DE102011087310B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde - Google Patents

Abstract

Ein Signal einer linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll, und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom ermittelt. Ein Differenzsignal (DS) wird abhängig von einer Differenz eines Pumpspannungssignals und eines Nernstspannungssignals gebildet. Ein Offsetfehler des Messsignals (MS) wird abhängig von dem Differenzsignal (DS) bei einem in etwa stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert (LAM_SP_RAW) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt, wobei ein Sollwert (LAM_SP) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses abhängig von dem Rohsollwert und einem Zwangsanregungssignal ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
• Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches indem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln.
• Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch den Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus. In diesem Zusammenhang werden beispielsweise Lambdasonden, insbesondere lineare Lambdasonden, eingesetzt und zwar im Rahmen einer Lambdaregelung. Eine lineare Lambdasonde kann auch als Breitbandsonde bezeichnet werden.
• In BASSHUYSEN, R., SCHÄFER, F.: Handbuch Verbrennungsmotor, 2. Auflage, Braunschweig, Vieweg Verlag, 2002. Seiten 559–561. ISBN 3-528-13933-1 ist die Funktionsweise einer Lambda-Regelung beschrieben. Hierzu ist eine lineare Lambdasonde vor einem Katalysator angeordnet. Zur Einstellung der Lambda-Schwankung ist eine Zwangsanregung erforderlich. Auf den eigentlichen Lambda-Sollwert moduliert die Zwangsanregung eine periodische Abweichung (Lambda-Puls) zur Optimierung des Katalysatorwirkungsgrad auf. Dabei wird ein Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses abhängig von dem Rohsollwert und einem Zwangsanregungssignal ermittelt.
• Aus der DE 10 2004 048 318 A1 ist ein Sensorelement um ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch bekannt. Das Sensorelement dient insbesondere zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, und weist zwei zusammen mit einem Festelektrolyten eine Pumpzelle bildenden Elektroden, auf deren Außenpumpelektrode über eine poröse Schutzschicht dem Gasgemisch ausgesetzt ist, und mit einer am Festelektrolyten angeordneten, einem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode, die mit dem Festelektrolyten und einer Nernstelektrode eine Konzentrations- oder Nernststelle bildet. Dabei wird wenigstens zeitweise die Nernstspannung zwischen der Außenpumpelektrode und der Nernstelektrode (Dispersions-Differenzspannung) abgegriffen und ausgewertet.
• In der US 4 658 790 A ist eine Luft-/Kraftstoffverhältnismessvorrichtung und ein Steuerverfahren hierfür beschrieben. Zur Korrektur eines Offsetfehlers der Sensorkennlinie wird dabei das Signal der Pumpspannung ausgewertet. Ein das Luft-/Kraftstoffverhältnis anzeigendes Signal wird durch einen Versatz zu der den Pumpstrom anzeigenden Spannung in Abhängigkeit von dem Ergebnis eines Vergleiches der Pumpspannung mit einem vorbestimmten Wert gegeben.
• Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die einen Beitrag leistet für einen zuverlässigen und emissionsarmen Betrieb einer Brennkraftmaschine.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet sind, und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal bildet.
• Ein Messsignal der linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom ermittelt, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird. Ein Differenzsignal wird abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals und des Nernstspannungssignals gebildet. Ein Offsetfehler des Messsignals wird abhängig von dem Differenzsignal bei einem in etwa stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Ein Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses wird abhängig von dem Rohsollwert und einem Zwangsanregungssignal ermittelt. Das Zwangsanregungssignal hat insbesondere einen rechteckförmigen periodischen Signalverlauf. Der vorgegebene Rohsollwert ist in etwa stöchiometrisch, wenn er in einem engen Bereich um das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Verhältnis liegt, also beispielsweise nur wenige Prozent Abweichung von diesem aufweist, so zum Beispiel in etwa +/–5% oder insbesondere in etwa +/–3%.
