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DE19859176A1 - Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer Lambdasonde - Google Patents

Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer Lambdasonde

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DE19859176A1
DE19859176A1 DE1998159176 DE19859176A DE19859176A1 DE 19859176 A1 DE19859176 A1 DE 19859176A1 DE 1998159176 DE1998159176 DE 1998159176 DE 19859176 A DE19859176 A DE 19859176A DE 19859176 A1 DE19859176 A1 DE 19859176A1
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/1493—Details
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

Auswerten des zeitlichen Verhaltens der Lambdasonde durch Berechnen einer Gastransportzeit (t¶Gas¶), die das Abgas benötigt, um vom Ort der Einspritzung von Kraftstoff in den Ansaugtrakt zu der Lambdasonde zu gelangen und anschließendem Messen einer gesamten Totzeit (t¶Tot¶), innerhalb derer das Sondensignal (LAM¶-¶vor¶-¶KAT) der Lambdasonde (16), ausgehend vom Beginn eines Lambdasollwertsprunges, einen vorgegebenen Schwellenwert (SW1) erreicht. Die Differenz zwischen der Gastransportzeit (t¶Gas¶) und der gesamten Totzeit (t¶Tot¶) stellt die sondeneigene Totzeit (t¶Sonde¶) dar. Überschreitet diese einen vorgegebenen Schwellenwert, wird die Lambdasonde als defekt eingestuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Funk­ tionsfähigkeit einer Lambdasonde gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Um den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen mit ottomoto­ rischem Antrieb weiter zu reduzieren, kommen immer häufiger Brennkraftmaschinen zum Einsatz, die mit magerem Gemisch be­ trieben werden. Zur Erfüllung der geforderten Abgasemissions­ grenzwerte ist bei solchen Brennkraftmaschinen eine spezielle Abgasnachbehandlung notwendig. Dazu werden NOx-Speicherkata­ lysatoren verwendet, die aufgrund ihrer Beschichtung in der Lage sind, während einer Speicherphase NOx-Verbindungen aus dem Abgas zu adsorbieren, die bei magerer Verbrennung entste­ hen. Während einer Regenerationsphase werden die adsorbierten bzw. gespeicherten NOx-Verbindungen unter Zugabe eines Reduk­ tionsmittels in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Als Reduktionsmittel für magerbetriebene Otto-Brennkraftmaschinen können CO, H2 und HC (Kohlenwasserstoffe) verwendet werden. Diese werden durch kurzzeitigen Betrieb der Brennkraftmaschi­ ne mit einem fetten Gemisch erzeugt und dem NOx-Speicherkata­ lysator als Abgaskomponenten zur Verfügung gestellt, wodurch die gespeicherten NOx-Verbindungen im NOx-Speicherkatalysator abgebaut werden.
Der Speicherwirkungsgrad eines solchen NOx-Speicherkatalysa­ tors hängt von zahlreichen, in der Literatur beschriebenen Einflußgrößen ab. Eine primäre Einflußgröße stellt neben der Katalysatortemperatur insbesondere der Katalysatorbeladungs­ grad dar, d. h. mit zunehmender Dauer der Magerphase und dar­ aus resultierenden Speicherung von NOx nimmt der Speicherwir­ kungsgrad kontinuierlich ab, so daß unter Berücksichtigung der Abgasgrenzwerte oder weiterer Betriebsbedingungen eine Umschaltung in den Fett- d. h. in den Regenerationsbetrieb notwendig wird. Die erforderliche Dauer des Fettbetriebes zur Regeneration hängt im wesentlichen von der gespeicherten NOx- Masse und dem Sauerstoff-Speichervermögen des NOx-Speicherka­ talysators ab.
Weil der Übergang vom Magerbetrieb zum Fettbetrieb bzw. vom Fettbetrieb zum Magerbetrieb der Brennkraftmaschine zur Ver­ meidung von NOx-Rohemissionsspitzen sprungartig erfolgen muß, wird die Luftzahländerung vorzugsweise durch Veränderung der Kraftstoffeinspritzmenge erreicht.
