DE19706382C2 - Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden bei einer Brennkraftmaschi­ ne mit einer oder mehreren Zylindergruppen, die eine Motorsteue­ rung und mehrere Lambda-Sonden beinhaltet, wobei jeder Zylinder­ gruppe ein eigener Abgasstrang mit einem Abgaskatalysator und wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran angeschlossener Lambda- Regeleinheit zugeordnet ist. Brennkraftmaschinen dieser Art wer­ den häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei Lambda-Sonden je nach Bedarf vor und/oder hinter dem jeweiligen Abgaskatalysator positioniert sind. Dabei ist es bekannt, an die jeweilige Lambda-Sonde eine Lambda-Regeleinheit anzuschließen, die eine Integratorstufe und üblicherweise auch eine hier nicht weiter interessierende Proportionalstufe beinhaltet, siehe z. B. das Fachbuch J. Kasedorf, Steuerungselektronik an Motor und Kraftübertragung, Vogel-Verlag, 1989, S. 164. Bei solchen Brenn­ kraftmaschinen, z. B. Ottomotoren mit Lambda-Stereoregelung oder -Quadroregelung, besteht die Gefahr von falsch angeschlos­ senen Lambda-Sonden, wonach dann ein erkanntes Lambda-Sonden­ signal der falschen Zylindergruppe zugeordnet wird und das Lambda-Regelsystem in Ungleichgewicht geraten kann. Das Verfah­ ren vom eingangs genannten Typ dient zur Erkennung solcher An­ schlußfehler.

Ein derartiges Verfahren ist in der Offenlegungsschrift DE 44 23 344 A1 beschrieben. Das dortige Verfahren sieht vor, daß die Einspritzventile einer von zwei Zylinderreihen eine mindestens der Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden entsprechende Zeitdauer abgeschaltet werden und das Lambda-Sondensignal derje­ nigen Lambda-Sonde, die der abgeschalteten Zylinderreihe zugeordnet ist, am Ende der Abschaltzeit der Einspritzventile mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird. Es wird dann auf einen seitenverkehrten Anschluß der Lambda-Sonden geschlossen, wenn das Lambda-Sondensignal den Schwellwert über- bzw. unter­ schreitet. Eine derartige Einspritzventilabschaltung stellt ei­ nen signifikanten Eingriff in den Motorbetrieb dar, der dieses bekannte Verfahren aus Sicherheitserwägungen nur bei stehendem Fahrzeug anwendbar erscheinen läßt.

Aus den Patentschriften DE 41 17 986 C2 und US 5.212.947 A sind Verfahren zur Erkennung des fehlerhaften Betriebs einer einzel­ nen Lambda-Sonde bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines der Brennkraftmaschine zu­ geführten Luft/Kraftstoff-Gemischs unter Beibehaltung eines zündfähigen Gemischs verstellt wird und anschließend das Signal der Lambda-Sonde daraufhin untersucht wird, ob es eine zu der vorgenommenen Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gehöri­ ge, eine korrekte Funktion der Lambda-Sonde anzeigende Reaktion zeigt. Die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt bei diesen bekannten Verfähren durch eine rechteckwellenförmige Variation desselben bzw. durch alternierendes Umkehren eines Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizienten um eine vorgeb­ bare Amplitude.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, das eine zuverlässige Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden ermöglicht, ohne den normalen Motorbetrieb merklich zu stören.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfah­ ren wird über die Motorsteuerung die Lambda-Regeleinheit jeweils einer Zylindergruppe und damit die von dieser geregelte Zusam­ mensetzung des in die betreffenden Zylinder einzuspritzenden Kraftstoff/Luft-Gemischs unter Beibehaltung der Einspritzung ei­ nes zündfähigen Gemischs zu Beginn einer mindestens die Reak­ tions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden beinhaltenden Verzö­ gerungszeit gegenüber dem momentanen Regelungszustand verstellt oder in ihrer Regelfunktion während der Verzögerungszeit ange­ halten. Dabei erfolgt die Beeinflussung der Lambda-Regelung durch Verstellen bzw. Anhalten einer Integratorstufe der Lambda- Regeleinheit während der vorgebbaren Verzögerungszeit. Dadurch wird für die betreffende Zylindergruppe eine Beeinflussung des zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemischs, z. B. eine Anfettung oder Abmagerung desselben, bewirkt, die einerseits so geringfügig ist, daß sie den normalen Motorbetrieb nicht wesentlich stört, und andererseits ausreicht, eine Reaktion an der oder den dieser Zylindergruppe zugeordneten Lambda-Sonden auszulösen.

