EP3250802A1 - Verfahren zum bestimmen von grenzwerten für einen offset einer spannungs-lambda-kennlinie einer lambdasonde - Google Patents

Verfahren zum bestimmen von grenzwerten für einen offset einer spannungs-lambda-kennlinie einer lambdasonde

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EP3250802A1
EP3250802A1 EP16703275.4A EP16703275A EP3250802A1 EP 3250802 A1 EP3250802 A1 EP 3250802A1 EP 16703275 A EP16703275 A EP 16703275A EP 3250802 A1 EP3250802 A1 EP 3250802A1
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EP
European Patent Office
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catalyst
oxygen
lambda
lambda probe
probe
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16703275.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Magnus Labbe
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D41/2474—Characteristics of sensors

Definitions

  • Sample gas chamber known. In principle, these can be any physical and / or chemical properties of the measurement gas, one or more properties being able to be detected.
  • the invention will be described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a portion of a gas component of the measurement gas, in particular with reference to a detection of a
  • Oxygen content in the sample gas part can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the sample gas part.
  • Measuring gas detected such as the temperature.
  • sensors based on ceramic sensor elements are known from the prior art, which are based on the use of electrolytic properties of certain solids, that is, on the ion-conducting properties of these solids.
  • these solids may be ceramic solid electrolytes such as, for example
  • Zirconia Zr0 2
  • YSZ yttrium-stabilized zirconia
  • ScSZ scandium-doped zirconia
  • Alumina (Al 2 0 3 ) and / or silicon oxide (Si0 2 ) may contain.
  • such sensors may be configured as so-called lambda probes, as known, for example, from Konrad Reif (ed.): Sensors in the Motor Vehicle, 1st Edition 2010, pp. 160-165.
  • Broadband lambda probes in particular with planar broadband lambda probes, can for example be used to determine the oxygen concentration in the exhaust gas over a large range and thus to deduce the air / fuel ratio in the combustion chamber.
  • the air ratio ⁇ describes this air / fuel ratio.
  • lambda probes are used in modern internal combustion engines for determining the composition of the exhaust gas and for controlling the internal combustion engine.
  • Oxygen sensors determine the oxygen content of the exhaust gas, which is used to control the air / fuel mixture supplied to the internal combustion engine and thus the exhaust lamella in front of a catalytic converter. In this case, the air and fuel supply via a lambda control loop
  • Internal combustion engine can also be regulated to a lean operation with excess air.
  • two-point lambda probe a continuous lambda control before catalyst possible, albeit in a limited lambda range.
  • a two-point lambda probe as a jump probe or
  • the exhaust duct is provided with a broadband lambda probe upstream or upstream of a catalytic converter, the
  • Broadband lambda probe used in front of the catalyst for regulation. An even more accurate adjustment is possible with a guidance control based on a signal of the jump probe after the catalyst.
  • an offset is determined based on the signal of the jump probe after the catalyst.
  • a magnitude large offset is detected by the so-called on-board diagnosis as offset error of the broadband lambda probe in front of the catalyst, but also a small offset must be known to set by the first control a stoichiometric mixture as possible and thus to be able to ensure low emissions.
  • the difficulty in determining the offset is due to the intervening catalyst and the fact that the jump probe after the
  • the possibility of determining the offset can not always be used or can not be determined or the offset can be incorrectly adapted.
  • the invention includes in particular those not exhaustively listed
  • Catalyst wherein an upper limit based on a first assumption, resulting in a first value for a sum of oxygen discharge and oxygen storage level difference, and a lower limit based on a second assumption, resulting in a second value for a sum of oxygen discharge and oxygen storage level difference , the first value being greater than the second value.
  • An amount of oxygen upstream of the catalyst is determined based on a lambda value of the first lambda probe and an exhaust gas mass flow, wherein a second amount of oxygen downstream of the
  • first oxygen amount and the second oxygen amount are determined based on a first oxygen concentration upstream of the catalyst, a second oxygen concentration downstream of the catalyst, and an integration of the exhaust mass flow over a predetermined time.
