DE102006014916B4

DE102006014916B4 - Diagnoseverfahren für eine Abgassonde und Diagnosevorrichtung für eine Abgassonde

Info

Publication number: DE102006014916B4
Application number: DE102006014916A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Rösel; Norbert Dr. Sieber
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: US20070244621A1; KR20070098626A; KR101369790B1; DE102006014916A1; US7499792B2

Abstract

Diagnoseverfahren für eine Abgassonde (43), die stromabwärts eines Katalysators (21) in einem Abgastrakt (4) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, bei dem
– ein erster Gütewert (GW1), der repräsentativ ist für eine Signaldynamik des Messsignals (MS1) der Abgassonde (43), abhängig von dem Messsignal (MS2) der Abgassonde (43) ermittelt wird,
– falls der erste Gütewert (GW1) zumindest eine vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, die Abgassonde (21) als korrekt funktionierend diagnostiziert wird,
– falls der erste Gütewert (GW1) nicht zumindest die vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, eine Katalysatordiagnose durchgeführt wird umfassend eine Beladung mit Sauerstoff und/oder Entleerung von Sauerstoff mit mindestens zwei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen, und abhängig von der Katalysatordiagnose die Abgassonde (43) entweder als korrekt oder fehlerhaft funktionierend diagnostiziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren und eine Diagnosevorrichtung für eine Abgassonde in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgassonde stromabwärts eines Katalysators in dem Abgastrakt angeordnet ist.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum andern 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 Katalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln. Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch einen Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
In diesem Zusammenhang muss sichergestellt werden, dass die Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems auch in der ge wünschten Art und Weise über eine lange Betriebsdauer funktionieren und Fehler zuverlässig erkannt werden.
In diesem Zusammenhang ist es auch wichtig, dass Fehler an Sensoren, wie beispielsweise Abgassonden, sicher und zuverlässig erkannt werden.
Aus der EP 1 437 501 A1 ist es bekannt, zum Überprüfen einer Lambdasonde, die stromabwärts eines Abgaskatalysators in einem Fahrzeug angeordnet ist, den Katalysator vollständig mit Sauerstoff zu beladen oder zu entladen und anschließend eine erste Zeitverzögerung zu messen, bis die vollständige Sauerstoffbeladung oder -entladung durch die Lambdasonde erfasst wird. Anschließend wird der Katalysator vollständig von dem Sauerstoff entladen oder beziehungsweise beladen und es wird eine zweite Zeitverzögerung gemessen, bis die Lambdasonde die vollständige Sauerstoffentladung beziehungsweise -beladung erfasst. Durch Vergleich der ersten und zweiten gemessenen Verzögerungszeiten wird ein Zustand der Lambdasonde verifiziert.
Aus der DE 198 28 929 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen des Dynamikverhaltens eines NOx-Messaufnehmers bekannt, der stromabwärts eines NOx-Speicherkatalysators angeordnet ist. Der NOx-Speicherkatalysator ist dazu ausgebildet, in einer Regenerationsphase unter Zugabe eines Reduktionsmittels, gespeichertes NOx katalytisch umzusetzen, wobei das Reduktionsmittel durch kurzzeitigen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem fetten Luft-/Kraftstoff-Gemisch erzeugt wird. Während der Regenerationsphase wird eine Änderungsrate einer NOx-Konzentration überwacht und ein fehlerhaftes Dynamikverhalten des diese Stoffkonzentration darstellenden Signals des NOx-Messaufnehmers diagnostiziert, wenn die Änderungsrate des Signals des Messaufnehmers nicht mit ausreichender Flankensteilheit wiedergegeben wird.
