DE102007045984A1 - Method for determining the dynamic properties of an exhaust gas sensor of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Zur Bestimmung einer Signaldynamik einer Abgassonde wird vorgeschlagen, dass die Zylinder mit einem Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen beschicht werden, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzelner Zylinder gegenüber dem Nominalwert so geändert wird, dass das regulär gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Mittel über alle Zylinder im Wesentlichen erhalten bleibt und dass die Signaldynamik des das Störmuster abbildenden Signals (8, 10, 11, 12) des Sensors ermittelt wird.For determining a signal dynamics of an exhaust gas probe, it is proposed that the cylinders are coated with a disturbance pattern of cylinder-specific mixture deviations, the air-fuel ratio of individual cylinders being changed from the nominal value such that the regularly desired air-fuel ratio is on average above all Cylinder is substantially maintained and that the signal dynamics of the disturbance pattern imaging signal (8, 10, 11, 12) of the sensor is determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der dynamischen Eigenschaften eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors.The The present invention relates to a method for determining the dynamic properties of an exhaust tract of an internal combustion engine arranged exhaust gas sensor.
Ein
derartiges Verfahren ist aus der
Für die Einhaltung der zunehmend strengeren gesetzlichen Vorschriften zur Begrenzung von Motorabgasen sind Algorithmen für die Diagnose von emissionsbeeinflussenden beziehungsweise für andere Bauteildiagnosen verwendete Komponenten notwendig, die als Programm auf einer Motorsteuerung ablaufen. Fällt eine solche Komponente aus und werden aufgrund dessen die gesetzlichen Anforderungen bezüglich der Einhaltung von Abgasemissionen oder der Diagnose anderer emissionsbeeinflussender Bauteile nicht erfüllt, ist die verantwortliche Komponente als fehlerhaft anzuzeigen.For compliance with increasingly stringent legal requirements to limit engine exhaust are algorithms for the Diagnosis of emission-influencing or for other component diagnoses required components used as Run program on a motor control. Falls one such component and are therefore the legal Requirements for compliance with exhaust emissions or the diagnosis of other emission-influencing components fulfilled, the responsible component is considered faulty display.
Beispiele für derartige Komponenten sind im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors montierte Sensoren für die Erfassung der Sauerstoff-(Lambdasonde), NOx-, NH3-, Partikel- oder Kohlenwasserstoffkonzentration, die in der Regel für emissionsreduzierende Regelungen, Diagnosen oder Regenerationen anderer Bauteile im Abgasstrang verwendet werden. Zu den ausschlaggebenden Eigenschaften solcher Sensoren gehört das Dynamikverhalten, das z. B. für schnelle Regelfunktionen, bei denen es auf eine zeitlich hochauflösende Auswertung des Sondensignals ankommt, notwendig ist. Dementsprechend sind diese Sensoren hinsichtlich Verschlechterung des Dynamikverhaltens, d. h. einem verlangsamten Ansprechen des Sensors, zu überwachen und ein Fehlerfall ist anzuzeigen. Eine verlangsamte Dynamik kann beispielsweise durch Verschmutzung oder Alterung des Sensors verursacht werden.Examples of such components are sensors mounted in the exhaust line of an internal combustion engine for detecting the oxygen (lambda probe), NO x , NH 3 , particle or hydrocarbon concentration, which is generally used for emission-reducing regulations, diagnoses or regenerations of other components in the exhaust system become. The decisive properties of such sensors include the dynamic behavior, the z. B. for fast control functions in which it depends on a temporally high-resolution evaluation of the probe signal, is necessary. Accordingly, these sensors are to be monitored for deterioration of the dynamic behavior, ie, a slower response of the sensor, and an error case is to be displayed. Slower dynamics can be caused, for example, by contamination or aging of the sensor.
