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DE10244125A1 - Method for evaluating the time behavior of a NOx sensor - Google Patents

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Abstract

Es wird beschrieben ein Verfahren zur Bewertung des Zeitverhaltens eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Sensors, der ein Messsignal abgibt, bei dem eine Konzentrations-Änderung im Abgas der Brennkraftmschine verwertet wird, bei dem die mittlere Änderungsgeschwindigkeit der Konzentrations-Änderung größer ist, als eine zu erwartende maximale Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals, und während der durch die Konzentrationsänderung verursachte Änderung des Messsignals zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt ein erster bzw. zweiter Wert des Messsignals erfasst und aus dem ersten und dem zweiten Wert und dem zeitlichen Abstand zwischen erstem und zweitem Zeitpunkt eine Zeitkonstante der Änderung des Messsignals bestimmt wird.A method is described for evaluating the time behavior of a NOx sensor arranged in the exhaust tract of an internal combustion engine, which emits a measurement signal in which a change in concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine is used, in which the average rate of change of the change in concentration is greater than an expected maximum rate of change of the measurement signal, and during the change in the measurement signal caused by the change in concentration at a first and a second point in time a first or second value of the measurement signal is recorded and from the first and the second value and the time interval between the first and the second A time constant of the change in the measurement signal is determined.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung des Zeitverhalten eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Gas-Sensors, der ein Messsignal abgibt, bei dem eine Konzentrations-Änderung im Abgas der Brennkraftmaschine verwertet wird.The invention relates to a Procedure for evaluating the time behavior of a person in the exhaust system Internal combustion engine arranged gas sensor, which is a measurement signal emits at which a concentration change in the exhaust gas of the internal combustion engine is used.

Das Abgas von Brennkraftmaschinen enthält verschiedene Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide (NOx). Die Schadstoffkonzentration im Abgas hängt stark von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ab, besonders vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird. Üblicherweise sind zur Verbesserung der Abgasqualität Nachbehandlungsanlagen im Einsatz, die einen oder mehrere Katalysatoren aufweisen, welche die Schadstoffe konvertieren. Der Betrieb der Brennkraftmaschine wird dann von geeigneten, das Abgas abfühlenden Sensoren überwacht und unter Rückgriff auf die Sensoren gesteuert. Typische Sensoren sind z.B. Lambda-Sonden für die Bestimmung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.The exhaust gas from internal combustion engines contains various pollutants, such as hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides (NOx). The pollutant concentration in the exhaust gas depends heavily from operating parameters of the internal combustion engine, especially from Air / fuel ratio of the mixture with which the internal combustion engine is operated. Usually are aftertreatment systems in order to improve the exhaust gas quality Use which have one or more catalysts, which convert the pollutants. Operation of the internal combustion engine is then monitored by suitable sensors that sense the exhaust gas and using recourse controlled on the sensors. Typical sensors are e.g. Lambda probes for the Determination of the air / fuel ratio.

Um den Kraftstoffverbrauch von Otto-Brennkraftmaschinen weiter zu reduzieren, kommen Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung immer häufiger zum Einsatz. Bei diesen Brennkraftmaschinen müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um vorgegebene Grenzwerte hinsichtlich der Emission von NOx einzuhalten. Bei solchen Brennkraftmaschinen kommen deshalb verstärkt NOx-Sensoren zum Einsatz, die die Konzentration der Stickoxide im Abgas erfassen.The fuel consumption of Otto internal combustion engines To reduce further, internal combustion engines come with lean combustion more frequently for use. With these internal combustion engines, special measures must be taken be taken to set emission limits to comply with NOx. Therefore come in such internal combustion engines reinforced NOx sensors are used to determine the concentration of nitrogen oxides in the Capture exhaust gas.

Um die Einhaltung geforderter Abgasemissionsgrenzwerte über die gesamte Nutzlebensdauer einer Brennkraftmaschine sicherzustellen, wird zunehmend eine Selbstdiagnose (On-Board-Diagnose = OBD) des gesamten Abgases nach Behandlungssystem verlangt. Eine solche OBD muss die Funktionsfähigkeit abgasrelevanter Bauteile überwachen; auch die Funktionsfähigkeit der verwendeten Gas-Sensoren ist zu überprüfen. Diese Überprüfung verlangt insbesondere das dynamische Verhalten der eingesetzten Messaufnehmer regelmäßig dahingehend auszuwerten, dass eine Verlangsamung im Ansprechen des Messaufnehmers festgestellt und bei ungenügendem Dynamikverhalten ein fehlerhafter Messaufnehmer diagnostiziert werden kann.To ensure compliance with the required exhaust emission limit values via the ensure the entire useful life of an internal combustion engine, increasingly self-diagnosis (on-board diagnosis = OBD) of the entire exhaust gas for the treatment system. Such an OBD must be functional monitor exhaust-relevant components; also the functionality the gas sensors used must be checked. This review requires in particular the dynamic behavior of the sensors used regularly evaluate that a slowdown in the response of the sensor determined and inadequate Dynamic behavior of a faulty sensor can be diagnosed.