Aus der DE 43 31 153 A1 ist es bekannt, stromaufwärts und stromabwärts eines Katalysators Lambdasonden anzuordnen und zu einer Diagnose der Lambdasonde, die stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, sowohl die Amplitude als auch eine Regellage und eine Regelfrequenz der Ausgangsspannungen beider Lambdasonden während zumindest einer vorgegebenen Betriebsweise zu ermitteln, bei der fehlerhaftes Arbeiten von Katalysator und Regelsonde zu signifikanten Änderungen der Amplitude und/oder der Regellage und/oder der Regelfrequenz führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Diagnoseverfahren und eine Diagnosevorrichtung für eine Abgassonde zu schaffen, die stromabwärts eines Katalysators eines Abgastrakts einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, das beziehungsweise die einfach und zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Diagnoseverfahren und eine entsprechende Diagnosevorrichtung für eine Abgassonde, die stromabwärts eines Katalysators in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Ein erster Gütewert, der repräsentativ ist für eine Signaldynamik des Messsignals der Abgassonde, wird ermittelt abhängig von dem Messsignal der Abgassonde. Falls der erste Gütewert zumindest eine vor gegebene Signaldynamik repräsentiert, wird die Abgassonde als korrekt funktionierend diagnostiziert. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im typischen Betrieb der Brennkraftmaschine häufig Wechsel zwischen einem fetten und einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch und umgekehrt stattfinden und zwar in einer sprunghaften Form. Dementsprechend weist dann bei einer korrekt funktionierenden Abgassonde deren Messsignal eine entsprechende Signaldynamik auf und zwar insbesondere dann, wenn der Katalysator bezüglich des in ihm speicherbaren Sau erstoffs vollständig ausgeräumt ist oder auch dann, wenn sein Sauerstoffspeicher vollständig beladen ist. Typischerweise nimmt mit einem alternden Katalysator auch dessen Sauerstoffspeicherfähigkeit ab und somit nimmt dann bei dem typischen Betrieb der Brennkraftmaschine und bei korrekt funktionierender Abgassonde deren Signaldynamik zu. Der erste Gütewert ist somit sehr einfach, insbesondere während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine ohne weitere Eingriffe in den Betrieb ermittelbar. Somit kann abhängig von dem ersten Gütewert zumindest eine korrekt funktionierende Abgassonde stromabwärts des Katalysators sehr einfach diagnostiziert werden, insbesondere bei verringerter Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators.
Falls der erste Gütewert nicht zumindest die vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, wird eine Katalysatordiagnose durchgeführt. Diese umfasst eine Beladung des Katalysators mit Sauerstoff und/oder eine Entleerung von Sauerstoff mit mindestens zwei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen. Abhängig von der Katalysatordiagnose wird die Abgassonde dann entweder als korrekt oder fehlerhaft funktionierend diagnostiziert. Auf diese Weise kann dann, wenn abhängig von dem ersten Gütewert die Abgassonde noch nicht als korrekt funktionierend diagnostiziert werden kann, durch die nachgeschaltete Katalysatordiagnose eine Aussage darüber getroffen werden, ob die Abgassonde korrekt oder fehlerhaft funktioniert. Durch das Vorsehen der zwei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen kann zusätzlich ein Einfluss einer veränderten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators separiert werden von dem Ansprechverhalten der Abgassonde.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Gütewert abhängig von einem Gradienten des Messsig nals der Abgassonde ermittelt. Der Gradient des Messsignals der Abgassonde lässt sich besonders einfach, insbesondere mitlaufend, während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine ermitteln, z. B. für ein wählbares Zeitintervall.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Gütewert ermittelt hinsichtlich der Signaldynamik des Messsignals der Abgassonde für einen Übergang des Messsignals, der repräsentativ ist für einen Übergang des von der Abgassonde sensierten Luft/Kraftstoffverhältnisses von mager nach fett. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da bislang noch keine Möglichkeiten vorhanden waren, die Abgassonde im Hinblick auf diesen Übergang des von der Abgassonde sensierten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von mager nach fett, insbesondere zuverlässig, zu diagnostizieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt durch Aufmodulieren eines Zwangsanregungssignals auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei zum Einstellen des ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während der Katalysatordiagnose eine Amplitude des Zwangsanregungssignals auf einen ersten Amplitudenwert eingestellt wird und eine Frequenz des Zwangsanregungssignals auf eine erste Frequenz eingestellt wird. Zum Einstellen des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während der Katalysatordiagnose wird die Amplitude des Zwangsanregungssignals auf einen zweiten Amplitudenwert eingestellt und die Frequenz des Zwangsanregungssignals auf eine zweite Frequenz eingestellt. Ein Produkt der ersten Amplitude und der ersten Frequenz ist gleich einem Produkt der zweiten Amplitude und der zweiten Frequenz. Auf diese Weise kann die Katalysatordiagnose besonders einfach durchge führt werden, da im Rahmen einer möglichen Lambdaregelung ohnehin eine Zwangsanregung vorgesehen ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Rahmen der Katalysatordiagnose das Messsignal der Abgassonde ausgewertet wird. Auf diese Weise wird dann das der zu diagnostizierende Komponente zugeordnete Messsignal auch ausgewertet.