Gängige Verfahren zur Ermittlung des Dynamikverhaltens von Abgassensoren nutzen die Tatsache, dass sich (schnelle) Konzentrationsänderungen des vom Abgassensor zu sensierenden Stoffes in der (hohen) Dynamik des zugehörigen Signalverlaufs widerspiegeln – wenn der Sensor aufgrund seiner ungeminderten Dynamik in der Lage ist, den (hohen) Änderungsraten zu folgen. Sie beruhen demnach auf einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Charakterisierung der damit verbundenen Sondenreaktion. Beispielsweise wird bei Lambdasonden die dynamische Reaktion von Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von fett (λ < 1) nach mager (λ > 1) bzw. mager nach fett ausgewertet, welche entweder durch Zwangsanregung (bei Systemen mit stetigen Lambdasonden) oder durch 2-Punkt-Regelung (bei Systemen mit binären Lambdasonden vor einem Katalysator) herbeigeführt werden. Alternativ dazu kann auch bei magerlauffähigen Systemen mit stetiger Lambdasonde vor Katalysator der Übergang von mager (im Schichtbetrieb, λ >> 1) auf homogen (λ = 1) bzw. fett im Rahmen von Regenerationsphasen eines NOx-Speicherkatalysators für die Bewertung der Sondendynamik herangezogen werden. Weiterhin kann alternativ der Übergang vom homogenen Betrieb auf Schubabschaltung und umgekehrt herangezogen werden, letzteres eignet sich insbesondere auch für Sensoren, die nach einem Dreiwege- oder NOx-Speicher-Katalysator verbaut sind. Dabei handelt es sich in der Regel um binäre Lambda- oder NOx-Sensoren.Common methods for determining the dynamic behavior of exhaust gas sensors make use of the fact that (rapid) changes in concentration of the substance to be sensed by the exhaust gas sensor are reflected in the (high) dynamics of the associated signal curve - if the sensor is able to withstand the (high) dynamics due to its unrestricted dynamics ) Change rates to follow. They are therefore based on a change in the air-fuel ratio and the characterization of the associated probe reaction. Lambda sensors, for example, are used to evaluate the dynamic response of changes in the air-fuel ratio from rich (λ <1) to lean (λ> 1) or lean to rich, either by forced excitation (in systems with continuous lambda probes) or by 2 Point control (in systems with binary lambda probes in front of a catalyst) are brought about. Alternatively, even with lean running systems with continuous lambda probe before the catalyst, the transition from lean (in shift operation, λ >> 1) to homogeneous (λ = 1) or fat in the context of regeneration phases of a NO x storage catalyst used for the evaluation of the probe dynamics become. Furthermore, alternatively, the transition from homogeneous operation to fuel cut-off and vice versa can be used, the latter is particularly suitable for sensors that are installed after a three-way or NO x storage catalyst. These are usually binary lambda or NO x sensors.
In jedem Fall erfolgt die Bestimmung der Signaldynamik mittels eines von mehreren möglichen Bewertungskriterien. Üblich ist, dass zur Bewertung der Signaldynamik entweder ein Signalhub nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne, oder eine Zeit für das Durchstreichen eines Signalhubs, oder die Ableitung des Signalverlaufs – vergleiche die oben genannte gattungsgemäße Offenlegungsschrift – ermittelt und herangezogen wird. Der Signalhub wird dabei jeweils durch bereits genannte Beispiele für Übergänge im Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgelöst.In In each case, the determination of the signal dynamics by means of a of several possible evaluation criteria. Common is that to evaluate the signal dynamics either a signal swing after elapse of a predetermined period of time, or a time for crossing out a signal swing, or the derivative the waveform - compare the above-mentioned generic Disclosure - determined and used. The signal swing is in each case by already mentioned examples of transitions triggered in the air-fuel ratio.
Die Diagnose der Abgassonde anhand der Signaldynamik wird üblicherweise erreicht, indem das herangezogene Bewertungskriterium, beziehungsweise sein ermittelter Wert, mit einem eingestellten Grenzwert verglichen wird. Je nach Ergebnis dieses Vergleichs wird ein Fehler im Fehlerspeicher des Motorsteuergerätes eingetragen.The Diagnosis of the exhaust gas probe based on the signal dynamics is usually achieved by the used evaluation criterion, or its determined value compared with a set limit becomes. Depending on the result of this comparison, an error in the error memory of the Engine control unit registered.
