EP1074718A2 - Verfahren zur Plausibilitätsprüfung von Motorgrössen und Sensorgrössen unter Verwendung einer stetigen Lambda-Sonde - Google Patents

Verfahren zur Plausibilitätsprüfung von Motorgrössen und Sensorgrössen unter Verwendung einer stetigen Lambda-Sonde Download PDF

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EP1074718A2
EP1074718A2 EP00115537A EP00115537A EP1074718A2 EP 1074718 A2 EP1074718 A2 EP 1074718A2 EP 00115537 A EP00115537 A EP 00115537A EP 00115537 A EP00115537 A EP 00115537A EP 1074718 A2 EP1074718 A2 EP 1074718A2
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internal combustion
combustion engine
lambda probe
lambda
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Thorsten Rebohl
Hans-Georg Nitzke
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Volkswagen AG
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the function of an exhaust gas duct an internal combustion engine arranged lambda probe with the in the preamble of Claim 1 mentioned features.
  • Exhaust channel at least one lambda probe, in particular a broadband lambda probe, to arrange.
  • an oxygen concentration in an exhaust gas can be detected and a conclusion on the ratio of an oxygen fraction to a fuel fraction take place in the air-fuel mixture supplied to the combustion process.
  • Broadband lambda probes enable measurement of lambda in a range of about 0.7 to ⁇ .
  • the lambda probe Measurement signal for controlling the air-fuel mixture according to the given Requirements for the internal combustion engine used (lambda control).
  • the measurement signal is read into an engine control unit and serves as the basis for Measures that, for example, regulate an injection system or intake air include.
  • Lambda probes of this type are usually also used to monitor in addition the exhaust duct arranged catalysts. Redox reactions take place on the catalysts instead, which leads to a conversion of pollutants contained in the exhaust gas into less environmentally relevant Lead reaction products.
  • the operating mode of the internal combustion engine is based on the Measurement signal of the lambda probe regulated.
  • the measurement signal provided is faulty due to a defect in the lambda probe, this can on the one hand result in the setting of a lead to low-consumption operating mode, and on the other hand one can possibly Reduction of pollutant emissions by means of the catalysts no longer in the necessary dimensions are granted.
  • the invention has for its object to provide a method that a Functional monitoring of the lambda probe allowed and thus possible rectification Defects in the lambda probe enabled.
  • a predeterminable number of Control values first of all to a correlation calculation, in particular a cross-correlation subject.
  • the correlation calculation then delivers a correlated control value.
  • a maintenance signal is generated in a preferred manner (on-board diagnosis). Based on the Maintenance signals can then provide appropriate information to a vehicle driver the maintenance personnel must carry out a necessary maintenance measure be proposed.
  • the diagnosis period is such choose that he immediately a load change or a change in speed of the Internal combustion engine connects, since there are particularly significant measurement signals. It is therefore not necessary to use special functions for monitoring the lambda probe Let signal patterns run and thus the normal operation of the Interrupt internal combustion engine.
  • Parameters such as one, flow into the model for the internal combustion engine Intake air mass, a fuel mass and the speed.
  • Intake air mass a fuel mass and the speed.
  • FIG. 10 An arrangement 10 of an internal combustion engine 12 is shown in FIG a catalytic converter 16 arranged in an exhaust gas duct 14 and two lambda probes 18, 20 includes.
  • a temperature sensor 22 is additionally arranged downstream of the catalytic converter 16, with which an exhaust gas temperature can be detected.
  • the catalyst 16 serves one Conversion of pollutants contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 12.
  • a ratio of an oxygen fraction to a fuel fraction in one to be burned Air-fuel mixture provides a lambda value.
  • the lambda probe 18 can be an oxygen concentration immediately behind the internal combustion engine 12 detect, the oxygen concentration clearly assigned to a lambda value can be.
  • a conversion rate of the catalytic converter 16 can be determined using a monitor the signal provided by the lambda probe 20 in a known manner.
  • the Lambda value is continuously recorded according to the exemplary embodiment, that is, the Lambda probes 18, 20 are so-called broadband lambda probes.
  • a range of measurements for Broadband lambda probes range from approximately 0.7 to ⁇ . How it works such probes is known, so that in the context of the present description should not be discussed in more detail.
  • the measurement signals detected by the sensors 18, 20, 22 are fed into an engine control unit 24 read, evaluated and to control an operating mode of the Internal combustion engine 12 used.
  • the internal combustion engine 12 is a means assigned, for example, an injection system 26 or an exhaust gas recirculation include.
  • the exhaust gas recirculation can reduce the volume flow intake air by means of a throttle valve 28 and by simultaneous supply low-oxygen exhaust gas take place via an exhaust gas reflux valve 30. In this way it is Oxygen content of a via an intake pipe 32 of the internal combustion engine 12 provided intake air mass can be specified.
  • Exhaust gas turbochargers of supercharged engines have at least one lambda probe behind them Turbine in the exhaust gas.
  • FIG. 2 shows a block diagram for function monitoring of the lambda probes 18, 20.
  • a step S1 in addition to that by the lambda probes 18, 20 Provided measurement signal determines a target signal.
  • a model for the internal combustion engine is used for this 12.
  • the model includes parameters such as the intake air mass, a injected fuel mass or a speed of the internal combustion engine 12. It is also conceivable to use other sizes, for example in the engine control unit 24 are provided to be used to optimize the model.
  • the operating mode of the internal combustion engine 12 must be used for function monitoring can not be controlled according to a signal pattern, but any Operating points can be used for monitoring. It has proven to be advantageous a diagnosis period immediately after a load change or a change in the Let the speed of the internal combustion engine 12 begin.
  • a ratio of the measurement signal to the target signal provides a control value (step S2).
  • the control value KW or the correlated control value KW k is then compared in a step S3 with a predefinable limit value GW.
  • the limit value GW can also be determined using the model for the internal combustion engine 12. If the control value KW or the correlated control value KW k is below the limit value GW, a new measuring cycle of the function monitoring can follow, starting with step S1. However, if the control value KW or the correlated control value KW k exceeds the limit value GW, a maintenance signal is generated in a step S4. The maintenance signal then serves, for example in an on-board diagnosis, to inform a vehicle driver. Furthermore, the maintenance signal can be used to provide the maintenance personnel with appropriate instructions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung wenigstens einer in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Lambda-Sonde, insbesondere einer Breitband-Lambda-Sonde.
Es ist vorgesehen, daß
  • (a) innerhalb eines vorgebbaren Diagnosezeitraums ein Meßsignal der Lambda-Sonde (18, 20) erfaßt wird,
  • (b) anhand eines Modells für die Verbrennungskraftmaschine (12) ein Sollsignal der Lambda-Sonde (18, 20) ermittelt wird und
  • (c) ein Verhältnis des Meßsignals zum Sollsignal einen Kontrollwert (KW) liefert und der Kontrollwert (KW) mit einem vorgebbaren Grenzwert (GW) verglichen wird.
    • Figure 00000001

