EP0624721B1 - Verfahren zur Unterscheidung der Fehlerursachen im Gemischbildungs- bzw. Gemischregelungssystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Unterscheidung der Fehlerursachen im Gemischbildungs- bzw. Gemischregelungssystem einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0624721B1 EP93107898A EP93107898A EP0624721B1 EP 0624721 B1 EP0624721 B1 EP 0624721B1 EP 93107898 A EP93107898 A EP 93107898A EP 93107898 A EP93107898 A EP 93107898A EP 0624721 B1 EP0624721 B1 EP 0624721B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1494—Control of sensor heater

Definitions

  • the invention relates to a method for differentiating the causes of faults in the mixture formation or mixture control system of an internal combustion engine.
  • Control devices are used for this purpose, which operate in dependence on a signal supplied in the exhaust system of the machine, the so-called lambda probe. This signal is compared with a reference voltage corresponding to an optimal value and a control signal for influencing the air / fuel supply is derived from the comparison.
  • a prerequisite for the proper functioning of such a control device is that the lambda probe is working properly.
  • the known lambda probes which determine the oxygen concentration of the exhaust gas, the operational readiness is only guaranteed from a certain temperature. So that the lambda probe reaches its operating temperature as quickly as possible and then the probe temperature can be kept at a predetermined, constant value, an additional heating device is provided which, in addition to heating the lambda probe by the exhaust gases, ensures that it is ready for operation quickly.
  • the lambda probes used in devices of this type are constructed in such a way that they emit a relatively high voltage in the case of a rich air / fuel mixture and a low voltage in relation to a lean air / fuel mixture.
  • the voltage emitted by the lambda probe is therefore on the one hand near zero (for example a few mV) in the case of a lean mixture ( ⁇ > 1) and not or only with great difficulty from an interruption in the lead wires of the lambda probe - hereinafter referred to as a line interruption - or from to distinguish a short circuit of the signal line to ground.
  • the output voltage of the lambda probe with a rich mixture ( ⁇ ⁇ 1) is relatively high and, even in the event of a short-circuit of the lambda probe lead against the on-board voltage or against the supply voltage of the electronic control device, it can assume values which are above a limit value for rich mixture and pretend a rich mixture, it is also necessary to detect the type of fault.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method which enables a simple distinction to be made between a mixture formation error and a defective, heated lambda probe.
  • a prerequisite for carrying out this method to differentiate the causes of faults in the mixture formation or mixture control system is that the lambda control is active, the lambda probe is ready for operation and the lambda probe heater is not defective. For this reason, the probe heating is checked at the first start and each time it is started again. If the query is negative, ie the probe heating is not ready for operation, this can be announced to the driver, for example, by a signal lamp. So he can take appropriate measures to restore the functional readiness of the probe heater and the described method is not even started.
  • FIGS 1a and 2a are some (only qualitative shown voltage jumps of the lambda probe output voltage, hereinafter simply referred to as the probe voltage ULS.
  • a maximum value MAX and a lower diagnosis limit value GWMIN and an upper diagnosis limit value GWMAX are shown in these time diagrams.
  • the probe voltage ULS drops below the limit value GWMIN and also remains almost zero.
  • the air / fuel mixture is enriched by the lambda controller.
  • Figures 1b and 2b show this procedure of the lambda control.
  • LAM 0
  • an attempt is made to compensate for the control deviation (mixture which is too lean) by increasing the lambda controller value LAM up to a maximum value LAM MAX, the so-called controller stop.
  • the lambda controller remains at the controller stop.
  • a certain dwell time t1 is now waited for in order to exclude other system errors from the diagnosis.
  • the maximum and minimum values are around 25%, ie the lambda controller can enrich up to 25% or lean 25%.
  • the lambda probe heating is used for this.
  • the electrical heating of the lambda probe takes place in a manner known per se by clocked activation with a pulse duty factor, which is composed of a pilot control value and a lambda probe voltage regulator value and is stored in a characteristic diagram of the electronic control device of the internal combustion engine.
  • a pulse duty factor which is composed of a pilot control value and a lambda probe voltage regulator value and is stored in a characteristic diagram of the electronic control device of the internal combustion engine.
  • the lambda probe heating is actuated with a pulse duty factor corresponding to a map value KF1 (FIGS. 1c, 2c) in order to keep the temperature of the lambda probe constant at a value dependent on operating parameters of the internal combustion engine .