Je nach Lage des Sensors kann das mitunter problematisch sein. Beispielsweise weist das Abgas stromab eines Katalysators normalerweise keine starken Stoffkonzentrationsschwankungen auf, so dass es schwierig ist, ein verlangsamtes Ansprechen eines Messaufnehmers, der stromab eines Katalysators im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine sitzt, zu erkennen. Aus der DE 198 28 929 A1 ist es diesbezüglich bekannt, eine Regenerationsphase eines NOx-Speicherkatalysators, in dem die Brennkraftmaschine mit unterstöchiometrischem Gemisch betrieben wird, auszunutzen, um eine Änderungsrate des Messsignals eines Messaufnehmers zu erfassen. Bleibt die Änderungsrate unter einem Mindestwert, wird ein fehlerhafter Messaufnehmer diagnostiziert.Depending on the location of the sensor, this can sometimes be problematic. For example, the exhaust gas downstream of a catalytic converter normally does not have large fluctuations in substance concentration, so that it is difficult to detect a slow response of a sensor that is located downstream of a catalytic converter in the exhaust gas tract of an internal combustion engine. From the DE 198 28 929 A1 In this regard, it is known to utilize a regeneration phase of a NOx storage catalytic converter in which the internal combustion engine is operated with a substoichiometric mixture in order to detect a rate of change in the measurement signal of a measurement sensor. If the rate of change remains below a minimum value, a faulty sensor is diagnosed.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Anregung des NOx-Signals durch eine Änderung der NOx-Konzentration am Messaufnehmer bekannt sein bzw. bestimmten Bedingungen genügen muss. Im laufenden Betrieb einer Brennkraftmaschine ist es jedoch schwierig, diese Rahmenbedingungen immer einhalten zu können, so dass entweder nur eine Diagnose verminderter Güte ausgeführt werden kann, oder die Häufigkeit des Durchführens einer Diagnose stark eingeschränkt ist.This method has the disadvantage that the excitation of the NOx signal through a change the NOx concentration on the sensor must be known or determined Conditions are sufficient got to. However, it is during operation of an internal combustion engine difficult to always be able to comply with these framework conditions that either only a diagnosis of reduced quality can be carried out, or the frequency of performing diagnosis is severely restricted is.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewertung des Zeitverhaltens so weiterzubilden, dass eine genauere Diagnose möglich ist.The object of the invention is therefore to further develop a method for evaluating time behavior, that a more accurate diagnosis is possible is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die mittlere Änderungsgeschwindigkeit der Konzentrations-Änderung größer ist, als eine zu erwartende maximale Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals, und während der durch die Konzentrationsänderung verursachte Änderung des Messsignals zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt ein erster bzw. zweiter Wert des Messsignals erfasst und aus dem ersten und dem zweiten Wert und dem zeitlichen Abstand zwischen erstem und zweitem Zeitpunkt eine Zeitkonstante der Änderung des Messsignals bestimmt wird.This object is achieved with a Method of the type mentioned solved in which the average rate of change the change in concentration is bigger as an expected maximum rate of change of the measurement signal, and during the change caused by the change in concentration of the measurement signal at a first and a second point in time first or second value of the measurement signal is acquired and from the first and the second value and the time interval between the first and second time determines a time constant of the change in the measurement signal becomes.

Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt also nicht mehr die Anstiegsrate oder mittlere Änderung bei einer exakt vorbestimmten Beaufschlagung des Sensors mit einer Stoffkonzentrationsänderung, sondern wertet das Sensorsignal dahingehend aus, dass nunmehr die Zeitkonstante ermittelt wird. Die Anforderung an die Änderung der Stoffkonzentration ist dadurch dahingehend gelockert, dass nunmehr nur noch eine gewisse Mindeststeilheit der Änderung verlangt wird. Diese Steilheit muss größer sein, als die zu erwartende maximale Steilheit des Messsignals. Für den Sensor stellt sich die Konzentrations-Änderung dann als Sprungfunktion dar.The method according to the invention thus determines no longer the rate of increase or mean change at an exactly predetermined one Exposure of the sensor to a change in substance concentration, but evaluates the sensor signal in such a way that the Time constant is determined. The change request the substance concentration is loosened to the extent that now only a certain minimum steepness of change is required. This Steepness must be greater than the expected maximum slope of the measurement signal. For the sensor the change in concentration arises then as a step function.

Die absoluten Werte, d.h. das Niveau, auf dem sich die Änderung bewegt, sind für die Bestimmung der Zeitkonstante irrelevant. Die Ermittlung der Zeitkonstante setzt lediglich voraus, dass in bekanntem zeitlichen Abstand mindestens zwei Werte des Sensorsignals abgetastet werden.The absolute values, i.e. the level, on which the change are moved for the determination of the time constant is irrelevant. Determining the Time constant only presupposes that in known time Distance at least two values of the sensor signal can be sampled.

Die Berechnung der Zeitkonstante aus diesen zwei Werten unter Berücksichtigung des zeitlichen Abstandes der Werte greift zweckmäßigerweise auf Modellannahmen bezüglich des Zeitverhaltens des Sensors zurück. In den meisten Fällen wird dabei eine sogenannte PT1-Charakteristik anzunehmen sein. In diesem Fall wird bei der Anregung, die durch Änderung der zu messen den Größe um eine Amplitude A bewirkt wird, der zeitliche Verlauf des Signals S durch folgende Gleichung beschrieben

Figure 00040001
The calculation of the time constant from these two values, taking into account the time interval between the values, expediently uses model assumptions regarding the time behavior of the sensor. In most cases, a so-called PT1 characteristic will be assumed. In this case, the excitation, which is brought about by changing the size to be measured by an amplitude A, describes the time profile of the signal S using the following equation
Figure 00040001

In dieser Gleichung bezeichnet T die Zeitkonstante des Sensors und S0 den Anfangswert des Sensorsignals bei der Änderung. Ein solches Zeitverhalten eines PT1-Gliedes ermöglicht auf einfache Weise bei einer steigenden oder fallenden Flanke, d.h. bei einer Verringerung oder Vergrößerung der zu messenden Konzentration, die die erfindungsgemäße Bedingung erfüllt, nach einfachen Zusammenhängen die Zeitkonstante T zu berechnen.In this equation, T denotes the time constant of the sensor and S0 the initial value of the sensor signal with the change. Such a time behavior of a PT1 element enables in a simple manner a rising or falling edge, i.e. with a decrease or enlarging the concentration to be measured, which is the condition according to the invention Fulfills, after simple connections to calculate the time constant T.

