DE10117244A1 - Procedure for detecting swapped connected O¶2¶ sensors - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O¶2¶-Sensoren, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis verändert wird und die Reaktionszeiten bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen der O¶2¶-Sensoren gemessen und ausgewertet werden.Method for detecting interchanged O¶2¶ sensors, which are arranged one behind the other in the exhaust line of an internal combustion engine and are connected to a control device for fuel injection, characterized in that the fuel injection is switched off during a test period or the fuel-air ratio is changed and the Response times until the resulting signal changes of the O¶2¶ sensors occur can be measured and evaluated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O2- Sensoren, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for detecting interchanged O 2 sensors, which are arranged one behind the other in the exhaust line of an internal combustion engine and are connected to a control device for fuel injection. The invention further relates to an internal combustion engine for performing the method.
O2-Sensoren, die auch als Lambdasonden bezeichnet werden, erfassen den Sauerstoffgehalt im Abgasstrom der Brennkraftmaschine. Das Sensorsignal wird einer Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung zugeführt, die die Zufuhr und Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum überwacht. Dabei können mehrere O2-Sensoren hintereinander in einen Abgasstrang jeweils zwischen Abgaskatalysatoren vorgesehen sein. Die O2-Sensoren dienen zur Steuerung der Gemischaufbereitung und zur Diagnose der zwischen ihnen liegenden Katalysatoren.O 2 sensors, which are also referred to as lambda sensors, record the oxygen content in the exhaust gas flow of the internal combustion engine. The sensor signal is fed to a control device for fuel injection, which monitors the supply and injection of the fuel into the combustion chamber. In this case, a plurality of O 2 sensors can be provided one behind the other in an exhaust line between exhaust gas catalysts. The O 2 sensors are used to control the mixture preparation and to diagnose the catalysts between them.
Bei der Montage besteht die Gefahr, daß die O2-Sensoren vertauscht eingebaut werden bzw. vertauscht an die Regeleinrichtung angeschlossen werden. Eine Vertauschung könnte mechanisch verhindert werden, beispielsweise durch unterschiedliche konstruktive Befestigungen der O2-Sensoren mit dem Abgasstrang und/oder unterschiedliche Kabellängen für die verschiedenen Sonden. Zur Vermeidung von Kostensteigerungen sollen jedoch identische Befestigungen verwendet werden. Auch sind unterschiedliche Kabellängen nicht immer gegeben.During assembly, there is a risk that the O 2 sensors will be installed mixed up or connected to the control device. A mix-up could be prevented mechanically, for example by different structural attachments of the O 2 sensors to the exhaust line and / or different cable lengths for the different probes. To avoid cost increases, however, identical fasteners should be used. Different cable lengths are not always given.
Aus der DE 197 34 670 C1 ist ein Verfahren zur Vertauschprüfung von Lambdasonden bekannt, das bei Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei separaten Abgasleitungen angewendet werden kann. Zur Prüfung wird Luft aus einer fahrzeugeigenen Luftquelle durch die Abgasleitung der Lambdasonde zugeführt, so daß der richtige Anschluß anhand der Reaktionszeit überprüft werden kann. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nur bei Fahrzeugen mit einer Luftquelle anwenden. DE 197 34 670 C1 describes a method for checking the exchange of Lambda sensors known that in internal combustion engines with at least two separate exhaust pipes can be used. Air is released for testing an in-vehicle air source through the exhaust pipe of the lambda sensor fed so that the correct connection can be checked based on the response time can. However, this method can only be used on vehicles with an air source apply.
Ein Verfahren zur Erkennung von seitenverkehrt angeschlossen Lambdasonden bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen, die zylinderreihenweise abschaltbar sind, wird in der EP 0691 465 B1 vorgeschlagen. Für hintereinander eingebaute Abgassonden kann es jedoch nicht eingesetzt werden.A method for the detection of reversed connected lambda probes an internal combustion engine with two rows of cylinders, the rows of cylinders can be switched off, is proposed in EP 0691 465 B1. For in a row built-in exhaust gas probes, however, it cannot be used.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung hintereinander angeordneter, vertauscht angeschlossener O2-Sensoren anzugeben, das schnell und einfach durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the problem of specifying a method for detecting consecutively arranged, interchanged O 2 sensors which can be carried out quickly and easily.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraumes abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis während des Prüfzeitraums geändert, d. h. abgemagert, wird und die Reaktionszeit bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen der O2-Sensoren gemessen und deren Differenz gebildet wird, wobei ein vertauschter Anschluß erkannt wird, wenn die Differenz einen Schwellenwert unterschreitet oder negativ ist.To solve this problem, according to the invention, in a method of the type mentioned at the outset, the fuel injection is switched off during a test period or the fuel-air ratio is changed, that is to say emaciated, during the test period and the reaction time until the resulting signal changes in the O 2 sensors are measured and their difference is formed, an interchanged connection being recognized if the difference falls below a threshold value or is negative.
