EP0731876A1 - Verfahren zum überprüfen eines brennersystems zur katalysatoraufheizung - Google Patents

Verfahren zum überprüfen eines brennersystems zur katalysatoraufheizung

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EP0731876A1
EP0731876A1 EP95932615A EP95932615A EP0731876A1 EP 0731876 A1 EP0731876 A1 EP 0731876A1 EP 95932615 A EP95932615 A EP 95932615A EP 95932615 A EP95932615 A EP 95932615A EP 0731876 A1 EP0731876 A1 EP 0731876A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
internal combustion
lambda
combustion engine
lsi
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95932615A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin Achleitner
Achim Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0731876A1 publication Critical patent/EP0731876A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for checking a burner system for heating an exhaust gas catalytic converter according to the preamble of patent claim 1.
  • the pollutant emission of an internal combustion engine can be effectively reduced by catalytic aftertreatment with the aid of a three-way catalytic converter in connection with an ambda control device.
  • An important prerequisite for this, however, is that both the lambda probe of the control device and the catalytic converter have reached their operating temperatures. In order to bring these two components of the exhaust gas purification system to their operating temperature quickly, various heating measures have already been proposed.
  • the burner is arranged directly in front of the catalytic converter.
  • the fuel will fed to the burner from the distributor rail of the fuel circuit of the internal combustion engine and the air necessary for combustion contributes to the secondary air blower, which is often already standard.
  • Such a secondary air blower is conventionally used to blow air into the exhaust pipe of the internal combustion engine near the exhaust valves in order to achieve pre-oxidation of the exhaust gases.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a checking method for an internal combustion engine with a burner system mentioned at the outset for heating an exhaust gas catalytic converter, which allows a simple statement to be made about the functionality of the burner in a simple manner.
  • the air ratio of the burner is used as a criterion for the functionality of the burner and this air ratio is derived from the signal positions of two lambda probes, one of which is arranged upstream of the catalytic converter in front of the burner and the other behind the catalytic converter and the anyway in modern internal combustion engines for on-board diagnosis of exhaust-relevant parts. are available, there is a low-cost and therefore inexpensive way of assessing the burner in terms of its proper function.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of an internal combustion engine with a catalytic converter that can be heated by means of a burner and a lambda probe in front of and behind the catalytic converter
  • FIG. 2 shows a selection of time-dependent signal profiles when the method according to the invention is carried out.
  • Block diagram shows only those parts that are necessary for understanding the method according to the invention.
  • the reference numeral 10 denotes an internal combustion engine with an intake line 11 and an exhaust line 12.
  • An air mass meter 13 arranged in the intake line 11 measures the air mass drawn in by the internal combustion engine 10.
  • the air mass meter can be implemented as a hot wire or hot film air mass meter.
  • a first oxygen sensor in the form of a lambda probe LSI is inserted in the exhaust gas line 12 upstream of a three-way catalytic converter 14 used to convert the constituents HC, CO and NO x contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 10, which sensor outputs an output signal ULS1 as a function of the residual oxygen content in the exhaust gas outputs to an electronic control device 16 of the internal combustion engine 10.
  • a second lambda probe LS2 is provided in the further course of the exhaust line 12, which outputs an output signal ULS2 depending on the residual oxygen content of the exhaust gas after cleaning by the catalyst 14.
  • the lambda probe indicates a rich or lean mixture
  • the output voltage of the lambda probe has a value assumes that represents a rich or a lean mixture composition.
  • the lambda sensor LSI arranged in front of the catalytic converter 14 serves in a conventional manner as a control element for the lambda control of the fuel-air mixture of the internal combustion engine, it is possible to evaluate both the lambda sensor LSI in front of the catalytic converter 14 by evaluating the output signals ULS1 also the
  • Output signals ULS2 of the lambda probe LS2 after the catalyst 14 possible to check the functionality or the efficiency of the catalyst 14.
  • the difference between the output signals of the two probes (DE 38 30 515 AI) or the time delay between the output signals of the two probes for switching from rich to lean or vice versa can be used as a measure of the catalyst efficiency (DE 41 01 616 AI ).
  • a sensor 18 for detecting the engine speed and a coolant temperature sensor 19 are provided at suitable points of the internal combustion engine 10.
  • the exits of the sensors mentioned are connected via interfaces to corresponding inputs of the electronic control device 16 for the internal combustion engine 10.
  • Such electronic control devices for internal combustion engines which, in addition to fuel injection, can also take on a multitude of other tasks, including the on-board diagnosis of exhaust-gas-relevant components, are known per se, so that in the following only in connection with the structure and mode of operation of the present invention is dealt with.
  • the heart of the electronic control device 16 is a microcomputer which controls the required functions according to a defined program.
  • the electronic control device 16 controls the required functions according to a defined program.
  • the fuel for the internal combustion engine 10 is then injected into the intake line 11 with the aid of one or more injection valves 20.
  • This burner 24, which via a line 26 having a fuel shut-off valve 25 with fuel of the internal combustion engine 10 is supplied consists essentially of a combustion chamber with a burner nozzle and an ignition device. The burner nozzle is supplied with the burner air conveyed by the secondary air pump 21, as well as the fuel made available from the fuel circuit of the internal combustion engine.
  • the ignition device comprises ignition electrodes which extend into the combustion chamber and which are ignited by the electronic control device 16 with ignition pulses.