In diesem Zusammenhang ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn im Rahmen der Katalysatordiagnose das Messsignal der Abgassonde im Bezug zu einem Referenzwert integriert wird. Auf diese Weise kann die Diagnose besonders präzise durchgeführt werden, insbesondere im Hinblick auf ein mögliches Rauschen des Messsignals der Abgassonde oder auch möglicher einzelner fehlerhafter Messwerte.
Der Referenzwert wird bevorzugt geeignet so gewählt, dass er in etwa dem typischen Messsignal bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn im Rahmen der Katalysatordiagnose das Messsignal der Abgassonde im Bezug zu dem Referenzwert integriert wird, wobei eine Abgastemperatur des Abgases in dem Abgastrakt berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann die Diagnose noch präziser erfolgen, da die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators abhängt von der Abgastemperatur.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Rahmen der Katalysatordiagnose ein zweiter Gütewert bezüglich des ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Ein dritter Gütewert wird bezüglich des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Abhängig von dem zweiten und dritten Gütewert wird die Abgassonde entweder als korrekt oder fehlerhaft funktionierend diagnostiziert. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Korrelation der Diagnose im Hinblick auf das Verhalten der Abgassonde und somit eine äußerst präzise Diagnose der Abgassonde sichergestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine,
2 ein Blockdiagramm eines Teils einer Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine,
3 ein Ablaufdiagramm eines Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
4 erste Signalverläufe und
5 zweite Signalverläufe.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt ist ein Katalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Er kann auch als NOx-Katalysator ausgebildet sein. Ein NOx-Katalysator kann auch zusätzlich zu dem Dreiwegekatalysator vorgesehen sein. Es kann auch mehr als ein Dreiwegekatalysator vorhanden sein.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen Messgrößen und von diesen abgeleitete Größen.
Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Diagnosevorrichtung bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, wel cher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird und ein zweiter Temperatursensor 38, welcher eine Kühlmitteltemperatur erfasst.
Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Katalysators 21 oder in dem Katalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der ersten Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1–Z4.
Ferner ist eine zweite Abgassonde 43 vorgesehen, die stromabwärts des Katalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS2 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der zweiten Abgassonde 43 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Katalysators 21.
Die erste Abgassonde 42 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde. Die zweite Abgassonde 43 ist eine binäre Lambdasonde. Sie kann jedoch auch eine lineare Lambdasonde sein.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind.
Ein Blockdiagramm eines Teils der Steuervorrichtung 25 ist in der 2 dargestellt. Ein vorgegebenes Roh-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP_RAW kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung fest vorgegeben sein. Es wird jedoch bevorzugt beispielsweise abhängig von dem aktuellen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, wie einem Homogen- oder einem Schichtbetrieb und/oder abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt. Insbesondere kann das vorgegebene Roh-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP_RAW als in etwa das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorgegeben sein.
In einem Block B1 wird eine Zwangsanregung ermittelt und in der ersten Summierstelle SUM1 mit dem vorgegebenen Roh-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP_RAW summiert. Die Zwangsanregung ist ein quasi-rechteckförmiges Signal. Die Ausgangsgröße der Summierstelle ist dann ein vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP in den Brennräumen der Zylinder Z1 bis Z4.