Nach der Schubabschaltung oder der Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Brennkraftmaschine während des Motorlaufes wird sich im Abgasstrang ein Luftüberschuß als Sprungantwort einstellen. Bei richtig eingebauten O2-Sensoren reagiert zuerst die motornahe Sonde, die motorfernen Sonden reagieren mit einer gewissen Zeitverzögerung.After the fuel cut-off or the change in the fuel-air ratio of the internal combustion engine while the engine is running, an excess of air will set in the exhaust system as a step response. If the O 2 sensors are installed correctly, the probe close to the engine reacts first, the probes remote from the engine react with a certain time delay.
Es bietet sich an, die Reaktionszeit eines O2-Sensors durch Vergleichen des Sensorsignals mit einem vorgegebenen Signalschwellenwert zu ermitteln.It is advisable to determine the response time of an O 2 sensor by comparing the sensor signal with a predetermined signal threshold.
Zur Erkennung eines vertauschten Anschlusses wird die Laufzeit der Sprungantwort von einer Sonde zur jeweils nachfolgenden Sonde ermittelt. Je nachdem, ob diese Laufzeit einen Differenzschwellenwert über- oder unterschreitet, wird ein richtiger oder falscher Einbauzustand erkannt. Im einfachsten Fall kann der Schwellenwert 0 sein und positive Reaktionszeitdifferenzen zeigen einen richtigen Einbau und negative Reaktionszeitdifferenzen vertauscht angeschlossene O2-Senso-ren an.To detect a swapped connection, the runtime of the step response is determined from one probe to the next probe. Depending on whether this runtime exceeds or falls below a difference threshold value, a correct or incorrect installation state is recognized. In the simplest case, the threshold value can be 0, and positive reaction time differences indicate correct installation and negative reaction time differences indicate interchanged O 2 sensors.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß beim Erkennen eines vertauschten Anschlusses ein Fehlersignal ausgelöst und oder die Regeleinrichtung gesperrt wird. Die Regeleinrichtung kann die Kraftstoffeinspritzung in diesem Fall anhand vorgegebener Standardwerte oder durch ein Notlaufprogramm steuern.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the Detecting an interchanged connection triggered an error signal and or Control device is blocked. The control device can fuel injection in this case based on specified standard values or using a Control the emergency running program.
Vorteilhafterweise kann das Fehlersignal an ein Motorsteuergerät und/oder an eine Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden. Ebenso kann es an eine an die Brennkraftmaschine anschließbare, externe Testeinrichtung ausgegeben werden, so daß die Vertauschprüfung stationär in einer Werkstatt durchgeführt werden kann.The error signal can advantageously be sent to an engine control unit and / or to a Display device are output. It can also be sent to one of the Internal test device connectable, external test device are output, so that the exchange test can be carried out in a stationary workshop.