Zur Regelung der Brennkraftmaschine und zur Diagnose des Ab­ gasnachbehandlungssystems kommen sogenannte Lambdasonden zum Einsatz, die ein den Sauerstoffgehalt im Abgas repräsentie­ rendes Signal an eine Steuerungseinrichtung der Brennkraftma­ schine abgeben.
Das Signal einer stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordneten, bezüglich ihres Ausgangssignals eine stetige Kennliniencharakteristik aufweisende Lambdasonde wird zur Re­ gelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet. Das Sig­ nal einer stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators angeord­ neten binären Lambdasonde wird zur Trimmregelung für den λ = 1 Betrieb und zur Katalysatordiagnose verwendet. Die Lambdason­ den unterliegen infolge thermischer Einflüsse und chemischer Vergiftung, beispielsweise durch Silizium oder Schwermetalle einer Alterung, wodurch sowohl die Qualität der Regelung als auch die Zuverlässigkeit der Diagnose nachteilig beeinflußt wird.
Der Einsatz einer, in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Abgas ein stetiges Ausgangssignal abgebenden Lambdasonde führt zum Übergang von der Zwei-Punkt-Lambdaregelung zur ste­ tigen Lambdaregelung. Um die gesetzlich geforderten Grenzwer­ te für den Abgasausstoß nicht zu überschreiten, muß der Aus­ fall abgasrelevanter Komponenten erkannt und angezeigt werden (On Board Diagnose).
Deshalb ist es notwendig, die Funktionsfähigkeit auch der Lambdasonden zu überprüfen. Aus der EP 0 616 119 B1 ist es bekannt, bei einer vor dem Katalysator angeordneten Lamb­ dasonde (Vorkatsonde) die Schaltzeiten zu messen, innerhalb derer das Ausgangssignal der Lambdasonde im Rahmen ihrer Sprungfunktion von einem hohen Spannungswert, der ein fettes Gemisch anzeigt (Fettspannung) auf einen niederen Spannungs­ wert, der ein mageres Gemisch anzeigt (Magerspannung) um­ schaltet. Die Größe dieser Schaltzeiten ist ein Maß für die Funktionsfähigkeit der vor dem Katalysator angeordneten Lambdasonde.
Ein weiteres Verfahren zur Überprüfung der dynamischen Funk­ tionsfähigkeit von Vorkat-Lambdasonden ist in der DE 43 33 412 A1 beschrieben. Dort werden die Verweilzeiten gemessen, innerhalb derer das Lambdasondensignal ein fettes bzw. ein mageres Gemisch anzeigt. Die Vorkat-Lambdasonde wird dann als korrekt arbeitend eingestuft, wenn sowohl die Fett- als auch die Magerverweilzeiten kleiner als vorgegebene, den einzelnen Verweilzeiten zugeordnete Grenzwerte sind. Die Verfahren zur Diagnose des Ansprechverhaltens von Lambdasonden für λ = 1 Kon­ zepte können nicht wie beim Magerkonzept mit dem NOx-Spei­ cherkatalysator auf definierte große Luftzahlsprünge aufbau­ en.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Funktionstüchtigkeit einer im Abgasstrom einer Brenn­ kraftmaschine angeordneten, bezüglich ihres Ausgangssignales eine stetige Kennliniencharakteristik aufweisende Lambdasonde überprüft werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.
Das Abgasnachbehandlungskonzept mit einem NOx-Speicherkataly­ sator basiert darauf, daß in mageren Betriebsphasen der Brennkraftmaschine der Katalysator das im Abgas enthaltene NOx zu NO2 oxidiert und in Form von Nitrat speichert. Füllt sich der Speicher mit Nitrat, sinkt der Speicherwirkungsgrad ab. Durch Übergang in einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit fettem Gemisch kann die eingespeicherte Nitratmenge mit­ tels HC und CO zu N2, H2O und CO2 umgewandelt werden und somit die Speicherfähigkeit des Katalysators regeneriert werden. Bei diesem Abgasnachbehandlungskonzept treten also prinzipbe­ dingt periodisch große Luftzahlsprünge von mager nach fett und umgekehrt auf, welche zur Diagnose der Ansprechcharakte­ ristik der Lambdasonde in vorteilhafter Weise genutzt werden können.