Als nachteilig erscheint bei den bekannten Verfahren vor allem, dass – insbesondere aufgrund der relativ langen Periodendauer der sich bei einer binären Lambdasonde ergebenden Lambdaschwingung – nur relativ große Signalverschlechterungen, bei denen sich die Sprungzeit der binären Sonde von nominal ca. 20–40 ms auf ca. 300–400 ms verlangsamt hat, erkennbar sind.When The disadvantage of the known methods is that, in particular due to the relatively long period of a binary Lambda sensor resulting lambda oscillation - only relatively large Signal deterioration, in which the jump time of the binary Probe of nominal approx. 20-40 ms to approx. 300-400 ms has slowed down, are recognizable.
Im übrigen
ist aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, dass insbesondere auch auf geringe Verschlechterungen des Dynamikverhaltens reagiert.The Object of the present invention is to provide an improved Method of the type mentioned above, in particular also reacts to slight deterioration of the dynamic behavior.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen hervor.These The object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the present Invention will be apparent from the following description, the drawings and the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Zylinder mit einem Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen beschickt werden, und dass die Signaldynamik eines das Störmuster abbildenden Signals des Sensors ermittelt wird.According to the invention achieves this object in a method of the type mentioned by that the cylinders with a disturbance pattern of cylinder-individual Mixture deviations are fed, and that the signal dynamics a signal of the sensor representing the interference pattern is determined becomes.
Die Erfindung beruht demnach darauf, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzelner Zylinder gezielt beeinflusst wird, und dass die dadurch ausgelöste Reaktion im Signal des Sensors hinsichtlich der Signaldynamik ausgewertet wird. Dies kann so geschehen, dass das vor Anwendung des Verfahrens zur Ermittlung der dynamischen Eigenschaften des Sensors gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Mittel erhalten bleibt. Die Überprüfung des Dynamikverhaltens ist in diesem Fall einerseits emissionsneutral, wenn für alle Störmuster die Randbedingung der Emissionsstabilität während Anwendung des Verfahrens auch für ein grenzlastiges (gutes) System unter Berücksichtigung der Brenngrenzen eingehalten wird. Andererseits prägt die Überprüfung erfindungsgemäß ein Änderungsmuster hoher Störfrequenz auf den Signalverlauf auf, so dass eine hohe zeitliche Auflösung, d. h. eine hohe Empfindlichkeit bei der Überprüfung der Signaldynamik ermöglicht ist. Im Einzelnen können dynamische Signalverschlechterungen bereits in der Größenordnung von 100 ms erkannt werden. Nominale Sprungzeiten von z. B. binären Lambdasonden liegen im Bereich von 300 mV–600 mV bei ca. 20–40 ms, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein deutlicher Einfluss bereits bei auf 100 ms verlangsamten Sprungzeiten erkennbar. Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren erlauben eine sichere Erkennung von dynamisch gealterten Sonden erst bei Sprungzeiten von 300–400 ms oder mehr.The Invention is therefore based on that the air-fuel ratio single cylinder is specifically influenced, and that by that triggered reaction in the signal of the sensor regarding the signal dynamics is evaluated. This can be done that way that before applying the method for determining the dynamic Characteristics of the sensor desired air-fuel ratio is maintained on average. The review of the Dynamic behavior in this case is on the one hand emission-neutral, if the boundary condition of emission stability for all interference patterns while applying the method also for a borderline (good) system taking into account the Burning limits is maintained. On the other hand, the review marks According to the invention, a change pattern higher Interference frequency on the waveform, so that a high temporal resolution, d. H. high sensitivity the verification of the signal dynamics allows is. Specifically, dynamic signal degradation already detected in the order of 100 ms become. Nominal jump times of z. B. binary lambda probes are in the range of 300 mV-600 mV at about 20-40 ms, with the inventive method is a Significant influence already at 100 ms slowed down jump times recognizable. Allow known from the prior art method a secure detection of dynamically aged probes only at Jump times of 300-400 ms or more.
Auch bei kurzzeitiger Abweichung von dem im Mittel gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, beispielsweise mit einem Störmuster +10%/0%/0%/0%, gelingt es dem Katalysator noch, die Gemischabweichung emissionsneutral zu verarbeiten, während erfindungsgemäß die Signaldynamik ermittelt wird.Also in the case of short-term deviation from the mean desired Air-fuel ratio, for example, with a noise pattern + 10% / 0% / 0% / 0%, the catalyst still succeeds, the mixture deviation to process emissions neutral, while according to the invention Signal dynamics is determined.