  • Further components of the burner system such as metering valves, air shut-off valves and pressure regulators, have been left out for reasons of clarity and are also not necessary for understanding the method according to the invention.
  • the detailed structure of such a burner system and its control can be found, for example, in document DE 41 32 814 AI.
  • the internal combustion engine 10 is started and both the secondary air pump 21 and the ignition of the burner 24 are switched on via corresponding signals from the electronic control device 16. Since the secondary air pump 22 requires a certain start-up time until the air required for combustion is available in the combustion chamber of the burner 24, the fuel for the burner 24 is only available after the time delay T_BR at the time t1 (FIG. 2, burner start) by opening the fuel cut-off valve 25 released. During this time, the secondary air supply and the ignition device of the burner 24 are monitored in a manner known per se, for example by checking the secondary voltage of the ignition device. If this check reveals that there is faulty ignition or no or insufficient secondary air, then the fuel supply to the burner 24 remains interrupted.
  • both the ignition and the secondary air supply to the burner have been recognized as being in order, the fuel supply to the burner is switched on. After the fuel has been switched on, the combustion process is monitored with the aid of the ignition voltage on the spark plugs of the burner.
  • both La bda sensors LSI, LS2 are operated with maximum heating power from the engine start (time tO). If a clocked activation of the probe heaters is used, this means that the two lambda probes LSI, LS2 are activated with a 100% duty cycle.
  • both lambda probes are heated to their operating temperature and are therefore ready to produce an output signal rich / lean according to the To discharge residual oxygen content in the exhaust gas before and after the three-way catalytic converter 14 of the internal combustion engine 10.
  • the diagnosis of the burner-air ratio is only started after the time T_LD at time t2, if in addition to the conditions already mentioned, no diagnosis errors of the two lambda probes, the lambda control device or the long-term adaptation are stored. For this purpose, the content of an error memory 27 contained in the electronic control device 16 is read out and evaluated accordingly.
  • burner lambda ⁇ gR At the beginning of the diagnosis (time t2) of the burner air ratio, hereinafter also referred to as burner lambda ⁇ gR, four different ones are used depending on the values of the output signals ULS1, ULS2 of the two lambda sensors LSI, LS2 Differentiated cases:
  • the lambda probe LSI in front of the catalytic converter shows a lean mixture (air ratio ⁇ uLs ⁇ > -00) and
  • the lambda probe LS2 after the catalytic converter also shows a lean mixture (air ratio ⁇ LS2 l-00)
  • the lambda sensor LSI in front of the catalytic converter shows fat -
  • the lambda probe LSI in front of the catalytic converter shows a rich mixture (air ratio ⁇ u J s ⁇ ⁇ l-00) and
  • the lambda probe LS2 after the catalytic converter also shows a rich mixture (air ratio ⁇ u J g 2 ⁇ 1.00)
  • the lambda probe LSI in front of the catalytic converter shows a rich mixture (air ratio ⁇ jLs ⁇ ⁇ 1.00)
  • the lambda probe LSI in front of the catalytic converter shows lean mixture (air ratio ⁇ uLg ⁇ > l.0) and - the lambda probe LS2 after the catalytic converter shows rich mixture (air ratio ⁇ j ⁇ J s2 ⁇ 1 • 0) •
  • TI_BR new TI_BR old + TI_BR IC .
  • TI_BRJJJC represents a fixed amount by which the value of the enrichment factor is increased per specified time unit.
  • the enrichment is ended when either the output signals ULS1, ULS2 of the two lambda probes LSI, LS2 signal a rich mixture, or when a predetermined limit value TI_BR_MAX has been reached for the enrichment, regardless of whether the two lambda probes have already recognized a rich mixture or not. In both cases, the enrichment factor TI_BR is then reset to a value of 1.0.
  • the output signal ULS1 of the lambda probe LSI does not jump from its initial state, which signals a lean mixture, to a state which represents a rich mixture, it can be assumed that either an error in the air ratio of the engine supplied to the internal combustion engine There is a mixture or a fault in the La bda probe LSI. In this case, the diagnosis is aborted and repeated the next time the burner is started and no entry is made in the error memory 27.
  • the values TI_F1, TI_F2 are temporarily stored in a memory 28 of the electronic control device 16.
  • the time T_SU is positive if first the lambda probe LSI and then the lambda probe LS2 indicate rich mixture (example according to FIG. 2, case 1) and the time T_SU is negative if the lambda probe LS2 and only then does the LSI lambda probe display a rich mixture.
  • the enrichment factor TI_F2 in which the lambda probe LS2 indicates a rich mixture, is corrected according to the following relationship:
  • TI_FK2 TI_F2 - (TI_F2 - TI_F1) * TI_LS / TI_SU,
  • TI_FK2 denotes the corrected enrichment factor
  • T_LS a dead time that takes the gas running time between the two probes into account.
  • the air ratio of the burner (burner lambda) ⁇ g R can be determined:
  • ⁇ .. ML - BKM + ⁇ i FAK2 * TI FK2 - TI FAK ⁇ * TI l) +1 HR ML_ BR * ⁇ 4.1 ⁇ ⁇ ⁇
  • ML_BKM Air mass flow that is supplied to the internal combustion engine during the diagnosis (determined by the air mass meter)
  • ML_BR Air mass flow that is supplied to the burner during the diagnosis (fixed predetermined value)
  • TI_FAK1,2 Total of the other, applied in the electronic engine control for warming up the internal combustion engine
  • the result of the check can be communicated acoustically and / or visually to the driver of the vehicle and when the internal combustion engine is started again 10 the heating of the catalyst can be suppressed by means of the burner.