Durch Auswerten des zeitlichen Verhaltens des Ausgangssigna­ les der Lambdasonde nach einem solchen Luftzahlsprung, sei es zu Beginn oder zu Ende eines Regenerationsvorganges kann auf die Funktionstüchtigkeit der Lambdasonde geschlossen werden.
Es wird eine Gastransportzeit berechnet, die das Abgas benö­ tigt, um vom Ort der Einspritzung von Kraftstoff in den An­ saugtrakt zu der Lambdasonde zu gelangen. Anschließend wird die gesamte Totzeit gemessen, innerhalb derer das Sondensig­ nal der Lambdasonde ausgehend vom Beginn eines Lambdasoll­ wertsprunges einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht. Da die Gastranportzeit von der Alterung unabhängig ist, wird die Differenz zwischen der Gastransportzeit und der gesamten Tot­ zeit gebildet. Als Ergebnis erhält man die von der Alterung abhängige sondeneigene Totzeit. Die Differenz wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und die Lambdasonde als defekt eingestuft, wenn der Schwellenwert überschritten wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschi­ ne mit einer NOx-Abgasnachbehandlunganlage,
Fig. 2 ein Diagramm, das die zeitlichen Verläufe vom Lambda­ sollwert und der Konzentrationen von NOx vor und nach dem NOx-Speicherkatalysator während vier aufeinander­ folgenden Regenerationsphasen zeigt,
Fig. 3 ein Diagramm, das die zeitlichen Verläufe vom Lambda­ sollwert und der Lambdasondensignale zeigt,
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Gastransportzeit,
Fig. 5 den Signalverlauf der stromaufwärts des NOx-Speicher­ katalysators angeordneten Lambdasonde bei einem Fett- Mager-Sprung und
Fig. 6 den Signalverlauf der stromaufwärts des NOx-Speicher­ katalysators angeordneten Lambdasonde bei einem Ma­ ger-Fett-Sprung.
In Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbildes eine Brenn­ kraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage gezeigt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Dabei sind nur die Komponenten dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung nötig sind.
Eine Brennkraftmaschine 10 weist einen Ansaugtrakt 11 und ei­ nen Abgastrakt 12 auf. Im Ansaugtrakt 11 ist ein Luftmassen­ messer 24 zum Erfassen der angesaugten Luftmasse und eine Kraftstoffzumeßeinrichtung vorhanden, von der nur ein Ein­ spritzventil 13 schematisch dargestellt ist und dem Kraft­ stoff KST über eine nicht näher bezeichnete Leitung zugeführt wird. Alternativ zur Einspritzung in das Saugrohr kann der Kraftstoff mittels geeigneter Einspritzventile auch direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden (Di­ rekteinspritzung). Im Abgastrakt 12 ist eine Abgasnachbehand­ lungsanlage für mageres Abgas vorgesehen. Sie besteht aus ei­ nem, nahe am Auslass der Brennkraftmaschine angeordneten 3- Wege Katalysator 14, auch als Vorkatalysator bezeichnet und einem diesen in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalte­ ten NOx-Speicherkatalysator 15. Bei der Auswahl und Dimensio­ nierung des Vorkatalysators 14 ist neben dem Light-off- Verhalten auch das Sauerstoffspeichervermögen zu berücksich­ tigen.
Die Minimalkonfiguration der Sensorik für die Abgasnachbe­ handlungsanlage beinhaltet einen Sauerstoffmeßaufnehmer 16 stromaufwärts des Vorkatalysators 14, einen Temperatursensor 17 im Verbindungsrohr zwischen Vorkatalysator 14 und NOx- Speicherkatalysator 15 nahe am Eintrittsbereich desselben und einen weiteren Sauerstoffmeßaufnehmer 18 stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 15.