Folgende
Vorteile ergeben sich gegenüber bisherigen Diagnosekonzepten
für das Sonden-Dynamikverhalten:
Das erfindungsgemäße
Verfahren kommt ohne Übergänge des Motorbetriebszustands
vom gefeuerten Betrieb in Schubabschaltung und umgekehrt aus. Das
Verfahren gemäß der Erfindung kann auch für ein
grenzlastiges System emissionsneutral gestaltet werden. Global angeforderte,
geregelte oder vorgesteuerte Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
nach fett bzw. mager sind nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann in üblichen stationären Betriebszuständen
verwendet werden, gleichermaßen für Homogen- wie
für Schichtladungsbetriebszustände. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann grundsätzlich für alle Abgassensoren
verwendet werden, deren Signal auf Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
reagiert. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Positionierung
des betrachteten Sensors im Abgasstrang für die Erkennung
von zylinderindividuellen Gemischschwankungen geeignet ist.The following advantages arise over previous diagnostic concepts for the probe dynamic behavior:
The inventive method comes without transitions of the engine operating state of the fired operation in fuel cut and vice versa. The method according to the invention can also be designed to be emission-neutral for a limit-load system. Globally requested, regulated or piloted changes in the air-fuel ratio to rich or lean are not required. The method according to the invention can be used in normal stationary operating states, both for homogeneous and for stratified charge operating states. The inventive method can basically be used for all exhaust gas sensors whose signal reacts to changes in the air-fuel ratio. However, it is important to ensure that the positioning of the considered sensor in the exhaust system is suitable for the detection of cylinder-specific mixture fluctuations.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Störmuster im Signalverlauf in Form von aufeinander folgenden Peaks abgebildet, wobei die Signaldynamik anhand eines Bewertungskriteriums bestimmt wird, das an mindestens eine Eigenschaft des Signalverlaufs anknüpft. Es können also u. a. die üblichen Bewertungskriterien Amplitudenhöhe, Flankensteilheit des Signals usw. verwendet werden. Ferner kann ein Vergleich des gemessenen Sensorsignals mit einem mittels eines Modells nachgebildeten Signals als Bewertungskriterium herangezogen werden. Es ist außerdem von Vorteil, wenn das Bewertungskriterium ein Zeitkriterium beinhaltet. Insbesondere kann bei Kenntnis des Zündzeitpunktes eines bestimmten Zylinders auch eine Verzögerungszeit (delay) zwischen der zylinderindividuellen Störung und der zugehörigen Signalreaktion ermittelt werden.According to one advantageous embodiment of the invention is the interference pattern in the waveform in the form of successive peaks, wherein the signal dynamics are determined on the basis of an evaluation criterion, which connects to at least one property of the waveform. So it can u. a. the usual evaluation criteria Amplitude height, slope of the signal, etc. used become. Furthermore, a comparison of the measured sensor signal with a modeled by a model signal as an evaluation criterion be used. It is also beneficial if the evaluation criterion includes a time criterion. Especially can with knowledge of the ignition of a certain Cylinder also has a delay time (delay) between the cylinder-specific fault and the associated Signal reaction can be determined.
Es sind auch komplexere Strategien zur Ermittlung (des Wertes) des Bewertungskriteriums möglich, bei denen die Zylinder mit einer Abfolge von mindestens zwei verschiedenen Störmustern beschickt werden, und bei denen das Bewertungskriterium zur Bestimmung der Signaldynamik dann an die zu den verschiedenen Störmustern gehörigen Signalverläufe anknüpft.It are also more complex strategies for determining (the value of) Evaluation criterion possible, in which the cylinder with a sequence of at least two different glitches and for which the evaluation criterion for determination the signal dynamics then to those to the various interference patterns associated with corresponding signal curves.
Bei einem Vierzylindermotor kann ein vorteilhaftes Störmuster +10%/–10%/0%/0% dadurch realisiert werden, dass zwei aufeinander folgende Zylinder mit Gemischabweichungen von +10% beziehungsweise –10% vom Nominalwert beschickt werden, und dass die anderen Zylinder ohne Abweichungen beschickt werden.at a four-cylinder engine can be an advantageous interference pattern +10% / - 10% / 0% / 0% be realized by having two consecutive following cylinders with mixture deviations of + 10% and -10% be charged from the nominal value, and that the other cylinder be fed without any deviations.
