in den beiden Berechnungseinrichtun gen 14.1 und 14.2 werden in Zeitdauern angehalten, in denen die Integrationsstoppeinrichtung 15 ein entsprechendes Sig nal ausgibt. Um beurteilen zu können, wann die Berechnungen angehalten werden sollen, erhält die Integrationsstoppein richtung 15 ein Beschleunigungsanreichungssignal BA von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung, die Einfluß auf die Einspritzzeit von Kraftstoff in den (nicht dargestell ten) Verbrennungsmotor nimmt, an den der Katalysator 10 an geschlossen ist. Dieses Beschleunigungsanreicherungssignal zeigt an, daß der Verbrennungsmotor gerade instationär be trieben wird. Entsprechend können andere Signale der Motor steuerung verwendet werden, die Instationärvorgänge anzei gen. Wenn das Beschleunigungsanreichungssignal oder ein ähn liches Signal unmittelbar verwendet wird, kann es jeweils direkt auf die Berechnungseinrichtungen 14.1 und 14.2 gege ben werden. Vorteilhafter ist jedoch das Zwischenschalten der Integrationsstoppeinrichtung 15. Diese kann die Berech nungen auch nach Abklingen des Beschleunigungsanreichungs signals noch kurzfristig stoppen, um sicherzustellen, daß die Berechnungen erst wieder laufen, wenn sich der Verbren nungsmotor mit Sicherheit im Stationärbetrieb befindet.

Die beiden Berechnungseinrichtungen 14.1 und 14.2 erhalten jeweils einen Sollwert. Der Sollwert U_SOLL entspricht vor zugsweise einer Spannung, wie sie in etwa dem Lambdawert 1 zugeordnet ist. Bei einer Nernst-Sonde sind dies typischer weise etwa 450 mV. Der Sollwert FR_SOLL, wie er an die zwei te Berechnungseinrichtung 14.2 gegeben wird, ist vorzugswei se der Wert "1", wenn der Lambdaregler 12 einen wert FR aus gibt, der multiplikativ auf die Einspritzzeit einwirkt. Ist es dagegen ein additiv wirkender Wert, ist der Sollwert vor zugsweise der Wert "0".

Ein Verfahren, wie es mit der Überwachungsvorrichtung von Fig. 13 ausführbar ist, wird im folgenden anhand des Fluß diagramms von Fig. 2 veranschaulicht.

Nach dem Start dieses Verfahrens wird in einem Schritt s1 eine Berechnungszeitspanne gestartet. Es erfolgt dann der Eintritt in eine Schleife, in der in einem Schritt s2 zu nächst von der Integrationsstoppeinrichtung 15 überprüft wird, ob der Verbrennungsmotor instationär betrieben wird. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt s3 die Zeitintegra tion angehalten, und es folgt erneut Schritt s2. Erst wenn in Schritt s2 festgestellt wird, daß kein Instationärvorgang mehr vorliegt, wird die Integration der Berechnungszeit in einem Schritt s4 fortgesetzt. Es werden dann (Schritt s5) die Istspannung U_IST von der Lambdasonde 11 und das Aus gangssignal FR_IST vom Lambdaregler 12 gemessen. Mit diesen Istwerten und den oben angegebenen Sollwerten werden Be tragsmittelwerte

(Schritt s6). Die Berechnung erfolgt z. B. dadurch, daß zu nächst die genannten Differenzen zwischen dem jeweiligen Ist- und Sollwert gebildet werden und dann die neue Diffe renz multipliziert mit einem Gewichtungsfaktor c zu dem mit einem anderen Faktor multiplizierten, zuvor erhaltenen Mit telwert addiert wird. Der andere Faktor ist 1 - c. Die Be rechnung kann jedoch auch durch ein Auszählen von Ereignis sen erfolgen, wie dies bei der Kurzdarstellung der Erfindung beschrieben wurde.