  • a computer program configured to perform each step of the method according to any one of the preceding aspects.
  • An electronic storage medium on which a computer program according to the previous aspect is stored.
  • Electronic control device comprising an electronic storage medium according to the previous aspect.
  • This criterion is specified as the upper and lower limits for the offset.
  • the offset can be determined as quickly as possible, as well as excessive adjustment or unlearning can be prevented.
  • a basic idea of the present invention is the mathematical determination of the measurement signals of the lambda probes before and after
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 is, for example, a gasoline engine.
  • the internal combustion engine 10 has a
  • Exhaust duct 12 on.
  • a first lambda probe 14, a catalyst 16 and a second lambda probe 18 are arranged in the exhaust passage 12.
  • the exhaust gas produced during combustion in the combustion chamber of the internal combustion engine flows through first in a flow direction 20, first
  • Lambda probe 18 Accordingly, the first lambda probe 14 is arranged upstream of the catalytic converter 16 or in front of the catalytic converter 16, and the second lambda probe 18 is located downstream of the catalytic converter 16 or downstream of the catalytic converter 16
  • the first lambda probe 14 is a broadband lambda probe 22.
  • the first lambda probe 14 is a spit probe.
  • the second lambda probe 18 is a spit probe 24.
  • the basic structure of the broadband lambda probe 22 and the jump probe 24 and their modes of operation are known from the prior art mentioned above and in particular from Konrad Reif (ed.):
  • Internal combustion engine 10 supplied mixture of fuel and oxygen or air as closely as possible stoichiometrically adjusted.
  • a first step will be to the broadband lambda probe 22 before the catalyst 16 used for control.
  • An even more accurate adjustment is possible with a guidance control based on a signal of the jump probe 24 after the catalyst 16.
  • a prerequisite for a precise lambda control of a lambda probe is that there is a clear relationship between the sensor voltage of the lambda probe and lambda. This relationship must be present over the entire life of the lambda probe, otherwise the accuracy of the control is not sufficient and unacceptably high emissions may occur. Due to manufacturing tolerances and aging effects of the lambda probe this condition is not met. Instead, the actual probe characteristic may be shifted by several superimposed effects compared to the reference probe characteristic. This shift is also referred to as offset.
  • Catalyst 16 detected but also a small offset must be known in order to set by the first control a stoichiometric mixture as possible and thus to be able to ensure low emissions.
  • the invention uses the basic assumption that the offset can be calculated from the following balance equation for the oxygen storage of the catalytic converter 16:
  • the oxygen content in the exhaust gas can be calculated from the signals of the broadband lambda probe 22 and the jump probe 24.
  • AOS is the difference in catalyst 16 oxygen storage level.
  • the oxygen concentrations can be determined from the signals of the gases
  • Broadband lambda probe 22 before the catalyst 16 and the jump probe 24 are determined after the catalyst: dt + AOS, where ⁇ ⁇ 1 ( s is the lambda value of the
  • a vk is the offset of the broadband lambda probe 22 in front of the catalyst 16
  • ⁇ is the lambda value of the jump probe 24 after the catalyst 16
  • a vk is an actual, over the operating ranges constant offset, while the probes behind the catalyst is assumed as a reference and thus offset-free.
  • a nk is not such an offset, but the inaccuracy in the detection of the lambda value at different operating points by non-systematic deviations.
  • the calculation of A vk from the latter equation becomes possible by making assumptions for AOS and A nk .
  • the assumptions include at least one initial assumption that is too large for the sum of
  • Catalyst 16 is calculated from the lambda voltage characteristic of the jump probe 24 after the catalyst 16 based on the voltage signal provided by the jump probe 24.
  • an upper limit and lower limit of the lambda voltage characteristic are defined.
  • a fixed voltage uncertainty such as +/- 20 mV and a temperature variance such as +/- 30 K may be used.
  • the oxygen storage capacity OSC can be assumed.