Als Sauerstoffmeßaufnehmer 16 wird vorzugsweise eine Breit­ band-Lambdasonde eingesetzt, welche in Abhängigkeit des Sau­ erstoffgehaltes im Abgas ein stetiges, z. B. lineares Aus­ gangssignal abgibt. Mit dem Signal dieser Breitband-Lambda­ sonde 16 wird die Luftzahl während des Magerbetriebes und während der Regenerationsphase mit fettem Gemisch entspre­ chend der Sollwertvorgaben eingeregelt. Diese Funktion über­ nimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung 19, die vorzugsweise in eine den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 steuernde Steuerungseinrichtung 20 integriert ist. Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen, die in der Regel ei­ nen Mikroprozessor beinhalten und die neben der Kraftstoff­ einspritzung und der Zündung noch eine Vielzahl weiterer Steuer- und Regelaufgaben, u. a. auch die Steuerung der Abgas­ nachbehandlungsanlage übernehmen, sind an sich bekannt, so daß im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfin­ dung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 20 mit einer Speichereinrichtung 21 verbunden, in dem u. a. verschiedene Kennlinien und Schwellenwerte gespeichert sind, deren jewei­ lige Bedeutung anhand der Beschreibung der nachfolgenden Fi­ guren noch näher erläutert wird.
Zur Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches der Brennkraftma­ schine im optimalen Lambda-Fenster während des stöchiometri­ schen Betriebs ist das Signal des nach dem NOx-Speicherkata­ lysator 15 angeordneten Sauerstoffmeßaufnehmers 18 als Trimm­ sonde erforderlich. Als Sauerstoffmeßaufnehmer 18 dient vor­ zugsweise eine binäre Lambdasonde (2-Punkt-Lambdasonde) auf der Basis von Zirkonoxid ZrO2, die bei einem Lambdawert λ = 1 bezüglich ihres Ausgangssignales eine Sprungcharakteristik aufweist. Dieses Sondensignal der nach dem NOx- Speicherkatalysator angeordneten Lambdasonde wird auch zur Steuerung der Speicherregeneration und zur Adaption von Mo­ dellgrößen wie z. B. der Sauerstoff- bzw. NOx-Speicherkapa­ zität eingesetzt.
Die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators, die zur ver­ brauchs- und emissionsoptimalen Steuerung des Systems erfor­ derlich ist, wird mittels eines Temperaturmodells aus dem Sensorsignal des Temperatursensors 17 errechnet. Basierend auf diesem Meßsignal werden auch Katalysatorheiz- bzw. Kata­ lysatorschutzmaßnahmen eingeleitet. Alternativ hierzu kann die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 15 auch direkt gemessen werden, indem ein Temperatursensor unmittelbar im Gehäuse desselben angeordnet wird.
Die Ausgangssignale der Sauerstoffmeßaufnehmer 16, 18 und des Temperatursensors 17 werden über entsprechende Verbindungs­ leitungen der Steuerungseinrichtung 20 zugeführt.
Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 10 ist die Steuerungseinrichtung 20 außer mit einer Zündeinrichtung 22 für das Luft-Kraftstoffgemisch über eine nur schematisch dar­ gestellte Daten- und Steuerleitung 23 noch mit weiteren, nicht explizit dargestellten Sensoren z. B. für Drehzahl und Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine sowie mit weite­ ren Aktoren verbunden.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Lambdasollwertes LAM_SOLL, mit dem die Brennkraftmaschine 10 betrieben werden soll für einen Zeitraum von 300 Sekunden. In diesem Zeitraum werden 4 Regenerationsphasen angefordert. Vor Einleitung ei­ ner Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators 15 wird die Brennkraftmaschine mit einem mageren Gemisch (LAM_SOLL = 1,4) betrieben. Zu Beginn der Regenerationsphase springt der Lambdasollwert LAM_SOLL von diesem Wert auf einen Wert, der fettes Gemisch anzeigt (LAM_SOLL = 0,8). Nach Abschluß der Regenerationsphase wird die Brennkraftmaschine wieder mit ma­ gerem Gemisch (LAM_SOLL = 1,4) betrieben.
