WO2013045522A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen unterschiedlicher abgassondenfehler beim betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen unterschiedlicher abgassondenfehler beim betrieb einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2013045522A1
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Harsha Mahaveera
Tino Arlt
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for operating an internal combustion engine with a arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine upstream of or in a Abgaska ⁇ talysator exhaust gas probe whose measurement signal is characteristic of a residual oxygen content of the flowing past their exhaust gas.
  • the object on which the invention is based is to provide a method and a device for operating an internal combustion engine, which contributes to reliable low-emission operation of the internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for operating an internal combustion engine with an exhaust gas duct of the internal combustion ⁇ machine upstream or in an exhaust gas catalyst arranged exhaust gas probe whose measurement signal is characteristic of a residual oxygen content of the flowing past her exhaust gas.
  • An air ratio is applied with a predetermined
  • an actuating signal of the lambda controller is determined ⁇ .
  • a predetermined diagnostic operation is determined by means of a predetermined diagnostic function, whether a probe error of the exhaust gas probe is present. It is thus using the diagnostic function Determines if the probe is working properly or if there is a general probe error.
  • a value of the measuring signal of the exhaust gas sensor is detected as a starting value in the diagnostic operation with time correlation with an edge of the setpoint curve of the lambda controller and after a predetermined first time duration the then current value of the measuring signal of the exhaust gas probe is detected as the final value.
  • the first period of time is set such that in the case of a filter error is different the respective difference of the final value and the starting value by at least a pre- ⁇ given difference value of the respective difference of the final value and the starting value in the event of Totzeitconces.
  • the filter error can be distinguished from the dead time error.
  • the response of the exhaust gas probe has an at least predetermined increased dead time compared to a nominal exhaust gas probe, which is for example a reference probe.
  • the response of the exhaust gas probe is at least predeterminedly delayed, in particular in the sense of an increased time constant, in comparison with the nominal exhaust gas probe.
  • the predetermined diagnostic function comprises temporally correlating to an edge of the Setpoint curve of the lambda controller to detect a value of the measurement signal of the exhaust gas probe as the starting value of the diagnostic function and to capture the then current value of the measurement signal as the end value of the diagnostic function after a predetermined second period of time.
  • the first time duration is set shorter than the second time duration.
  • an amplitude of the forced excitation during the diagnostic operation is set greater than outside of the diagnostic operation.
  • an associated deadtime error controller parameter set is activated for the lambda control and, in the case of a recognized filter error, an associated filter error controller parameter set and / or filter model parameter set is activated for the lambda control.
  • FIG. 1 shows an exhaust tract of an internal combustion engine and an associated control device
  • FIG. 2 shows a block diagram of a lambda control, which is formed in particular in the control device
  • FIG. 3 is a flow chart of a program
  • FIG. 4 shows a first signal curve plotted over time t
  • Figure 5 plotted a second waveform over time t.
  • the internal combustion engine comprises an intake, a Mo ⁇ torblock, a cylinder head and an exhaust manifold 1 ( Figure 1).
  • the intake duct preferably comprises a throttle valve, a collector and a suction pipe, which is guided to a cylinder via an inlet channel in the engine block.
  • the engine block further comprises a crankshaft which is coupled via a connecting rod with a piston of the cylinder.
  • the cylinder head includes a valve drive with a gas ⁇ inlet valve and a gas outlet. It also comprises an injection valve 2 and preferably a spark plug. Alternatively, the injection valve 2 may also be arranged in a suction pipe.
  • an exhaust gas catalyst 3 is arranged, which is preferably designed as a three-way catalyst. Further, optionally in the exhaust system 1, a further catalytic converter 5 is arranged, which is designed as a NOX catalyst.
  • a control device 7 is provided, which is associated with sensors that detect different measured variables and in each case determine the value of the measured variable. The control device 7 is designed to determine, depending on at least one of the measured variables, manipulated variables, which then in one or more
  • Actuating signals for controlling the actuators are implemented, in particular for controlling the actuators, which act on Stell ⁇ members of the actuators.
  • the control device 7 may also be referred to as a device for operating the internal combustion engine.
  • the sensors are a pedal position sensor, an air mass sensor, which is an air mass flow upstream of the throttle valve detected, a temperature sensor, which detects a Ansauglufttempe ⁇ temperature, an intake pipe pressure, angle sensor, a Kurbelwellenwin- which detects a crank angle of a crank shaft and a rotational speed N is allocated. Further, an exhaust gas probe 9 is provided which is disposed upstream of the catalytic converter 3, or optionally also in the Abgaska ⁇ talysator.
  • the measurement signal MSI of the exhaust gas probe 9 is representative of a residual oxygen content of the exhaust gas flowing past it and is thus characteristic of the air / fuel ratio in the combustion chamber of the cylinder and upstream of the exhaust gas probe 9 before the oxidation of the fuel and thus representative of a detected Air ratio LAM_AV.
  • a further exhaust gas probe 11 may be arranged in or downstream of the catalytic converter 3, which also detects a residual oxygen content of the exhaust gas flowing past it.
  • the measuring signal of the exhaust gas probe 11 is denoted by MS2.
  • the exhaust gas probe 9 is preferably a linear lambda probe.
  • the further exhaust gas probe 11 is preferably a binary lambda probe, but it can in principle also be a linear lambda probe. The same applies to the exhaust gas probe 9.