Das vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP ist einem Block B2 zugeführt, der eine Vorsteuerung beinhaltet und einen Lambdavorsteuerfaktor LAMB_FAC_PC abhängig von dem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP erzeugt.
Ferner ist ein Trimmregler vorgesehen, der abhängig von dem zweiten Messsignal ein Trimmsignal erzeugt. Das durch die erste Abgassonde 42 erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_AV wird in einem Verknüpfungspunkt V1 abhängig von dem Trimmsignal korrigiert und so ein korrigiertes erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhalten.
In einer zweiten Summierstelle SUM2 wird abhängig von dem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP und dem korrigierten erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_AV_COR durch Bilden einer Differenz eine Regeldifferenz D_LAMB ermittelt, die Eingangsgröße in einen Block B4 ist. In dem Block B4 ist ein linearer Lambdaregler ausgebildet und zwar bevorzugt als PII²D-Regler. Die Stellgröße des linearen Lambdareglers des Blocks B4 ist ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC_FB.
Das vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP kann auch vor dem Bilden der Differenz in der Summierstelle SUM2 einer Filterung unterzogen werden.
Ferner ist ein Block B6 vorgesehen, in dem abhängig von einer Last LOAD, die beispielsweise ein Luftmassenstrom sein kann, eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. In der Multiplizierstelle M1 wird eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse durch Bilden des Produkts der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF, des Lambdavorsteuerfaktors LAM_FAC_PC und des Lambdaregelfaktors LAM_FAC_FB ermittelt. Das Einspritzventil 18 wird dann entsprechend zum Zumessen der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR angesteuert.
Ein Programm zum Durchführen einer Diagnose der zweiten Abgassonde 43, die stromabwärts des Katalysators 21 angeordnet ist, ist in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert und wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine in der Steuervorrichtung abgearbeitet. Das Programm ist im Folgenden näher anhand des Ablaufdiagramms der 3 erläutert. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet. Dies kann beispielsweise zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine erfolgen, aber auch zu einem beliebigen vorgebbaren Zeitpunkt, an dem eine Diagnose der zweiten Abgassonde 43 durchgeführt werden soll. Gegebenenfalls werden in einem Schritt S1 Variablen initialisiert.
In einem Schritt S2 wird ein Gradient GRAD des Messsignals MS2 der zweiten Abgassonde 43 ermittelt.
In einem Schritt S4 wird dann ein erster Gütewert GW1 abhängig von dem Gradienten GRAD ermittelt. Beispielsweise kann der in dem Schritt S2 ermittelte Gradient GRAD direkt dem ersten Gütewert GW1 zugeordnet werden. Er kann jedoch auch noch beispielsweise beliebig normiert werden oder auch beispielsweise einer geeigneten Filterung oder dergleichen unterzogen werden.
In einem Schritt S10 erfolgt dann eine Diagnose DIAG. Es wird in dem Schritt S10 geprüft, ob der erste Gütewert GW1 größer ist als ein erster Schwellenwert THD1. Der erste Schwellenwert THD1 ist in diesem Zusammenhang so vorgegeben, dass wenn der erste Gütewert größer ist als der erste Schwellenwert THD1, die zweite Abgassonde 43 eine derart ausreichende Signaldynamik hat, dass unabhängig von Katalysatoreinflüssen sichergestellt werden kann, dass sie korrekt funktionsfähig ist. Der erste Schwellenwert THD1 kann empirisch ermittelt sein. In dem Schritt S4 kann der erste Gütewert GW1 ermittelt werden, sowohl unter Berücksichtigung von Gradienten mit positiven als auch negativen Vorzeichen.