Wenn aufeinander folgende Zylinder mit Gemischabweichungen von +10% und –10% vom Nominalwert beschickt werden, kann in einer vorteilhaften Variation ein Störmuster +10%/–10%/+10%/–10% realisiert werden, das eine doppelt so hohe Störfrequenz wie das Störmuster +10%/–10%/0%/0% aufweist.If consecutive cylinders with mixture deviations of + 10% and -10% of Nomi In an advantageous variation, a fault pattern of +10% / - 10% / + 10% / - 10% can be realized, which is twice the interference frequency as the interference pattern +10% / - 10% / 0% / 0 % having.
Gemäß einer als besonders vorteilhaft angesehenen weiteren Ausführungsform der Erfindung wird durch Wahl des Störmusters eine gezielte Beeinflussung der Störfrequenz erreicht, wobei durch eine höhere Störfrequenz eine höhere zeitliche Auflösung hinsichtlich der Ermittlung eines verlangsamten Dynamikverhaltens des Sensors bzw. des Signals einstellbar ist. Durch Wahl des Störmusters ist also eine Graduierung des Bewertungskriteriums möglich, d. h. es können unterschiedliche „Messbereiche" für die Bestimmung der Signaldynamik eingestellt werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch eine Abfolge unterschiedlicher Störsequenzen und Korrelation der jeweiligen Ergebnisse zur Bestimmung des eigentlichen Bewertungskriteriums.According to one considered particularly advantageous further embodiment The invention is a targeted by selecting the interference pattern Influenced by the interference frequency achieved by a higher interference frequency a higher temporal Resolution regarding the determination of a slowed dynamic behavior the sensor or the signal is adjustable. By selecting the interference pattern So is a graduation of the evaluation criterion possible, d. H. There may be different "measuring ranges" for the Determining the signal dynamics can be adjusted. It is conceivable in This connection also includes a sequence of different interference sequences and correlation of the respective results to determine the actual Evaluation criterion.
Alle Ausführungsformen der Erfindung können vorteilhaft in der Weise verwendet werden, dass zur Diagnose des Sensors die ermittelte Signaldynamik mit einem kalibrierten Grenzwert verglichen und das Ergebnis des Vergleichs in einem Steuergerät abgelegt wird.All Embodiments of the invention may be advantageous be used in such a way that the diagnosis of the sensor determined signal dynamics compared with a calibrated limit and stored the result of the comparison in a control unit becomes.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The preferred embodiments of the present invention will become more apparent with reference to the accompanying drawings explained. Show it:
Die
in
In
den
Bekannterweise
kann die Brennkraftmaschine
In
Deutlich
erkennbar ist die gedämpfte Signalreaktion der dynamisch
langsamen Lambdasonde gemäß Kurve
Als
Bewertungskriterium für die Signaldynamik können
Verfahren, wie in
Neben den genannten Beispielen sind weitere Störmuster möglich, etwa gemäß der Sequenz +10%/0%/–10%/0%. Weiterhin kann das Störmuster für eine festzulegende Dauer auch alternierend aufgerufen werden, das heißt, die Zylinder werden mit einer Abfolge von mindestens zwei verschiedenen Störmustern beschickt. Das Störmuster (oder eine Abfolge von Störmustern) wird im Regelfall für eine bestimmte Zeitdauer periodisch wiederholt.Next the above examples are possible further interference patterns, approximately according to the sequence + 10% / 0% / - 10% / 0%. Furthermore, the interference pattern for a festzulegende Duration can also be called alternately, that is, the Cylinders become with a sequence of at least two different interference patterns fed. The disturbance pattern (or a sequence of disturbance patterns) is usually periodic for a certain period of time repeated.
In
jedem Fall ist eine Anwendung des Verfahrens zur Diagnose möglich,
indem das ermittelte Bewertungskriterium mit einem kalibrierten
Grenzwert verglichen wird, und je nach logischem Ergebnis des Vergleichs
im Motorsteuergerät
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