  • a maximum of + OSC and minimum -OSC can be assumed. In certain states there are additional ones
  • Information about the oxygen level and the values for AOS can be limited: For example, after a long overrun phase, the catalyst 16 is completely filled with oxygen. If integration then begins, the range for AOS is [0 ... -OSC]. It can be either a fixed value for the maximum OSC or one of
  • the integration period can be set arbitrarily. It is favorably chosen such that the upper limit and the lower limit result in values which are as small or as large as possible. This results for a long time
  • a vk (Kl - J / ftvk _s)) * ms dt - Kl - l / nk -A nk )) * ms + AOS) / Jms.
  • the upper limit A vk max and the lower limit A vk _ min for the offset A vk result from the use of the upper limit and the lower limit for the lambda voltage characteristic of the jump probe 24 after the catalyst 16 ( nk -A nk ) and AOS. From several integration periods can become give different values. The lowest value for the upper limit and the largest value for the lower limit are used.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen von Grenzen für einen Offset einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal (14) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten ersten Lambdasonde (14) gegenüber einer Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie vorgeschlagen, wobei ein erstes Messsignal der ersten Lambdasonde (14), ein zweites Messignal einer zweiten Lambdasonde (18) und eine Sauerstoffbilanz eines Katalysators (16) zwischen der ersten Lambdasonde (14) und der zweiten Lambdasonde (18) verwendet wird, wobei eine obere Grenze basierend auf einer ersten Annahme, aus der ein erster Wert für eine Summe aus einem Sauerstoffaustrag und einem Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied resultiert, und eine untere Grenze basierend auf einer zweiten Annahme, aus der ein zweiter Wert für eine Summe aus Sauerstoffaustrag und Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied resultiert, bestirnt wird, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN ZUM BESTIMMEN VON GRENZWERTEN FÜR EINEN OFFSET EINER SPANNUNGS-LAMBDA-KENNLINIE EINER LAMBDASONDE
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoren und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem
Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines
Sauerstoffanteils in dem Messgasteil. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des
Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Sensoren auf der Basis von keramischen Sensorelemente bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf Ionen leitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise
Zirkoniumdioxid (Zr02), insbesondere yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und scandiumdotierr.es Zirkoniumdioxid (ScSZ), die geringe Zusätze an
Aluminiumoxid (Al203) und/oder Siliziumoxid (Si02) enthalten können. Beispielsweise können derartige Sensoren als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160-165, bekannt sind. Mit
Breitbandlambdasonden, insbesondere mit planaren Breitbandlambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-/Kraftstoffverhältnis im Brennraum geschlossen werden. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-/Kraftstoffverhältnis. Zur Optimierung des Schadstoffausstoßes und der Abgasnachbehandlung werden bei modernen Brennkraftmaschinen Lambdasonden zur Bestimmung der Zusammensetzung des Abgases und zur Steuerung der Brennkraftmaschine eingesetzt. Lambdasonden bestimmen den Sauerstoffgehalt des Abgases, was zur Regelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoffgemischs und somit des Abgaslambdas vor einem Katalysator verwendet wird. Dabei wird über einen Lambdaregelkreis die Luft- und Kraftstoffzuführung der
Brennkraftmaschine derart geregelt, dass eine für die Abgasnachbehandlung durch in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehene Katalysatoren optimale Zusammensetzung des Abgases erreicht wird. Bei Ottomotoren wird in der Regel auf ein Lambda von 1, also ein stöchiometrisches Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, geregelt. Die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine kann so minimiert werden.
Es sind verschiedene Formen von Lambdasonden im Einsatz. Eine
Breitbandlambdasonde, auch als stetige oder lineare Lambdasonde bezeichnet, ermöglicht die Messung des Lambdawertes in dem Abgas in einem weiten Bereich um Lambda = 1 herum. Damit kann beispielsweise eine
Brennkraftmaschine auch auf einen mageren Betrieb mit Luftüberschuss geregelt werden.