Es ist jedoch auch möglich alternativ zu dem Schritt S4 einen Schritt S6 vorzusehen, bei dem der erste Gütewert GW1 lediglich abhängig von Werten des Gradienten GRAD ermittelt wird, wenn dieser Werte kleiner Null hat und somit das Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 eine negative Steigung hat. Der erste Gütewert GW1 ist dann regelmäßig repräsentativ für die Signaldynamik der zweiten Abgassonde 43 von einem Fett- zu einem Magerübergang des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Ferner kann alternativ zu dem Schritt S4 auch ein Schritt S8 vorgesehen sein.
Gemäß des Schrittes S8 wird der erste Gütewert GW1 abhängig von Werten des Gradienten GRAD ermittelt, die größer Null sind. Auf die Weise ist dann der erste Gütewert GW1 repräsentativ für die Signaldynamik des Messsignals MS2 der zweiten Abgassonde 43 im Hinblick auf Übergänge des von der zweiten Abgassonde 43 sensierten Gemisches von mager zu fett. Gerade eine diesbezügliche Diagnose der zweiten Abgassonde 43 ist ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet des Programms gemäß der 3. Selbstverständlich kann auch in der Steuervorrichtung eine erste Version des Programms der 3 mit dem Schritt S6 und eine zweite Version des Programms mit dem Schritt S8 abgearbeitet werden.
Ergibt sich in dem Schritt S10, dass der erste Gütewert GW1 größer ist als der erste Schwellenwert THD1, so erfolgt in einem Schritt S12 die Diagnose DIAG, dass die zweite Abgassonde 43 keine Fehler NE aufweist. Das Programm kann dann in einem Schritt S28 beendet werden.
Zusätzlich zu der in dem Schritt S10 angegebenen Bedingungen, kann in dem Schritt S10 auch noch geprüft werden, ob eine vorgebbare Zeitdauer seit dem Start des Programms in dem Schritt S1 vergangen ist oder beispielsweise, ob seit dem Start des Programms in dem Schritt S1 die Brennkraftmaschine sich zumindest einmal in dem Betriebszustand des Schubabschaltens befunden hat, in dem die Zufuhr von Kraftstoff durch die Einspritzventile 19 unterbunden wird und somit bei geeigneter Dauer des Betriebszustandes der Schubabschaltung der Sauerstoffspeicher des Katalysators 21 vollständig mit Sauerstoff beladen wird. Abhängig von dieser zusätzlichen Bedingung in dem Schritt S10 kann dann auch das Programm in dem Fall, dass bei der Prüfung in dem Schritt S10 der erste Gütewert GW1 nicht größer ist als der erste Schwellenwert und die weitere Bedingung noch nicht erfüllt ist, also beispielsweise die vorgegebene Zeitdauer noch nicht vergangen ist oder entsprechend der Betriebszustand der Schubabschaltung noch nicht eingenommen wurde die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt werden. Dies ist die bevorzugte Ausführungsform des Programms. Auf diese Weise kann ohne Eingriff in den Betrieb der Brennkraftmaschine quasi kontinuierlich die Diagnose DIAG abhängig von dem Gradienten GRAD durchgeführt werden.
Ist die Bedingung des Schrittes S10 oder sind die Bedingungen des Schrittes S10 nicht erfüllt, entsprechend den obigen Ausführungen, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt. In dem Schritt S14 wird eine Amplitude LAMB_AMP des Zwangsanregungssignals auf einen ersten Amplitudenwert LAMB_AMP1 eingestellt. Ferner wird in dem Schritt S14 eine Frequenz LAMB_F des Zwangsanregungssignals auf eine erste Frequenz LAMB_F1 eingestellt.
In einem Schritt S16 wird ein zweiter Gütewert GW2 abhängig von dem Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 ermittelt. Bevorzugt wird dazu das zweite Messsignal MS2 in Bezug zu ei nem Referenzwert integriert und zwar bevorzugt über mehrere Perioden des Zwangsanregungssignals. Der Referenzwert ist bevorzugt so vorgegeben, dass er dem Wert des Messsignals MS2 der zweiten Abgassonde 43 bei einem stöchiometrischen Gemisch vor der Oxidation des Kraftstoffs entspricht. Der Referenzwert kann beispielsweise in etwa 700 mV betragen. Bevorzugt wird der Referenzwert aus einer Mittelung des Messsignals MS2 der zweiten Abgassonde 43 über eine Zwangsanregungsperiode ermittelt. Bevorzugt wird der zweite Gütewert GW2 darüber hinaus unter Miteinbeziehung der jeweils herrschenden Abgastemperatur des Abgases im Bereich der zweiten Abgassonde 43 und/oder der anliegenden Last oder Drehzahl ermittelt.