Ferner sind im Diagramm nach Fig. 2 noch die zeitliche Kon­ zentration der Stickoxide NOx_vor_Kat stromaufwärts des NOx- Speicherkatalysators 15 und NOx_nach_Kat stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 15 eingetragen. Zu Beginn der Rege­ nerationsphase steigt die NOx-Konzentration NOx_vor_Kat aus­ gehend von einem Wert von ca. 600 ppm sprungartig an, weil durch das fette Gemisch die Last erhöht wird und in diesem Beispiel keine Drehmomentkompensation, beispielsweise durch Verstellung des Zündwinkels in Richtung spät erfolgt. Nach Ende der Regenerationsphase sinkt die Konzentration NOx_vor_Kat wieder auf den ursprünglichen Wert von ca. 600 ppm. Das Signal für die Konzentration NOx_nach_Kat zeigt wäh­ rend der Regenerationsphase eine Desorptionsspitze. Nach Ende der Regeneration ist die Konzentration NOx_nach_Kat annähernd Null und der NOx-Speicherkatalysator 15 ist wieder aufnahmebe­ reit für NOx.
In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf des Lambdasollwertes LAM_SOLL, sowie der Signalverlauf LAM_vor_Kat der stromauf­ wärts des NOx-Speicherkatalysators 15 angeordneten Lambdason­ de 16 und der Signalverlauf UL_nach_Kat der stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 15 angeordneten Lambdasonde 18 dar­ gestellt. Zu Beginn der Regenerationsphase (Zeitpunkt t0) springt der Lambdasollwert LAM_SOLL von 1,4 auf den Wert 0,8, bleibt während der Regenerationsphase auf diesem Wert und springt am Ende der Regenerationsphase zum Zeitpunkt t1 wie­ der auf den Magerwert von 1,4.
Mit LAM_vor_Kat ist in dieser Darstellung das Signal der ste­ tigen Lambdasonde 16 stromaufwärts des NOx-Speicherkataly­ sators 15 bezeichnet, das zur Regelung der Luftzahl verwendet wird. Zur Ermittlung des Sauerstoffgehaltes nach dem NOx- Speicherkatalysator 15 dient eine binäre Lambdasonde 18 (ZrO2-Sonde). Die elektrische Beschaltung dieser binären Lambdasonde ist dabei so, daß sie bei Sauerstoffüberschuß im Abgas (Magerbetrieb) eine niedrige Ausgangsspannung und bei Sauerstoffmangel (Fettbetrieb) eine höhere Ausgangsspannung abgibt. Da die Brennkraftmaschine vor Einleitung der Regene­ rationsphase mit einem mageren Gemisch (LAM_SOLL = 1,4) be­ trieben wurde, erreicht zu Beginn der Regeneration dieses Sondensignal UL_nach_Kat einen Wert von typisch 0,01 Volt (Indikator für Sauerstoffüberschuß im Abgas stromab des NOx- Speicherkatalysators). Der angegebene Wert ist von verschie­ denen Einflüssen abhängig, insbesondere von der Abgastempera­ tur und gilt somit für einen bestimmten Sondentyp bei einer bestimmten Abgastemperatur.
Bei Fortschreiten der Regeneration steigt das Sondensignal UL_nach_Kat erst langsam an und erreicht dann einen Punkt, an dem Reduktionsmittel durchbricht, d. h. CO und HC stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators vorhanden sind. In diesem Moment springt das Sondensignal auf den Wert von ca. 0,625 V.
Die Ansprechcharakteristik der Sondensignale läßt sich in der Steuerungseinrichtung 20 durch eine Totzeit und eine Anstieg­ zeit beschreiben. Die gesamte Totzeit bezogen auf den Lambda- Sollwert LAM_SOLL setzt sich aus der Gastransportzeit vom Saugsystem bis zur Sondenposition in Abgastrakt und aus der sondeneigenen Totzeit zusammen. Die Gastransportzeit kann wie in Fig. 4 gezeigt, theoretisch abgeschätzt werden.