• In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass das Differenzsignal grundsätzlich ähnliche Signaleigenschaften wie das Messsignal einer binären Lambdasonde aufweist. So ermöglichen kleine Fluktuationen des Sollwertes des Luft-/Kraftstoff-Verhältnis um das stöchiometrische Verhältnis herum mit Hilfe des Differenzsignals eine einfache Detektion des tatsächlichen stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und so ein Ermitteln des Offsets des Messsignals der linearen Lambdasonde.
• Der so ermittelte Offsetfehler kann beispielsweise eingesetzt werden im Rahmen einer Diagnose der linearen Lambdasonde. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise eine Diagnose bezüglich des Offsets des Messsignals zusätzlich oder alternativ zu einer entsprechenden Diagnose mittels einer weiteren Lambdasonde, die beispielsweise eine binäre Lambdasonde ist und beispielsweise stromabwärts eines Abgaskatalysators in den Abgastrakt angeordnet ist, durchgeführt werden. So kann grundsätzlich beispielsweise dann auch auf eine solche zweite Lambdasonde verzichtet werden.
• Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet sind, und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal bildet.
• Ein Messsignal der linearen Lambdasonde, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom ermittelt, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird.
• Ein korrigiertes Messsignal wird abhängig von dem Messsignal und einem Offsetkorrekturwert ermittelt. Das korrigierte Messsignal wird dann beispielsweise eingesetzt im Rahmen einer Lambdaregelung.
• Ein Differenzsignal wird abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals und des Nernstspannungssignals gebildet. Ein Offset des korrigierten Messsignals wird abhängig von dem Differenzsignal bei einem in etwa stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Ein Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses wird abhängig von dem Rohsollwert und einem Zwangsanregungssignal ermittelt. Der Offsetkorrekturwert wird abhängig von dem ermittelten Offset angepasst. Die Ausführungen bezüglich des ersten Aspekts gelten sinngemäß auch für den zweiten Aspekt.
• Durch das Korrigieren des Messsignals mittels des Offsetkorrekturwertes kann so einfach eine Offsetkompensation durchgeführt werden und so beispielsweise im Zusammenhang mit dem Einsatz des korrigierten Messsignals in der Lambdaregelung eine hohe Güte der Regelung erreicht werden, auch bei sich während des Betriebs der linearen Lambdasonde verändernden Werten ihres absoluten Offsets. Grundsätzlich kann bezüglich des zweiten Aspekts der Offset und/oder der Offsetkorrekturwert auch beispielsweise im Rahmen einer Diagnose der linearen Lambdasonde eingesetzt werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Offsetfehler des Messsignals beziehungsweise der Offset des korrigierten Messsignals abhängig von einem Schwankungskennwert des Differenzsignals ermittelt. Der Schwankungskennwert ist insbesondere repräsentativ für eine Amplitude von Schwankungen des Differenzsignals und gegebenenfalls auch bezüglich einer zeitlichen Häufigkeit der Schwankungen des Differenzsignals, gegebenenfalls mit einer zumindest vorgegebenen Amplitude. Auf diese Weise kann insbesondere ein Bereich des tatsächlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses, das in etwa stöchiometrisch ist, erkannt werden oder unterschieden werden von einem davon abweichenden Luft-/Kraftstoff-Verhältnis.