Nach Ablauf einer für die Verstellung typischen Verzögerungszeit wird das Signal der dieser jeweiligen Zylindergruppe zugedachten einen oder mehreren Lambda-Sonden daraufhin untersucht, ob sie eine zu der vorgenommenen Manipulation der betreffenden Integra­ torstufe gehörige Reaktion zeigen. Bei in Reihe vor bzw. hinter einem Abgaskatalysator angeordneten Lambda-Sonden beinhaltet diese Reaktion bei korrekt angeschlossenen Sonden Sondensignale, welche die vorgenommene Manipulation zeitlich versetzt wieder­ spiegeln, d. h. zuerst an der vor dem Katalysator und später an der nach dem Katalysator positionierten Sonde. Liegt die erwar­ tete Reaktion vor, kann daraus geschlossen werden, daß die Lambda-Sonden korrekt an diese Zylindergruppe angeschlossen sind. Bleibt eine derartige Sondensignalreaktion aus, liegt ein verkehrtes Anschließen der Lambda-Sonden vor. Die Entscheidung kann anhand geeignet vorgegebener Kurvencharakteristika oder auch Schwellwerte für das jeweilige Lambda-Sondensignal erfolgen. Das Verfahren kann wegen des nur unmerklichen Eingriffs in den Motorbetrieb im laufenden Fahrbetrieb mit typischen Diagno­ sezeiten in der Größenordnung zwischen 0,1 s und 180 s beispiels­ weise gleichzeitig mit anderen, bei fahrendem Fahrzeug vorzuneh­ menden Diagnosen durchgeführt werden. Dies erspart ein extra für die Durchführung dieser Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden auszuführendes Warmlaufen des Motors bis zur Er­ reichung der Katalysator-Betriebstemperatur.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren werden je­ weils die Integratorstufen für zwei Zylindergruppen gleichzeitig beeinflußt, und zwar die eine in Richtung eines fetteren und die ande­ re in Richtung eines magereren Motorbetriebes. Dies ermöglicht eine er­ höhte Diagnosesicherheit.

Ein nach Anspruch 3 weitergebildetes Verfahren eignet sich spe­ ziell dazu, den korrekten Anschluß von mindestens zwei hintereinandergeschalteten Lambda-Sonden innerhalb einer Zylndergruppe zu überprüfen. Diese Vorgehensweise eignet sich besonders auch im Kaltstart, da Abgasoszillationen, d. h. Lambda-Wechsel, auch hinter dem noch kalten Abgaskatalysator meßbar sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt schematisch den Abgasstrang eines 12- Zylinder-Ottomotors mit Lambda-Quadroregelung.

Der in der Figur dargestellte Abgasstrang eines 12-Zylinder- Ottomotors besitzt einen herkömmlichen Aufbau, bei dem einer er­ sten Zylindergruppe 2a ein erster Abgasstrang 1a, einer zweiten Zylindergruppe 2b ein zweiter Abgasstrang 1b, einer dritten Zy­ lindergruppe 2c ein dritter Abgasstrang 1c und einer vierten Zy­ lindergruppe 2d ein vierter Abgasstrang 1d zugeordnet ist. Jede Zylindergruppe 2a bis 2d umfaßt drei Zylinder. In jedem Abgas­ strang 1a bis 1d befindet sich ein Abgaskatalysator 3a bis 3d. In Abgasströmungsrichtung vor jedem Abgaskatalysator 3a bis 3d ist eine Lambda-Sonde 4a bis 4d angeordnet. Außerdem ist je eine weitere Lambda-Sonde 5a bis 5d hinter jedem Abgaskatalysator 3a bis 3d positioniert. Der in Abgasströmungsrichtung nachfolgende Verlauf des Gesamtabgasstrangs ist von üblicher und hier nicht weiter interessierender Art.