Besonders geeignet für die Durchführung des Verfahrens ist eine Brennkraftmaschine mit im Abgasstrang hintereinander angeordneten und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossenen O2-Sensoren. Zwischen den O2-Sen-soren kann wenigstens ein Abgaskatalysator oder ein anderes Bauteil angeordnet sein.An internal combustion engine with O 2 sensors arranged one behind the other in the exhaust line and connected to a control device for fuel injection is particularly suitable for carrying out the method. At least one exhaust gas catalytic converter or another component can be arranged between the O 2 sensors.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention result from the in the embodiment described below and with reference to the drawings. Show:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine mit hintereinander angeordneten O2-Senso-ren, und Fig. 1 is a block diagram of an exhaust line of an internal combustion engine with O 2 sensors arranged one behind the other, and
Fig. 2 einen typischen Signalverlauf der beiden O2-Senso-ren während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 shows a typical waveform of the two O 2 -Senso-ren while carrying out the process according to the invention.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Abgasstranges 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine ist über Abgaskrümmer mit der Abgasleitung 2 verbunden. Der Pfeil gibt die Strömungsrichtung des Abgases an. In der Abgasleitung 2 ist ein O2-Sensor 3 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt des Abgases mißt. An die Abgasleitung 2 schließt sich strömungsabwärts ein Katalysator 4 an, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als 3-Wege- Katalysator ausgebildet ist und zur Abgasreinigung dient. Nach dem Durchströmen des Katalysators 4 gelangt das Abgas in die Abgasleitung 5, von wo es zu einem nicht dargestellten Schalldämpfer geführt wird. In der Abgasleitung 5 ist ein O2- Sensor 6 befestigt. Beide O2-Sensoren 3, 6 sind vollkommen identisch und über elektrische Leitungen 7, 8 an eine Regeleinrichtung 9 angeschlossen. Die Regeleinrichtung 9 - die integraler Bestandteil einer Motorsteuerung sein kann - empfängt die Sensorsignale der Abgassonden 3, 6 und verwendet diese als Eingangsgrößen für die Kraftstoffeinspritzung. Über eine Signalleitung 10 ist die Regeleinrichtung 9 mit dem in Figur nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung 9 auch mit einem Motorsteuergerät verbunden sein. Ein weiterer Ausgang der Regeleinrichtung 9 ist an eine Anzeigeeinrichtung 13 geführt. Fig. 1 shows a section of an exhaust line 1 of an internal combustion engine, not shown. The internal combustion engine is connected to exhaust pipe 2 via exhaust manifolds. The arrow indicates the direction of flow of the exhaust gas. An O 2 sensor 3 is arranged in the exhaust pipe 2 and measures the oxygen content of the exhaust gas. Downstream of the exhaust pipe 2 there is a catalytic converter 4 , which in the exemplary embodiment shown is designed as a 3-way catalytic converter and is used for exhaust gas purification. After flowing through the catalyst 4 , the exhaust gas reaches the exhaust pipe 5 , from where it is led to a silencer, not shown. An O 2 sensor 6 is fastened in the exhaust line 5 . Both O 2 sensors 3 , 6 are completely identical and connected to a control device 9 via electrical lines 7 , 8 . The control device 9 - which can be an integral part of an engine control system - receives the sensor signals of the exhaust gas probes 3 , 6 and uses them as input variables for fuel injection. The control device 9 is connected to the fuel injection system (not shown in the figure) via a signal line 10 . Alternatively or additionally, the control device 9 can also be connected to an engine control unit. Another output of the control device 9 is led to a display device 13 .
Vor der Durchführung des Verfahrens muß sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand befinden, bei dem die Abgassonden ein stabiles Luft-Kraftstoff- Verhältnis detektieren müssen. Das Diagramm von Fig. 2 zeigt den typischen Signalverlauf der O2-Sensoren während der Durchführung des Verfahrens. Die waagerechte Achse entspricht der Zeitachse, auf der senkrechten Achse sind die Verläufe der Signalpegel 11, 12 der O2-Sensoren 3, 6 aufgetragen. Der Signalpegel entspricht dabei einer elektrischen Spannung U. Vor dem Beginn des Prüf verfahrens weisen die beiden Signalpegel 11, 12 einen annähernd konstanten Verlauf über einer Schwelle S1 auf und unterscheiden sich in der Amplitude nur geringfügig voneinander. Falls die Signalpegel unterhalb einer Schwelle S1 liegen, wird durch gezieltes verändern der Regelparameter der Kraftstoffeinspritzung der gewünschte Zustand eingestellt.Before the method is carried out, the internal combustion engine must be in an operating state in which the exhaust gas probes must detect a stable air-fuel ratio. The diagram in FIG. 2 shows the typical signal curve of the O 2 sensors while the method is being carried out. The horizontal axis corresponds to the time axis, and the courses of the signal levels 11 , 12 of the O 2 sensors 3 , 6 are plotted on the vertical axis. The signal level corresponds to an electrical voltage U. Before the start of the test method, the two signal levels 11 , 12 have an approximately constant profile over a threshold S1 and differ only slightly in amplitude. If the signal levels are below a threshold S1, the desired state is set by deliberately changing the control parameters of the fuel injection.