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird im Falle einer kurzen Periodendauer des Zwangsanregungssignals geprüft, ob der Schwankungskennwert einen ersten Schwellenwert überschreitet und falls der Schwankungskennwert den ersten Schwellenwert nicht überschreitet, der Offsetfehler bzw. der Offset abhängig von dem Differenzsignal ermittelt. Im Falle der kurzen Periodendauer des Zwangsanregungssignals kann diese im Hinblick auf das sensorimmanente Verhalten der linearen Lambdasonde das Differenzsignal nur unvollständig dem Verlauf des Sollwertes des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses folgen. Der Schwankungskennwert überschreitet jedoch einen geeignet vorgegebenen ersten Schwellenwert dann, wenn das tatsächliche Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in etwa dem stöchiometrischen Verhältnissen, insbesondere genau dem stöchiometrisch Verhältnis entspricht. Dies kann dann genutzt werden, um bei einem nicht erfolgenden Überschreiten des ersten Schwellenwertes den Offsetfehler bzw. Offset dann abhängig von dem Differenzsignal zu ermitteln.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird im Falle einer langen Periodendauer des Zwangsanregungssignals geprüft, ob das Differenzsignal korreliert zu dem Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und falls keine vorgegebene Korrelation erkannt wird, der Offsetfehler bzw. Offset abhängig von dem Differenzsignal ermittelt. In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass bei einer entsprechend langen Periodendauer im Vergleich zu der kurzen Periodendauer aufgrund der sensorinternen Eigenschaften das Differenzsignal geeignet korreliert zu dem Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und somit auch zu dessen Zwangsanregung und zwar in einem engen Bereich, in dem das tatsächliche Luft-/Kraftstoff-Verhältnis um das stöchiometrische Verhältnis entsprechend der Zwangsanregung schwankt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine mit einer zugeordneten Steuervorrichtung,
• 2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Betreiben der linearen Lambdasonde,
• 3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Betreiben der linearen Lambdasonde,
• 4 ein Ablaufdiagramm eines dritten Programms zum Betreiben der linearen Lambdasonde,
• 5 ein Ablaufdiagramm eines vierten Programms zum Betreiben der linearen Lambdasonde,
• 6 einen ersten Signalverlauf,
• 7 einen zweiten Signalverlauf und
• 8 einen dritten Signalverlauf.
• Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• Eine Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder auf, denen jeweils zumindest ein Gaseinlassventil zugeordnet ist, mittels dessen eine Zufuhr von Luft einstellbar ist. Ferner ist dem jeweiligen Zylinder ein jeweiliges Einspritzventil zugeordnet, mittels dessen einem Brennraum des jeweiligen Zylinders Kraftstoff zuführbar ist. Ferner weist die Brennkraftmaschine einen Abgastrakt 1 (1) auf, über den Abgase aus den jeweiligen Brennräumen der Zylinder abführbar sind. In diesem Zusammenhang weist die Brennkraftmaschine jeweilige Gasauslassventile auf, über die ein Abführen des Abgases aus den Brennräumen in den Abgastrakt 1 steuerbar ist.
• In dem Abgastrakt 1 ist eine lineare Lambdasonde 3 angeordnet. Ein prinzipieller Aufbau einer derartigen linearen Abgassonde ist beispielsweise beschrieben in dem Handbuch Verbrennungsmotor, 2. Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, ISBN 3-528-13933-1, auf Seite 589, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
• Die lineare Lambdasonde 3 hat eine abgasseitig angeordnete erste Elektrode. Sie hat ferner eine zweite und dritte Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet sind. Sie hat ferner eine vierte Elektrode, die angrenzend an ein Referenzluftvolumen angeordnet ist. Zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode befinden sich jeweils Festkörperelektrolyten, insbesondere auf sauerstoffionenleitenden Zirkondioxid. Ferner ist eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet. Eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode bildet ein Pumpspannungssignal U_P. Eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode bildet ein Nernstspannungssignal U_N. Ein Messsignal MS der linearen Lambdasonde 3, das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, wird abhängig von einem Pumpstrom I_P ermittelt, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird.