    Description

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung einer in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Lambda-Sonde mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
    Zur Regelung eines Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine ist es bekannt, in dem Abgaskanal wenigstens eine Lambda-Sonde, insbesondere eine Breitband-Lambda-Sonde, anzuordnen. Mit Hilfe der Lambda-Sonde kann eine Sauerstoffkonzentration in einem Abgas erfaßt werden und ein Rückschluß auf das Verhältnis eines Sauerstoffanteils zu einem Kraftstoffanteil in dem dem Verbrennungsprozeß zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisch erfolgen. Breitband-Lambda-Sonden ermöglichen eine Messung von Lambda in einem Bereich von zirka 0,7 bis ∞.
    In modernen Verbrennungskraftmaschinen wird das durch die Lambda-Sonde bereitgestellte Meßsignal zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches entsprechend den gegebenen Anforderungen an die Verbrennungskraftmaschine genutzt (Lambda-Regelung). Dazu wird üblicherweise das Meßsignal in ein Motorsteuergerät eingelesen und dient dort als Basis für Maßnahmen, die beispielsweise eine Regelung eines Einspritzsystems oder einer Ansaugluft umfassen.
    Üblicherweise dienen derartige Lambda-Sonden auch zur Überwachung von zusätzlich in dem Abgaskanal angeordneten Katalysatoren. An den Katalysatoren finden Redoxreaktionen statt, die zu einer Konvertierung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen in weniger umweltrelevante Reaktionsprodukte führen.
    Wie bereits erläutert, wird der Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine anhand des Meßsignals der Lambda-Sonde geregelt. Ist jedoch das bereitgestellte Meßsignal fehlerhaft aufgrund eines Defektes der Lambda-Sonde, so kann dies zum einen zur Einstellung eines verbrauchsungünstigen Betriebsmodus führen, und zum anderen kann gegebenenfalls eine Reduktion einer Schadstoffemission mittels der Katalysatoren nicht mehr in dem erforderlichen Maße gewährt werden.
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine Funktionsüberwachung der Lambda-Sonde erlaubt und damit eine Behebung möglicher Defekte der Lambda-Sonde ermöglicht.
    Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren zur Funktionsüberwachung der in dem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Lambda-Sonde mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß
  • (a) innerhalb eines vorgebbaren Diagnosezeitraums ein Meßsignal der Lambda-Sonde erfaßt wird,
  • (b) anhand eines Modells für die Verbrennungskraftmaschine ein Sollsignal der Lambda-Sonde ermittelt wird und
  • (c) ein Verhältnis des Meßsignals zum Sollsignal einen Kontrollwert liefert und der Kontrollwert mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen wird,
    • ist es in einfacher Weise möglich, Defekte der Lambda-Sonde zu erkennen.
    Zur Kompensation statistischer Ausreißer ist vorgesehen, eine vorgebbare Anzahl der Kontrollwerte zunächst einer Korrelationsrechnung, insbesondere einer Kreuzkorrelation, zu unterwerfen. Die Korrelationsrechnung liefert dann einen korrelierten Kontrollwert. Beim Überschreiten des Kontrollwertes oder des korrelierten Kontrollwertes über den Grenzwert wird in bevorzugter Weise ein Wartungssignal erzeugt (On-board-Diagnose). Anhand des Wartungssignales kann dann eine entsprechende Information eines Fahrzeugführers erfolgen beziehungsweise dem Wartungspersonal eine notwendige Wartungsmaßnahme vorgeschlagen werden.
    In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Diagnosezeitraum derart zu wählen, daß er sich unmittelbar einem Lastwechsel oder einer Änderung einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anschließt, da hier besonders signifikante Meßsignale vorliegen. Es ist demnach nicht notwendig, zur Funktionsüberwachung der Lambda-Sonde spezielle Signalmuster ablaufen zu lassen und damit den Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine zu unterbrechen.
    In das Modell für die Verbrennungskraftmaschine fließen Parameter ein, wie eine Ansaugluftmasse, eine Kraftstoffmasse und die Drehzahl. Selbstverständlich können auch andere Betriebsgrößen, die üblicherweise in einem Motorsteuergerät bereitgestellt werden, zur genaueren Anpassung des Modells verwendet werden.
    Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
    Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    Figur 1
    eine Anordnung von Lambda-Sonden in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine und