  • the fuel-air mixture of the internal combustion engine 10 is emaciated.
  • the reduction is also carried out via the factor TI_BR, which is gradually reduced from the value 1.0 according to the following relationship:
  • TI_BR new TI_BR old - TI_BR INC .
  • the emaciation is ended when either both lambda probes have detected lean or when a predefined limit value is reached
  • TI_BR_MIN for the thinning is reached, regardless of whether the two lambda probes have already recognized a lean mixture or not. In both cases, the TI BR factor is then reset to a value of 1.0.
  • the lambda probe LSI does not reach a voltage jump during the thinning, it can be assumed that there is either an error in the air ratio of the mixture supplied to the internal combustion engine or an error in the lambda probe LSI. In this case the diagnosis is aborted and repeated the next time the burner is started. There is no entry in the error memory 27.
  • the lambda probes LSI, LS2 show different mixture compositions before the diagnosis begins, ie the lambda probe LSI shows a rich mixture, while the lambda probe LS2 shows lean mixture (case 3) or vice versa (case 4), Since the diagnosis described in case 1 can only be carried out with rectified probe signals, the state of the signal of the lambda sensor LSI can be changed by emaciation (case 3) or enrichment (case 4) of the fuel-air mixture of the internal combustion engine . This takes place with an accumulation or enrichment function, as was explained on the basis of the two cases 1 and 2.
  • the diagnosis is terminated. If the lambda probe LS 1 in front of the catalytic converter indicates the same mixture composition as the lambda probe LS 2 after the catalytic converter within the limit value by leaning or enriching, the further diagnosis is carried out as in the case of cases 1 and 2 described method.

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Abstract

Zur Diagnose des Brennerluftverhältnisses wird während des Brennerbetriebes das Kraftstoff-Luftgemisch der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem momentanen Gemischzustand entweder angereichert oder abgemagert und die sich dabei ergebenden Signallagen der vor und hinter dem Katalysator angeordneten Lambda-Sonden ausgewertet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Überprüfen eines Brennersystems zur Katalysa¬ toraufheizung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennersystems zur Aufheizung eines Abgaskatalysators nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Schadstoffemission einer Brennkraftmaschine läßt sich durch katalytische Nachbehandlung mit Hilfe eines Dreiwege- Katalysators in Verbindung mit einer ambda-Regelungseinrich- tung wirksam verringern. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß sowohl die Lambda-Sonde der Regelungseinrich- tung, als auch der Katalysator ihre Betriebstemperaturen er¬ reicht haben. Um diese beiden Komponenten der Abgasreini¬ gungsanlage schnell auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, sind bereits verschiedene Heizmaßnahmen vorgeschlagen worden.
Während die Aufheizung der im Verhältnis zum Katalysator eine geringe Masse aufweisenden ambda-Sonde mittels einer elek¬ trischen Heizeinrichtung keinerlei technische Probleme auf- wirft, geht die Bereitstellung der elektrischen Energie aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges für eine in kurzer Zeit zu erfolgenden Aufheizung des Katalysators vielfach über die Ka¬ pazität der Fahrzeugstromanlage hinaus.
Um den Schadstoffausstoß während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, bei der ca. 70 bis 80% der gesamten Schadstoffe von HC und CO ausgestoßen werden, dennoch zu ver¬ ringern, ist es aus der DE 41 32 814 AI bekannt, in die Ab- gasleitung vor dem Katalysator einen zusätzlichen, mit Kraft¬ stoff der Brennkraftmaschine gespeisten Brenner einzubauen und dadurch den Katalysator rasch auf seine Betriebstempera- tur von ca. 300° C (Light-off-Temperatur) aufzuheizen. Zur
Erzielung einer möglichst kurzen Aufheizzeit ist der Brenner direkt vor dem Katalysator angeordnet. Der Kraftstoff wird dem Brenner aus der Verteilerleiste des Kraftstoffkreislaufes der Brennkraftmaschine zugeführt und die zur Verbrennung not¬ wendige Luft steuert das heute schon oft serienmäßig vorhan¬ dene Sekundärluftgebläse bei. Ein solches Sekundärluftgebläse wird in herkömmlicher Weise dazu verwendet, Luft in die Ab- gasleitung der Brennkraftmaschine nahe der Auslaßventile ein- zublasen, um eine Voroxidation der Abgase zu erzielen.
Da ein solcher Brenner somit Teil des gesamten Abgassystems der Brennkraftmaschine ist und auch der Brenner eine Eigen¬ emission aufweist, muß dieser im Hinblick auf einzuhaltende Grenzwerte für den Schadstoffausstoß hinsichtlich seiner Funktionstüchtigkeit überwacht werden. Neben einer intakten Zündung des Brenners beeinflußt auch das Luftverhältnis des Brenners zum einen diese Eigenemission, zum anderen beeinflußt das Brennerluftverhältnis das Aufheiz¬ verhalten des Katalysators. Damit ist das Luftverhältnis des Brenners abgasrele ant und muß durch geeignete Maßnahmen überwacht werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine mit einem eingangs genannten Brennersystem zum Aufheizen eines Abgaskatalysators ein Überprüfungsverfah¬ ren anzugeben, das auf einfache Weise eine sichere Aussage über die Funktionstüchtigkeit des Brenners erlaubt.