• Ferner ist eine Steuervorrichtung 5 vorgesehen, der verschiedene Eingangssignale zugeführt werden, insbesondere von verschiedenen Sensoren, die der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. So ist unter anderem der Steuervorrichtung das Pumpspannungssignal U_P, das Nernstspannungssignal U_N und das Messsignal MS der linearen Lambdasonde 3 eingangsseitig zugeführt. Die Steuervorrichtung 5 ist dazu ausgebildet, abhängig von dem oder den ihr zugeführten Messsignalen Stellsignale für Stellgeräte der Brennkraftmaschine zu erzeugen, die beispielsweise ein Einspritzventil, eine Drosselklappe, ein Abgasrückführventil oder dergleichen sein können.
• Die Steuervorrichtung 5 weist einen Daten- und Programmspeicher auf, in dem ein oder mehrere Programme zum Betrieb der Brennkraftmaschine gespeichert sind, die dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden können. Zu diesem Zweck weist die Steuervorrichtung 5 auch eine Recheneinheit auf, die unter anderem einen Mikroprozessor und/oder einen Controller umfasst. Darüber hinaus weist die Steuervorrichtung 5 auch eine oder mehrere Endstufen auf.
• Ferner ist in der Steuervorrichtung 5 eine Lambdaregelung realisiert und zwar im Zusammenwirken mit entsprechenden Stellgeräten, wie beispielsweise den jeweiligen Einspritzventilen und der Brennkraftmaschine und der linearen Lambdasonde 3. Einem Block B1 ist in diesem Zusammenhang das Messsignal MS zugeführt Der Block B1 ist dazu ausgebildet, abhängig von dem Messsignal MS einen Istwert LAM_AV des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses zu ermitteln. Dazu weist der Block B1 bevorzugt eine vorgegebene Kennlinie auf und es erfolgt gegebenenfalls auch eine entsprechende Anpassung mittels eines Trimmwertes, der gegebenenfalls die Ausgangsgröße eines Trimmreglers ist und ermittelt wird abhängig von einem Messsignal einer weiteren Lambdasonde, insbesondere einer binären Lambdasonde, die stromabwärts eines nicht dargestellten Abgaskatalysators angeordnet ist, der wiederum stromabwärts der linearen Lambdasonde 3 angeordnet ist.
• Dieser wird insbesondere eingesetzt zur Kompensation des Offsets OFFS des Messsignals MS. Ein derartiges Vorgehen der Kompensation des Offsets OFFS kann auch als externe Offsetkompensation bezeichnet werden. Einer Summierstelle SUM1 ist ein Rohsollwert LAM_SP_RAW des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses zugeführt, der insbesondere abhängig von einer oder mehrerer Eingangsgrößen der Steuervorrichtung 5 ermittelt wird und so beispielsweise betriebszustands- und/oder betriebspunktabhängig bezogen auf die Brennkraftmaschine ermittelt wird.
• In einem so genannten Magerbetrieb der Brennkraftmaschine weist der Rohsollwert LAM_SP_RAW einen überstöchiometrischen Wert auf, während er in einem so genanten Fettbetrieb der Brennkraftmaschine einen unterstöchiometrischen Wert aufweist. Für einen Betrieb mit einer Luftzahl von 1 oder insbesondere in etwa 1 weist der Rohsollwert LAM_SP_RAW den stöchiometrischen Wert auf.
• Ein Sollwert LAM_SP des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses wird in der ersten Summierstelle SUM1 dadurch gebildet, dass dem Rohsollwert LAM_SP_RAW ein Zwangsanregungssignal ZWA aufmoduliert wird. Das Zwangsanregungssignal ZWA hat bevorzugt einen rechteckförmigen, periodisch sich wiederholenden Verlauf. Eine Amplitude der Zwangsanregung ZWA kann je nach Brennkraftmaschine oder auch Betriebszustand gegebenenfalls unterschiedlich vorgegeben sein. Entsprechendes gilt auch für die Periodendauer der Zwangsanregung ZWA.
• Das Zwangsanregungssignal ZWA ist so ausgebildet, dass bei einem stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert LAM_SP_RAW der Sollwert LAM_SP jeweils um wenige Prozent hin zu einem mageren und andererseits hin zu einem fetten Gemisch von dem stöchiometrischen Wert abwechselnd abweicht.