Im Falle einer Verringerung der Konzentration erhält man bei einem Signalverlauf gemäß Gleichung (1) die Zeitkonstante T, indem der zeitliche Abstand der Messwerte durch die Differenz der Logarithmen der Messwerte dividiert wird. Somit kann durch einfache Berechnung die Zeitkonstante T aus den Messwerten und dem bekannten Abstand berechnet werden. Natürlich kann auch anstelle der Differenz der Logarithmen der Logarithmus des Quotienten aus den beiden Messwerten verwendet werden, da bekanntermaßen der Logarithmus eines Quotienten zweier Werte gleichbedeutend ist mit der Differenz der logarithmierten Werte.In the event of a decrease in concentration receives one with a signal curve according to equation (1) the time constant T by the time interval between the measured values the difference between the logarithms of the measured values is divided. Consequently can easily calculate the time constant T from the measured values and the known distance can be calculated. Of course, instead of Difference of the logarithms of the logarithm of the quotient from the Both measured values are used, since it is known that the Logarithm of a quotient of two values is synonymous with the difference of the logarithmic values.

Die Berechnung der Zeitkonstante kann dabei besonders hinsichtlich der Leistung rechendschonend unter Rückgriff auf ein geeignetes Kennfeld erfolgen, in dem ausgehend von einem vorbestimmten zeitlichen Abstand, mit dem die beiden Werte des Messsignals gewonnen werden, für entsprechende Paare von Werten die Zeitkonstante abgelegt ist. Zweckmäßigerweise wird ein solches Kennfeld zwischen Änderungen mit ansteigender und abnehmender Substanzkonzentration unterscheiden.The calculation of the time constant can be computationally gentle especially with regard to the performance recourse on a suitable map in which, starting from a predetermined time interval with which the two values of the measurement signal be won for corresponding pairs of values the time constant is stored. Conveniently, such a map between changes with increasing and decreasing substance concentration.

Es hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, dass auch mit relativ einfachen Vorgängen eine mathematische Berechnung der Zeitkonstante möglich ist.It has, however, surprisingly emphasized that even with relatively simple processes mathematical calculation of the time constant is possible.

Dass bei einem solchen Ansatz eine Berechnung möglich ist konnte a priori nicht erwartet werden, da mit der Amplitude A und dem Anfangswert S0 sowie der Zeitkonstante T drei Unbekannte in der erwähnten Gleichung gegeben sind, so dass man eigentlich bei zwei Messungen nicht eine erfolgreiche Auflösung der Gleichung nach der gesuchten Zeitkonstante T erwarten kann.With such an approach Calculation possible could not be expected a priori, since with the amplitude A and the initial value S0 and the time constant T three unknowns in the equation mentioned are given, so that two measurements are not actually one successful resolution can expect the equation according to the sought time constant T.

Die Erfindung macht sich jedoch die Erkenntnis zunutze, dass sich Gleichung (1) in speziellen Fällen vereinfacht. Für das „Einschalten" einer Substanz-Konzentration, d.h. einer steigenden Flanke, kann der Startwert S0 auf null gesetzt werden. Ähnliches gilt für das „Ausschalten"; dann ist die Amplitude A gleich null. Die Gleichung (1) vereinfacht sich dann entsprechend.However, the invention makes Take advantage of the knowledge that equation (1) is simplified in special cases. For "switching on" a substance concentration, i.e. a rising edge, the start value S0 can be set to zero become. something similar applies to the "turn off"; then the amplitude A is zero. Equation (1) is then simplified accordingly.

Das Signal des Gas-Sensors ist zu jedem Zeitpunkt t bekannt. Unbekannt sind dagegen die Amplitude A, der Startwert SO sowie die Zeitkonstante T. Weiter hat man Kenntnis vom zeitlichen Abstand zwischen den zwei Zeitpunkten der Messung. Die derart berechenbare Zeitkonstante T liefert nunmehr eine direkte Aussage über die dynamischen Eigenschaften des Signals und damit des Gas-Sensors. Durch geschickte Verknüpfung wird die Amplitude A der Anregung, d.h. die Stoffkonzentrationsänderung, für die Berechnung nicht benötigt, wodurch eine große Unabhängigkeit bei der Bestimmung der Zeitkonstante T entsteht.The signal from the gas sensor is closed known at any time t. In contrast, the amplitude A is unknown, the starting value SO and the time constant T. You also have knowledge the time interval between the two times of the measurement. The time constant T that can be calculated in this way now provides a direct one Statement about the dynamic properties of the signal and thus the gas sensor. By cleverly linking the amplitude A of the excitation, i.e. the change in substance concentration, for the Calculation not needed, which a big independence in determining the time constant T.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung der Dynamik eines Gas-Sensors ist damit unabhängig von der Amplitude A der Konzentrations-Änderung, wodurch eine universelle Einsetzbarkeit des Verfahrens erreicht ist. Diese Eigenschaft ist besonders wertvoll für die Diagnose von Gas-Sensoren, die sich in einer Abgasanlage stromab eines Katalysators befinden, da dort in der Regel die Stoff-Konzentrationsänderungen quantitativ nicht bekannt bzw. fix einstellbar sind.The method according to the invention for evaluation the dynamics of a gas sensor is therefore independent of the amplitude A Concentration change, whereby the process can be used universally is. This property is particularly valuable for the diagnosis of gas sensors, which are located in an exhaust system downstream of a catalytic converter, since there are usually no quantitative changes in substance concentration are known or permanently adjustable.

