DE3627437C2 - Schutzvorrichtung für einen Abgas-Katalysator einer Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der DE 33 39 429 A1 bekannten Schutzvorrich­ tung dieser Art ist das Ausgangssignal der Lambda-Sonde hinsichtlich seiner Frequenz analysiert und die Signalein­ richtung bei Überschreiten eines oberen oder eines unteren Frequenzwertes betätigt.

Bei der bekannten Schutzvorrichtung wird das direkte Span­ nungssignal der Lambda-Sonde ausgewertet. Die Parallel­ schaltung zur Lambda-Regeleinrichtung belastet die Lambda- Sonde mit der Folge, daß deren Ausgangssignal stark ver­ fälscht wird. Ferner wird bei der bekannten Schutzvorrichtung das Ausgangssignal der Lambda-Sonde einem Differenzver­ stärker als Teil der Schutzvorrichtung zugeführt. Diese ist aus Kostengründen in Großserie nicht verwendbar, da extreme Hochohmigkeit gefordert werden muß. Ferner basiert die Auswertung der Frequenz des Lambda-Sondensignals auf der Idealvorstellung einer harmonischen Schwingung. Diese ideale Form existiert bei realen Gemischbildungssystemen nicht. Die systembedingte Gemischungleichverteilung derartiger Gemisch­ bildungssysteme bewirkt eine Anhebung der Regelfrequenz, die bei der bekannten Schutzvorrichtung die Signaleinrichtung betätigen würde, obwohl keinerlei Gefährdung des Katalysators vorliegt. Diese "normalen" Störungen nehmen an Häufigkeit zu, je näher die Lambda-Sonde am Auslaß der Brennkraftmaschine liegt, da keine dämpfenden Durchmischungseffekte mehr auf­ treten. Dadurch aber wird gerade bei der aus Gründen der Genauigkeit des Gemischbildungssystems sinnvollen möglichst nahen Anordnung der Lambda-Sonde am Auslaß die bekannte Schutzvorrichtung weitgehend wirkungslos.

In diesem Zusammenhang ist aus der US 4 216 653 eine Beschaltung eines Abgaskatalysators in Verbindung mit einer Sekundärluft-Einstellvorrichtung bekannt. Dem üblichen Regelbetrieb der Gemisch-Einstellvorrichtung ist im Bereich eines stöchiometrischen Gemischs ein zusätzlicher Sekundärluftbetrieb überlagert, der die normalen Regelschwankungen noch vergrößert. Dadurch wird die Effizienz des Abgaskatalysators gesteigert. Durch die Hinzufügung von Sauerstoff ins Abgas der Brennkraftmaschine wird der Katalysator aber bis an die Grenze seiner Leistungsfähigkeit und sogar darüber hinaus beansprucht. Ursache ist der Umstand, daß die Betriebstemperatur eines Katalysators bei normalem Betrieb bereits nahe an der thermischen Grenztemperatur liegt. Wird zusätzlich Sauerstoff hinzugegeben, so wird die Gefahr einer Überschreitung dieses Temperaturgrenzwertes heraufbeschworen.

Schaltungstechnisch wird bei der US 4 216 653 das Ausgangssignal einer Lambda-Sonde einem Vergleicher hinzugeführt, dem ein Integrator nachgeschaltet ist. Mit Hilfe des Integrators soll es möglich sein, das Überschreiten eines Grenzwerts für das Ausgangssignal der Lambda-Sonde zu erkennen.

Ferner ist es aus der DE-OS 23 04 622 bekannt, das Ausgangssignal einer Lambda-Sonde an eine Schalteinrichtung anzuschließen, die in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal eine Warneinrichtung oder dgl. betätigt. Damit wird im wesentlichen eine Funktionsprüfung der Lambda-Sonde bzw. des Abgas-Katalysators durchgeführt.

Aus der zuletzt genannen Druckschrift ist es ferner bekannt, am Katalysator eingangs- und ausgangsseitig einen Temperaturfühler anzuordnen, um Aufschluß über die Güte des Katalysators zu erhalten. Dies bedingt einen erheblichen konstruktiven Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Verwendung spezieller Temperatursensoren mit geringem Aufwand eine relevante Aussage über eine mögliche Gefährdung des Abgas-Katalysators liefert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Durch den Integrator wird das Ausgangssignal der Lambda-Sonde gedämpft und hinsichtlich seiner Mittellage bewertet. Durch die durch den Integrator bewirkte Mittelwertbildung und Filterung des Lambda-Sondensignals wird der Frequenzeinfluß dieses Signals eliminiert. Eine Gefährdung des Katalysators zeigt sich durch einen Proportionalsprung in einer Richtung, die für eine Anreicherung bzw. Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Gemischs typisch ist. Dieser Sprung zeigt sich in einem signifikanten Offset der Ausgangsspannung des Integrators.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, als Integrator die Lambda-Regeleinrichtung selbst zu verwenden und deren Ausgangssignal mit dem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen. Dies hat den Vorteil, daß die Lambda-Sonde nicht durch den Integrator belastet wird. Im Gegensatz zu der bekannten Schutzvorrichtung arbeitet die Schutzvorrichtung dann im Anschluß an die Lambda-Regeleinrichtung und nicht parallel dazu.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 das Ausgangssignal einer Lambda-Regeleinrichtung im Normalbetrieb und bei Ausfall einer Zündkerze bzw. eines Einspritzventils und