Durch eine Linearisierung der Sondenkennlinie ist auch mit einer
kostengünstigeren Zweipunktlambdasonde eine stetige Lambdaregelung vor Katalysator möglich, wenn auch in einem eingeschränkten Lambdabereich. Bei einer derartigen Zweipunktlambdasonde, auch als Sprungsonde oder
Nernstsonde bezeichnet, weist die Spannungs-Lambda-Kennlinie bei λ = 1 einen sprungartigen Abfall auf. Sie erlaubt daher im Wesentlichen die Unterscheidung zwischen fettem Abgas (λ < 1) bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit
Kraftstoffüberschuss und magerem Abgas (λ > 1) bei Betrieb mit Luftüberschuss und ermöglicht eine Regelung des Abgases auf ein Lambda von 1.
Voraussetzung für die stetige Lambdaregelung ist, dass zwischen der
Sondenspannung der Lambdasonde und Lambda ein eindeutiger
Zusammenhang besteht. Dieser Zusammenhang muss über die gesamte Lebensdauer der Lambdasonde vorliegen, da andernfalls die Genauigkeit der Regelung nicht ausreichend ist und unzulässig hohe Emissionen auftreten können. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und von Alterungseffekten der Lambdasonde ist diese Voraussetzung nicht erfüllt. Stattdessen kann die tatsächliche Sondenkennlinie durch mehrere überlagerte Effekte gegenüber der Referenzsondenkennlinie verschoben sein.
In einem großen Anteil der Fahrzeuge mit Ottomotor ist der Abgaskanal mit einer Breitbandlambdasonde vor oder stromaufwärts eines Katalysators, dem
Katalysator und einer Sprungsonde nach oder stromabwärts des Katalysators ausgerüstet. Zur Optimierung der Emissionen wird das Gemisch möglichst genau stöchiometrisch eingestellt. In einem ersten Schritt wird dazu die
Breitbandlambdasonde vor dem Katalysator zur Regelung verwendet. Eine noch genauere Einstellung wird mit einer Führungsregelung basierend auf einem Signal der Sprungsonde nach dem Katalysator möglich.
Für die Reglung der Beitbandlambdasonde vor dem Katalysator wird somit ein Offset basierend auf dem Signal der Sprungsonde nach dem Katalysator bestimmt. Ein betragsmäßig großer Offset wird durch die sogenannte On-Board- Diagnose als Offsetfehler der Breitbandlambdasonde vor dem Katalysator erkannt, aber auch ein kleiner Offset muss bekannt sein, um durch die erste Regelung ein möglichst stöchiometrisches Gemisch einzustellen und damit geringe Emissionen sicherstellen zu können.
Die Schwierigkeit bei der Offsetbestimmung ist durch den dazwischen lieg Katalysator begründet und dadurch, dass die Sprungsonde nach dem
Katalysator nur in einem schmalem Bereich um Lambda=l eine genaue Information über das Gemisch zur Verfügung stellt. Zur Offsetbestimmung wird bei passenden Bedingungen und nach Ablauf einer Entprellzeit nach Störungen der gemittelte Stelleingriff der Führungsregelung als Offset der vorderen
Regelung bzw. der vorderen Sonde gefiltert adaptiert. Als Entprellung und zur Filterung sind Abgasmassenstromintegrale und Zeitbedingungen bekannt. Zu Diagnosezwecken ist es bekannt, bei einer andauernden starken Abweichung des Signals der Sprungsonde nach dem Katalysator trotz großem Stelleingriff der Führungsregelung schnelle Schritte in der Offsetadaption vorzunehmen, um schnell einen fehlerhaften Offset zu erkennen. Auch hier sind
Abgasmassenstromintegrale und Zeitbedingungen zur Erkennung der andauernden Abweichung bekannt.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Erkennung eines Spannungsoffsets beinhalten diese noch
Verbesserungspotential.
So kann bei den bekannten Verfahren die Möglichkeit der Offsetbestimmung nicht in jedem Fall genutzt werden bzw. diese kann nicht ermittelt werden oder der Offset kann fälschlicherweise adaptiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Verfahren zum Bestimmen von Grenzen einer Bestimmung eines Offsets zumindest in einem Bereich einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten ersten
Lambdasonde gegenüber einer Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie vorgeschlagen, mit dem ein Kriterium zur Verfügung gestellt wird, mit dem die Möglichkeit der Offsetbestimmung berechnet werden kann.