  • the lambda probe heating is controlled to a 100% duty cycle and remains at this value for a period of time t2 + t3 (e.g. 5 seconds + 6 seconds).
  • This time period depends on the system, e.g. of the probe structure and the outside temperature. Since the probe voltage is strongly dependent on the temperature (the probe voltage rises as the temperature rises) and thus also the voltage that is emitted in lean operation, the probe voltage ULS must rise again if the probe is intact due to the increased energy supply from the heating. From here, the preparation for the detection of whether there is a mixture error or a probe error begins.
  • a time counter is then initialized (jump to initialization value IN, Figure 1d). If the value EPZ MAX ( Figure 1d, t2) is reached by the counter, "permanent" is recognized for mixture errors and e.g. entered in a fault memory. In addition, a diagnostic lamp can be activated and the measures required for an emergency run can be taken. Lambda control remains active, i.e. the lambda controller remains at the controller stop LAM MAX ( Figure 1b). A mixture error permanent lean can e.g. in that leakage air enters the intake area of the internal combustion engine in an uncontrolled manner.
  • the probe voltage ULS remains below the diagnostic limit value GWMIN (FIG. 2a) after the heating power has been increased
  • the detection of lambda probe errors is released after the period t2.
  • the counter is initialized again and runs up until it reaches the EPZ MAX value (after the time tE1).
  • the fault type Lambda probe fault is concluded, ie there is either a short circuit in the lead wires of the Lambda probe to ground or an interruption in the leads. This type of error too is stored in a fault memory and a diagnostic lamp and emergency operation functions are activated that affect this fault.
  • the lambda controller value LAM is reduced to 0 and the lambda controller then remains switched off (FIG. 2b).
  • a corresponding procedure is used if a distinction is to be made as to whether there is a "permanent fat" mixture error or a probe error. Since the lambda probe emits a relatively high voltage when the mixture is rich, an upper diagnostic limit value GWMAX is set to differentiate the causes of the fault. If this limit value is exceeded and the lambda control runs to the controller limit LAM MIN ( Figure 1b, 2b), the heating for the lambda probe is switched off and, based on the temperature dependence of the probe voltage mentioned, it is now checked whether the upper diagnostic limit value is again is undercut. The further evaluation takes place according to the described method.
  • a mixture fault "permanent grease” can occur, for example, through faulty air volume or air mass determination, while a, a rich mixture of pretending probe errors can lie in the fact that the leads of the probe are short-circuited against the supply line of the electronic control device (typically 5V) or against the on-board voltage (12V ) having.
  • the described method can be used in all internal combustion engines with a lambda control device which have a heated lambda probe, regardless of the type of mixture formation system.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung der Fehlerursachen im Gemischbildungs- bzw. Gemischregelungssystem einer Brennkraftmaschine.
  • Um die Schadstoffanteile im Abgas einer Brennkraftmaschine gering zu halten, ist es wichtig, das Luft/Kraftstoffverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches auf einem optimalen, vorher festgesetzten Wert zu halten. Man bedient sich hierzu Regeleinrichtungen, die in Abhängigkeit eines von einem im Abgassystem der Maschine angeordneten Abgasfühler -der sogenannten Lambdasonde-gelieferten Signales arbeiten. Dieses Signal wird mit einer einem Optimalwert entsprechenden Bezugsspannung verglichen und es wird aus dem Vergleich ein Steuersignal zur Beeinflussung der Luft/Kraftstoffzuführung abgeleitet.
  • Voraussetzung für ein ordnungsgemäßes Funktionieren einer solchen Regeleinrichtung ist, daß die Lambda-Sonde einwandfrei arbeitet. Bei den bekannten Lambda-Sonden, welche die Sauerstoffkonzentration des Abgases ermitteln, ist die Funktionsbereitschaft erst ab einer bestimmten Temperatur gewährleistet. Damit die Lambda-Sonde ihre Betriebstemperatur möglichst rasch erreicht und anschließend die Sondentemperatur auf einem vorgegebenen, konstanten Wert gehalten werden kann, ist eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen, die neben der Aufwärmung der Lambda-Sonde durch die Abgase selbst für eine schnelle Betriebsbereitschaft sorgt.