In einem Schritt S18 wird dann die Amplitude LAMB_AMP des Zwangsanregungssignals auf einen zweiten Amplitudenwert LAMB_AMP2 eingestellt. Ferner wird in dem Schritt S18 auch die Frequenz LAMB_F des Zwangsanregungssignals auf eine zweite Frequenz LAMB_F2 eingestellt. Sowohl der erste Amplitudenwert LAMB_AMP1 als auch die erste Frequenz LAMB_F1 sind jeweils verschieden zu dem zweiten Amplitudenwert LAMB_AMP2 beziehungsweise der zweiten Frequenz LAMB_F2. Bevorzugt ist das Produkt des ersten Amplitudenwertes LAMB_AMP1 und der ersten Frequenz LAMB_E1 gleich dem Produkt des zweiten Amplitudenwertes LAMB_AMP2 und der zweiten Frequenz LAMB_F2.
In einem Schritt S20 wird dann ein dritter Gütewert GW3 abhängig von dem Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt analog zu dem Vorgehen zum Ermitteln des zweiten Gütewerts GW2 in dem Schritt S16.
In einem Schritt S22 erfolgt dann die Diagnose DIAG und zwar abhängig von dem zweiten und dritten Gütewert GW2, GW3. Bevorzugt wird dazu das Verhältnis zwischen dem zweiten und dritten Gütewert GW2, GW3 ermittelt. Auf diese Weise ist dann eine besonders zuverlässige Separation zwischen extrinsischen Katalysatoreinflüssen und intrinsischen Abgassondeneinflüssen möglich. Bevorzugt wird dann auch das so ermittelte Verhältnis mit einem weiteren vorgegebenen Schwellenwert verglichen und abhängig von dem Vergleich die Abgassonde in einem Schritt S24 entweder als fehlerfrei NE diagnostiziert oder als fehlerbehaftet E in einem Schritt S26 diagnostiziert. Der weitere Schwellenwert ist in diesem Zusammenhang bevorzugt empirisch so ermittelt, dass er charakteristisch ist dafür, ob die zweite Abgassonde 43 fehlerfrei funktioniert oder fehlerbehaftet ist.
Typischerweise kann gerade bei einem Katalysator 21, der noch eine sehr gute Sauerstoffspeicherfähigkeit hat, wie dies beispielsweise bei sehr neuen Katalysatoren der Fall sein kann, mittels des Vorgehens der Schritte S2 bis S10 eine tatsächlich fehlerfrei funktionierende zweite Abgassonde 43 nur schwer als solche erkannt werden, da aufgrund der guten Sauerstoffspeicherfähigkeit die Abgaskonzentration im Bereich der zweiten Abgassonde 43 eine im Vergleich zu einem gealterten Katalysator reduzierte geringe Dynamik aufweist und somit auch das Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 keine hohe Signaldynamik aufweisen kann.
In diesem Fall kann dann jedoch mittels der verfeinerten Diagnose entsprechend des Vorgehens der Schritte S14 bis S28 die Abgassonde dennoch sehr zuverlässig diagnostiziert werden. Insbesondere bei einem OBD-Grenzkatalysator mit einer zweiten Abgassonde 43, die eine sehr stark verlängerte Ansprechzeit und somit ein weniger stark fallendes oder steigendes Signal bei Änderung des Gemischverhältnisses aufweist, kann auf diese Weise die fehlerhafte Abgassonde sehr gut er kannt werden und es kann so verhindert werden, dass der tatsächlich auch fehlerhafte Katalysator 21 nicht fehlerhaft als korrekt funktionierend diagnostiziert wird.