• In einer Summierstelle SUM3 wird eine Regeldifferenz abhängig von der Differenz des Istwertes LAM_AV und des Sollwertes LAM_SP gebildet. Die Regeldifferenz wird einem Block B3 zugeführt, der einen Lambdaregler umfasst, der beispielsweise als PID-Regler ausgebildet sein kann. Ausgangsseitig des Reglers in dem Block B3 wird dann als Stellsignal des Lambdareglers ein Lambdakorrekturwert bereitgestellt. Dieser wird in einer Multiplizierstelle M1 multiplikativ verknüpft mit einer zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_SP und so eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_SP_KOR ermittelt. Diese wird eingesetzt zum entsprechenden Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils. Die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_SP wird in einem Block B5 ermittelt und zwar beispielsweise abhängig von einer Drehzahl und/oder einem Luftmassenstrom und/oder einem Saugrohrdruck der Brennkraftmaschine.
• Zum Betreiben der linearen Lambdasonde 3 sind in dem Daten- und Programmspeicher der Steuervorrichtung 5 bevorzugt verschiedene Programme gespeichert, die im Folgenden anhand der 2 bis 5 näher erläutert sind.
• Ein erstes Programm wird in einem Schritt S1 (2) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. Der Start erfolgt bevorzugt zur Erkennung eines Fehlers des Offsets OFFS des Messsignals MS der linearen Abgassonde 3 und zwar beispielsweise für den Fall der externen Offsetkompensation und einer kurzen Periodendauer des Zwangsanregungssignals.
• In einem Schritt S3 wird geprüft, ob der Rohsollwert LAM_SP_RAW des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in etwa, insbesondere genau stöchiometrisch vorgegeben ist. Ist die Bedingung des Schrittes S3 nicht erfüllt, so wird das Programm in einem Schritt S5 beendet, da in diesem Fall keine Überprüfung des Offsets OFFS möglich ist.
• Ist die Bedingung des Schrittes S3 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S7 ein Schwankungskennwert SWKW abhängig von einem Differenzsignal DS ermittelt. Das Differenzsignal DS wird abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals U_P und des Nernstspannungssignals U_N gebildet. Es repräsentiert beispielsweise direkt diese Differenz.
• In dem Schritt S7 wird dann überprüft, ob der Schwankungskennwert SWKW größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert THD1. Dieser ist insbesondere durch entsprechende Versuche an beispielsweise einem Motorprüfstand oder durch Simulationen ermittelt. Ist der Schwankungskennwert SWKW in dem Schritt S7 größer als der vorgegebene erste Schwellenwert THD1, so wird in einem Schritt S9 auf das Nichtvorliegen eines Offsetfehlers erkannt. Ist die Bedingung des Schrittes S7 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S11 geprüft, ob das Differenzsignal DS repräsentativ ist für einen vermeintlich mageren Betrieb der Brennkraftmaschine. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S13 auf einen Offsetfehler in Richtung fettem Gemisch erkannt und optional der Offset OFFS im Hinblick auf eine Fettverschiebung ermittelt.
• Ist die Bedingung des Schrittes S11 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S15 auf einen Offsetfehler in Richtung auf ein mageres Gemisch erkannt und optional der Offset OFFS im Hinblick auf eine Fettverschiebung ermittelt.
• Ein weiteres Programm wird in einem Schritt S17 (3) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.
• Das Programm gemäß des Ablaufdiagramms der 3 wird in dem Schritt S17 bevorzugt gestartet im Hinblick auf eine Offsetfehlererkennung für den Fall, dass keine externe Offsetkompensation durchgeführt wird und das Zwangsanregungssignal ZWA eine kurze Periodendauer aufweist.
• Die Schritte S19 und S21 entsprechen den Schritten S3 beziehungsweise S5. Ist die Bedingung des Schrittes S19 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S23 fortgesetzt. In dem Schritt S23 wird eine interne Offsetkompensation initiiert und zwar dadurch, dass ein korrigiertes Messsignal MS_KOR abhängig von dem Messsignal MS und einem Offsetkorrekturwert OFFS_KOR ermittelt wird. Grundsätzlich erfolgt das Ermitteln des korrigierten Messsignals MS_KOR parallel auch zu der Abarbeitung anderer Schritte.