    Figur 2
    ein Blockschaltbild zur Funktionsüberwachung der Lambda-Sonden.
    In der Figur 1 ist eine Anordnung 10 einer Verbrennungskraftmaschine 12 dargestellt, die einen in einem Abgaskanal 14 angeordneten Katalysator 16 und zwei Lambda-Sonden 18, 20 umfaßt. Stromab des Katalysators 16 ist zusätzlich ein Temperatursensor 22 angeordnet, mit dem eine Abgastemperatur erfaßt werden kann. Der Katalysator 16 dient einer Konvertierung von im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 enthaltenen Schadstoffen.
    Ein Verhältnis eines Sauerstoffanteils zu einem Kraftstoffanteil in einem zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisch liefert einen Lambdawert. Insbesondere mit Hilfe der Lambda-Sonde 18 läßt sich eine Sauerstoffkonzentration unmittelbar hinter der Verbrennungskraftmaschine 12 erfassen, wobei die Sauerstoffkonzentration eindeutig einem Lambdawert zugeordnet werden kann. Ferner läßt sich eine Konvertierungsrate des Katalysators 16 anhand eines durch die Lambda-Sonde 20 bereitgestellten Signals in bekannter Weise überwachen. Der Lambdawert wird gemäß dem Ausführungsbeispiel kontinuierlich erfaßt, das heißt, die Lambda-Sonden 18, 20 sind sogenannte Breitband-Lambda-Sonden. Ein Meßwertbereich für Breitband-Lambda-Sonden erstreckt sich von Lambda zirka 0,7 bis ∞. Die Funktionsweise derartiger Sonden ist bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll.
    Die mittels der Sensoren 18, 20, 22 erfaßten Meßsignale werden in ein Motorsteuergerät 24 eingelesen, ausgewertet und zur Regelung eines Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine 12 genutzt. Dazu sind der Verbrennungskraftmaschine 12 Mittel zugeordnet, die beispielsweise ein Einspritzsystem 26 oder eine Abgasrückführung umfassen. Durch die Abgasrückführung kann eine Reduzierung eines Volumenstromes angesaugter Luft mittels einer Drosselklappe 28 und durch gleichzeitige Zuführung sauerstoffarmen Abgases über ein Abgasrückflußventil 30 erfolgen. Auf diese Weise ist der Sauerstoffanteil einer über ein Saugrohr 32 der Verbrennungskraftmaschine 12 bereitgestellten Ansaugluftmasse vorgebbar. Im Falle hier nicht dargestellter durch Abgasturbolader aufgeladener Motoren sitzt zumindest eine Lambda-Sonde hinter der Turbine im Abgas.
    Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Funktionsüberwachung der Lambda-Sonden 18, 20. Zunächst wird in einem Schritt S1 neben dem durch die Lambda-Sonden 18, 20 zur Verfügung gestellten Meßsignal ein Sollsignal ermittelt. Dazu dient ein Modell für die Verbrennungskraftmaschine 12. Das Modell umfaßt Parameter, wie die Ansaugluftmasse, eine eingespritzte Kraftstoffmasse oder auch eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 12. Ebenso ist denkbar, auch andere Größen, die beispielsweise in dem Motorsteuergerät 24 bereitgestellt werden, zur Optimierung des Modells heranzuziehen.
    Der Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine 12 muß zur Funktionsüberwachung nicht entsprechend einem Signalmuster gesteuert werden, sondern es können beliebige Betriebspunkte für die Überwachung genutzt werden. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, einen Diagnosezeitraum unmittelbar nach einem Lastwechsel oder einer Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 12 beginnen zu lassen.
    Ein Verhältnis des Meßsignals zum Sollsignal liefert einen Kontrollwert (Schritt S2). Zur Kompensation statistischer Ausreißer ist es dabei vorteilhaft, zunächst eine vorgebbare Anzahl der Kontrollwerte KW in eine Korrelationsrechnung einzubeziehen, die einen korrelierten Kontrollwert KWk liefert.
    Der Kontrollwert KW oder der korrelierte Kontrollwert KWk wird anschließend in einem Schritt S3 mit einem vorgebbaren Grenzwert GW verglichen. Auch der Grenzwert GW kann anhand des Modells für die Verbrennungskraftmaschine 12 festgelegt werden. Liegt der Kontrollwert KW beziehungsweise der korrelierte Kontrollwert KWk unterhalb des Grenzwertes GW, kann sich ein erneuter Meßzyklus der Funktionsüberwachung beginnend mit dem Schritt S1 anschließen. Überschreitet jedoch der Kontrollwert KW beziehungsweise der korrelierte Kontrollwert KWk den Grenzwert GW, so wird in einem Schritt S4 ein Wartungssignal erzeugt. Das Wartungssignal dient dann, beispielsweise in einer On-board-Diagnose, zur Information eines Fahrzeugführers. Weiterhin kann das Wartungssignal dazu genutzt werden, dem Wartungspersonal entsprechende Instruktionen zur Verfügung zu stellen.