Die beiden Lambda-Sonden eines jeweiligen Abgasstrangs 1a bis 1d sind jeweils mit einer zugeordneten Lambda-Regeleinheit 6 ver­ bunden, von denen stellvertretend eine in der Figur dargestellt ist und die jeweils eine in der Figur symbolisch gestrichelt an­ gedeutete Integratorstufe 7 sowie eine hier nicht weitere inter­ essierende Proportionalstufe beinhalten. Die Lambda-Regelein­ heiten 6 sind ihrerseits an eine nicht gezeigte Motorsteuerung angeschlossen. Die genannten Signalverbindungen zwischen Lambda- Sonden 4a bis 5d und Lambda-Regeleinheiten 6 sowie zwischen letzteren und der Motorsteuerung sind herkömmlicher Natur und daher in der Figur nur durch abgeschnittene Anschlußleitungs­ stücke symbolisiert.

Für die gezeigte Abgasanlage ist das nachfolgend näher beschrie­ bene, erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen, mit dem erkannt werden kann, ob den verschiedenen Zylindergruppen 2a bis 2d die ihnen zugedachten Lambda-Sonden richtig zugeordnet sind. Zur Verfahrensdurchführung dient ein herkömmliches, nicht gezeigtes Diagnosegerät, mit dem über die Motorsteuerung die Integrator­ stufen 7 der Lambda-Regeleinheiten 6 gezielt beeinflußt werden können. Dabei vermag das Verfahren die Verkabelung der Lambda- Sonden zu prüfen, ohne hierfür eine Dekontaktierung derselben vornehmen zu müssen, die ihrerseits Fehlerquellen in sich bergen könnte.

Das Verfahren startet damit, daß für eine erste der vier Zylin­ dergruppen 2a bis 2d durch entsprechende Eingabe am Diagnose­ gerät über die Motorsteuerung die dieser ausgewählten Zylinder­ gruppe zugeordnete Lambda-Regeleinheit 6 dahingehend angespro­ chen wird, daß diese ihre Integratorstufe 7 oder die Gemischbil­ dungseinheit für eine mindestens der Reaktions- oder Umschalt­ zeit der Lambda-Sonden 4a bis 5d entsprechende Verzögerungszeit verändert bzw. der Lambda-Sollwert oder der Lambda-Istwert ver­ ändert wird, und zwar je nach Wunsch bzw. Bedarf entweder in in Richtung eines fetten Motorbetriebes oder in Richtung eines mageren Motorbe­ triebes. Dementsprechend verschiebt sich für die ausgewählte Zy­ lindergruppe der Motorbetrieb temporär in Richtung fett bzw. ma­ ger. Das Verändern oder Anhalten der Integratorstufe 7 bzw. der Gemischbildungseinheit kann beispielsweise am betreffenden End­ punkt des Integrationsbereiches vor dem Umspringen zum anderen Integrationsbereich erfolgen, d. h. am "fetten" Endpunkt von z. B. λ ≈ 0,9 oder am "mageren" Endpunkt von z. B. λ ≈ 1,1. Der Lambda­ wert kann auch länger angehalten werden. Daraus resultiert ein Ausbleiben von Schwingungen des Lambdawertes, d. h. ein annähernd ruhiges Sondenspannungssignal.