  • any subset of said sensors may be present or additional sensors may be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve, the gas inlet and gas outlet valves, the injection valve 2 or the spark plug.
  • the internal combustion engine can optionally course comprise a plurality of cylinders, to which corresponding actuators and where appropriate sensors are optionally ordered to ⁇ .
  • a block diagram of a lambda control which by means of
  • Control device 7 is formed, is shown in the figure 2.
  • a predetermined air ratio LAM_SP_RAW can be predefined for regular operation in a particularly simple embodiment. It is preferably determined, for example, depending on the current operating mode of the internal combustion engine, such as a homogeneous or stratified operation and / or depending on operating variables of the internal combustion engine.
  • a block Bl is designed to determine a forced excitation ZWA, which is preferably in the form of a periodic rectangular signal which oscillates around a neutral value.
  • a predetermined forced-air ratio LAM_SP is provided on the output side of a summing point Sl.
  • the predetermined forced-air ratio LAM_SP is supplied to a block B2, which includes a pilot control and a Lambda control factor LAM_FAC_PC depending on the predetermined forced-air ratio LAM_SP generated.
  • a filter is formed and in particular based on a distance model, by means of which the pre ⁇ given forced-air ratio LAM_SP is filtered and thus a setpoint of a lambda controller LAM_SP_FIL is generated.
  • a block B6 is provided, the input variables of which are a rotational speed N and / or a load LOAD.
  • the load can be represented for example by the intake manifold pressure or the air mass flow MAF.
  • the block B6 is designed to determine a dead time T_T depending on the rotational speed N and / or the load LOAD.
  • a map may be stored, for example, and the dead time are determined by means T_T map Inter ⁇ polation in the block B6.
  • a block B8 is provided, whose input variables are the rotational speed N and / or the load LOAD.
  • the block B8 is designed to determine a delay time T_V as a function of its input variables, preferably by means of map interpolation via a map stored in the block B8.
  • the maps are preferable determined in advance by experiments or simulations Si ⁇ .
  • the dead time T_T and the delay time are T_V cha ⁇ rakteristisch for a gas analysis time that elapses between a field relevant to the metering of fuel at the time to a correlated profile of the measurement signal of the exhaust gas probe MSI.
  • the dead time T_T and / or the delay time deferrers ⁇ T_V input variables of the block B4 and thus of the filter are preferred.
  • the filter preferably comprises a Pade filter.
  • the block B4 includes a low pass filter, in particular, the behavior of the exhaust gas sensor 9 approximated from ⁇ dependent on the delay time T_V.
  • a third summation point S3 is supplied with a detected air ratio LAM_AV, which is determined as a function of the measurement signal MSI of the exhaust gas probe 9.
  • LAM_AV detected air ratio
  • a control difference D_LAM is determined in the third summation point by forming a difference.
  • the control difference D_LAM is the input quantity of a block B12 in which the lambda controller is designed, preferably as a PI I ⁇ D controller.
  • the control signal of the lambda controller of block B12 is, for example, a lambda control factor LAM_FAC_FB.
  • a block B14 in which a fuel mass MFF to be metered in is determined as a function of a load LOAD and the prescribed force-induced air ratio LAM_SP.
  • the load LOAD is preferably an air mass flowing into the respective combustion chamber of the respective cylinder per work ⁇ play.
  • LAM_FAC_FB the lambda factor pilot LAM_FAC_PC and the lambda control factor is determined LAM_FAC_FB.
  • the injection valve 2 is driven in accordance with the metering of the corrected fuel mass MFF_COR to be metered.
  • the control device 7 comprises a program and data memory and a computing unit in which during operation of the Internal combustion engine one or more programs that are stored in the program memory, are processed.
  • step S3 it is checked whether the internal combustion engine is currently operated in a predetermined operating range, which may for example be a lower part-load range with, for example, a maximum rotational speed of about 2500 revolutions per minute. Furthermore, it is checked in step S3 whether at least one further condition is met, which is met, for example, when a quasi-stationary operating condition exists and / or a predetermined period of time has elapsed since a last completion of a diagnostic operation and / or if a predetermined travel distance since last time the diagnostics operation was completed. If the conditions of step S3 are satisfied, a diagnostic operation is taken and the processing is continued in a step S5. Otherwise, the processing is continued again, optionally after a predetermined waiting period in step S3.
  • a predetermined operating range which may for example be a lower part-load range with, for example, a maximum rotational speed of about 2500 revolutions per minute.
  • step S3 it is checked in step S3 whether at least one further condition is met, which is met, for example, when
  • step S5 a diagnostic function DIAGF is carried out, by means of which it is determined whether a probe error SOND_ERR of the exhaust gas probe 9 is present. Subsequently, the processing is continued in a step S7, in which, if the probe error SOND_ERR is not present, then the processing, optionally after the predetermined waiting period, is continued again in step S3.
  • step S9 the further processing may be delayed until an edge of the setpoint ⁇ curve of the target value of the lambda controller recognized LAM_SP_FIL becomes. This can basically be a rising or a falling edge.
  • a value of the measurement signal MSI the exhaust gas sensor 9 detects the start value STW at step Sil, said the respective detected air ratio LAM_AV can be.
  • a timer is started, which expires after a predetermined first time period TD1.
  • the processing is continued in step S15, in which the then current value of the measuring signal MSI of the exhaust gas probe 9 is determined as the final value EW, whereby this can also be the then actual detected air ratio LAM_AV again.