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schutzvorrichtung gem. der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Ausgangssignal einer üblichen Lambda-Regel­ einrichtung gezeigt. Bei störungsfreiem Betrieb der für Zün­ dung und Einspritzung vorgesehenen Bauteile einer Brennkraft­ maschine - bis hin zu einem Zeitpunkt T - zeigt die Lambda- Regeleinrichtung das mit I bezeichnete Ausgangssignal U_R, das um eine Mittellinie schwankt. Diese Mittellinie ist für ein stöchiometrisches Gemisch charakteristisch.

Kommt es nun zu einem Ausfall eines der genannten Bauteile, so zeigt das Ausgangssignal der Lambda-Regeleinrichtung das mit II bezeichnete Verhalten. Die Ausgangsspannung der Lambda-Regeleinrichtung schwankt nunmehr um eine Mittellage, die gegenüber der Mittellage bei stöchiometrischem Gemisch in charakteristischer Weise verschoben ist. Es kommt also zu einem Spannungsoffset, der mit Hilfe einer in der Figur nicht dargestellten Auswerteschaltung erkannt wird und zur Auslösung einer nicht dargestellten Signaleinrichtung führt.

Das in Fig. 2 gezeigte Flußdiagramm zeigt die Arbeitsweise der Schutzvorrichtung.

Sofern die Lambda-Regeleinrichtung eingeschaltet ist, wird deren Ausgangsspannung U_R über eine zeitliche Mittelwert­ bildung über eine Zeitfenster F ausgewertet. Die Höhe des Spannungsoffsets für den Mittelwert der Ausgangsspannung der Lambda-Sonde wird abgefragt und im Verhältnis zu einem vorgegebenen Grenzwert U_Rzul bewertet. Der Grenzwert U_Rzul liegt dabei oberhalb der bei störungsfreiem Betrieb der Lambda- Regeleinrichtung auftretenden Vorsteuerungskorrektur. Dadurch werden Fehlfunktionen der genannten Bauteile sicher erkannt.

An den dritten Schritt kann sich als vierter Schritt eine zeitliche Wichtung der auftretenden Überschreitung des vorge­ gebenen Grenzwert U_RzuI über die Anzahl der Analyse-Zeit­ intervalle F anschließen (N = n × F, n = 1, 2, 3, . . .). Bei länger andauernder Überschreitung des Grenzwerts wird eine nicht dargestellte Signaleinrichtung betätigt. Es kann sich dabei um eine optische Anzeige (Check-Controll) für den Fahrer oder eine Speicherung des Fehlers in einen Diagnose-RAM handeln. Die Länge des aus den Analyseintervallen F bestehenden Analyse-Zeitraums ist dafür empirisch zu ermitteln.

Auf diese Weise ist eine schnelle Diagnose eines Ausfalls von Zündkerzen und von Einspritzventilen im Bereich zwischen Leerlauf und höchster Teillast im gesamten Drehzahlband einer Brennkraftmaschine möglich. Ein wirksamer Schutz des Abgas- Katalysators gegen thermische Überbeanspruchung durch unverbrannte Kohlenwasserstoffmengen wird dadurch erreicht. Die Schutzvorrichtung kann auch nachträglich in alle Brenn­ kraftmaschinen mit Lambda-Regeleinrichtung integriert werden. Besonders einfach gestaltet sich dies bei einer digitalen Motorelektronic. Dort kann die Erfindung softwaremäßig in den adaptiven Bereich der Lambda-Regelung implementiert werden.

Claims (2)

1. Schutzvorrichtung für einen Abgas-Katalysator einer Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regeleinrichtung, bei der das Ausgangssignal einer im Abgasstrom angeordneten Lambda-Sonde über ein vorgegebenes Analyse-Zeitintervall ausgewertet und abhängig vom Vergleich mit vorgegebenen Grenzwerten ggf. eine Signaleinrichtung betätigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Lambda-Sonde einem Integrator zugeführt ist, daß das Integrator-Ausgangssignal über das Analyse-Zeitintervall gemittelt ist und daß die Signaleinrichtung betätigt ist, wenn das gemittelte Integrator-Ausgangssignal einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator die Lambda-Regeleinrichtung ist, deren Ausgangssignal mit dem Grenzwert verglichen wird.