Am Ende einer Verzögerungszeit, deren Dauer typischerweise etwa 50 ms oder mehr beträgt, bestehend aus der Verstellzeit für die eventuelle Lambda-Sprungänderung, der Gaslaufzeit und der Son­ denreaktionszeit, werden die Signale aller Lambda-Sonden 4a bis 5d abgefragt. Speziell wird das Signal derjenigen Lambda-Sonden, die der ausgewählten Zylindergruppe zugedacht sind, daraufhin analysiert, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation an der betreffenden Integratorstufe bzw. dem betreffenen Lambda- Sollwert oder -Istwert und dem daraus resultierenden, temporär in Richtung fett bzw. mager verschobenen Betrieb dieser Zylin­ dergruppe entsprechende Reaktion zeigt. Zu diesem Zweck werden die Lambda-Sondensignale geeignet ausgewertet, z. B. durch Ver­ gleich mit vorgegebenen Schwellwerten bzw. Signalkurvencharakte­ ristika. Dies läßt sich sowohl für die Lambda-Sonde vor als auch für diejenige hinter dem jeweiligen Abgaskatalysator überprüfen. Wenn das Signal derjenigen Lambda-Sonde bzw. -Sonden, die der ausgewählten Zylindergruppe zugedacht sind, die beabsichtigte, richtige Reaktion zeigt, bedeutet dies, daß die vorgenommene Zu­ ordnung dieser Lambda-Sonde zur ausgewählten Zylindergruppe richtig ist. Bleibt die richtige Reaktion des Signals der der ausgewählten Zylindergruppe zugedachten Lambda-Sonde hingegen aus, was an einer Unter- bzw. Überschreitung des betreffenden Schwellwertes bzw. durch Abweichen der Signalkuve von den erwar­ teten Kurvencharakteristika festgestellt wird, liegt eine feh­ lerhafte Kontaktierung der Lambda-Sonde für diese Zylindergruppe vor. Zweckmäßigerweise wird das erhaltene Resultat durch wieder­ holte Durchführung dieses Prüfvorgangs verifiziert, bis eine ausreichende Diagnosesicherheit gegeben ist.

Der geschilderte Prüfvorgang wird dann so lange mit den weiteren Zylindergruppen wiederholt, bis die Zuordnung der verschiedenen Lambda-Sonden 4a bis 5d zu den unterschiedlichen Zylindergruppen 2a bis 2d vollständig erkannt und ggf. richtiggestellt ist. Ein Prüfzyklus dauert typischerweise zwischen etwa 0,1 s und 180 s und ist im normalen Fahrbetrieb ausführbar, da der Motorbetrieb durch die schwache und je nach Applikation der Sondeneinbaulage nur sehr kurzzeitige Anfettung bzw. Abmagerung des in die jeweils ausgewählte Zylindergruppe eingespritzten Luft/Kraftstoff­ gemischs nicht wesentlich gestört wird. Der Motor braucht daher nicht extra bei stehendem Fahrzeug betrieben werden bzw. bis zur Erreichung der Betriebstemperatur für die Abgaskatalysatoren 3a bis 3d in Betrieb gehalten zu werden. Vielmehr kann das Prüfver­ fahren gleichzeitig mit anderen, im laufenden Fahrbetrieb erfol­ genden Fahrzeugdiagnosen vorgenommen werden. Hierbei ist es un­ erheblich, ob der Motor bzw. Katalysator betriebswarm sind. Le­ diglich die Lambda-Sonden müssen in Funktion sein.

In einer vorteilhaften Variante des oben beschriebenen Verfah­ rens kann vorgesehen sein, jeweils gleichzeitig mit dem Anhalten bzw. Verändern der Integratorstufe bzw. der Gemischbildungsein­ heit der Lambda-Regeleinheit einer ersten ausgewählten Zylinder­ gruppe im einen, in Richtung eines fetten oder mageren Motorbetriebes integrierenden Bereich die Integratorstufe der Lambda-Regel­ einheit einer zweiten ausgewählten Zylindergruppe im anderen, in Richtung eines mageren bzw. fetten Motorbetriebes integrierenden Bereich für die ausreichend bemessene Verzögerungszeit anzuhalten bzw. zu verändern und danach die Signale der diesen beiden Zylinder­ gruppen zugedachten Lambda-Sonden miteinander zu vergleichen. Die daraus resultierende Signaldifferenz variiert für den Fall korrekt angeschlossener Lambda-Sonden gleichsinnig zur Verände­ rung, hingegen für den Fall verkehrt angeschlossener Lambda- Sonden ersichtlich gegensinnig zur Lambda-Veränderung, was die Zuverlässigkeit der Schwellwertabfrage und damit die Diagnosesi­ cherheit erhöht.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für den speziell beschriebenen Motortyp, sondern für alle Brenn­ kraftmaschinen anwendbar ist, die mindestens zwei hintereinan­ dergeschaltete Lambda-Sonden und/oder zwei Zylindergruppen mit getrennten Lambda-Regelkreisen aufweisen. Dabei läßt sich nicht nur die Verkabelung der dem jeweiligen Abgaskatalysator vorge­ schalteten Lambda-Sonde, sondern auch diejenige einer eventuell hinter dem Abgaskatalysator positionierten Lambda-Sonde überprü­ fen. Voraussetzung ist jeweils das Vorhandensein einer Motorsteuerung, welche die Möglichkeit der Realisierung einer zum er­ findungsgemäßen Prüfzweck anstoßbaren Verzögerungszeit bzw. Ver­ änderung der Lambda-Integration in Richtung fett und/oder mager getrennt für jeden der Lambda-Regelkreise bietet.