Das Verfahren ist für lineare Lambda-Sonden ebenso tauglich wie zur Diagnose von NOx-Sensoren. Für das erfindungsgemäße Verfahren genügt es, die Konzentrations-Änderung qualitativ zu kennen. Diesbezüglich kommen verschiedene Konzentrations-Änderungen in Frage.The procedure is for linear Lambda probes are just as suitable as for diagnosing NOx sensors. For the method according to the invention enough it, the concentration change to know qualitatively. In this regard, there are various changes in concentration in question.

Bei einer Brennkraftmaschine, in deren Abgastrakt dem NOx-Sensor ein NOx-Speicherkatalysator vorgeschaltet ist, werden solche NOx-Speicherkatalysatoren in der Regel diskontinuierlich betrieben. In einer Speicherphase adsorbieren sie NOx-Verbindungen aus dem Abgas, die bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit überstöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betrieben werden. Die Entleerung des nur begrenzt aufnahmefähigen NOx-Speicherkatalysators erfolgt in sogenannten Regenerationsphasen, in denen die Brennkraftmaschine vorübergehend mit unterstöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betrieben wird. Die dadurch im Abgas enthaltenen Kohlenmonoxide und unverbrannten Kohlenwasserstoffe dienen dem NOx-Speicherkatalysator als Reduktionsmittel. Während solchen Regenerationsphasen entsteht innerhalb des Katalysators auch NH3, das jedoch nur ein Zwischenprodukt darstellt und den Katalysator nicht verlässt. Dies tritt nur auf, wenn die Regenerationsphase zu Ende ist, und keine NOx im Speicherkatalysator mehr vorhanden ist.In an internal combustion engine in the exhaust tract of which a NOx storage catalytic converter is connected upstream of the NOx sensor, such NOx storage catalytic converters are generally operated discontinuously. In a storage phase, they adsorb NOx compounds from the exhaust gas, which are operated with an over-stoichiometric air / fuel mixture when the internal combustion engine is operating. The NOx storage catalytic converter, which can only be absorbed to a limited extent, is emptied in so-called regeneration phases in which the internal combustion engine is operated temporarily with a substoichiometric air / fuel mixture. The carbon monoxides and unburned hydrocarbons contained in the exhaust gas serve the NOx storage tank Talysator as a reducing agent. During such regeneration phases, NH3 also forms within the catalyst, but this is only an intermediate product and does not leave the catalyst. This only occurs when the regeneration phase has ended and there is no more NOx in the storage catalytic converter.

Dann schlägt NH3 ebenso wie die Abgasbestandteile des unterstöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisches zum Katalysatorausgang durch. Deshalb wird die Brennkraftmaschine nun wieder in überstöchiometrischen Betrieb geschaltet, wodurch sich im Abgas wieder NOx befindet und die Voraussetzungen für die Emission von NH3 am Katalysatorausgang nicht mehr gegeben sind.Then NH3 beats just like the exhaust gas components of the substoichiometric Air / fuel mixture to the catalyst outlet through. Therefore the internal combustion engine is now switched back to stoichiometric operation, which means that there is NOx in the exhaust gas again and the requirements for the emission of NH3 at the catalyst outlet are no longer present.

Da NOx-Sensoren in aller Regel querempfindlich gegen NH3 sind, registrieren sie die auftretende Verringerung der NH3-Konzentration, so dass sich die gewünschte Signal-Änderung ergibt, die zur Bestimmung der Zeitkonstante ausgewertet wird.Since NOx sensors are generally cross-sensitive against NH3, they register the occurring reduction in the NH3 concentration, so that the desired one Signal change results, which is evaluated to determine the time constant.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es deshalb möglich, eine Verringerung einer NH3-Konzentration zu verwerten, die entsteht, wenn die Brennkraftmaschine von einem Regenerationsbetrieb mit unterstöchiometrischem Gemisch in einem Betrieb mit stöchiometrischem Gemisch umgeschaltet wird.For the inventive method it is therefore possible utilize a decrease in an NH3 concentration that arises if the internal combustion engine from a regeneration operation with substoichiometric Mixture in a company with stoichiometric Mixture is switched.

Eine weitere Möglichkeit, die gewünschte Konzentrations-Änderung als Verringerung der Konzentration zu verwerten ist es, eine Schubabschaltung bei der Brennkraftmaschine zu aktivieren. Bei Schubabschaltung wird den Brennräumen der Brennkraftmaschine kein Kraftstoff mehr zugeführt, sondern lediglich Luft. Die Luft wird durch die Brennkraftmaschine in die Abgasanlage gepumpt. Da Luft keine bzw. nur vernachlässigbar geringe Konzentrationen an NOx bzw. NH3 enthält, entsteht eine drastische Abnahme von NOx bzw. NH3 im Abgas. Diese Verringerung der Substanz-Konzentration dient dann zur Diagnose der Sensor-Dynamik.Another way to change the concentration you want is to decrease the The focus is to utilize a fuel cut-off at the Activate internal combustion engine. With overrun cut-off, the combustion chambers no more fuel is supplied to the internal combustion engine, but instead just air. The air is drawn into the engine Exhaust system pumped. Because air has no or only negligibly little Contains concentrations of NOx or NH3, a drastic Decrease in NOx or NH3 in the exhaust gas. This decrease in substance concentration then serves to diagnose the sensor dynamics.