Gelöst wird dies mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Dadurch, daß als Kriterium für die Funktionstüchtigkeit des Brenners das Luftverhältnis des Brenners herangezogen wird und dieses Luftverhältnis aus den Signallagen zweier Lamb- dasonden abgeleitet wird, von denen eine stromaufwärts des Katalysators vor dem Brenner und die andere hinter dem Kata¬ lysator angeordnet ist und die in modernen Brennkraftmaschi¬ nen zur On Board-Diagnose abgasrelevanter Teile ohnehin vor- handen sind, ergibt sich eine aufwandsarme und damit kosten¬ günstige Möglichkeit, den Brenner hinsichtlich seiner or- dungsgemäßen Funktion zu beurteilen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Brennkraftma- schine mit einem mittels eines Brenners beheizbaren Katalysa¬ tor und je einer Lambda-Sonde vor und hinter dem Katalysator, Figur 2 eine Auswahl von zeitabhängigen Signalverläufen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dem in der Figur 1 in vereinfachter Form dargestellten
Blockschaltbild sind nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig sind.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Brennkraftmaschine mit ei¬ ner Ansaugleitung 11 und einer Abgasleitung 12 bezeichnet. Ein in der Ansaugleitung 11 angeordneter Luftmassenmesser 13 mißt die von der Brennkraftmaschine 10 angesaugte Luftmasse. Der Luftmassenmesser kann dabei als Hitzdraht- oder als Heiß- filmluftmassenmesser realisiert sein. In der Abgasleitung 12 ist stromaufwärts eines zum Konvertieren der im Abgas der Brennkraftmaschine 10 enthaltenen Bestandteile HC, CO und NOx dienender Dreiwege-Katalysator 14 ein erster Sauerstoffsensor in Form einer Lambda-Sonde LSI eingefügt, die in Abhängigkeit vom RestSauerstoffgehalt im Abgas ein Ausgangssignal ULS1 an eine elektronische Steuerungseinrichtung 16 der Brennkraf ma¬ schine 10 abgibt. Außerdem ist stromabwärts des Dreiwege-Ka¬ talysators 14 im weiteren Verlauf der Abgasleitung 12 eine zweite Lambda-Sonde LS2 vorgesehen, die ein Ausgangssignal ULS2 abhängig vom Restsauerstoffgehalt des Abgases nach der Reinigung durch den Katalysator 14 abgibt. Als Lambda-Sonden werden dabei vorzugsweise sogenannte Sprungsonden verwendet, die bei einer stöchiometrischen Ge¬ mischzusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemisches von λ =1,00 einen Sprung des Ausgangssignals, beispielsweise der Ausgangsspannung von einem hohen Wert (typisch 900-1000 mV) bei einer fetten Gemischzusammensetzung (λ < 1,00) zu einem niedrigen Wert (typisch 100-200 mV) bei einer mageren Ge¬ mischzusammensetzung (λ > 1,00) aufweisen (ZrC>2-Sonde) .
Darüberhinaus können auch Sprungsonden verwendet werden, bei denen der elektrische Widerstand bei λ =1,00 eine Sprungfunk¬ tion aufweist (Tiθ2~Sonde) .
Die aus Gründen der Vereinfachung benutzte Aussage "die Lamb- da-Sonde zeigt fettes bzw. mageres Gemisch an" in der folgen¬ den Beschreibung des Ausführungsbeispieles ist somit gleich¬ bedeutend mit der Tatsache, daß die Ausgangsspannung der Lam¬ bda-Sonde einen Wert annimmt, der eine fette bzw. eine magere Gemischzusammensetzung repräsentiert.
Während die vor dem Katalysator 14 angeordnete Lambda-Sonde LSI in herkömmlicher Weise als Regelglied für die Lambda-Re- gelung des Kraftstoff-Luftgemisches der Brennkraftmaschine dient, ist es durch Auswerten der Ausgangssignale ULS1 sowohl der Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator 14, als auch der
Ausgangssignale ULS2 der Lambda-Sonde LS2 nach dem Katalysa¬ tor 14 möglich, die Funktionsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad des Katalysators 14 zu überprüfen. Dabei kann beispielsweise die Differenz der Ausgangssignale der beiden Sonden (DE 38 30 515 AI) oder der Zeitverzug zwischen den Ausgangssignalen der beiden Sonden für das Umschalten von Fett nach Mager oder umgekehrt als Maß für den Katalysatorwirkungsgrad herangezo¬ gen werden ( DE 41 01 616 AI) .
Ferner sind an geeigneten Stellen der Brennkraftmaschine 10 noch ein Sensor 18 zur Erfassung der Maschinendrehzahl und ein Kühlmitteltemperatursensor 19 vorgesehen. Die Ausgänge der erwähnten Sensoren sind über Schnittstellen mit entspre¬ chenden Eingängen der elektronischen Steuerungseinrichtung 16 für die Brennkraftmaschine 10 verbunden. Solche elektroni¬ schen Steuerungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen, die neben der Kraftstoffeinspritzung auch noch eine Vielzahl wei¬ terer Aufgaben, u.a. auch die On Board-Diagnose abgasrelevan¬ ter Komponenten übernehmen können, sind an sich bekannt, so daß im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der vorlie¬ genden Erfindung stehenden Aufbau und Wirkungsweise eingegan- gen wird.