• Ein Schritt S25 korrespondiert zu dem Schritt S7. Ist die Bedingung des Schrittes S25 erfüllt, so wird in einem Schritt S27 entsprechend des Schrittes S9 auf das nicht Vorliegen des Offsetfehlers erkannt. Ist die Bedingung des Schrittes S25 nicht erfüllt, so wird ein Schritt S29 durchgeführt, der zu dem Schritt S11 korrespondiert. Ist die Bedingung des Schrittes S29 erfüllt, so wird ein Schritt S31 abgearbeitet, in dem der Offsetkorrekturwert OFFS_KOR angepasst wird. Dazu wird in dem Schritt S31 der Offset OFFS als in Richtung zu fetten Gemisch ermittelt und der Offsetkorrekturwert OFFS_KOR entsprechend abhängig von dem Offset OFFS angepasst.
• Ist die Bedingung des Schrittes S29 hingegen nicht erfüllt, so wird in dem Schritt S33 der Offset OFFS als in Richtung mager ermittelt und mit einem entsprechend geeigneten Wert belegt und abhängig von dem so ermittelten Offset OFFS der Offsetkorrekturwert OFFS_KOR angepasst.
• Anschließend wird die Bearbeitung und zwar im Anschluss an die Schritte S33 beziehungsweise S31 in einem Schritt S35 fortgesetzt. In dem Schritt S35 wird geprüft, ob der Offsetkorrekturwert OFFS_KOR größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert THD2. Der zweite Schwellenwert THD2 ist insbesondere durch entsprechende Versuche vorab ermittelt, so beispielsweise an einem Motorprüfstand oder mittels Simulation. Ist die Bedingung des Schrittes S35 erfüllt, so wird in einem Schritt S37 auf das Vorliegen des Offsetfehlers erkannt. Ist die Bedingung des Schrittes S35 hingegen nicht erfüllt, so wird der Offsetkorrekturwert OFFS_KOR im weiteren zur Korrektur des Messsignals MS eingesetzt.
• Ein drittes Programm wird in einem Schritt S41 (4) gestartet, in dem gegebenenfalls Variable initialisiert werden. Das dritte Programm wird zur Erkennung eines Offsetfehlers im Falle von einer externen Offsetkompensation und einem Zwangsanregungssignal mit langer Periodendauer eingesetzt.
• Ein nachfolgender Schritt S43 und ein nachfolgender Schritt S45 korrespondieren zu den Schritten S3 beziehungsweise S5. Ist die Bedingung des Schrittes S43 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S47 fortgesetzt. In dem Schritt S47 wird geprüft, ob das Differenzsignal DS einen erwarteten Verlauf aufweist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise geprüft, ob das Differenzsignal DS entsprechend korreliert zu dem Sollwert LAM_SP des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses. Wird in dem Schritt S47 eine entsprechende Korrelation erkannt, so wird in einem Schritt S49 auf das Nichtvorliegen des Offsetfehlers erkannt.
• Andernfalls wird die Bearbeitung in einem Schritt S51 fortgesetzt, der zu dem Schritt S11 korrespondiert. Ist die Bedingung des Schrittes S51 erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S53 fortgesetzt, der zu dem Schritt S13 korrespondiert. Ist die Bedingung des Schrittes S51 hingegen nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S55 fortgesetzt, der zu dem Schritt S15 korrespondiert.
• Ein viertes Programm wird in einem Schritt S59 (5) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. Das vierte Programm wird insbesondere gestartet zur Erkennung des Offsetfehlers im Falle von dem Nichtvorhandensein der externen Offsetkompensation und im Falle des Zwangsanregungssignals ZWA mit einer langen Periodendauer.
• Schritte S61, S63 und S65 korrespondieren zu den Schritten S19, S21 beziehungsweise S23. Im Anschluss an die Bearbeitung des Schrittes S65 wird die Bearbeitung in einem Schritt S67 fortgesetzt, der zu dem Schritt S47 korrespondiert. Falls die Bedingung des Schrittes S67 erfüllt ist, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S69 fortgesetzt, der zu dem Schritt S49 korrespondiert. Falls die Bedingung des Schrittes S67 nicht erfüllt ist, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S71 fortgesetzt, der zu dem Schritt S29 korrespondiert. Falls die Bedingung des Schrittes S71 erfüllt ist, wird die Bearbeitung in einem Schritt S73 fortgesetzt, der zu dem Schritt S31 korrespondiert. Falls die Bedingung des Schrittes S71 nicht erfüllt ist, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S75 fortgesetzt, der zu dem Schritt S33 korrespondiert. Im Anschluss an die Bearbeitung der Schritte S73 beziehungsweise S75 wird die Bearbeitung in einem Schritt S77 fortgesetzt, der zu dem Schritt S35 korrespondiert. Ist die Bedingung des Schrittes S77 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S49 fortgesetzt, der zu dem Schritt S37 korrespondiert.