  • Die bei derartigen Einrichtungen verwendeten Lambda-Sonden sind so aufgebaut, daß sie bei einem fetten Luft/Kraftstoffgemisch eine relativ hohe Spannung und bei mageren Luft/Kraftstoffgemisch eine, bezogen auf eine fette Gemischzusammensetzung niedrige Spannung abgeben. Der Übergang von der hohen zur niederen Spannung erfolgt bei der Luftzahl λ=1 nahezu sprungartig, weil bei gerinfügig größeren Luftzahlen plötzlich unverbrannter Sauerstoff im Abgas vorliegt.
  • Die von der Lambda-Sonde abgegebene Spannung ist damit einerseits bei magerem Gemisch (λ>1) nahe Null (z.B. einige mV) und nicht oder nur sehr schwer von einer Unterbrechung der Zuleitungsdrähte der Lambda-Sonde - im folgenden als Leitungsunterbrechung bezeichnet - oder von einem Kurzschluss der Signalleitung gegen Masse zu unterscheiden.
  • Da aber anderseits die abgegebene Spannung der Lambda-Sonde bei fettem Gemisch (λ<1) relativ hoch ist und auch bei Kurzschluß der Lambda-Sondenzuleitung gegen die Bordspannung oder gegen die Versorgungsspannung der elektronischen Steuerungseinrichtung Werte annehmen kann, die über einem Grenzwert für fettes Gemisch liegen und damit ein fettes Gemisch vortäuschen kann, ist es auch hier notwendig, die Fehlerart zu detektieren.
  • Aus der WO-A-9 006 431 ist es bekannt die Spannung einer beheizten λ- Sonde bei einem Fehlertest mit oberen und unteren Grenzwerten zu vergleichen.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auf einfache Weise eine Unterscheidung zwischen einem Gemischbildungsfehler und einer defekten, beheizten Lambda-Sonde ermöglicht.
  • Gelöst wird dies mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Durch Heranziehen der für eine konstante Betriebstemperatur der Lambda-Sonde sorgende, ohnehin vorhandenen Sondenheizeinrichtung und durch eine bestimmte Konstellation nacheinander ablaufenden Abfragen ist es möglich, die tatsächlich vorhandene Fehlerart zu detektieren und nur diesen Fehler zum Abspeichern in einem Diagnosespeicher oder Fehlerspeicher freizugeben.
    Auf diese Weise können falsche Diagnosen der eingangs genannten Art ausgeschlossen werden und womöglich ein überflüssiger, weil nicht notwendiger Austausch einer nur vermeintlich defekten Lambda-Sonde verhindert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben und erläutert.Es zeigen
    • Figur 1
    Signalverläufe beim Ablauf der Diagnose "Gemischfehler Dauermager" und
    Figur 2
    Signalverläufe beim Ablauf der Diagnose "Sondenfehler" der Lambda-Sonde.
  • Voraussetzung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Unterscheidung der Fehlerursachen im Gemischbildungs- bzw. Gemischregelungssystem ist, daß die Lambda-Regelung aktiv, die Lambda-Sonde betriebsbereit ist und die Lambda-Sondenheizung keinen Defekt aufweist. Deshalb wird beim ersten Start und bei jedem neuerlichen Start die Sondenheizung überprüft. Ist die Abfrage negativ, die Sondenheizung also nicht funktionsbereit, kann das beispielsweise durch eine Signallampe dem Fahrer bekanntgegeben werden. So kann er entsprechende Maßnahmen zur Wiederherstellung der Funktionsbereitschaft der Sondenheizung ergreifen und das beschriebene Verfahren wird erst gar nicht gestartet.
  • Andernfalls wird eine bestimmte Zeit abgewartet, bis die Lambda-Sonde ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Das Eingangssignal der Lambda-Sonde wird in vorgegebenen Zeitabständen (z.B. alle 50 mS) gemessen und von der Diagnose geprüft. In den Figuren 1a und 2a sind jeweils einige (nur qualitativ dargestellte Spannungssprünge der Lambda-Sonden-Ausgangsspannung, im folgenden vereinfacht als Sondenspannung ULS bezeichnet, dargestellt. In diesen Zeitdiagrammen ist ein Maximalwert MAX und ein unterer Diagnose-Grenzwert GWMIN und ein oberer Diagnose-Grenzwert GWMAX eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t0 sinkt die Sondenspannung ULS unter den Grenzwert GWMIN und bleibt auch nahezu Null. Als Folge davon wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch durch den Lambda-Regler angefettet.