Kernstück der elektronischen Steuerungseinrichtung 16 ist ein Mikrocomputer, der nach einem festgelegten Programm die er¬ forderlichen Funktionen steuert. Bei einer sogenannten luft- massengeführten Motorsteuerung wird mit Hilfe der von den
Sensoren (Luftmassenmesser 13 und Drehzahlsensor 18) gelie¬ ferten und in entsprechenden Schaltungen aufbereiteten Signa¬ le Luftmasse und Drehzahl eine Grundeinspritzzeit oder Basi¬ seinspritzzeit berechnet und abhängig von weiteren Betriebs- parametern (z.B. Druck und Temperatur der Ansaugluft, Tempe¬ ratur des Kühlmittels, Batteriespannung usw.) Korrekturen dieser Basiseinspritzzeit derart durchgeführt, daß im Regel¬ fall durch Einsatz der Lambda-Regelung ein Kraftstoff-Luftge¬ misch erzielt wird, das dem stöchiometrischen Verhältnis (λ = 1,00) entspricht. Der Kraftstoff für die Brennkraftmaschine 10 wird dann mit Hilfe eines oder mehrerer Einspritzventile 20 in die Ansaugleitung 11 eingespritzt.
Eine elektrisch betriebene Luftpumpe 21, vielfach als Sekun- därluftpumpe bezeichnet, saugt Frischluft über eine nicht dargestellte Luftleitung an und fördert diese Zusatzluft bei Bedarf sowohl über eine Sekundärluftleitung 22 in die Abgas¬ leitung 12 der Brennkraftmaschine 10, als auch über eine Brennerluftleitung 23 zu einem, zur externen Erhitzung des Abgaskatalysators 14 dienenden Brenners 24. Dieser Brenner 24, der über eine, ein Kraftstoffabschaltventil 25 aufwei¬ sende Leitung 26 mit Kraftstoff der Brennkraftmaschine 10 versorgt wird, besteht im wesentlichen aus einer Brennkammer mit einer Brennerdüse und einer Zündeinrichtung. Der Brenner¬ düse wird die durch die Sekundärluftpumpe 21 geförderte Bren¬ nerluft, sowie der aus dem Kraftstoffkreislauf der Brenn- kraftmaschine bereitgestellte Kraftstoff zugeführt. Die Zünd¬ einrichtung umfaßt Zündelektroden, die in die Brennkammer reichen und die mit Zündimpulsen von der elektronischen Steuerungseinrichtung 16 gezündet werden. Weitere Komponenten des Brennersystems, wie Dosierventile, Luftabsperrventile und Druckregler sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelas¬ sen und sind für das Verständnis des erfindungsgemäßen Vefah- rens auch nicht notwendig. Der detaillierte Aufbau eines sol¬ chen Brennersystems und dessen Ansteuerung kann beispielswei¬ se dem Dokument DE 41 32 814 AI entnommen werden.
Zum Zeitpunkt to (Figur 2, Motorstart) wird die Brennkraftma¬ schine 10 gestartet und über entsprechende Signale von der elektronischen Steuerungseinrichtung 16 sowohl die Sekundär¬ luftpumpe 21, als auch die Zündung des Brenners 24 einge- schaltet. Da die Sekundärluftpumpe 22 eine gewisse Anlaufzeit benötigt, bis die zur Verbrennung notwendige Luft in der Brennkammer des Brenners 24 zur Verfügung steht, wird der Kraftstoff für den Brenner 24 erst nach der Zeitverzögerung T_BR zum Zeitpunkt tl (Figur 2, Brennerstart) durch Öffnen des Kraftstoffabschaltventiles 25 freigegeben. In dieser Zeit erfolgt nach an sich bekannter Weise eine Überwachung der Se¬ kundärluftzufuhr und der Zündeinrichtung des Brenners 24, beispielsweise durch Überprüfen der Sekundärspannung der Zündeinrichtung. Ergibt diese Überprüfung, daß eine fehler- hafte Zündung oder keine oder nicht ausreichende Sekundärluft vorliegt, dann bleibt die Kraftstoffzufuhr zum Brenner 24 un¬ terbrochen. Wenn sowohl die Zündung als auch die Sekundär¬ luftzufuhr zum Brenner als in Ordnung erkannt wurde, wird die Kraftstoffzufuhr zum Brenner zugeschaltet. Nach zugeschalte- tem Kraftstoff erfolgt eine Überwachung des VerbrennungsVor¬ ganges mit Hilfe der Zündspannung an den Zündkerzen des Bren¬ ners. Um die Diagnose des Brenner-Luftverhältnisses bereits während des Brennerlaufs durchführen zu können, werden beide La bda- Sonden LSI, LS2 ab dem Motorstart (Zeitpunkt tO) mit maxima¬ ler Heizleistung betrieben. Kommt eine getaktete Ansteuerung der Sondenheizungen zur Anwendung, so bedeutet dies, daß die beiden Lambda-Sonden LSI, LS2 mit 100% Tastverhältnis ange¬ steuert werden. Nach Ablauf einer vorgegebenen, auf dem Prüf- stand ermittelten und im wesentlichen vom Aufbau und des Ein¬ bauortes der Lambda-Sonden abhängigen Zeit T_LD sind beide Lambda-Sonden auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt und da¬ mit bereit, ein Ausgangssignal fett/mager entsprechend dem Restsauerstoffgehalt im Abgas vor und nach dem Dreiwege-Kata¬ lysator 14 der Brennkraftmaschine 10 abzugeben.