Die Erfindung umfasst insbesondere die nicht abschließend aufgeführten
Aspekte:
1. Verfahren zum Bestimmen von Grenzen einer Bestimmung eines Offsets zumindest in einem Bereich einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten ersten Lambdasonde gegenüber einer Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie, wobei für die Bestimmung ein erstes Messsignal der ersten Lambdasonde, ein zweites Messignal einer zweiten Lambdasonde und eine Sauerstoffbilanz eines Katalysators zwischen der ersten Lambdasonde und der zweiten Lambdasonde verwendet wird, wobei die Sauerstoffbilanz einen
Sauerstoffeintrag in den Katalysator, einen Sauerstoffaustrag aus dem Katalysator und einen Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des
Katalysators umfasst, wobei eine obere Grenze basierend auf einer ersten Annahme, aus der ein erster Wert für eine Summe aus Sauerstoffaustrag und Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied resultiert, und eine untere Grenze basierend auf einer zweiten Annahme, aus der ein zweiter Wert für eine Summe aus Sauerstoffaustrag und Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied resultiert, bestirnt wird, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei eine erste
Sauerstoffmenge stromaufwärts des Katalysators basierend auf einem Lambdamesswert der ersten Lambdasonde und einem Abgasmassenstrom ermittelt wird, wobei eine zweite Sauerstoffmenge stromabwärts des
Katalysators basierend auf einem Lambdamesswert der zweiten
Lambdasonde ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Aspekt, wobei für die erste Annahme und die zweite Annahme eine obere Grenze und eine untere Grenze einer Lambda- Spannungs-Kennlinie der zweiten Lambdasonde festgelegt wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Aspekte, wobei für die erste Annahme und die zweite Annahme eine obere Grenze und eine untere Grenze für den Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des Katalysators festgelegt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei als obere Grenze für den Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des Katalysators eine maximale Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators festgelegt wird und als untere Grenze für den Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des Katalysators die negative maximale Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators festgelegt wird.
6. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Aspekte, wobei die erste Sauerstoffmenge und die zweite Sauerstoffmenge basierend auf einer ersten Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des Katalysators, einer zweiten Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Katalysators und einer Integration des Abgasmassenstroms über eine vorbestimmte Zeit ermittelt werden.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die vorbestimmte Zeit so gewählt wird, dass ein Schwellwert für eine Ungenauigkeit des
Lambdamesswerts der zweiten Sonde unterschritten wird.
8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Aspekte durchzuführen.
9. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorherigen Aspekt gespeichert ist.
10. Elektronisches Steuergerät, welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorherigen Aspekt umfasst.
Dieses Kriterium wird als obere und untere Grenze für den Offset angegeben. Damit kann der Offset sowohl schnellst möglich bestimmt werden, als auch eine zu große Verstellung bzw. Verlernen verhindert werden. Der
Applikationsaufwand zu Festlegung der Entprellung und Filterung wird verkleinert.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist die rechnerische Bestimmung der durch die Messsignale der Lambdasonden vor dem und nach dem
Katalysator bestimmbaren Grenzen des Offsets der Breitbandlambdasonde vor dem Katalysator.
Kurze Beschreibung der Zeich Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in der Figur schematisch dargestellt sind.