  • a threshold value THD is determined, which may be predetermined in a simple embodiment, but can also be determined as a function of at least one variable, in particular by means of a characteristic map. For this purpose, for example, a corresponding map is provided, by means of which, depending on the rotational speed N and / or a load LOAD, the threshold value THD is determined.
  • the load may be represented by an air mass flow and / or an intake manifold pressure.
  • the first time duration TD1 is predetermined in such a way that, in the case of the filter error FIL_ERR, the respective difference between the final value EW and the start value STW is at least a predetermined difference value from the respective difference of the final value EW and the starting value STW in the case of the dead time error DEL_ERR.
  • the amplitude of the forced energization ZWA is set greater than outside the diagnostic operation.
  • the amplitude of the forced excitation may be, for example, 2 to 3 or 4 times in the diagnostic mode compared to the other operation.
  • a value of the measurement signal MSI is detected as a starting value of the diagnostic function, for example, temporally correlated to an edge of the setpoint curve of the desired value of the lambda controller.
  • the then-current value of the measurement signal of the exhaust probe MSI 9 is recorded as the final value of the Diagno ⁇ sefunktion.
  • the first time period TD1 is set shorter than the second time period.
  • the first time period TD1 is specified in particular significantly shorter than the second time period.
  • the second period of time in this context is, for example, predetermined so that when it expires at a nominal exhaust gas probe the value of
  • an associated dead time error controller parameter set and / or dead time error model parameter set is preferably activated for the lambda control.
  • an associated filter error-controller parameter set for the lambda control is activated and / or an associated filter failure model parameter set for the lambda control is activated.
  • the respective controller parameter set comprises in particular the controller parameters of the lambda controller.
  • the model parameter set relates to the parameters of the path model of the filter of block B4. You can thus, for example, the
  • Outputs of blocks B6 and B8 include.
  • the control parameters and the model parameters are plied in each case with respect to an expected course of the measurement signal MSI in reply, AP to an edge of the target value profile of the lambda controller, and in particular taking into account at least one predetermined quality criterion and the appropriate Opti ⁇ minimization of this criterion.
  • both the controller parameters and the model parameters are applied with regard to a measurement signal behavior of the nominal exhaust gas probe.
  • the controller parameters of Totzeitfeh ⁇ ler controller parameter set and the model parameters of Totzeitong model parameter set for the expected Messsig ⁇ nal such an exhaust gas sensor with Totzeit employ are applied out in the event of Totzeit remplis.
  • the filter error are the
  • Controller parameter of the filter error controller parameter set or the model parameter of the filter error model parameter set for the expected measurement signal behavior of such an exhaust gas probe applied with filter error out is
  • a first signal curve SV1 represents a curve of the setpoint value LAM_SP_FIL of the lambda controller and SV2 represents the signal curve of the detected air ratio LAM_AV for the case of the exhaust gas probe 9 with filter error.
  • a waveform SV3 repre sented ⁇ the waveform of the detected air ratio LAM_AV for the nominal exhaust gas probe.
  • SV4 here represents the course of the setpoint LAM_SP_FIL of the lambda controller.
  • SV5 represents the course of the detected air ratio LAM_AV in the case where the exhaust gas sensor 9 has the dead time error DEL_ERR.
  • SV6 represents the course of the detected air ratio LAM_AV for the nominal exhaust gas probe.

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Abstract

Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird eine Luftzahl beaufschlagt mit einer vorgegebenen Zwangsanregung als Basis für einen Sollwert eines Lambdareglers. In einem Diagnosebetrieb wird mittels einer Diagnosefunktion (DIAGF) ermittelt, ob ein Sondenfehler (SOND_ ERR) der Abgassonde vorliegt. Falls ein Sondenfehler (SOND_ERR) erkannt wurde, wird zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwertverlaufs des Lambdareglers ein Wert des Messsignals als Startwert (STW) erfasst und nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer (TDl) der dann aktuelle Wert des Messsignals als Endwert (EW) erfasst. Abhängig von dem Startwert (STW) und dem Endwert (EW) wird ermittelt, ob ein Filterfehler (FIL_ERR) oder ein Totzeitfehler (DEL_ERR) der Abgassonde vorliegt. Die erste Zeitdauer (TDl) ist derart vorgegeben, dass sich im Falle eines Filterfehlers (FIL_ERR) die jeweilige Differenz des Endwertes (EW) und des Startwertes (STW) mindestens um einen vorgegebenen Unterschiedswert von der jeweiligen Differenz des Endwertes (EW) und des Startwertes (STW) im Falle eines Totzeitfehlers (DEL_ERR) unterscheidet.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERKENNEN UNTERSCHIEDLICHER ABGASSONDENFEHLER BEIM BETRIEB EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaska¬ talysator angeordneten Abgassonde, deren Messsignal charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, in dem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln . Zu diesem Zweck werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe um¬ wandeln. Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch den Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus. Darüber hinaus existieren immer strengere Vorschriften bezüglich der Diagnose Schadstoffrelevanter Komponenten. Dies trifft beispielsweise auch zu im Hinblick auf die stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Abgassonde. Bei ihr kann ein fehlerhaftes Verhalten auftreten, beispielsweise hervorgerufen durch Vergiftung oder Ablagerungen auf der Sonde. Ein Fehler der Abgassonde kann zu einem deutlich langsameren Ansprechverhalten führen oder auch zu einer deutlich veränderten Totzeit. Ohne weitere Maßnahmen besteht in so einem Fall die Möglichkeit, dass verstärkt Schadstoffemissionen an die Umwelt abgegeben werden.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brenn- kraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die einen Beitrag leistet zu einem zuverlässigen emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine .
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brenn- kraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt der Brennkraft¬ maschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator angeordneten Abgassonde, deren Messsignal charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases. Eine Luftzahl wird beaufschlagt mit einer vorgegebenen
Zwangsanregung vorgegeben als Basis für einen Sollwert eines Lambdareglers . Abhängig von dem Messsignal der Abgassonde und dem Sollwert des Lambdareglers wird ein Stellsignal des Lambda¬ reglers ermittelt.
In einem vorgegebenen Diagnosebetrieb wird mittels einer vorgegebenen Diagnosefunktion ermittelt, ob ein Sondenfehler der Abgassonde vorliegt. Es wird somit mittels der Diagnosefunktion ermittelt, ob die Sonde fehlerfrei arbeitet oder ob allgemein ein Sondenfehler vorliegt.
Falls ein Sondenfehler erkannt wurde, wird in dem Diagnosebetrieb zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwertverlaufs des Lambdareglers ein Wert des Messsignals der Abgassonde als Startwert erfasst und nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer der dann aktuelle Wert des Messsignals der Abgassonde als Endwert erfasst. Abhängig von dem Startwert und dem Endwert wird er- mittelt, ob ein Filterfehler oder ein Totzeitfehler der Abgassonde vorliegt. Die erste Zeitdauer ist derart vorgegeben, dass sich im Falle eines Filterfehlers die jeweilige Differenz des Endwertes und des Startwertes mindestens um einen vorge¬ gebenen Unterschiedswert von der jeweiligen Differenz des Endwertes und des Startwertes im Falle eines Totzeitfehlers unterscheidet .
Auf diese Weise kann einfach der Filterfehler von dem Totzeitfehler unterschieden werden. Bei dem Totzeitfehler weist das Ansprechverhalten der Abgassonde eine zumindest vorgegeben erhöhte Totzeit im Vergleich zu einer nominalen Abgassonde auf, die beispielsweise eine Referenzsonde ist. Bei dem Filterfehler ist das Ansprechverhalten der Abgassonde zumindest vorgegeben verzögert, insbesondere im Sinne einer vergrößerten Zeitkon- stante, und zwar im Vergleich zu der Nominal-Abgassonde . Durch das Vorgehen gemäß dieser Ausgestaltung kann einfach eine derartige Unterscheidung zwischen Filterfehler und Totzeitfehler erfolgen und dann die jeweilige Fehlerart entsprechend signalisiert oder in einem Fehlerspeicher gespeichert werden oder auch zur weiteren Anpassung des Betriebs der Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
Gemäß seiner vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die vorgegebene Diagnosefunktion zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwertverlaufs des Lambdareglers einen Wert des Messsignals der Abgassonde als Startwert der Diagnosefunktion zu erfassen und nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer den dann aktuellen Wert des Messsignals als Endwert der Diagnosefunktion zu erfassen. Die erste Zeitdauer ist kürzer vorgegeben als die zweite Zeitdauer. Abhängig von dem Start- und Endwert der Diagnosefunktion wird auf das Vorliegen eines Sondenfehlers erkannt oder nicht erkannt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Amplitude der Zwangsanregung während des Diagnosebetriebs größer vorgegeben als außerhalb des Diagnosebetriebs. Auf diese Weise kann einfach eine besonders zuverlässige Diagnose insbesondere im Hinblick auf die Unterscheidung zwischen dem Totzeitfehler und dem Filterfehler durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei erkanntem Sensorfehler im Falle eines erkannten Totzeitfehlers ein zugeordneter Totzeitfehler-Reglerparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert und im Falle eines erkannten Fil- terfehlers ein zugeordneter Filterfehlerreglerparametersatz und/oder Filter-Modellparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert. Auf diese Weise kann in beiden Fehlerfällen ein bezüglich des jeweiligen Fehlers optimierter Betrieb des Lambdareglers bzw. der Lambdaregelung durchgeführt werden und so insbesondere in beiden Fehlerfällen jeweils möglichst geringe Schadstoffemissionen gewährleistet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine und eine zugeordnete Steuervorrichtung, Figur 2 ein Blockdiagramm einer Lambdaregelung, die insbesondere in der Steuervorrichtung ausgebildet ist,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms,
Figur 4 einen ersten Signalverlauf aufgetragen über die Zeit t und
Figur 5 einen zweiten Signalverlauf aufgetragen über die Zeit t .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt, einen Mo¬ torblock, einen Zylinderkopf und einen Abgastrakt 1 (Figur 1). Der Ansaugtrakt umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe, ferner einen Sammler und ein Saugrohr, das hin zu einem Zylinder über einen Einlasskanal in den Motorblock geführt ist. Der Motorblock umfasst ferner eine Kurbelwelle, welche über eine Pleuelstange mit einem Kolben des Zylinders gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf umfasst einen Ventilantrieb mit einem Gas¬ einlassventil und einem Gasauslassventil. Er umfasst ferner ein Einspritzventil 2 und vorzugsweise eine Zündkerze. Alternativ kann das Einspritzventil 2 auch in einem Saugrohr angeordnet sein .