Natürlich kann auch eine Konzentrations-Änderung mit einem Anstieg der Konzentration zur Diagnose ausgewertet werden. Möchte man in diesem Fall eine Berechnung der Zeitkonstante auf analytischer Basis vollführen, so ist es auch hier zweckmäßig, ein PT1-Zeitverhalten des NOx-Sensors anzunehmen. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass zu einem dritten Zeitpunkt ein dritter Wert des Messsignals erfasst wird, wobei erster und zweiter sowie zweiter und dritter Zeitpunkt jeweils im gleichen zeitlichen Abstand zueinander liegen, als Änderung eine Erhöhung der Konzentration verwendet und die Zeitkonstante nach folgender Formel berechnet wird:

Figure 00070001
wobei T die Zeitkonstante und d der zeitliche Abstand ist und Z durch folgende Gleichung gegeben ist, in der y1 den ersten, y2 den zweiten und y3 den dritten Wert bezeichnen,
Figure 00080001
wobei nur Werte für Z verwendet werden, die größer 0 und kleiner 1 sind.Of course, a change in concentration with an increase in concentration can also be evaluated for diagnosis. In this case, if you want to carry out a calculation of the time constant on an analytical basis, it is also expedient to assume a PT1 time behavior of the NOx sensor. In this case, it is preferred that a third value of the measurement signal is acquired at a third point in time, the first and second as well as second and third points in time each being at the same time interval from one another, using an increase in concentration as a change and the time constant according to the following formula is calculated:
Figure 00070001
where T is the time constant and d is the time interval and Z is given by the following equation, in which y1 denotes the first value, y2 the second and y3 the third value,
Figure 00080001
where only values for Z that are greater than 0 and less than 1 are used.

In einem rechensparenden Ansatz kann mittels näherungsweise Nachbildung der e-Funktion in Gleichung (1) durch Differenzengleichungen ebenfalls bei einem Anstieg der Konzentration die Zeitkonstante ermittelt werden, indem zu einem dritten Zeitpunkt ein dritter Wert des Messsignals erfasst wird, wobei erster und zweiter sowie zweiter und dritter Zeitpunkt jeweils im gleichen zeitlichen Abstand zueinander liegen, als Änderung eine Erhöhung der Konzentration verwendet und die Zeitkonstante nach folgender Formel berechnet wird:

Figure 00080002
wobei T die Zeitkonstante, d der zeitliche Abstand, y1 der erste, y2 der zweite und y3 der dritte Wert ist und wobei der zeitliche Abstand d kleiner als ein Erwartungswert für die Zeitkonstante T ist.In a computing-saving approach, by approximating the e-function in equation (1) by means of difference equations, the time constant can also be determined when the concentration rises, by detecting a third value of the measurement signal at a third point in time, the first and second as well as second and third point in time are each at the same time interval, an increase in concentration is used as a change and the time constant is calculated using the following formula:
Figure 00080002
where T is the time constant, d the time interval, y1 the first, y2 the second and y3 the third value, and wherein the time interval d is less than an expected value for the time constant T.

Da NOx-Sensoren, wie gewohnt, in aller Regel eine starke Querempfindlichkeit auf NH3 besitzen, kann auch vorteilhaft eine NH3-Konzentrations-Änderung verwertet werden. Eine ansteigende NH3-Konzentration kann z.B. generiert werden, indem die Brennkraftmaschine kurzfristig mit unterstöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Gemisch betrieben wird. Ein solcher Betrieb liegt in der Regel immer dann vor, wenn eine Vollastanreicherung eingeschaltet wird, so dass es bevorzugt ist, eine solche Vollastanreicherungsphase für die Diagnose zu verwenden. Ähnliches gilt für den Übergang einer Brennkraftmaschine in einen einen Katalysator schützenden Betrieb oder für das Spülen eines Katalysators nach Schubabschaltung.As NOx sensors, as usual, in can generally have a strong cross sensitivity to NH3 an NH3 concentration change can also be advantageously used. A increasing NH3 concentration can e.g. generated by the internal combustion engine at short notice with a substoichiometric air / fuel mixture is operated. Such an operation is usually always there before when a full load enrichment is turned on, so it such a full-load enrichment phase for diagnosis is preferred to use. something similar applies to the transition an internal combustion engine into a catalyst protecting Operation or for the rinsing of a catalytic converter after overrun fuel cut-off.

Natürlich kann auch eine erhöhende Änderung der NOx-Konzentration verwertet werden, indem die Brennkraftmaschine von stöchiometrischen auf überstöchiometrischen Betrieb geschaltet wird. Eine solche Maßnahme führt jedoch in der Regel nur dann zu einer steigenden NOx-Konzentration an einem NOx-Sensor, wenn diesem kein NOx-Speicherkatalysator vorgeschaltet ist, da ein solcher Katalysator ansonsten NOx absorbieren und damit keine Konzentrations-Änderung beim NOx-Sensor durchlassen würde.Of course, an increasing change in the NOx concentration can also be utilized by switching the internal combustion engine from stoichiometric to superstoichiometric operation. However, such a measure usually only leads to an increasing NOx concentration at a NOx sensor. if no NOx storage catalytic converter is connected upstream of this, since such a catalytic converter would otherwise absorb NOx and thus no change in concentration would pass through to the NOx sensor.