• 6 zeigt verschiedene Signalverläufe aufgetragen über die Zeit t auf. Dabei sind beispielhafte Verläufe des Differenzsignals DS, des Sollwerts LAM_SP und des Istwerts LAM_AV aufgetragen. Eine Skalierung der jeweiligen Werte des Differenzsignals DS ist bezogen auf die von links gesehen zweite eingezeichnete Ordinate und deren entsprechenden Werten, während der Sollwert LAM_SP und der Istwert LAM_AV auf die erste Ordinate gesehen von links bezogen sind. Entsprechendes gilt auch für die Signalverläufe gemäß der 7 und 8.
• Die Signalverläufe des Differenzsignals DS in den 6 bis 8 sind jeweils für ein Nichtvorhandensein des Offsetfehlers und Offsets OFFS beispielhaft aufgetragen. Sie sind jedoch innerhalb der einzelnen Diagramme für unterschiedliche Rohsollwerte LAM_SP_RAW dargestellt, die entsprechend von dem stöchiometrischen Wert abweichen. Dementsprechend ist dann bei Vorliegen des Offsetfehlers bzw. des Offsets OFFS der Verlauf des Differenzsignals DS entsprechend verändert.
• In der 6 sind die Verläufe bei einem Zwangsanregungssignal ZWA mit einer hohen Amplitude und einer kurzen Periodendauer dargestellt. In der 7 ist die Periodendauer des Zwangsanregungssignals ZWA ebenfalls kurz, jedoch die Amplitude klein. In dem Verlauf gemäß der 8 ist die Periodendauer des Zwangsanregungssignals ZWA groß und auch die Amplitude des Zwangsanregungssignals ZWA ist groß.
• Im Falle eines Zwangsanregungssignals ZWA gemäß der 7 ist ein Erkennen des Offsetfehlers mit hoher Trennschärfe möglich und zwar unterstützt durch den Schwankungskennwert SWKW. Im Falle des Zwangsanregungssignals ZWA mit großer Amplitude und großer Periodendauer, wie beispielsweise gemäß der 8 ist ein Korrelieren des Istwertes LAM_AV mit dem zeitlichen Verhalten und der Amplitude des Differenzsignals DS gut möglich. Allerdings haben Abgaslaufzeiten zwischen der Zumessung des Kraftstoffs und der Detektion an der linearen Lambdasonde 3 eine Phasenverschiebung zur Folge. Um derartige Einflüsse zu kompensieren, kann diese entweder direkt berücksichtigt werden oder es kann auch eine Auswertung mittels des geeigneten Schwankungskennwertes SWKW erfolgen, wobei hierbei insbesondere eine Amplitude des Verlaufs des Differenzsignals DS ausgewertet werden kann. In diesem Fall kann dem Fall, in dem der Schwankungskennwert SWKW einen geeigneten weiteren Schwellenwert unterschreitet, also insbesondere die Amplitude kleiner als der vorgegebene weitere Schwellenwert ist, eine entsprechende Erkennung auf einen Offsetfehler in Richtung mager beziehungsweise fett erfolgen und gegebenenfalls eine entsprechende Anpassung des Offsetkorrekturwertes erfolgen.
• Im Falle einer des Zwangsanregungssignals mit kleiner Amplitude und kurzer Periodendauer kann insbesondere rein die Statistik des Differenzsignals DS ausgewertet werden. So kann beispielsweise auf das Nichtvorhandensein des Offsetfehlers in diesem Fall erkannt werden, falls eine Anzahl von Fluktuationen des Differenzsignals mit einer Amplitude größer als ein vorgegebener noch weiterer Schwellenwert pro Zeitintervall größer ist als eine Anzahl Schwellenwert.
• Durch das Vorgehen ist insbesondere ein Plausibilisieren des Offsets OFFS des Messsignals beziehungsweise korrigierten Messsignals MS_KOR der linearen Lambdasonde 3 durch aus von der linearen Lambdasonde 3 selbst erzeugten Signalen heraus möglich. Auf diese Weise kann eine wichtige Diagnose deutlich vereinfacht werden und diese insbesondere auf das zu diagnostizierende Bauteil, in diesem Fall die lineare Lambdasonde 3, reduziert werden.
• Bezugszeichenliste