In der oberen Hälfte der Fig. 4 sind über dem Kurbelwellen­ winkel KW zwei Arbeitsspiele eines Zylinders einer 6- Zylinder-Brennkraftmaschine mit 120° KW Segmenten aufgetra­ gen. Mit der Bezeichnung AO bzw. EO sind diejenigen Kurbel­ wellenbereiche gekennzeichnet, während derer das Auslassven­ til bzw. das Einlassventil der Brennkraftmaschine geöffnet ist. Ferner sind in Form zweier Blöcke 2 aufeinanderfolgende Einspritzvorgänge in den einen Zylinder dargestellt. Die Zeitpunkte der Zündung sind mit einem Pfeilsymbol eingetra­ gen. Das Bezugszeichen EBW kennzeichnet den Einspritzbeginn­ winkel.
Als Gastransportzeit tGas wird im folgenden die Zeit bezeich­ net, die verstreicht, bis das Luft-/Kraftstoffgemisch vom Ort der Einspritzung bis zum Ort der stromaufwärts des NOx- Speicherkatalysators 15 angeordneten Lambdasonde 16 angekom­ men ist. Das Luft-/Kraftstoffgemisch wird angesaugt, verdich­ tet, gezündet und ausgestoßen. Als Abgaslaufzeit tAbg ist die Zeit bezeichnet, die das Abgas braucht, um vom geöffneten Auslassventil zu der Lambdasonde 16 zu gelangen. Die Ga­ stransportzeit tGas beinhaltet also den kompletten Ladungs­ wechselvorgang und die Abgaslaufzeit tAbg.
In der unteren Hälfte der Fig. 4 ist noch einmal der Verlauf des Lambdasollwertes LAM_SOLL dargestellt, der zum Zeitpunkt t0 sprungartig verändert wird (beispielsweise vom Wert 1,4 auf den Wert 0,8).
Der Zeitpunkt t0 des Sollwertsprunges ist aus der Steuerungs­ einrichtung bekannt (aus der Anforderung einer Regenerati­ onsphase) und diejenige Zeit, nach der das Abgas aufgrund dieses Luftzahlsprunges an der Lambdasonde angekommen ist, wird wie folgt berechnet:
Für eine 6-Zylinderbrennkraftmaschine mit 120°Kurbelwellen­ segmenten gilt für die Gastransportzeit tGas:
mit
TN Segmentzeit (Zeit, innnerhalb derer sich die Kur­ belwelle um 120° dreht)
EBW Einspritzbeginnwinkel
tAbg Abgaslaufzeit
Für die Abgaslaufzeit tAbg gilt:
mit
LM Luftmasse (mittels des Luftmassenmessers erfasst)
K Faktor = f(LM[kg/h]
Für jeden Wert der Luftmasse LM in [kg/h] ist in einem Kenn­ feld KF1 ein Faktor K zugeordnet.
Für die Abgaslaufzeit ergibt sich unter Berücksichtigung des Volumens des Abgassystems vom Auslassventil bis zur Lambdasonde:
mit
V_Abg_Sys Volumen des Abgassystems (Abgastrakt vom Auslass­ ventil bis zum Ort der Lambdasonde),
p_Abg Druck im Abgassystem
R_Abg spez. Gaskonstante
T_Abg Temperatur des Abgases
M_Abg Masse, proportional zu LM [mg/Hub]
Die entsprechend der oben angegebenen Beziehungen berechnete Gastransportzeit tGas ist von der Alterung unabhängig. Die gesamte Totzeit TTot bezogen auf den Lambda-Sollwert LAM_SOLL setzt sich aus dieser Gastransportzeit TGas vom Saugsystem bis zur Sondenposition im Abgastrakt und aus der sondeneige­ nen Totzeit tSonde zusammen. Da die sondeneigene Totzeit tSonde nicht unmittelbar ermittelt werden kann, wird die ge­ samte Totzeit tTot gemessen. Hierzu wird die Zeit ermittelt, innerhalb derer das Sondensignal LAM_vor_Kat ausgehend vom Beginn eines Lambdasollwertsprunges, der aus der Steuerungs­ einrichtung bekannt ist (Zeitpunkt Beginn und Ende der Rege­ nerationsphase) einen vorgegebenen Schwellenwert SW1 er­ reicht. Der Schwellenwert SW1 wird experimentell ermittelt und ist in der Speichereinrichtung 21 abgelegt.