Sobald die Berechnungen der Mittelwerte abgeschlossen sind, wird in einem Schritt s7 überprüft, ob die in Schritt s1 ge startete Berechnungszeitspanne abgelaufen ist. Ist die vor gegebene Berechnungszeitspanne noch nicht abgelaufen, wird wieder die genannte Schleife ab Schritt s2 durchlaufen. Sie wird erst dann verlassen, wenn sich in Schritt s7 heraus stellt, daß die Berechnungszeitspanne abgelaufen ist. In einem Schritt s8 wird dann der Quotient zwischen den beiden in Schritt s6 von der ersten und der zweiten Berechnungsein richtung 14.1 bzw. 14.2 berechneten Mittelwert gebildet, und der Quotient wird mit einem Schwellwert SWQ verglichen. Die Quotientenbildung und der Vergleich werden in der Beurtei lungseinrichtung 16 ausgeführt. Ergibt der Vergleich, daß der Quotient den Schwellwert nicht unterschritten hat, wird das Verfahren beendet. Es wird dann erst mit dem nächsten Betriebszyklus des Verbrennungsmotors wieder gestartet. Der Start eines Betriebszyklus kann dadurch definiert sein, daß der Verbrennungsmotor bei einer Temperatur unter einer Schwelle, z. B. unter 50°C, gestartet wird.

Ergibt sich in Schritt s8, dar der Schwellwert SWQ unter schritten wurde, ist dies das Zeichen, dar die Sonde 11 un zulässig stark gealtert ist. Es erfolgt dann in einem Schritt s9 eine Fehlermeldung, die darin bestehen kann, dar der Fehler in einen Fehlerspeicher eingetragen wird und eine Fehleranzeigelampe zum Aufleuchten gebracht wird.

Im vorstehenden wurde durchgehend davon ausgegangen, daß der Spannungsmittelwert durch den Reglerausgangsmittelwert ge teilt wird. Jedoch kann die Quotientenbildung auch genau um gekehrt erfolgen. Dann ist in Schritt s8 jedoch nicht zu un tersuchen, ob eine Schwelle unterschritten wurde, sondern ob eine Schwelle überschritten wurde. Weiterhin ist eine Ver fahrensänderung im Rahmen einer Vereinfachung möglich, näm lich dahingehend, daß nur der Spannungsmittelwert von der Berechnungseinrichtung 14.1 berechnet wird und die Berech nungseinrichung 14.2 fehlt. Die Beurteilungseinrichtung 16 überprüft dann nur, ob der Spannungsmittelwert

unter einen Schwellenwert SW fällt.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen des Alterungszustandes einer vor einem Katalysator angeordneten Sauerstoffsonde, die eine Istspannung U_IST für einen Lambdaregler für einen Verbren nungsmotor liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwa chung auf Grundlage des zeitlichen Mittelwerts des Betrags der Abweichung U_IST - U_SOLL der Ist spannung U_IST von einer Sollspannung U_SOLL erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde als unzulässig stark gealtert beurteilt wird, wenn der genannte Mittelwert unter einen Schwellwert (SW) fällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde als unzulässig stark gealtert beurteilt wird, wenn der Quotient unter einen Schwellwert (SWQ) fällt, wobei die Größe den Betrag der Abweichung des Ausgangssignals FR_IST des Lambdareglers von einem Sollwert FR_SOLL darstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die zeitlichen Mittelwerte durch Integra tion gebildet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die zeitlichen Mittelwerte dadurch gebil det werden, daß gezählt wird, wie oft die Abweichung zwi schen Ist- und Sollwert innerhalb einer vorgegebenen Zeit spanne in einen vorgegebenen Wertebereich fällt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dar die Mittelwertbildung während Instationär vorgängen des Verbrennungsmotors angehalten wird.

7. Vorrichtung (13) zum Überwachen des Alterungszustandes einer vor einem Katalysator (10) angeordneten Sauerstoffson de (11), die eine Istspannung U_IST für einen Lambdaregler (12) für einen Verbrennungsmotor liefert, gekennzeichnet durch

- eine Berechnungseinrichtung (14.1) zum Berechnen des zeit lichen Mittelwerts der Istspannung U_IST von einer Sollspannung U_SOLL; und
- eine Beurteilungseinrichtung (16) zum Beurteilen des Alte rungszustandes der Sonde auf Grundlage des genannten zeitli chen Mittelwerts.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Integrationsstoppeinrichtung (15) zum Anhalten der Funktion der Berechnungseinrichtung (14.1) während Instationärvorgän gen des Verbrennungsmotors.