Es zeigt:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10. Die Brennkraftmaschine 10 ist beispielsweise ein Ottormotor. Die Brennkraftmaschine 10 weist einen
Abgaskanal 12 auf. In dem Abgaskanal 12 ist eine erste Lambdasonde 14, ein Katalysator 16 und eine zweite Lambdasonde 18 angeordnet. Das bei einer Verbrennung im Brennraum der Brennkraftmaschine entstehende Abgas durchströmt in einer Strömungsrichtung 20 gesehen zuerst die erste
Lambdasonde 14, dann den Katalysator 16 und schließlich die zweite
Lambdasonde 18. Entsprechend ist die erste Lambdasonde 14 stromaufwärts des Katalysators 16 oder vor dem Katalysator 16 angeordnet und die zweite Lambdasonde 18 ist stromabwärts des Katalysators 16 oder nach dem
Katalysator 16 angeordnet, wobei sich die Angaben„stromaufwärts",
„stromabwärts" bzw.„vor" und„nach" auf Orientierungen bezüglich der
Strömungsrichtung 20 beziehen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Lambdasonde 14 eine Breitbandlambdasonde 22. Alternativ ist die erste Lambdasonde 14 eine Spungsonde. Die zweite Lambdasonde 18 ist eine Spungsonde 24. Der grundsätzliche Aufbau der Breitbandlambdasonde 22 und der Sprungsonde 24 sowie deren Funktionsweisen sind aus dem eingangs genannten Stand der Technik und insbesondere aus Konrad Reif (Hrsg.):
Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160-165, bekannt, so dass eine ausführliche Beschreibung derselben entfällt und stattdessen auf diesen Stand der Technik bezüglich des Aufbaus und Funktion verwiesen wird.
Zu Diagnosezwecken und zur Optimierung der Emissionen wird das der
Brennkraftmaschine 10 zugeführte Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff bzw. Luft möglichst genau stöchiometrisch eingestellt. In einem ersten Schritt wird dazu die Breitbandlambdasonde 22 vor dem Katalysator 16 zur Regelung verwendet. Eine noch genauere Einstellung wird mit einer Führungsregelung basierend auf einem Signal der Sprungsonde 24 nach dem Katalysator 16 möglich.
Voraussetzung für eine präzise Lambdaregelung einer Lambdasonde ist, dass zwischen der Sondenspannung der Lambdasonde und Lambda ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Dieser Zusammenhang muss über die gesamte Lebensdauer der Lambdasonde vorliegen, da andernfalls die Genauigkeit der Regelung nicht ausreichend ist und unzulässig hohe Emissionen auftreten können. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und von Alterungseffekten der Lambdasonde ist diese Voraussetzung nicht erfüllt. Stattdessen kann die tatsächliche Sondenkennlinie durch mehrere überlagerte Effekte gegenüber der Referenzsondenkennlinie verschoben sein. Diese Verschiebung wird auch als Offset bezeichnet.
Für die Reglung der Beitbandlambdasonde 22 vor dem Katalysator 16 wird somit ein Offset basierend auf dem Signal der Sprungsonde 24 nach dem Katalysator 16 bestimmt. Ein betragsmäßig großer Offset wird durch die sogenannte On- Board-Diagnose als Offsetfehler der Breitbandlambdasonde 22 vor dem
Katalysator 16 erkannt, aber auch ein kleiner Offset muss bekannt sein, um durch die erste Regelung ein möglichst stöchiometrisches Gemisch einzustellen und damit geringe Emissionen sicherstellen zu können.
Die Erfindung nutzt die Grundannahme, dass der Offset sich aus der folgenden Bilanzgleichung zum Sauerstoffspeicher des Katalysators 16 berechnen lässt:
0= Sauerstoffeintrag - Sauerstoffaustrag +
Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied.
Der Sauerstoff anteil im Abgas kann aus den Signalen der Breitbandlambdasonde 22 und der Sprungsonde 24 berechnet werden. Mit dem Abgasmassenstrom kann daraus ein Sauerstoffstrom berechnet werden der in der Bilanz integriert wird, so dass sich ergibt: 0 = \ cOvk *ms dt - JcOnk*ms dt + AOS, wobei cOvk die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor dem Katalysator 16 ist, cOnk die Sauerstoffkonzentration im Abgas nach dem Katalysator 16 ist, ms der Abgasmassenstrom ist und
AOS der Unterschied im Sauerstoffspeicherfüllstand des Katalysators 16 ist.