In dem Abgastrakt 1 ist ein Abgaskatalysator 3 angeordnet, der bevorzugt als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet ist. Ferner ist optional in dem Abgastrakt 1 ein weiterer Abgaskatalysator 5 angeordnet, der als NOX-Katalysator ausgebildet ist. Eine Steuervorrichtung 7 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedenen Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 7 ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere
Stellsignale zum Steuern der Stellgeräte umgesetzt werden, insbesondere zum Steuern deren Stellantriebe, die auf Stell¬ glieder der Stellgeräte einwirken. Die Steuervorrichtung 7 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber, ein Luftmassensensor, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe erfasst, ein Temperatursensor, welcher eine Ansauglufttempe¬ ratur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor, ein Kurbelwellenwin- kelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle erfasst und dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Ferner ist eine Abgassonde 9 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 3 oder gegebenenfalls auch in dem Abgaska¬ talysator 3 angeordnet ist. Das Messsignal MSI der Abgassonde 9 ist repräsentativ für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases und ist so charakteristisch für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders und stromaufwärts der Abgassonde 9 vor der Oxidation des Kraftstoffs und somit repräsentativ für eine erfasste Luftzahl LAM_AV.
Gegebenenfalls kann stromabwärts der Abgassonde 9 eine weitere Abgassonde 11 in oder stromabwärts des Abgaskatalysators 3 angeordnet sein, die ebenfalls einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases erfasst. Das Messsignal der Abgassonde 11 ist mit MS2 bezeichnet. Die Abgassonde 9 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde. Die weitere Abgassonde 11 ist bevorzugt eine binäre Lambdasonde, sie kann jedoch grundsätzlich auch eine lineare Lambdasonde sein. Entsprechendes gilt für die Abgassonde 9. Je nach Ausführungsform kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe, die Gaseinlass- und Gasauslassventile, das Einspritzventil 2 oder die Zündkerze.
Die Brennkraftmaschine kann gegebenenfalls selbstverständlich mehrere Zylinder umfassen, denen dann gegebenenfalls auch entsprechende Stellantriebe und gegebenenfalls Sensoren zu¬ geordnet sind.
Ein Blockdiagramm einer Lambdaregelung, die mittels der
Steuervorrichtung 7 ausgebildet ist, ist in der Figur 2 dargestellt.
Eine vorgegebene Luftzahl LAM_SP_RAW kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung für einen regulären Betrieb fest vorgegeben sein. Bevorzugt wird sie beispielsweise abhängig von dem aktuellen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, wie einem Homogen- oder Schichtbetrieb und/oder abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.
Ein Block Bl ist dazu ausgebildet, eine Zwangsanregung ZWA zu ermitteln, die bevorzugt in Form eines periodischen recht- eckförmigen Signals ausgebildet ist, das um einen neutralen Wert oszilliert. Ausgangsseitig einer Summierstelle Sl wird eine vorgegebene zwangsangeregte Luftzahl LAM_SP zur Verfügung gestellt .
Die vorgegebene zwangsangeregte Luftzahl LAM_SP ist einem Block B2 zugeführt, der eine Vorsteuerung beinhaltet und einen Lambdavorsteuerfaktor LAM_FAC_PC abhängig von der vorgegebenen zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP erzeugt.
In einem Block B4 ist ein Filter ausgebildet und zwar insbesondere basierend auf einem Streckenmodell, mittels dessen die vor¬ gegebene zwangsangeregte Luftzahl LAM_SP gefiltert wird und so ein Sollwert eines Lambdareglers LAM_SP_FIL erzeugt wird.
Ein Block B6 ist vorgesehen, dessen Eingangsgrößen eine Drehzahl N und/oder eine Last LOAD sind. Die Last kann beispielsweise repräsentiert sein durch den Saugrohrdruck oder auch den Luftmassenstrom MAF . Der Block B6 ist dazu ausgebildet, abhängig von der Drehzahl N und/oder der Last LOAD eine Totzeit T_T zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise in dem Block B6 ein Kennfeld gespeichert sein und die Totzeit T_T mittels Kennfeldinter¬ polation ermittelt werden.
Ferner ist ein Block B8 vorgesehen, dessen Eingangsgrößen die Drehzahl N und/oder die Last LOAD sind. Der Block B8 ist ausgebildet zum Ermitteln einer Verzögerungszeit T_V abhängig von seinen Eingangsgrößen und zwar bevorzugt mittels Kennfeldinterpolation über ein in dem Block B8 abgelegtes Kennfeld. Die Kennfelder sind bevorzugt vorab durch Versuche oder Si¬ mulationen ermittelt.
Die Totzeit T_T und auch die Verzögerungszeit T_V sind cha¬ rakteristisch für eine Gaslaufzeit, die zwischen einem für das Zumessen von Kraftstoff relevanten Zeitpunkt bis zu einem korrelierenden Verlauf des Messsignals MSI an der Abgassonde 9 vergeht. Bevorzugt sind die Totzeit T_T und/oder die Verzö¬ gerungszeit T_V Eingangsgrößen des Blocks B4 und somit des Filters . Das Filter umfasst bevorzugt ein Pade-Filter. Darüber hinaus umfasst der Block B4 bevorzugt auch ein Tiefpassfilter, das insbesondere das Verhalten der Abgassonde 9 approximiert ab¬ hängig von der Verzögerungszeit T_V.