Die Diagnose des Brenner-Luftverhältnisses wird aber erst nach Ablauf der Zeit T_LD zum Zeitpunkt t2 gestartet, wenn zusätzlich zu den bereits erwähnten Bedingungen kein Diagno¬ sefehler der beiden Lambdasonden, der Lamdaregelungseinrichtung oder der Langzeitadaption abge- speichert sind. Hierzu wird der Inhalt eines in der elektro¬ nischen Steuerungseinrichtung 16 enthaltenen Fehlerspeichers 27 ausgelesen und entsprechend ausgewertet.
Zu Beginn der Diagnose (Zeitpunkt t2) des Brenner-Luftver- hältnisses, im folgenden auch als Brennerlambda λgR bezeichnet, werden abhängig von den dabei gerade vorhan¬ denen Werten der Ausgangssignale ULS1, ULS2 der beiden Lamb¬ da-Sonden LSI, LS2 vier verschiedene Fälle unterschieden:
Fall 1:
- Die Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator zeigt mageres Gemisch an (Luftverhältnis λuLsι> -00) und
- die Lambda-Sonde LS2 nach dem Katalysator zeigt ebenfalls mageres Gemisch an (Luftverhältnis λτLS2 l-00)
Fall 2:
- Die Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator zeigt fettes - Die Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator zeigt fettes Gemisch an (Luftverhältnis λuJsι<l-00) und
- die Lambda-Sonde LS2 nach dem Katalysator zeigt ebenfalls fettes Gemisch an (Luftverhältnis λuJg2<1.00)
Fall 3:
- Die Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator zeigt fettes Gemisch an (Luftverhältnis λτjLsι<1.00) und
- die Lambda-Sonde LS2 nach dem Katalysator zeigt mageres Gemisch an (Luftverhältnis λ-rιJg2>l .00)
Fall 4:
- Die Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator zeigt mageres Gemisch an (Luftverhältnis λuLgι>l.0) und - die Lambda-Sonde LS2 nach dem Katalysator zeigt fettes Gemisch an (Luftverhältnis τjτJs2<1 •0) •
Da bei den herkömmlichen Brennersystemen (z.B. : DE 41 32 814 AI) zusätzlich Sekundärluft in die Abgasleitung in Strömungs- richtung gesehen vor dem Brenner eingeblasen wird und außer¬ dem der Brenner mit einem Luftverhältnis bei etwa λ = 1.05 betrieben werden soll, tritt normalerweise der Fall 1 auf. In diesem Fall wird ab dem Zeitpunkt t2 zum Zwecke der Diagnose des Brennerlambdas das Kraftstoff-Luftgemisch der Brennkraftmaschine 10 angereichert. Die Anreicherung erfolgt über einen Faktor TI_BR, der ausgehend vom Wert 1,0 schritt¬ weise nach folgender Beziehung erhöht wird:
TI_BRneu = TI_BRalt + TI_BRI C.
Der Ausdruck TI_BRJJJC stellt dabei einen festen Betrag dar, um den der Wert des Anreicherungsfaktors pro vorgegebener Zeiteinheit erhöht wird.
Die Anreicherung wird beendet, wenn entweder die Ausgangssi¬ gnale ULS1, ULS2 der beiden Lambda-Sonden LSI, LS2 fettes Ge¬ misch signalisieren, oder wenn ein vorgegebener Grenzwert TI_BR_MAX für die Anreicherung erreicht ist und zwar unabhän¬ gig davon, ob die beiden Lambda-Sonden schon fettes Gemisch erkannt haben oder nicht. In beiden Fällen wird anschließend der Anreicherungsfaktor TI_BR wieder auf einen Wert von 1,0 gesetzt.
Zeigt das Ausgangssignal ULS2 der Lambda-Sonde LS2 während der Anreicherung bis zum maximalen Wert TI_BR = TI_BR_MAX keine fette Gemischzusammensetzung an, obwohl die Ausgangs- Spannung ULS1 der Lambda-Sonde LSI aufgrund der Anreicherung einen Wert annimmt, der ein fettes Gemisch signalisiert, wird das Luftverhältnis des Brenners 24 als fehlerhaft eingestuft .
Springt dagegen das Ausgangssignal ULS1 der Lambda-Sonde LSI während der Anreicherung nicht von seinem Ausgangszustand, der ein mageres Gemisch signalisiert zu einem Zustand, der ein fettes Gemisch repräsentiert, so ist davon auszugehen, daß entweder ein Fehler im Luftverhältnis des der Brenn¬ kraftmaschine zugeführten Gemisches oder ein Fehler der La b- da-Sonde LSI vorliegt. In diesem Fall wird die Diagnose abge¬ brochen und beim nächsten Brennerstart wiederholt und es er¬ folgt kein Eintrag in den Fehlerspeicher 27.
Der Wert für den Anreicherungsfaktor TI_BR, bei dem das Aus- gangssignal ULS1 der Lambda-Sonde LSI fettes Gemisch anzeigt (Zeitpunkt t3) , wird als TI_F1 bezeichnet und der Wert für den Anreicherungsfaktor TI_BR, bei dem das Ausgangssignal ULS2 der Lambda-Sonde LS2 fettes Gemisch anzeigt (Zeitpunkt t4) , wird als TI_F2 bezeichnet (Fig. 2) . Die Werte TI_F1, TI_F2 werden in einem Speicher 28 der elektronischen Steue¬ rungseinrichtung 16 zwischengespeichert.