Claims (3)

1. Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda- Sonden bei einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Zy­ lindergruppen (2a bis 2d), die eine Motorsteuerung und mehrere Lambda-Sonden (4a bis 5d) beinhaltet, wobei jeder Zylindergrup­ pe ein eigener Abgasstrang (1a bis 1d) mit einem Abgaskatalysa­ tor (3a bis 3d) und wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran an­ geschlossener Lambda-Regeleinheit (6) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
über die Motorsteuerung die Lambda-Regeleinheit (6) jeweils einer Zylindergruppe (2a bis 2d) unter Beibehaltung der Ein­ spritzung eines zündfähigen Gemischs zu Beginn einer minde­ stens die Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden (4a bis 5d) beinhaltenden Verzögerungszeit in ihrem momentanen Regelungszustand in Richtung eines fetten oder mageren Motorbe­ triebes verstellt und/oder während der Verzögerungszeit in ih­ rer Regelungsfunktion angehalten wird, indem eine Integra­ torstufe (7) der Lambda-Regeleinheit (6) jeweils einer Zy­ lindergruppe (2a bis 2d) in einem ihrer beiden, in Richtung eines fetten bzw. mageren Motorbetriebes integrierenden Bereich während der Verzögerungszeit verstellt bzw. angehalten wird, und
wenigstens das Signal der dieser jeweiligen Zylindergruppe zugedachten Lambda-Sonde bzw. -Sonden spätestens am Ende der Verzögerungszeit daraufhin untersucht wird, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation der Lambda-Regelung gehörige, ein korrektes Anschließen dieser Lambda-Sonde bzw. -Sonden an die ausgewählte Zylindergruppe anzeigende Reaktion zeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Anhalten der Integratorstufe der Lambda- Regeleinheit einer jeweils ersten ausgewählten Zylindergruppe die Integratorstufe der Lambda-Regeleinheit einer jeweils zwei­ ten ausgewählten Zylindergruppe in ihrem zu demjenigen der an­ deren Integratorstufe gegensinnig integrierenden Bereich für die entsprechende Verzögerungszeit angehalten wird und die Sig­ nale der den jeweils ausgewählten beiden Zylindergruppen zuge­ dachten Lambda-Sonden am Ende der Verzögerungszeit daraufhin untersucht werden, ob ihre Signaldifferenz eine zu den vorge­ nommenen Manipulationen an den beiden betreffenden Integrator­ stufen gehörige, ein korrektes Anschließen der Lambda-Sonden an ihre zugedachten Zylindergruppen anzeigende Reaktion zeigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Anhalten der Lambda-Regelung durch die Lambda-Regel­ einheit das gleichbleibende Signal einer vor einem Abgaskataly­ sator positionierten, ersten Lambda-Sonde mit dem noch oszil­ lierenden Signal einer hinter dem Abgaskatalysator für dieselbe Zylindergruppe vorgesehenen, zweiten Lambda-Sonde verglichen wird, um den korrekten Anschluß der beiden Lambda-Sonden zu überprüfen.