Bevorzugt ist während des Durchführens der Schritte S14 bis S22 der Trimmregler aktiviert.
Bevorzugt wird bei der Durchführung der Schritte S14 bis S22 das vorgegebene Roh-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP_RAW auf den stöchiometrischen Wert eingestellt.
Alternativ kann während des Durchführens der Schritte S14 bis S22 die Frequenz LAMB_F der Zwangsanregung jeweils variabel sein und beispielsweise ein Umschalten des Vorgebens eines entsprechenden vorgegebenen fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAMB_SP zu einem entsprechenden mageren vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_SP und umgekehrt abhängig von den Messsignalen MS1, MS2 der ersten oder zweiten Abgassonde 42, 43 erfolgen. Es kann dann der zweite Gütewert GW2 beispielsweise jeweils bezüglich der Messwerte während der Phase ermittelt werden, während der das vorgegebene fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Es kann dann der dritte Gütewert GW3 beispielsweise jeweils bezüglich der Messwerte während der Phase ermittelt werden, während der das vorgegebene fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Entsprechendes kann auch bezüglich der Messwerte erfolgen, die während der Phase ermittelt werden, während der jeweils magere vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnisse eingestellt sind.
Der erste Amplitudenwert AMP1 ist repräsentativ für das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der zweite Amplitudenwert AMP2 ist repräsentativ für das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
In 4 sind verschiedene Signalverläufe aufgetragen über die Zeit t. Es handelt sich hierbei um experimentelle Ergebnisse mit einem ersten Amplitudenwert LAMB_AMP1 von plus minus 2,5 Prozent um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Sauerstoffladung von 60 Milligramm bei einer fehlerbehafteten zweiten Abgassonde 43. SIG1 bezeichnet dabei den Verlauf des bezüglich des Referenzwertes integrierten Messsignals MS2 der zweiten Abgassonde 43. Der zweite Gatewert GW2 wird abhängig von dem Verlauf SIG1 des integrierten Messsignals MS2 der zweiten Abgassonde 43 ermittelt und hier lediglich bei positiven Sprüngen des vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAMB_SP neu abhängig von diesen ermittelt.
5 zeigt korrespondierende Signalverläufe für den gleichen zweiten Abgassensor 43, wobei hier der zweite Amplitudenwert LAMB_AMP2, beispielsweise plus minus 4,5 Prozent bezogen auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die zweite Frequenz LAMB_F2 eingestellt ist.
Aus der 5 ist ersichtlich, dass der Signalverlauf SIG1 des integrierten zweiten Messsignals MS2 bezogen auf den Referenzwert deutlich geringeren Schwankungen unterliegt und auch absolut einen geringeren Wert als der in 4 einnimmt. Dies führt dann auch dazu, dass der dritte Gütewert GW3 grundsätzlich kleinere Werte einnimmt und keinen so großen Schwankungen wie der zweite Gütewert GW3 unterliegt.
Durch das Bilden des Verhältnisses der zweiten und dritten Gütewerte GW2, GW3 kann dann eine besonders gute Separation von extrinsischen Katalysatoreinflüssen und intrinsischen Einflüssen der zweiten Abgassonde 43 erfolgen und somit die zweite Abgassonde 43 korrekt diagnostiziert werden, in diesem Fall als mit einem Fehler E behaftet.
Die Diagnose gemäß des Programms der 4 kann auch in Kombination mit weiteren Diagnoseverfahren, die dem Fachmann im Zusammenhang mit der Diagnose der zweiten oder auch ersten Abgassonde 43, 42 oder des Katalysators 21 bekannt sind, eingesetzt werden.