1

Aktordose

1a

Diaphragma

1b

Rückstellfeder

1c

Druckkammer

2

Hebel- und Gestängesystem

3

Schlauchanschluss

4

Schlauch

5

Zusatzvolumenelement

6

Schlauchanschluss

7

Schlauchanschluss#

8

Regelorgan

9

Wastegateklappe

A

Aktor

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben einer linearen Lambdasonde (3), die in einem Abgastrakt (1) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet ist und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzluftvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal (U_P) bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal (U_N) bildet, bei dem – ein Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde (3), das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt (1) strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, abhängig von einem Pumpstrom (I_P) ermittelt wird, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird, – ein Differenzsignal (DS) abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals (U_P) und des Nernstspannungssignals (U_N) gebildet wird, – ein Offsetfehler des Messsignals (MS) abhängig von dem Differenzsignal (DS) bei einem in etwa stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert (LAM_SP_AW) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt wird, wobei ein Sollwert (LAM_SP) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses abhängig von dem Rohsollwert (LAM_SP_RAW) und einem Zwangsanregungssignal (ZWA) ermittelt wird.
2. Verfahren zum Betreiben einer linearen Lambdasonde (3), die in einem Abgastrakt (1) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einer abgasseitig angeordneten ersten Elektrode und einer zweiten und dritten Elektrode, die jeweils angrenzend an eine Messkammer angeordnet ist und einer vierten Elektrode, die angrenzend an ein Referenzluftvolumen angeordnet ist, wobei sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode und zwischen der dritten und vierten Elektrode jeweils Festkörperelektrolyten befinden und eine Diffusionsbarriere zwischen dem freien Volumen der Messkammer und dem Abgastrakt ausgebildet ist, wobei eine Potentialdifferenz zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein Pumpspannungssignal (U_P) bildet und eine Potentialdifferenz zwischen der vierten und dritten Elektrode ein Nernstspannungssignal (U_N) bildet, bei dem – ein Messsignal (MS) der linearen Lambdasonde (3), das ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Abgastrakt (1) strömenden Gases repräsentieren soll und zwar vor dessen Verbrennung, abhängig von einem Pumpstrom (I_P) ermittelt wird, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingeprägt wird, – ein korrigiertes Messsignal (MS_KOR) abhängig von dem Messsignal (MS) und einem Offsetkorrekturwert (OFFS_KOR) ermittelt wird, – ein Differenzsignal (DS) abhängig von einer Differenz des Pumpspannungssignals (U_P) und des Nernstspannungssignals (U_N) gebildet wird, – ein Offset (OFFS) des korrigierte Messsignals (MS_KOR) abhängig von dem Differenzsignal (DS) bei einem in etwa stöchiometrisch vorgegebenen Rohsollwert (LAM_SP_RAW) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt wird, wobei ein Sollwert (LAM_SP) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses abhängig von dem Rohsollwert (LAM_SP_RAW) und einem Zwanganregungssignal (ZWA) ermittelt wird, – der Offsetkorrekturwert (OFFS_KOR) abhängig von dem ermittelten Offset (OFFS) angepasst wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Offset (OFFS) des Messsignals (MS) abhängig von einem Schwankungskennwert (SWKW) des Differenzsignals (DS) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem im Falle einer kurzen Periodendauer des Zwangsanregungssignals (ZWA) geprüft wird, ob der Schwankungskennwert (SWKW) einen ersten Schwellenwert (THD1) überschreitet und falls der Schwankungskennwert (SWKW) den ersten Schwellenwert (THD1) nicht überschreitet, der Offsetfehler bzw. Offset (OFFS) abhängig von dem Differenzsignal (DS) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Falle einer langen Periodendauer des Zwangsanregungssignals (ZWA) geprüft wird, ob das Differenzsignal (DS) korreliert zu dem Sollwert (LAM_SP) des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und falls keine vorgegebene Korrelation erkannt wird, der Offsetfehler bzw. der Offset (OFFS) abhängig von dem Differenzsignal (DS) ermittelt wird.
6. Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens gemäß Anspruch 1.
7. Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde, die in einem Abgastrakt (1) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum Durchführen eines Verfahrens gemäß Anspruch 2.

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