  • Die Figuren 1b und 2b zeigen dieses Vorgehen der Lambda-Regelung. Ausgehend von einem Lambda-Reglerwert LAM=0 wird versucht die Regelabweichung (zu mageres Gemisch) dadurch auszugleichen, daß der Lambda-Reglerwert LAM bis zu einen Maximalwert LAM MAX, dem sogenannten Regleranschlag erhöht wird. Da die Sondenspannung weiterhin unter dem Grenzwert GWMIN nahe Null liegt, bleibt der Lambda-Regler am Regleranschlag. Eine bestimmte Verweildauer t1 wird nun abgewartet, um andere Systemfehler von der Diagnose auszuschließen.
    Bei üblichen Lambda-Reglern liegen die Maximal- und die Minimalwerte bei ca. 25%, d.h. der Lambda-Regler kann bis zu 25% anfetten bzw. 25% abmagern.
    Nach dem Ablauf von t1 wird auf das Vorhandensein eines Fehlers geschlossen und das Diagnose-Verfahren zur Bestimmung der Fehlerart eingeleitet.
    Hierzu wird die Lambda-Sondenheizung herangezogen. Die elektrische Heizung der Lambda-Sonde geschieht in an sich bekannter Weise durch getaktete Ansteuerung mit einem Tastverhältnis, das sich aus einem Vorsteuerwert und einem Lambda-Sondenspannungs-Reglerwert zusammensetzt und in einem Kennfeld der elektronischen Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt ist.
    Bis zum Beginn der Diagnose (nach Ablauf der Zeitspanne t1) wird die Lambda-Sondenheizung mit einem Tastverhältnis entsprechend einem Kennfeldwert KF1 (Fig 1c, 2c) angesteuert, um die Temperatur der Lambda-Sonde auf einem von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Wert konstant zu halten.
  • Nach Ablauf der Verweildauer t1 wird die Lambda-Sondenheizung auf 100% Tastverhältnis gesteuert und bleibt für eine Zeitspanne t2 + t3 (z.B. 5 sek. + 6 sek.) auf diesem Wert. Diese Zeitspanne ist systemabhängig, z.B. von dem Sondenaufbau und von der Außentemperatur. Da die Sondenspannung stark von der Temperatur abhängig ist (bei steigender Temperatur steigt die Sondenspannung)und somit auch die Spannung die im Magerbetrieb abgegeben wird, muß bei intakter Sonde aufgrund der vermehrten Energiezufuhr durch die Heizung die Sondenspannung ULS wieder ansteigen. Ab hier läuft dann die Vorbereitung zur Erkennung, ob ein Gemischfehler oder ein Sondenfehler vorliegt.
  • Übersteigt nach Erhöhen der Sondenheizleistung die Sondenspannung ULS den unteren Diagnose-Grenzwert GWMIN und sinkt sie wieder bei Erniedrigen der Heizleistung auf einen Kennfeldwert KF2 unter den Diagnose-Grenzwert GWMIN, so wird anschließend ein Zeitzähler initialisiert (Sprung auf Initialisierungswert IN, Figur 1d). Wird vom Zähler der Wert EPZ MAX (Figur 1d, t2), erreicht, so wird auf Gemischfehler "Dauermaer" erkannt und z.B. in einen Fehlerspeicher eingetragen. Außerdem kann eine Diagnoselampe aktiviert und die für einen Notlauf notwendigen Maßnahmen ergriffen werden. Die Lambda-Regelung bleibt aktiv, d.h. der Lambda-Regler bleibt am Regleranschlag LAM MAX (Figur 1b). Ein Gemischfehler Dauermager kann z.B. dadurch eintreten, daß unkontrolliert Leckluft in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine eintritt.
  • Bleibt dagegen die Sondenspannung ULS nach Erhöhen der Heizleistung unter dem Diagnose-Grenzwert GWMIN (Figur 2a), so wird nach Ablauf der Zeitspanne t2 die Erkennung für Lambda-Sondenfehler freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird wieder der Zähler initialisiert und läuft hoch, bis er den Wert EPZ MAX erreicht (nach der Zeit tE1). Es wird auf Fehlerart Lambda-Sondenfehler geschlossen, d.h. es ist entweder ein Kurzschluß der Zuleitungsdrähte der Lambda-Sonde gegen Masse vorhanden oder eine Unterbrechung der Zuleitungen. Auch diese Fehlerart wird in einem Fehlerspeicher gespeichert und eine Diagnoselampe und Notlauffunktionen aktiviert, die diesen Fehler betreffen.