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert, so daß sich ein Luftüberschuß ergibt. Nach dem Durchströmen des Brennraumes gelangt das Abgas nach einer gewissen Zeit, die von den geometrischen Verhältnissen und der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist, in die Abgasleitung 2. In der Abgasleitung 2 befindet sich der O2- Sensor 3, der auf die veränderte Abgaszusammensetzung reagiert. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, fällt der Signalpegel 11 relativ steil ab, bis der Signalpegel 11 einen sehr kleinen Wert erreicht hat. Um die Reaktions- bzw. Umschaltzeit des O2- Sensors 3 vergleichen zu können, wird der Zeitpunkt ermittelt, an dem der Signalpegel 11 einen bestimmten, vorgegebenen Signalschwellenwert S2 erreicht. Dieser kann beispielsweise 30% des Maximalwertes betragen. Für diesen Zeitpunkt wird die Zeit t1 ermittelt.To carry out the method, the fuel injection is switched off or the fuel-air ratio is changed so that there is an excess of air. After flowing through the combustion chamber, the exhaust gas reaches the exhaust gas line 2 after a certain time, which is dependent on the geometric conditions and the flow rate. The O 2 sensor 3 is located in the exhaust line 2 and reacts to the changed exhaust gas composition. As can be seen in FIG. 2, the signal level 11 drops relatively steeply until the signal level 11 has reached a very small value. In order to be able to compare the reaction or switchover time of the O 2 sensor 3 , the point in time at which the signal level 11 reaches a specific, predetermined signal threshold value S2 is determined. This can be 30% of the maximum value, for example. The time t 1 is determined for this point in time.
Von der Abgasleitung 2 gelangt das Abgas weiter durch den Katalysator 4 in die Abgasleitung 5, in der sich der O2-Sensor 6 befindet. Der diesem zugeordnete Signalpegel 12 verläuft zunächst noch annähernd konstant weiter, bis auch der O2- Sensor 6 auf die geänderte Luftzusammensetzung reagiert, so daß der Signalpegel 12 abfällt. Analog wird der Zeitpunkt bestimmt, bei dem der Signalpegel 12 den Signalschwellenwert S2 unterschreitet. Dies ist der Zeitpunkt t2. Anschließend wird die Differenz der beiden Reaktionszeiten gebildet, die durch Δt = t2 - t1 angegeben wird. Δt ist die Reaktionszeitdifferenz der beiden O2-Sensoren 3, 6. Wenn t1 dem motornahen O2-Sensor und t2 dem motorfernen O2-Sensor zugeordnet ist, ist die Reaktionszeitdifferenz stets positiv. Der Differenzwert selbst kann in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern schwanken, die motornahe Abgassonde reagiert jedoch zwangsläufig früher als die motorferne Abgassonde, so daß Δt immer positiv ist. Dementsprechend werden vertauscht angeschlossene O2-Sensoren einfach daran erkannt, daß die Reaktionszeitdifferenz Δt negativ ist. Definiert man die Reaktionszeitdifferenz Δt umgekehrt, so kehren sich lediglich die Vorzeichen um, d. h. ordnungsgemäß angeschlossene O2-Sensoren ergeben eine negative Reaktionszeitdifferenz und bei einem positiven Wert liegt ein Fehler vor. Unabhängig von der Definitionsweise ist immer einem Zahlenwert das Ergebnis "richtig" und dem Zahlenwert mit entgegengesetztem Vorzeichen das Ergebnis "falsch" zugeordnet.From the exhaust pipe 2 , the exhaust gas passes through the catalytic converter 4 into the exhaust pipe 5 , in which the O 2 sensor 6 is located. The signal level 12 assigned to this initially continues to be approximately constant until the O 2 sensor 6 also reacts to the changed air composition, so that the signal level 12 drops. The time at which the signal level 12 falls below the signal threshold value S2 is determined analogously. This is the time t 2 . The difference between the two reaction times is then formed, which is indicated by Δt = t 2 - t 1 . Δt is the reaction time difference between the two O 2 sensors 3 , 6 . If t 1 is assigned to the O2 sensor close to the engine and t 2 to the O 2 sensor remote from the engine, the reaction time difference is always positive. The difference value itself can fluctuate depending on various parameters, but the exhaust gas probe close to the engine inevitably reacts earlier than the exhaust gas probe remote from the engine, so that Δt is always positive. Accordingly, reversed connected O 2 sensors are simply recognized by the fact that the reaction time difference Δt is negative. If the reaction time difference Δt is defined in reverse, only the signs are reversed, ie properly connected O 2 sensors result in a negative reaction time difference and there is an error with a positive value. Regardless of the definition, the result "correct" is always assigned to a numerical value and the result "wrong" to the numerical value with opposite sign.