Die Sauerstoffkonzentrationen können aus den Signalen der
Breitbandlambdasonde 22 vor dem Katalysator 16 und der Sprungsonde 24 nach dem Katalysator bestimmt werden: dt + AOS, wobei λν1( s der durch ein Offset verfälschte Lambdamesswert der
Breitbandlambdasonde 22 vor dem Katalysator 16 ist,
Avk der Offset der Breitbandlambdasonde 22 vor dem Katalysator 16 ist, λη der Lambdamesswert der Sprungsonde 24 nach dem Katalysator 16 ist und
Ank eine Ungenauigkeit der Bestimmung des Lambdamesswerr.es der
Sprungsonde 24 nach dem Katalysator 16 ist.
Es ist dabei zu beachten, dass Avk ein tatsächlicher, über die Betriebsbereiche konstanter Offset ist, während die Sonden hinter dem Katalysator als Referenz und damit offsetfrei angenommen wird. Ank ist im Gegensatz dazu kein solcher Offset, sondern die Ungenauigkeit in der Erfassung des Lambdawertes bei unterschiedlichen Betriebspunkten durch nicht systematische Abweichungen. Die Berechnung von Avk aus der zuletzt genannten Gleichung wird möglich, indem für AOS und Ank Annahmen getroffen werden. Die Annahmen umfassen mindestens eine erste Annahme, die zu einem großen Wert für die Summe aus
Sauerstoffaustrag und Füllstandsunterschied führt, und eine zweite Annahme, die zu einem kleinen Wert für die Summe aus Sauerstoffaustrag und
Füllstandsunterschied führt. Die Sauerstoffkonzentration cOnk nach dem
Katalysator 16 wird anhand der Lambda-Spannungs-Kennlinie der Sprungsonde 24 nach dem Katalysator 16 basierend auf dem von der Sprungsonde 24 gelieferten Spannungssignal berechnet. Für der Berechnung des Minimalwerts und des Maximalwertwerts für die Summe aus Sauerstoffaustrag und Füllstandsunterschied wird eine obere Grenze und untere Grenze der Lambda- Spannungs-Kennlinie festgelegt. Zur Festlegung der oberen Grenze und der unteren Grenze kann beispielsweise eine feste Spannungsunsicherheit, wie beispielsweise +/- 20 mV, und eine Temperaturvarianz, wie beispielsweise +/- 30 K, verwendet werden.
Als Grenzen für den Füllstandsunterschied kann die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC angenommen werden. Maximal kann dabei +OSC und minimal -OSC angenommen werden. In bestimmten Zuständen gibt es zusätzliche
Informationen über den Sauerstofffüllstand und die Werte für AOS können eingeschränkt werden: So ist beispielsweise nach einer langen Schubphase der Katalysator 16 vollständig mit Sauerstoff gefüllt. Beginnt die Integration anschließend, ist der Bereich für AOS [0... -OSC]. Es kann sowohl ein fester Wert für die maximale OSC angenommen werden oder ein von
Betriebsbedingungen wie Katalysatortemperatur oder Abgasmassenstrom abhängiger. Der Integrationszeitraum kann beliebig festgelegt werden. Er wird günstigerweise so gewählt, dass die obere Grenze und die untere Grenze möglichst kleine bzw. große Werte ergeben. Dies ergibt sich für lange
Integrationszeiten, in denen keine Werte mit großem Ank enthalten sind. Als Kriterium für den Integrationsbeginn kann beispielsweise | nk min - _max l < Schwellwert angenommen werden und der Wert für Ank fortlaufend bewertet werden.
Die obige Gleichung kann näherungsweise nach Avk aufgelöst werden, wenn der Term für die Sauerstoffkonzentration cOvk vor dem Katalysator 16 um einen Lambdamesswert λν1( s der Breitbandlambdasonde 22 vor dem Katalysator 16 in Form von Xvk _s = 1 entwickelt wird, so dass sich folgende Gleichung ergibt:
Avk = (Kl - J/ftvk _s))*ms dt - Kl - l/ nk-Ank))*ms + AOS)/Jms.