Außerdem werden die Zeitpunkte t3 und t4, an denen die Aus¬ gangssignale ULS1 und ULS2 fettes Gemisch signalisieren, er- faßt und daraus durch Differenzbildung die Zeitspanne T_SU zwischen den Sondenumschaltungen berechnet und ebenfalls im Speicher 28 für die weitere Diagnose des Brennerlambdas zwi- schengespeichert. Die Zeit T_SU ist positiv, wenn zunächst die Lambda-Sonde LSI und dann die Lambda-Sonde LS2 fettes Ge¬ misch anzeigt (Beispiel nach Fig. 2, Fall 1) und die Zeit T_SU ist negativ, wenn zunächst die Lambda-Sonde LS2 und dann erst die Lambda-Sonde LSI fettes Gemisch anzeigt.
Um die Laufzeit des Abgases von der Lambda-Sonde LSI zur Lambda-Sonde LS2 zu berücksichtigen, wird der Anreicherungs- faktor TI_F2, bei dem die Lambda-Sonde LS2 fettes Gemisch an- zeigt, nach folgender Beziehung korrigiert:
TI_FK2 = TI_F2 - (TI_F2 - TI_F1) *TI_LS/TI_SU,
wobei mit dem Wert TI_FK2 der korrigierte Anreicherungsfaktor und mit T_LS eine Totzeit bezeichnet ist, welche die Gaslauf¬ zeit zwischen den beiden Sonden berücksichtigt.
Mit Hilfe des Anreicherungsfaktσrs TI_F1 und des korrigierten Anreicherungsfaktors TI_FK2 kann das Luftverhältnis des Bren- ners (Brenner-Lambda) λgR bestimmt werden:
λ..= ML- BKM + τi FAK2* TI FK2 - TI FAK\*TI l)+1 HR ML_ BR* \4,1 ~ ~ ~ }
mit
ML_BKM Luftmassenstrom, der der Brennkraftmaschine während der Diagnose zugeführt wird (vom Luftmassenmesser ermittelt) ML_BR Luftmassenstrom, der dem Brenner während der Diagnose zugeführt wird (fest vorgegebener Wert)
TI_FAK1,2 Gesamtheit der sonstigen, in der elektronischen Motorsteuerung für den Warmlauf der Brennkraftmaschine applizierten
Anreicherungsfaktoren zu den Zeitpunkten t3 bzw t4, an denen die Ausgangssignale der beiden Lambda-Sonden fettes Gemisch signalisieren. Um die Funktionsfähigkeit des Brenners zu beurteilen, wird das nach der oben angegebene Formel berechnete Luftverhältnis des Brenners λßR mit vorgegenen Grenzwerten verglichen. Liegt das Luftverhältnis des Brenners λgR außerhalb der Grenzen
λBR_MAX * ^R* λBR_MIN
(Z.B. :λßR^MAX = '15/ λBR vjiN = 0,95),
dann ist eine sichere Funktion des Brenners 24 nicht mehr ge¬ währleistet und es erfolgt ein entsprechender Eintrag in den Fehlerspeicher 27 der elektronischen Steuerungseinrichtung 16. Gleichzeitig kann das Ergebnis der Überprüfung dem Führer des Fahrzeuges akustisch und/oder optisch mitgeteilt und beim nächsten Start der Brennkraftmaschine 10 die Aufheizung des Katalysators mittels des Brenners unterdrückt werden.
Zeigen dagegen vor dem Diagnosestart beide Lambda-Sonden LSI, LS2 fettes Gemisch an (Fall 2) , wird ab dem Zeitpunkt t2 zum
Zwecke der Diagnose des Brennerlambdas λgR das Kraftstoff- Luftgemisch der Brennkraftmaschine 10 abgemagert. Die Abmage¬ rung erfolgt ebenfalls über den Faktor TI_BR, der ausgehend vom Wert 1,0 schrittweise nach folgender Beziehung vermindert wird:
TI_BRneu = TI_BRalt - TI_BRINC.
Die Abmagerung wird beendet, wenn entweder beide Lambda-Son- den mager erkannt haben, oder wenn ein vorgegebener Grenzwert
TI_BR_MIN für die Abmagerung erreicht ist und zwar unabhängig davon, ob die beiden Lambda-Sonden schon mageres Gemisch er¬ kannt haben oder nicht. In beiden Fällen wird anschließend der Faktor TI BR wieder auf einen Wert von 1,0 gesetzt.
Erreicht die Lambdasonde LS2 während des Abmagerns bis zum Grenzwert TI BR = TI BR MIN keinen SpannungsSprung, obwohl Erreicht die Lambdasonde LS2 während des Abmagerns bis zum Grenzwert TI_BR = TI_BR_MIN keinen Spannungssprung, obwohl die Lambda-Sonde LSI aufgrund der Abmagerung bereits mageres Gemisch erkannt hat, wird das Luftverhältnis des Brenners 24 als fehlerhaft eingestuft.