    Claims (6)

    1. Verfahren zur Funktionsüberwachung wenigstens einer in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Lambda-Sonde, insbesondere einer Breitband-Lambda-Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß
      (a) innerhalb eines vorgebbaren Diagnosezeitraums ein Meßsignal der Lambda-Sonde (18, 20) erfaßt wird,
      (b) anhand eines Modells für die Verbrennungskraftmaschine (12) ein Sollsignal der Lambda-Sonde (18, 20) ermittelt wird und
      (c) ein Verhältnis des Meßsignals zum Sollsignal einen Kontrollwert (KW) liefert und der Kontrollwert (KW) mit einem vorgebbaren Grenzwert (GW) verglichen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgebbare Anzahl der Kontrollwerte (KW) zunächst einer Korrelationsrechnung, insbesondere einer Kreuzkorrelation, unterworfen werden und einen korrelierten Kontrollwert (KWk) liefern.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten des Kontrollwertes (KW) oder des korrelierten Kontrollwertes (KWk) über den Grenzwert (GW) ein Wartungssignal erzeugt wird.
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnosezeitraum unmittelbar nach einem Lastwechsel oder einer Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (12) beginnt.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell für die Verbrennungskraftmaschine (12) Parameter, wie eine Ansaugluftmasse, eine eingespritzte Kraftstoffmasse und die Drehzahl, umfaßt.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (GW) über das Modell für die Verbrennungskraftmaschine (12) festgelegt wird.
    EP00115537A 1999-08-03 2000-07-19 Verfahren zur Plausibilitätsprüfung von Motorgrössen und Sensorgrössen unter Verwendung einer stetigen Lambda-Sonde Expired - Lifetime EP1074718B1 (de)

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    Publications (3)

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    EP1074718A3 EP1074718A3 (de) 2001-09-26
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    EP (1) EP1074718B1 (de)
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