Claims

Diagnoseverfahren für eine Abgassonde (43), die stromabwärts eines Katalysators (21) in einem Abgastrakt (4) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, bei dem – ein erster Gütewert (GW1), der repräsentativ ist für eine Signaldynamik des Messsignals (MS1) der Abgassonde (43), abhängig von dem Messsignal (MS2) der Abgassonde (43) ermittelt wird, – falls der erste Gütewert (GW1) zumindest eine vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, die Abgassonde (21) als korrekt funktionierend diagnostiziert wird, – falls der erste Gütewert (GW1) nicht zumindest die vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, eine Katalysatordiagnose durchgeführt wird umfassend eine Beladung mit Sauerstoff und/oder Entleerung von Sauerstoff mit mindestens zwei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen, und abhängig von der Katalysatordiagnose die Abgassonde (43) entweder als korrekt oder fehlerhaft funktionierend diagnostiziert wird.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Gütewert (GW1) abhängig von einem Gradienten (GRAD) des Messsignals (MS2) der Abgassonde (43) ermittelt wird.
Diagnoseverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Gütewert (GW1) ermittelt wird hinsichtlich der Signaldynamik des Messsignals (MS2) der Abgassonde (43) für einen Übergang des Messsignals (MS2), der repräsentativ ist für einen Übergang des von der Abgassonde (43) sensierten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von mager nach fett.
Diagnoseverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (LAMB_SP) ermittelt wird durch Aufmodulieren eines Zwangsanregungssignals auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei zum Einstellen des ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während der Katalysatordiagnose eine Amplitude (LAMB_AMP) des Zwangsanregungssignals auf einen ersten Amplitudenwert (LAMB_AMP1) eingestellt wird und eine Frequenz (LAMB_F) des Zwangsanregungssignals auf eine erste Frequenz (LAMB_F1) eingestellt wird und wobei zum Einstellen des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während der Katalysatordiagnose die Amplitude (LAMB_AMP) des Zwangsanregungssignals auf einen zweiten Amplitudenwert (LAMB_AMP2) eingestellt wird und die Frequenz (LAMB_F) des Zwangsanregungssignals auf eine zweite Frequenz (LAMB_F2) eingestellt wird, wobei ein Produkt der ersten Amplitude (LAMB_AMP1) und der ersten Frequenz (LAMB_F1) gleich ist einem Produkt der zweiten Amplitude (LAMB_AMP2) und der zweiten Frequenz (LAMB_F2).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Rahmen der Katalysatordiagnose das Messsignal (MS2) der Abgassonde (43) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem im Rahmen der Katalysatordiagnose das Messsignal (MS2) der Abgassonde (43) in Bezug zu einem Referenzwert integriert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem im Rahmen der Katalysatordiagnose das Messsignal (MS2) der Abgassonde (43) in Bezug zu dem Referenzwert integriert wird, wobei eine Abgastemperatur des Abgases in dem Abgastrakt (4) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Rahmen der Katalysatordiagnose ein zweiter Gütewert (GW2) bezüglich des ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt wird und ein dritter Gütewert (GW3) bezüglich des zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt wird, und abhängig von dem zweiten und dritten Gütewert (GW2, GW3) die Abgassonde (43) entweder als korrekt oder fehlerhaft funktionierend diagnostiziert wird.
Diagnosevorrichtung für eine Abgassonde (43), die stromabwärts eines Katalysators (21) in einem Abgastrakt (4) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Diagnosevorrichtung ausgebildet ist – zum Ermitteln eines ersten Gütewertes (GW1), der repräsentativ ist für eine Signaldynamik des Messsignals (MS2) der Abgassonde, abhängig von dem Messsignal (MS2) der Abgassonde, – zum Diagnostizieren der Abgassonde (43) als korrekt funktionierend, falls der erste Gütewert (GW1) zumindest eine vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, – zum Durchführen einer Katalysatordiagnose, falls der erste Gütewert (GW1) nicht zumindest die vorgegebene Signaldynamik repräsentiert, wobei die Katalysatordiagnose umfasst eine Beladung mit Sauerstoff und/oder Entleerung von Sauerstoff mit mindestens zwei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen und sofern er ausgebildet ist abhängig von der Katalysatordiagnose die Abgassonde (43) entweder als korrekt oder fehlerhaft funktionierend zu diagnostizieren.