Erreicht dagegen die Lambda-Sonde LSI während der Abmagerung keinen Spannungssprung, so ist davon auszugehen, daß entweder ein Fehler im Luftverhältnis des der Brennkraftmaschine zuge- führten Gemisches oder ein Fehler der Lambda-Sonde LSI vor¬ liegt. In diesem Fall wird die Diagnose abgebrochen und beim nächsten Brennerstart wiederholt. Es erfolgt kein Eintrag in den Fehlerspeicher 27.
Die Werte, bei denen die Lambda-Sonden LSI, LS2 mager erken¬ nen (Abmagerungsfaktoren bei den Spannungssprüngen) , werden ebenso wie die Zeit zwischen den SpannungsSprüngen erfaßt und die weitere Auswertung erfolgt in entsprechender Weise, wie anhand des Falles 1 dargestellt wurde.
Zeigen die Lambda-Sonden LSI, LS2 vor Beginn der Diagnose voneinander abweichende Gemischzusammensetzungen, d.h. die Lambda-Sonde LSI zeigt fettes Gemisch an, während die Lambda- Sonde LS2 mageres Gemisch anzeigt (Fall 3) oder umgekehrt (Fall 4) , so muß, da die anhand des Falles 1 beschriebene Diagnose nur bei gleichgerichteten Sondensignalen durchge¬ führt werden kann, der Zustand des Signals der Lambda-Sonde LSI durch Abmagern (Fall 3) bzw. Anfetten (Fall 4) des Kraft¬ stoff-Luftgemisches der Brennkraftmaschine geändert werden. Dies erfolgt mit einer Ab agerungs- bzw. Anreicherungsfunk¬ tion, wie sie anhand der beiden Fälle 1 und 2 erläutert wurde. Erreicht während dieser Phase der Abmagerungsfaktor bzw. der Anreicherungsfaktor seinen Grenzwert, ohne daß beim Signal der Lambda-Sonde LSI vor dem Katalysator ein Zustands- Wechsel auftritt, wird die Diagnose abgebrochen. Wenn innerhalb des Grenzwertes durch Abmagern bzw. Anfetten die Lambda-Sonde LS 1 vor dem Katalysator die gleiche Ge¬ mischzusammensetzung wie die Lambda-Sonde LS 2 nach dem Kata¬ lysator anzeigt, erfolgt die weitere Diagnose wie nach der anhand der Fälle 1 und 2 beschriebenen Methode.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten und mit ei- nem Kraftstoff-Luftgemisch betriebenen Brenners zur Aufhei- zung eines Abgaskatalysators der Brennkraftmaschine, mit ei¬ ner ersten und einer zweiten Lambda-Sonde stromaufwärts bzw. stromabwärts des Abgaskatalysators, die je ein Ausgangssignal entsprechend dem jeweiligen Restsauerstoffgehalt im Abgas ab- geben und deren Signallagen entweder eine fette oder magere Gemischzusammensetzung repräsentieren,
d a d u r c h' g e k e n n z e i c h n e t ,
- daß die Signallagen (fett/mager) der AusgangsSpannungen (ULS1, ULS2) beider Lambda-Sonden (LSI, LS2) erfasst werden,
- abhängig von diesen Signallagen das Kraftstoff-Luftgemisch der Brennkraftmaschine (lo) mittels eines Anreicherungs- bzw. Abmagerungsfaktors (TI_BR) so lange angereichert bzw. abgema- gert wird, bis beide Lambda- Sonden (LSI, LS2) ihre Signalla¬ gen ändern,
- die dabei auftretenden Werte für den Anreicherungs- bzw. Abmagerungsfaktor (TI_F1, TI_F2) erfasst werden
- aus diesen Werten (TI_F1, TI_F2), sowie aus den während der Überprüfung dem Brenner (24) und der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Luftmassen (ML_BR, ML_BKM) ein Luftverhältnis (λgR) des Brenners (24) bestimmt wird und ,
-das Luftverhältnis (λgR) des Brenners (24) mit vorgegebenen Grenzwerten (λßR IN' ^BR MAX^ verglichen wird und der Bren¬ ner (24) als derzeit nicht funktionstüchtig eingestuft wird, wenn das Luftverhältnis (λßR) des Brenners (24) außerhalb dieser Grenzen liegt.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anreicherungs -. bzw. Abmage¬ rungsfaktor (TI_BR) schrittweise bis zu einem Grenzwert (TI_BR_MAX, TI_BR_MIN) verändert wird.
3.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anreicherungs -. bzw. Abmage¬ rungsfaktor (TI_F2) , bei dem das Ausgangssignal (ULS2) der Lambda-Sonde (LS2) nach dem Katalysator (14) seine Signallage ändert, um eine Totzeit (T_LS) korrigiert wird, die sich aus der Laufzeit des Abgases zwischen den beiden Sonden (LSI, LS2) ergibt.
4.Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherungs -. bzw. Abmage¬ rungsfaktoren (TI_F1, TI_F2) mit einem den Warmlauf der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigenden Warmlauffaktor (TI_FAK1, TI_FAK2) korrigiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren abgebrochen wird, wenn innerhalb der Grenzen (TI_BR_MAX, TI_BR_MIN) für den Anreicherungs - bzw. Abmagerungsfaktor (TI_F1, TI_F2)das Ausgangssignal (ULS1) der Lambda-Sonde (LSI) vor dem Kataly- sator (14) seine Signallage nicht ändert.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lambda-Sonden (LSI, LS2) vor dem Start der Überprüfung des Brenners (24) für eine vor- gegebene Zeitdauer (T_LS) beheizt werden.
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