Einer dritten Summierstelle S3 ist eine erfasste Luftzahl LAM_AV zugeführt, die abhängig von dem Messsignal MSI der Abgassonde 9 ermittelt wird. Abhängig von dem Sollwert LAM_SP_FIL des Lambdareglers und der erfassten Luftzahl LAM_AV wird in der dritten Summierstelle durch Bilden einer Differenz eine Regeldifferenz D_LAM ermittelt.
Die Regeldifferenz D_LAM ist Eingangsgröße eines Blocks B12, in dem der Lambdaregler ausgebildet ist und zwar bevorzugt als PI I^D-Regler . Das Stellsignal des Lambdareglers des Blocks B12 ist beispielsweise ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC_FB .
Ferner ist ein Block B14 vorgesehen, in dem abhängig von einer Last LOAD und der vorgegebenen zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. Bevorzugt ist die Last LOAD in diesem Fall eine in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders einströmende Luftmasse pro Arbeits¬ spiel . In einer Multiplizierstelle Ml wird eine korrigierte zuzu¬ messende Kraftstoffmasse MFF_COR durch Bilden des Produkts der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF, des Lambdavorsteuerfaktors LAM_FAC_PC und des Lambdaregelfaktors LAM_FAC_FB ermittelt. Das Einspritzventil 2 wird entsprechend zum Zumessen der korri- gierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR angesteuert.
Die Steuervorrichtung 7 umfasst einen Programm- und Datenspeicher und eine Recheneinheit, in der während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein oder mehrere Programme, die in dem Programmspeicher gespeichert sind, abgearbeitet werden.
Ein Ablaufdiagramm eines Programms ist anhand der Figur 3 näher erläutert. Das Programm wird in einem Schritt Sl gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. In einem Schritt S3 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine aktuell in einem vorgegebenen Betriebsbereich betrieben wird, der beispielsweise ein unterer Teillastbereich sein kann mit beispielsweise einer maximalen Drehzahl von in etwa 2500 Umdrehungen pro Minute. Ferner wird in dem Schritt S3 geprüft, ob zumindest eine weitere Bedingung erfüllt ist, die beispielsweise erfüllt ist, wenn ein quasi stationärer Betriebszustand vorliegt und/oder eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist seit einem letzten Abschluss eines Diagnosebetriebs und/oder ob eine vorgegebene Fahrtstrecke seit dem letztmaligen Abschluss des Diagnosebetriebs abgefahren wurde. Sind die Bedingungen des Schrittes S3 erfüllt, so wird ein Diagnosebetrieb eingenommen und die Bearbeitung in einem Schritt S5 fortgesetzt. Andernfalls wird die Bearbeitung erneut, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer in dem Schritt S3 fortgesetzt.
In dem Schritt S5 wird eine Diagnosefunktion DIAGF durchgeführt, mittels der ermittelt wird, ob ein Sondenfehler SOND_ERR der Abgassonde 9 vorliegt . Im Anschluss wird die Bearbeitung in einem Schritt S7 fortgesetzt, in dem, falls der Sondenfehler SOND_ERR nicht vorliegt, dann die Bearbeitung, gegebenenfalls nach der vorgegebenen Wartezeitdauer, erneut in dem Schritt S3 fortgesetzt wird.
Andernfalls wird nach dem Schritt S7 die Bearbeitung in einem Schritt S9 fortgesetzt. In dem Schritt S9 wird die weitere Bearbeitung solange verzögert, bis eine Flanke des Sollwert¬ verlaufs des Sollwerts LAM_SP_FIL des Lambdareglers erkannt wird. Dies kann grundsätzlich eine steigende oder eine fallende Flanke sein.
Zeitlich korrelierend zu der erkannten Flanke des Sollwert- Verlaufs des Sollwertes LAM_SP_FIL, also insbesondere unmit¬ telbar danach, wird in einem Schritt Sil ein Wert des Messsignals MSI der Abgassonde 9 als Startwert STW erfasst, wobei dieser die jeweilige erfasste Luftzahl LAM_AV sein kann. Anschließend wird in einem Schritt S13 ein Timer gestartet, der nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer TD1 abläuft . Nach Ablauf des Timers wird die Bearbeitung in dem Schritt S15 fortgesetzt, in dem der dann aktuelle Wert des Messsignals MSI der Abgassonde 9 als Endwert EW ermittelt wird, wobei dies auch insbesondere wieder die dann aktuelle erfasste Luftzahl LAM_AV sein kann.
In einem Schritt S17 wird ein Schwellenwert THD ermittelt, der in einer einfachen Ausgestaltung fest vorgegeben sein kann, aber auch abhängig von zumindest einer Größe insbesondere mittels eines Kennfeldes, ermittelt werden kann. Dazu ist beispielsweise ein entsprechendes Kennfeld vorgesehen, mittels dessen abhängig von der Drehzahl N und/oder einer Last LOAD der Schwellwert THD ermittelt wird. Die Last kann beispielsweise repräsentiert sein durch einen Luftmassenstrom und/oder einen Saugrohrdruck. In einem Schritt S19 wird geprüft, ob eine betragsmäßige Ab¬ weichung zwischen dem Endwert EW und dem Startwert STW größer ist als der Schwellenwert THD. Ist dies der Fall, so wird auf einen Filterfehler FIL_ERR erkannt und zwar in dem Schritt S21 und andernfalls in einem Schritt S23 auf einen Totzeitfehler DEL_ERR.