Nach der Ermittlung der beiden Reaktionszeiten t1 und t2 kann der normale Betrieb wieder aufgenommen werden. Wichtig ist jedoch, daß der Zeitraum der Schubabschaltung oder der Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mindestens der Reaktions- oder Umschaltzeit der Abgassonden entspricht.After determining the two reaction times t 1 and t 2 , normal operation can be resumed. However, it is important that the period of the fuel cut-off or the change in the fuel-air ratio corresponds at least to the reaction or changeover time of the exhaust gas probes.
Die Vertauschprüfung kann von der Regeleinrichtung 9, einem Motorsteuergerät oder einem externen Testgerät durchgeführt werden. Die Signalweiterleitung erfolgt über die Signalleitung 10. Wenn vertauschte Sensoren festgestellt worden sind, wird ein Signal an eine Anzeigeeinrichtung ausgegeben, die als Signallampe 13 ausgebildet ist. Ein Signal der Signallampe 13 ist dann eindeutig, wenn es sich um nur 2 O2-Sensoren handelt. Bei mehr als 2 Sensoren könnte die Signallampe z. B. durch eine ein- oder mehrstellige Digitalanzeige ersetzt werden, die die Nummern der vertauscht eingebauten Sensoren anzeigt.The exchange test can be carried out by the control device 9 , an engine control unit or an external test device. The signal is forwarded via the signal line 10 . If reversed sensors have been determined, a signal is output to a display device which is designed as a signal lamp 13 . A signal from the signal lamp 13 is unambiguous when there are only 2 O 2 sensors. With more than 2 sensors, the signal lamp could e.g. B. be replaced by a single or multi-digit digital display that shows the numbers of the reversed sensors installed.
Im Ausführungsbeispiel sind lediglich 2 Sensoren 3, 6 und ein Katalysator 4 gezeigt. Das Verfahren ist jedoch auch bei Systemen mit mehr als 2 Sensoren und mehr als einem Katalysator anwendbar. Wenn die Laufzeiten der Sprungantwort auf die Schubabschaltung oder die Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in gegebenen Systemen bekannt sind, so muß nicht zwingend immer die Laufzeit der Sprungantwort zwischen zwei hintereinander liegenden Sonden gemessen werden, sondern es kann auch die bekannte Laufzeit des Abgases vom Brennraum zur O2- Sonde vorgegeben und mit dem Zeitpunkt der von der Sonde detektierten Sprungantwort verglichen werden. Liegt die Sprungantwort im Zeitfenster der vorgegebenen Laufzeit, so ist die Sonde an der richtigen Stelle eingebaut, liegt sie außerhalb des Zeitfensters, ist die Sonde falsch plaziert. In the exemplary embodiment, only 2 sensors 3 , 6 and a catalytic converter 4 are shown. However, the method can also be used in systems with more than 2 sensors and more than one catalyst. If the running times of the step response to the overrun fuel cutoff or the change in the fuel-air ratio are known in given systems, the running time of the step response between two consecutive probes need not always be measured, but the known running time of the exhaust gas from The combustion chamber for the O 2 probe is specified and compared with the time of the step response detected by the probe. If the step response lies in the time window of the specified runtime, the probe is installed in the correct place, if it is outside the time window, the probe is placed incorrectly.
11
Abgasstrang
exhaust gas line
22
Abgasleitung
exhaust pipe
33
, .
66
O2 O 2
-Sensor
-Sensor
44
Katalysator
catalyst
55
Abgasleitung
exhaust pipe
77
, .
88th
elektrische Leitungen
electric lines
99
Regeleinrichtung
control device
1010
Signalleitung
signal line
1111
, .
1212
Signalpegel
signal level
1313
Signallampe
S1, S2 Signalschwellenwerte
t1, t2 Reaktionszeiten
U Spannung
Warning light
S1, S2 signal thresholds
t1, t2 response times
U voltage
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