  • Gleichzeitig wird der Lambda-Reglerwert LAM auf 0 zurückgefahren und der Lambda-Regler bleibt dann ausgeschaltet (Figur 2b).
  • Ein entpsrechendes Verfahren wird angewendet, wenn unterschieden werden soll, ob ein Gemischfehler "Dauerfett" oder ein Sondenfehler vorliegt. Da die Lambda-Sonde bei fettem Gemisch eine relativ hohe Spannung abgibt, wird zur Unterscheidung der Fehlerursachen ein oberer Diagnose-Grenzwert GWMAX festgelegt. Wird dieser Grenzwert überschritten und läuft die Lambda-Regelung an die Reglergrenze LAM MIN (Figur 1b, 2b), so wird die Heizung für die Lambda-Sonde abgeschaltet und aufgrund der erwähnten Temperaturabhängigkeit der Sondenspannung wird nun überprüft, ob der obere Diagnose-Grenzwert wieder unterschritten wird. Die weitere Auswertung geschieht entsprechend dem beschriebenen Verfahren.
    Ein Gemischfehler "Dauerfett" kann beispielsweise durch fehlerhafte Luftmengen- oder Luftmassenermittlung auftreten, während ein, ein fettes Gemisch vortäuschender Sondenfehler darin liegen kann, daß die Zuleitungen der Sonde einen Kurzschluß gegen die Versorgungsleitung der elektronischen Steuerungseinrichtung (typisch 5V) oder gegen die Bordspannung (12V) aufweist.
  • Das beschriebene Verfahren ist bei allen Brennkraftmaschinen mit einer Lambda-Regelungseinrichtung, die eine beheizte Lambda-Sonde aufweisen, anwendbar und zwar unabhängig von der Art des Gemischbildungssystems.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Unterscheidung der Fehlerursachen im Gemischbildungs- oder Gemischregelungssystem einer Brennkraftmaschine bei der mit Hilfe eines Lambda-Reglers und einer im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten, beheizten Lambda-Sonde abhängig vom Ausgangssignal der Lambda-Sonde das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff/Luftgemisch auf einen Sollwert geregelt wird, wobei
    - der Wert der Sondenspannung (ULS) fortlaufend gemessen und
    - mit einem unteren Diagnosegrenzwert (GWMIN) und einem oberen Diagnosegrenzwert (GWMAX) verglichen wird,
    - bei Unterschreiten bzw. Überschreiten des unteren bzw. oberen Diagnosegrenzwertes (GWMIN, GWMAX) der Lambda-Reglerwert (LAM) des Lambda-Reglers bis zur Lambda-Regelungsgrenze (LAM MAX, LAM MIN) in anfettender bzw. abmagernden Richtung verändert wird, und
    - nach Ablauf einer Zeit (t1), während der die Regelungsgrenze (LAM MAX,LAM MIN) nicht verlassen wird, die Heizleistung der Sondenheizeinrichtung erhöht bzw. erniedrigt wird,
    - und auf einen Gemischbildungsfehler, Dauermager bzw. Dauer- fett, geschlossen wird, wenn der untere Diagnosegrenzwert (GWMIN) für Dauermager wieder überschritten, bzw. der obere Diagnosegrenzwert (GWMAX) wieder unterschritten wird,
    - ansonsten auf einen Sondenfehler erkannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß nach Verändern der Heizleistung eine Zeitspanne (t2,t3) abgewartet wird und anschließend ein Zähler initialisiert wird und bei Erreichen eines Maximalwertes (EPZ MAX) für den Zähler auf die jeweilige Fehlerart geschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten der Sondenspannnung (ULS) unter den unteren Diagnose-Grenzwert (GWMIN) die Heizleistung der Sondenheizeinrichtung auf den höchstmöglichen Wert erhöht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten der Sondenspannung (ULS) über den oberen Diagnose-Grenzwert (GMAX) die Sondenheizeinrichtung ausgeschaltet wird.
EP93107898A 1993-05-14 1993-05-14 Verfahren zur Unterscheidung der Fehlerursachen im Gemischbildungs- bzw. Gemischregelungssystem einer Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0624721B1 (de)

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