Die erste Zeitdauer TD1 ist derart vorgegeben, dass sich im Falle des Filterfehlers FIL_ERR die jeweilige Differenz des Endwertes EW und des Startwertes STW mindestens um einen vorgegebenen Unterschiedswert von der jeweiligen Differenz des Endwertes EW und des Startwertes STW im Falle des Totzeitfehlers DEL_ERR unterscheidet .
Im Anschluss an die Schritte S21 beziehungsweise S23 wird die Bearbeitung erneut, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer, in dem Schritt S3 fortgesetzt.
Während des Diagnosebetriebs, also von der Bearbeitung des Schrittes S5 bis zu dem Schritt S7, falls dessen Bedingung nicht erfüllt ist, und andernfalls bis zu der Bearbeitung der Schritte S21 beziehungsweise S23, ist die Amplitude der Zwangsanregung ZWA größer vorgegeben als außerhalb des Diagnosebetriebs. Die Amplitude der Zwangsanregung kann beispielsweise um das 2- bis 3- oder 4-Fache in dem Diagnosebetrieb im Vergleich zu dem sonstigen Betrieb betragen.
Beim Durchführen der Diagnosefunktion DIAGF in dem Schritt S5 wird beispielsweise zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwertverlaufs des Sollwertes des Lambdareglers ein Wert des Messsignals MSI als Startwert der Diagnosefunktion erfasst. Nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer wird der dann aktuelle Wert des Messsignals MSI der Abgassonde 9 als Endwert der Diagno¬ sefunktion erfasst. Die erste Zeitdauer TD1 ist kürzer vorgegeben als die zweite Zeitdauer. Abhängig von dem Startwert und Endwert der Diagnosefunktion wird auf ein Vorliegen des Sondenfehlers SOND_ERR erkannt oder nicht erkannt.
Die erste Zeitdauer TD1 ist insbesondere deutlich kürzer vorgegeben als die zweite Zeitdauer. Die zweite Zeitdauer ist in diesem Zusammenhang beispielsweise so vorgegeben, dass sich bei ihrem Ablauf bei einer nominalen Abgassonde der Wert des
Messsignals und insbesondere der erfassten Luftzahl LAMV in einem sehr engen Bereich nahe an dem Sollwert des Lambdareglers LAM_SP_FIL befindet und demgegenüber die erfasste Luftzahl LAM AV sowohl im Falle eines Filterfehlers FIL ERR als auch im Falle des Totzeitfehlers DEL_ERR noch deutlich beabstandet von diesem befindet.
Bevorzugt wird im Fall eines erkannten Totzeitfehlers DEL_ERR ein zugeordneter Totzeitfehler-Reglerparametersatz und/oder Totzeitfehler-Modellparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert. Entsprechendes gilt im Falle eines erkannten Filter¬ fehlers FIL_ERR, in dem dann ein zugeordneter Filterfehler-Reglerparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert wird und/oder ein zugeordneter Filterfehler-Modellparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert wird. In diesem Zusammenhang umfasst der jeweilige Reglerparametersatz insbesondere die Reglerparameter des Lambdareglers . Der Modellparametersatz betrifft insbesondere die Parameter des Streckenmodells des Filters des Blocks B4. Sie können somit beispielsweise die
Ausgangsgrößen der Blöcke B6 und B8 umfassen. Dabei sind die Regelparameter und auch die Modellparameter jeweils im Hinblick auf einen erwarteten Verlauf des Messsignals MSI in Antwort auf eine Flanke des Sollwertverlaufs des Lambdareglers hin ap- pliziert und zwar insbesondere unter Berücksichtigung mindestens eines vorgegebenen Gütekriteriums und entsprechender Opti¬ mierung dieses Gütekriteriums.
Für den Betrieb der Lambdaregelung im Falle eines nichterkannten Sondenfehlers der Abgassonde 9 sind sowohl die Reglerparameter als auch die Modellparameter im Hinblick auf ein Messsignalverhalten der nominalen Abgassonde hin appliziert. Für den Fall des Totzeitfehlers sind die Reglerparameter des Totzeitfeh¬ ler-Reglerparametersatzes bzw. die Modellparameter des Tot- zeitfehler-Modellparametersatzes für das erwartete Messsig¬ nalverhalten einer derartigen Abgassonde mit Totzeitfehler hin appliziert. Für den Fall des Filterfehlers sind die
Reglerparameter des Filterfehler-Reglerparametersatzes bzw. die Modellparameter des Filterfehler-Modellparametersatzes für das erwartete Messsignalverhalten einer derartigen Abgassonde mit Filterfehler hin appliziert.
In der Figur 4 sind verschiedene Signalverläufe aufgetragen über die Zeit t. Dabei repräsentiert ein erster Signalverlauf SV1 einen Verlauf des Sollwertes LAM_SP_FIL des Lambdareglers und SV2 den Signalverlauf der erfassten Luftzahl LAM_AV für den Fall der Abgassonde 9 mit Filterfehler. Ein Signalverlauf SV3 reprä¬ sentiert den Signalverlauf der erfassten Luftzahl LAM_AV für die nominale Abgassonde.
In der Figur 5 sind ebenfalls Signalverläufe aufgetragen über die Zeit t. SV4 repräsentiert hier den Verlauf des Sollwertes LAM_SP_FIL des Lambdareglers. SV5 repräsentiert den Verlauf der erfassten Luftzahl LAM_AV in dem Fall, dass die Abgassonde 9 den Totzeitfehler DEL_ERR aufweist. SV6 repräsentiert den Verlauf der erfassten Luftzahl LAM_AV für die nominale Abgassonde.