Die obere Grenze Avk max und die untere Grenze Avk _min für den Offset Avk ergibt sich aus der Verwendung der oberen Grenze und der unteren Grenze für die Lambda-Spannungs-Kennlinie der Sprungsonde 24 nach dem Katalysator 16 ( nk-Ank) und AOS. Aus mehreren Intergrationszeiträumen können sich unterschiedliche Werte ergeben. Verwendet werden der kleinste Wert für die obere Grenze und der größte Wert für die untere Grenze.
Wenn die so berechnete obere Grenze Avk max den bisher angenommenen Wert des Offsets Avk unterschreitet oder die so berechnete untere Grenze Avk min den bisher angenommenen Wert des Offsets Avk überschreitet, wird die Annahme für den Offset Avk korrigiert. Wenn die bisherige Annahme zwischen Avk max und Avk min liegt, wird der Wert des Offsets Avk nicht oder nur sehr langsam verändert. Sobald Avk max unterhalb des Diagnosegrenzwertes für den Offset Avk liegt kann eine In-Ordnung-Prüfung für den maximalen Offset Avk max gemeldet werden. Sobald Avk _min oberhalb des Diagnosegrenzwertes für den Offset Avk liegt kann eine In-Ordnung-Prüfung für den minimalen Offset Avk min gemeldet werden. Sobald sich aus Avk max oder Avk _min eine Überschreitung des
Diagnosegrenzwertes ergibt, kann eine Nicht-In-Ordnung-Prüfung für den Offset Avk gemeldet werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Grenzen einer Bestimmung eines Offsets zumindest in einem Bereich einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal (14) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten ersten Lambdasonde (14) gegenüber einer Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie, wobei für die Bestimmung ein erstes Messsignal der ersten Lambdasonde (14), ein zweites Messignal einer zweiten Lambdasonde (18) und eine Sauerstoffbilanz eines Katalysators (16) zwischen der ersten Lambdasonde (14) und der zweiten Lambdasonde (18) verwendet wird, wobei die
Sauerstoffbilanz einen Sauerstoffeintrag in den Katalysator (16), einen Sauerstoffaustrag aus dem Katalysator (16) und einen
Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des Katalysators (16) umfasst, wobei eine obere Grenze basierend auf einer ersten Annahme, aus der ein erster Wert für eine Summe aus Sauerstoffaustrag und
Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied resultiert, und eine untere Grenze basierend auf einer zweiten Annahme, aus der ein zweiter Wert für eine Summe aus Sauerstoffaustrag und Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied resultiert, bestirnt wird, wobei der erste Wert größer als der zweite Wert ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine erste
Sauerstoffmenge stromaufwärts des Katalysators (16) basierend auf einem Lambdamesswert der ersten Lambdasonde (14) und einem
Abgasmassenstrom ermittelt wird, wobei eine zweite Sauerstoffmenge stromabwärts des Katalysators (16) basierend auf einem Lambdamesswert der zweiten Lambdasonde (18) ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei für die erste Annahme und die zweite Annahme eine obere Grenze und eine untere Grenze einer Lambda-Spannungs-Kennlinie der zweiten Lambdasonde (18) festgelegt wird. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei für die erste Annahme und die zweite Annahme eine obere Grenze und eine untere Grenze für den Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des Katalysators (16) festgelegt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als obere Grenze für den Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des Katalysators eine maximale Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators (16) festgelegt wird und als untere Grenze für den Sauerstoffspeicherfüllstandsunterschied des
Katalysators eine negative maximale Sauerstoffspeicherfähigkeit des
Katalysators (16) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sauerstoffmenge und die zweite Sauerstoffmenge basierend auf einer ersten Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des Katalysators (16), einer zweiten Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Katalysators (16) und einer Integration des Abgasmassenstroms über eine vorbestimmte Zeit ermittelt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vorbestimmte Zeit so gewählt wird, dass ein Schwellwert für eine Ungenauigkeit des
Lambdamesswerts der zweiten Lambdasonde (18) unterschritten wird.
8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorherigen Anspruch gespeichert ist.
10. Elektronisches Steuergerät, welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorherigen Anspruch umfasst.
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