Grundsätzlich können die erforderlichen Konzentrations-Änderungen durch gezielten Eingriff in den Betriebsablauf einer Brennkraftmaschine nach Einleiten einer Diagnosefunktion erzwungen werden. Alternativ ist es möglich zu warten, bis im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine ein entsprechendes Ereignis mit Konzentrations-Änderung auftritt, z.B. bei plötzlicher Leistungsanforderung, die eine Vollastanforderung mit Umschaltung in unterstöchiometrischen Betrieb zur Folge hat, bei längerer Bergabfahrt mit Schubabschaltung usw.Basically, the required changes in concentration can be achieved through targeted intervention in the operation of an internal combustion engine after initiating a Diagnostic function are forced. Alternatively, it is possible to wait until a corresponding one during normal operation of the internal combustion engine Concentration change event occurs, e.g. with sudden Power requirement that is a full load requirement with switching in substoichiometric Operation results in prolonged Downhill descent with overrun cut-off etc.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Möglichkeit, das berechnete Ergebnis, nämlich die Zeitkonstante T, zu überprüfen bzw. über mehrere Berechnungsvorgänge zu mitteln. Dabei kann eine Überprüfung bzw. Neuberechnung und Mittelung unmittelbar nach dem Vorliegen des ersten Ergebnisses stattfinden, d.h. innerhalb derselben Konzentrations-Änderung.Another advantage of the method according to the invention lies in the possibility the calculated result, namely to check the time constant T, or over several calculation processes to average. A check or Recalculation and averaging immediately after the first is available Result, i.e. within the same change in concentration.

Beispielsweise kann der zweite Wert einer ersten Bestimmung der Zeitkonstante T gleich als erster Wert für eine zweite Bestimmung verwendet werden. Die Wiederholung der Bestimmung der Zeitkonstante und die Mittelung der berechneten Zeitkonstanten-Werte erhöht die Genauigkeit des Ergebnisses und schützt wirkungsvoll vor Fehldiagnosen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann besonders robust.For example, the second value a first determination of the time constant T as the first value for one second provision can be used. The repetition of the determination the time constant and the averaging of the calculated time constant values elevated the accuracy of the result and effectively protects against misdiagnosis. The method according to the invention is then particularly robust.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The invention is described below Reference to the drawings will be explained in more detail by way of example. In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 und 1 a schematic representation of an internal combustion engine 1 and

2 Zeitverläufe einer Substanz-Konzentration im Abgas sowie eines Signals eines NOx-Sensors. 2 Time course of a substance concentration in the exhaust gas and a signal from a NOx sensor.

Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 verfügt über einen Abgastrakt 2, in dem ein Abgasnachbehandlungssystem, das OBD-Fähigkeiten hat, angeordnet ist. Die OBD-Funktion wird dabei von einem Steuergerät 3 übernommen, das auch für die normale Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 zuständig ist. Das Steuergerät 3 steuert dabei unter anderem eine Einspritzanlage 6 an, die der Brennkraftmaschine 1 Kraftstoff zuteilt, liest die Werte der Sonde 7 und des Sensors 8 aus und führt die OBD durch.In the 1 illustrated internal combustion engine 1 has an exhaust tract 2 in which an exhaust after-treatment system that has OBD capabilities is arranged. The OBD function is controlled by a control unit 3 taken over, that also for the normal control of the operation of the internal combustion engine 1 responsible is. The control unit 3 controls an injection system, among other things 6 to that of the internal combustion engine 1 Allocated fuel reads the values of the probe 7 and the sensor 8th and executes the OBD.

Im Abgastrakt 2 der Brennkraftmaschine ist ein Drei-Wege-Vorkatalysator 4 und ein NOx-Speicherkatalysator 5 angeordnet. Es ist auch ein einziger Katalysator möglich, der beide Eigenschaften zeigt. Stromauf dieser beiden Katalysatoren befindet sich eine Vorkat-Lambda-Sonde 7 und stromab davon ein NOx-Sensor 8.In the exhaust system 2 the internal combustion engine is a three-way pre-catalyst 4 and a NOx storage catalyst 5 arranged. A single catalyst that shows both properties is also possible. A pre-cat lambda probe is located upstream of these two catalysts 7 and downstream of it a NOx sensor 8th ,

Das Steuergerät überprüft das Dynamikverhalten des NOx-Sensors 8 folgendermaßen:
Bei der Überprüfung wird davon ausgegangen, dass bei einer Anregung des NOx-Sensors durch eine Änderung der gemessenen Abgaskonzentration, das Sensorsignal annähernd einer PT1-Charakteristik genügt, wie sie in obiger Gleichung (1) wiedergegeben ist.
The control unit checks the dynamic behavior of the NOx sensor 8th as follows:
The check assumes that when the NOx sensor is excited by a change in the measured exhaust gas concentration, the sensor signal approximately satisfies a PT1 characteristic as shown in equation (1) above.

2 zeigt in einer Kurve 9 den Verlauf der Anregung, wobei hier beispielshalber die Änderung einer NH3-Konzentration aufgetragen ist. Kurve 10 zeigt das der PT1-Charakteristik genügende Messsignal S des NOx-Sensors 8. 2 shows in a curve 9 the course of the excitation, the change in an NH3 concentration being plotted here, for example. Curve 10 shows the measurement signal S of the NOx sensor which satisfies the PT1 characteristic 8th ,

Die ansteigende NH3-Konzentration wird durch kurzfristiges Schalten der Brennkraftmaschine in unterstöchiometrischen Betrieb in einer Regenerationsphase erzeugt. NH3 entsteht während einer solchen Regenerationsphase im NOx-Speicherkatalysator 5 als Zwischenprodukt, das so lange nicht am Ausgang des NOx-Speicherkatalysators 5 austritt, wie in diesem NOx gespeichert ist. Ist der NOx-Speicherkatalysator 5 von NOx entleert, schlägt NH3 zum Ausgang durch und gelangt mit stark ansteigender Konzentration zum NOx-Sensor 8. Dies ist die steigende Flanke zum Zeitpunkt t0 der Konzentration an NH3, wie sie die Kurve 9 zeigt.The increasing NH3 concentration is generated by briefly switching the internal combustion engine into substoichiometric operation in a regeneration phase. NH3 is generated in such a regeneration phase in the NOx storage catalytic converter 5 as an intermediate product, so long not at the outlet of the NOx storage catalytic converter 5 emerges as stored in this NOx. Is the NOx storage catalytic converter 5 emptied of NOx, NH3 penetrates to the exit and reaches the NOx sensor with a rapidly increasing concentration 8th , This is the rising edge at time t0 of the concentration of NH3 as it curves 9 shows.