Durch das oben genante Vorgehen wird auch ein Beitrag dazu geleistet, dass die Lebensdauer der einzelnen Komponenten, so beispielsweise der Abgassonde 9 und/oder des Abgaskatalysators 3, erhöht werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt (1) der Brennkraftmaschine strom¬ aufwärts oder in einem Abgaskatalysator (3) angeordneten Abgassonde (9), deren Messsignal (MSI) charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases, bei dem
- eine Luftzahl (LAM_SP) beaufschlagt mit einer vorge¬ gebenen Zwangsanregung (ZWA) vorgegeben wird als Basis für einen Sollwert (LAM_SP_FIL) eines Lambdareglers,
- abhängig von dem Messsignal (MSI) der Abgassonde (9) und dem Sollwert (LAM_SP_FIL) des Lambdareglers ein Stellsignal des Lambdareglers ermittelt wird,
- in einem vorgegebenen Diagnosebetrieb
-- mittels einer vorgegebenen Diagnosefunktion (DIAGF) ermittelt wird, ob ein Sondenfehler (SOND_ERR) der Abgassonde vorliegt,
-- falls ein Sondenfehler (SOND_ERR) erkannt wurde,
zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwert¬ verlaufs des Lambdareglers ein Wert des Messsignals (MSI) als Startwert (STW) erfasst wird und nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer (TD1) der dann aktuelle Wert des Messsignals (MSI) als Endwert (EW) erfasst wird,
abhängig von dem Startwert (STW) und dem Endwert (EW) ermittelt wird, ob ein Filterfehler (FIL_ERR) oder ein Totzeitfehler (DEL_ERR) der Abgassonde (9) vorliegt, wobei die erste Zeitdauer (TD1) derart vorgegeben ist, dass sich im Falle eines Filterfehlers (FIL_ERR) die jeweilige Differenz des Endwertes (EW) und des Startwertes (STW) mindestens um einen vorgegebenen Unterschiedswert zu der jeweiligen Differenz des Endwertes (EW) und des Startwertes (STW) im Falle eines Totzeitfehlers (DEL_ERR) unter¬ scheidet . Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die vorgegebene Diagnosefunktion (DIAGF) umfasst:
- zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwert¬ verlaufs des Lambdareglers einen Wert des Messsignals (MSI) als Startwert der Diagnosefunktion zu erfassen und nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer den dann aktuellen Wert des Messsignals (MSI) als Endwert der Diagnosefunktion zu erfassen, wobei die erste Zeitdauer kürzer vorgegeben ist als die zweite Zeitdauer,
- und abhängig von dem Startwert der Diagnosefunktion in dem Endwert der Diagnosefunktion auf das Vorliegen eines Sondenfehlers (SOND_ERR) erkannt oder nicht erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem eine Amplitude der Zwangsanregung (ZWA) während des Diagnosebetriebs größer vorgegeben wird als außerhalb des Diagnosebetriebs .
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem bei erkanntem Sensorfehler, im Falle eines erkannten Totzeitfehlers (DEL_ERR) ein zugeordneter Totzeitfehler-Reglerparametersatz und/oder zugeordneter Totzeitfehler-Modellparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert wird und im Falle eines erkannten Filterfehlers (FIL_ERR) ein zugeordneter Filterfehler-Reglerparametersatz und/oder Filterfehler-Modellparametersatz für die Lambdaregelung aktiviert wird .
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt (1) der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator (3) angeordneten Abgassonde (9), deren Messsignal (MSI) charak- teristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass
- eine Luftzahl (LAM_SP) beaufschlagt mit einer vorge¬ gebenen Zwangsanregung (ZWA) vorgegeben wird als Basis für einen Sollwert (LAM_SP_FIL) eines Lambdareglers,
- abhängig von dem Messsignal (MSI) der Abgassonde (9) und dem Sollwert (LAM_SP_FIL) des Lambdareglers ein Stellsignal des Lambdareglers ermittelt wird,
- in einem vorgegebenen Diagnosebetrieb
-- mittels einer vorgegebenen Diagnosefunktion (DIAGF) ermittelt wird, ob ein Sondenfehler (SOND_ERR) der Abgassonde vorliegt,
-- falls ein Sondenfehler (SOND_ERR) erkannt wurde,
zeitlich korrelierend zu einer Flanke des Sollwert¬ verlaufs des Lambdareglers ein Wert des Messsignals (MSI) als Startwert (STW) erfasst wird und nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer (TD1) der dann aktuelle Wert des Messsignals (MSI) als Endwert (EW) erfasst wird,
abhängig von dem Startwert (STW) und dem Endwert (EW) ermittelt wird, ob ein Filterfehler (FIL_ERR) oder ein Totzeitfehler (DEL_ERR) der Abgassonde (9) vorliegt, wobei die erste Zeitdauer (TD1) derart vorgegeben ist, dass sich im Falle eines Filterfehlers (FIL_ERR) die jeweilige Differenz des Endwertes (EW) und des Startwertes (STW) mindestens um einen vorgegebenen Unterschiedswert zu der jeweiligen Differenz des Endwertes (EW) und des Startwertes (STW) im Falle eines Totzeitfehlers (DEL_ERR) unter¬ scheidet .
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