Anschließend wird von dieser gesamten Totzeit (tTot) die nach den oben angegebenen Gleichungen berechnete Gastransportzeit tGas abgezogen. Dadurch erhält man den Wert für die sondenei­ gene Totzeit tSonde. Vergrößert sich die ermittelte sondenei­ gene Totzeit tSonde signifikant, so ist das auf eine Alterung der Lambdasonde zurückzuführen.
Die sondeneigene Totzeit tSonde wird deshalb mit einem Schwellenwert SW2 verglichen, der für eine korrekt arbeitende Lambdasonde festgelegt und ebenfalls in der Steuerungsein­ richtung 21 abgelegt ist. Überschreitet die sondeneigene Tot­ zeit tSonde diesen Schwellenwert SW2, so ist die Lambdasonde zu träge und sie wird hinsichtlich ihres Zeitverhaltens als nicht funktionstüchtig eingestuft. In diesem Fall kann das Ergebnis der Diagnose dem Fahrzeugführer unmittelbar ange­ zeigt werden. Es ist aber auch möglich, eine statistische Auswertung mehrerer aufeinanderfolgender Überprüfungsroutinen zu machen und einen Fehler erst dann anzuzeigen und/oder in einen Fehlerspeicher einzuschreiben, wenn eine vorgegebene Anzahl von negativen Ergebnissen vorliegt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer im Abgastrakt einer zumindest teilweise mit Luftüberschuß be­ triebenen Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde durch Auswerten des zeitlichen Verhaltens des Ausgangssignals der Lambdasonde, wobei zum Regenerieren eines im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Speicherkatalysators zu Be­ ginn und zu Ende der Regenerierungsphase ein Sollwert für die Luftzahl sprungartig verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - eine Gastransportzeit (tGas) berechnet wird, die das Abgas der Brennkraftmaschine (10) benötigt, um vom Ort der Ein­ spritzung von Kraftstoff in den Ansaugtrakt (11) zu der Lambdasonde (16) zu gelangen,
  • - eine gesamte Totzeit (tTot) gemessen wird, innerhalb derer das Sondensignal (LAM_vor_KAT) der Lambdasonde (16) ausge­ hend vom Beginn eines Lambdasollwertsprunges einen vorge­ gebenen Schwellenwert (SW1) erreicht,
  • - die Differenz zwischen der Gastransportzeit (tGas) und der gesamten Totzeit (tTot) gebildet wird,
  • - als Differenz die sondeneigene Totzeit (tSonde) erhalten wird und diese Differenz mit einem Schwellenwert (SW2) verglichen wird und
  • - in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleiches die Lambdasonde (16) hinsichtlich ihrer zeitlichen Ansprech­ charakteristik beurteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastransportzeit (tGas) berechnet wird aus einem Term, der den Einspritzbeginnwinkel (EBW) und die Segmentzeit (TN) als die Zeit, innnerhalb derer sich die Kurbelwelle um 720° geteilt durch die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine dreht und aus einem Term, der eine Abgaslaufzeit (tAbg) bein­ haltet, die das Abgas benötigt, um von einem Auslassventil zum Ort der Lambdasonde (16) zu gelangen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastransportzeit (tGas) für eine 6-Zylinderbrennkraftmaschine berechnet wird zu
mit
TN Segmentzeit (Zeit, innnerhalb derer sich die Kur­ belwelle um 120° dreht)
EBW Einspritzbeginnwinkel
tAbg Abgaslaufzeit
und
mit
LM Luftmasse im Ansaugtrakt
K Faktor = f(LM[kg/h].
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor (K) abhängig vom Wert der Luftmasse (LM) in einem Kennfeld (KF1) einer Speichereinrichtung (21) abgelegt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerte (SW1, SW2) experimentell bestimmt werden und in einer Speichereinrichtung (21) abgelegt sind.
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