Das Steuergerät 3 erkennt das Ende der NOx-Regenerationsphase auf dem Fachmann bekannte Weise und schaltet den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wieder auf unterstöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch um. Damit entsteht kein NH3 mehr im NOx-Speicherkatalysator 5, wodurch zum Zeitpunkt t1 der NOx-Sensor 8 eine stark abnehmende Konzentration an NH3 zu detektieren hat.The control unit 3 recognizes the end of the NOx regeneration phase in a manner known to the person skilled in the art and switches the operation of the internal combustion engine 1 back to substoichiometric air / fuel mixture. This means that there is no longer any NH3 in the NOx storage catalytic converter 5 , whereby the NOx sensor at time t1 8th has to detect a strongly decreasing concentration of NH3.

Das Signal S des NOx-Sensors 8, das dem Steuergerät 3 zugefügt wird, gibt diese Anregung wieder und folgt dabei der Kurve 10. Zum Zeitpunkt t0 steigt die Konzentration von einem Startwert S(t0) bis zu einem Maximalwert S(t1), der zum Zeitpunkt t1 erreicht wird. Durch die dann fallende Konzentration an NH3, die von ihrem Maximalwert NH3(t1) wieder auf den Anfangswert NH3(t0) zurückspringt, fällt die Kurve 10 des Messsignals des NOx-Sensors 8 ebenfalls wieder ab.The signal S of the NOx sensor 8th that the control unit 3 is added, reflects this suggestion and follows the curve 10 , At time t0, the concentration increases from a start value S (t0) to a maximum value S (t1), which is reached at time t1. The curve falls due to the then falling concentration of NH3, which jumps back from its maximum value NH3 (t1) to the initial value NH3 (t0) 10 the measurement signal of the NOx sensor 8th also off again.

Das Steuergerät 3 erfasst nun zu zwei Zeitpunkten nach Einleiten der Konzentrations-Änderung das Signal S. Dies erfolgt zu Zeitpunkten t2 und t3, so dass Werte S(t2) und S(t3) vor liegen. Die Zeitpunkte t2 und t3 sind dabei um einen Abstand d zeitlich beabstandet. Aus diesen Werten wird dann die Zeitkonstante mit folgender Gleichung berechnet: T = d/ln (S(t2)/S(t3)). (2) The control unit 3 now detects the signal S at two points in time after the concentration change has been initiated. This takes place at points in time t2 and t3, so that values S (t2) and S (t3) are present. The times t2 and t3 are spaced in time by a distance d. The time constant is then calculated from these values using the following equation: T = d / ln (S (t2) / S (t3)). (2)

Damit ist die Zeitkonstante T durch einen einfachen Rechenvorgang kalkulierbar.The time constant T is now through a simple calculation process can be calculated.

Gleichung (2) liegt eine geeignete Umformung und Auflösung der Gleichung (1) zugrunde. Natürlich kann anstelle dieser, auf einer analytischen Lösung der Gleichung (2) für die Zeitpunkte t2 und t3 basierenden Berechnung der Zeitkonstante T auch ein geeignetes numerisches Verfahren zur Auswertung der Gleichung (1) verwendet werden.Equation (2) is based on a suitable transformation and dissolution of equation (1). Naturally Instead of this, a suitable numerical method for evaluating equation (1) can also be used based on an analytical solution of equation (2) for the times t2 and t3 based calculation of the time constant T.

In einem alternativen Ansatz werden drei Werte S(t4), S(t5), S(t6) zu äquidistant liegenden Zeitpunkten t4, t5, t6 bei einer steigenden Konzentrationsänderung erfasst, und die Zeitkonstante ergibt sich dann durch folgende Gleichung:

Figure 00120001
In an alternative approach, three values S (t4), S (t5), S (t6) are recorded at equidistant times t4, t5, t6 with an increasing change in concentration, and the time constant then results from the following equation:
Figure 00120001

Der zeitliche Abstand d = t6 – t5 = t5 – t4 wird dabei klein gegen die zu erwartende Zeitkonstante gewählt, so dass gilt d < T. Insbesondere kann ein Wert für d verwendet werden, der 10d < T genügt.The time interval d = t6 - t5 = t5 - t4 becomes chosen small against the expected time constant, so that applies d <T. In particular, a value for d used, the 10d <T enough.

Kann diese Bedingung für den zeitlichen Abstand d nicht erfüllt werden, ermöglicht folgende Gleichung die Berechnung der Zeitkonstante:

Figure 00120002
wobei
Figure 00120003
ist. Hierbei werden natürlich Werte mit Z ≤ 0 oder Z ≥ 1 verworfen.If this condition for the time interval d cannot be met, the following equation enables the time constant to be calculated:
Figure 00120002
in which
Figure 00120003
is. Of course, values with Z ≤ 0 or Z ≥ 1 are rejected.

Claims (12)

Verfahren zur Bewertung des Zeitverhalten eines im Abgastrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Gas-Sensors (8), der ein Messsignal abgibt, bei dem eine Konzentrations-Änderung im Abgas der Brennkraftmaschine verwertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine mittlere Änderungsgeschwindigkeit der Konzentrations-Änderung größer ist, als eine zu erwartende maximale Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals, – während der durch die Konzentrationsänderung verursachte Änderung des Messsignals zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt ein erster bzw. zweiter Wert des Messsignals erfasst und – aus dem ersten und dem zweiten Wert und dem zeitlichen Abstand zwischen erstem und zweitem Zeitpunkt eine Zeitkonstante der Änderung des Messsignals bestimmt wird.Procedure for evaluating the time behavior of an in the exhaust system ( 2 ) an internal combustion engine ( 1 ) arranged gas sensor ( 8th ), which emits a measurement signal in which a concentration change in the exhaust gas of the internal combustion engine is utilized, characterized in that - an average rate of change of the concentration change is greater than an expected maximum rate of change of the measurement signal, - during that due to the change in concentration caused change in the measurement signal at a first and a second time, a first or second value of the measurement signal is detected and - a time constant of the change in the measurement signal is determined from the first and the second value and the time interval between the first and second time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Änderung eine Verringerung der Konzentration verwendet und der zeitliche Abstand durch die Differenz der Logarithmen des ersten und des zweiten Wertes des Messsignals dividiert wird.A method according to claim 1, characterized in that as a change a decrease in concentration used and the temporal Distance by the difference of the logarithms of the first and the second Value of the measurement signal is divided. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche bei einer Brennkraftmaschine (1), in deren Abgastrakt (2) dem Gas-Sensor (8) ein NOx-Speicherkatalysator (5) vorgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verringerung einer NH3-Konzentration verwendet wird, indem die Brennkraftmaschine (1) aus einem Regenerationsbetrieb mit unterstöchiometrischem Gemisch in einem Betrieb mit stöchiometrischem Gemisch umgeschaltet wird.Method according to one of the above claims in an internal combustion engine ( 1 ), in the exhaust tract ( 2 ) the gas sensor ( 8th ) a NOx storage catalytic converter ( 5 ) upstream, characterized in that a reduction in an NH3 concentration is used by the internal combustion engine ( 1 ) is switched from a regeneration operation with substoichiometric mixture to an operation with stoichiometric mixture. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verringerung der Konzentration verwendet wird, indem eine Schubabschaltung aktiviert wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that that a decrease in concentration is used by a Thrust cutout is activated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem dritten Zeitpunkt ein dritter Wert des Messsignals erfasst wird, wobei erster und zweiter sowie zweiter und dritter Zeitpunkt jeweils im gleichen zeitlichen Abstand zueinander liegen, als Änderung eine Erhöhung der Konzentration verwendet und die Zeitkonstante nach folgender Formel berechnet wird:
Figure 00150001
wobei T die Zeitkonstante, d der zeitliche Abstand, y1 der erste, y2 der zweite und y3 der dritte Wert ist und wobei der zeitliche Abstand d kleiner als ein Erwartungswert für die Zeitkonstante T ist.
A method according to claim 1, characterized in that a third value of the measurement signal is recorded at a third point in time, the first and second as well as second and third points in time each being at the same time interval from one another, using an increase in concentration as a change and the time constant after the following Formula is calculated:
Figure 00150001
where T is the time constant, d the time interval, y1 the first, y2 the second and y3 the third value, and wherein the time interval d is less than an expected value for the time constant T.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem dritten Zeitpunkt ein dritter Wert des Messsignals erfasst wird, wobei erster und zweiter sowie zweiter und dritter Zeitpunkt jeweils im gleichen zeitlichen Abstand zueinander liegen, als Änderung eine Erhöhung der Konzentration verwendet und die Zeitkonstante nach folgender Formel berechnet wird:
Figure 00150002
wobei T die Zeitkonstante und d der zeitliche Abstand ist und Z durch folgende Gleichung gegeben ist, in der y1 den ersten, y2 den zweiten und y3 den dritten Wert bezeichnen
Figure 00150003
wobei nur Werte für Z verwendet werden, die größer 0 und kleiner 1 sind.
A method according to claim 1, characterized in that a third value of the measurement signal is recorded at a third point in time, the first and second as well as second and third points in time each being at the same time interval from one another, using an increase in concentration as a change and the time constant after the following Formula is calculated:
Figure 00150002
where T is the time constant and d is the time interval and Z is given by the following equation, in which y1 denotes the first value, y2 the second and y3 the third value
Figure 00150003
where only values for Z that are greater than 0 and less than 1 are used.
Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Änderung eine Erhöhung einer NH3-Konzentration verwendet wird, in dem die Brennkraftmaschine (1) im Betrieb mit unterstöchiometrischem Gemisch geschaltet wird.A method according to claim 1, 5 or 6, characterized in that an increase in an NH3 concentration is used as a change in which the internal combustion engine ( 1 ) is switched in operation with substoichiometric mixture. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vollastanreicherung eingeschaltet wird, um die Brennkraftmaschine (1) in Betrieb mit unterstöchiometrischem Gemisch zu schalten.A method according to claim 7, characterized in that a full load enrichment is switched on to the internal combustion engine ( 1 ) to switch to operation with substoichiometric mixture. Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Änderung eine Erhöhung einer NOx-Konzentration verwendet wird, indem die Brennkraftmaschine (1) von stöchiometrischen auf überstöchiometrischen Betrieb geschaltet wird.Method according to Claim 1, 5 or 6, characterized in that an increase in a NOx concentration is used as the change by the internal combustion engine ( 1 ) is switched from stoichiometric to superstoichiometric operation. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung eine ohnehin im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) erzeugte Änderung der Konzentration verwendet wird.Method according to one of the above claims, characterized in that for the evaluation an already in normal operation of the internal combustion engine ( 1 ) generated change in concentration is used. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante (T) wiederholt bestimmt und gemittelt wird.Method according to one of the above claims, characterized characterized that the time constant (T) is determined repeatedly and is averaged. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederholte Bestimmung innerhalb derselben Konzentrations-Änderung durchgeführt wird.A method according to claim 10, characterized in that the repeated determination within the same concentration change carried out becomes.
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