DE60312298T2

DE60312298T2 - Fehlererkennungsvorrichtung einer Lambdasonde

Info

Publication number: DE60312298T2
Application number: DE2003612298
Authority: DE
Inventors: Mats Karlflo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: EP1437501A1; EP1437501B1; DE60312298D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Lambdasonde, die in einem Fahrzeug hinter einem Katalysator angeordnet ist.
Allgemeiner Stand der Technik
Die Entwicklung von motornahen Katalysatorsystemen (close coupled catalyst – CCC), d.h. von Katalysatorsystemen, die näher am Abgaskrümmer angeschlossen sind, und deshalb näher am Motor konventioneller Fahrzeuge, hat dazu geführt, dass sowohl die Lambdasonden als auch die Katalysatoren aufgrund von hohen Temperaturen einer Alterung unterliegen und sich deshalb stärker abnutzen.
Ein anderer Grund abgenutzter Lambdasonden hängt möglicherweise mit dem kleinen Startmonolith im Katalysator zusammen, aufgrund dessen eine zu geringe Katalysatorfläche zum Auffangen der giftigen Abgase vorliegt, bevor diese auf die hintere Lambdasonde treffen.
Insbesondere ist in jüngster Zeit deutlich geworden, dass es schwierig sein kann, die Alterung der Katalysatoren von der Alterung der hinteren Lambdasonden zu trennen, was im Folgenden genauer beschrieben werden soll.
Konventionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (VM) sind mit einem Abgasfiltersystem ausgestattet, das im Allgemeinen eine vordere Lambdasonde, einen Katalysator, und eine hintere Lambdasonde aufweist, die mit dem Abgaskrümmer und dem Abgassystem verbunden angeordnet sind. Normalerweise weist das System außerdem ein Motorsteuerungsmodul (MSE) oder Ähnliches auf, das das Fahrverhalten, die Emissionen, die Diagnosen usw. steuert. Der Ausdruck „Lambdasonde" ist synonym mit Lambdasensor oder Sauerstoffsensor, d.h. es handelt sich um eine Sonde, die z.B. den Sauerstoffdruck oder die Sauerstoffkonzentration von Luft, Abgasen oder gasförmigen Medien misst.
Bei den meisten Fahrzeugen ist die vordere Lambdasonde gegenwärtig in oder vor dem Katalysator angeordnet. Die vordere Lambdasonde misst die Sauerstoffkonzentration der Abgase, welche die vordere Lambdasonde erreichen und anschließend in den Katalysator gelangen. Da die λ-Werte der Abgase während der verschiedenen Vorgänge des VM beträchtlich variieren, muss für eine optimierte Abgasreinigung ein ausreichender Überschuss oder Mangel an Sauerstoff vorliegen. Deshalb muss der Katalysator Sauerstoff speichern und den Mangel an Sauerstoff hervorrufen, um die Emissionen zu minimieren.
Der Katalysator ist im Allgemeinen aus zwei oder drei Trägern zusammengesetzt, die aus Keramik und verschiedenen Metallen hergestellt sind. Der Katalysator enthält eine große Anzahl von Kanälen, die mit einer äußerst dünnen Schicht aus so genannten Edelmetallen, z.B. Platin und Rhodium, beschichtet sind. Wenn der Katalysator ausreichend erwärmt wird, reagiert die Fläche der beschichteten Kanäle mit den Schadstoffen der hindurchströmenden Abgase. Der Katalysator kann im Zusammenhang mit diesen katalytischen Reaktionen mit Sauerstoff angereichert oder an Sauerstoff angereichert werden. Ein vollständig mit Sauerstoff angereicherter Katalysator ist „oxidiert eingestellt", und ein vollständig an Sauerstoff abgereicherter Katalysator ist „reduziert eingestellt".
Die Kapazität von Katalysatoren kann deshalb als die Sauerstoffspeicherkapazität (SSK) ermittelt werden, was die größtmögliche Menge an Sauerstoff impliziert, die im Katalysator angereichert werden kann, bzw. die größtmögliche Menge an Sauerstoff, um die der Katalysa tor abgereichert werden kann. Diese Mengen sind vorzugsweise gleich groß. Die SSK hängt hauptsächlich ab von: 1) der Fläche der beschichteten Kanäle, 2) der tatsächlichen Betriebstemperatur des Katalysators, und 3) der Alterung des Katalysators.
Um ein Beispiel für die Auswirkung der Betriebstemperatur zu geben: der Katalysator arbeitet bei 350 Grad Celsius im Wesentlichen mit 50 % seiner Effizienz, und bei 450 Grad Celsius im Wesentlichen mit 100 % seiner Effizienz.
Der Katalysator altert vor allem aufgrund hoher Betriebstemperaturen und der giftigen Schadstoffe in den Abgasen, wie oben erwähnt. Das Altern des Katalysators ist vorübergehend oder permanent. In der Regel ist ein Altern aufgrund von hohen Temperaturen permanent, während ein Altern aufgrund der giftigen Schadstoffe in den Abgasen, z.B. Schwefelverbindungen, vorübergehend ist, da diese im Laufe der Zeit verbrannt werden können. Deshalb bedeutet eine erhöhte SSK häufig eine Beeinträchtigung der Katalyseeffizienz, da der für die katalytischen Reaktionen benötigte Überschuss oder Mangel an Sauerstoff nicht immer verfügbar ist.
Die hintere Lambdasonde ist im Allgemeinen zwischen den hinteren Trägern des Katalysators angeordnet, wo sie die Sauerstoffkonzentration der teilweise oder vollständig umgewandelten Abgase während der verschiedenen Vorgänge des VM misst. Allerdings kann die hintere Lambdasonde auch nach dem Katalysator angeordnet werden.
Während der Verbrennung wird das tatsächliche Treibstoff/Luft-Verhältnis der Abgase im Allgemeinen als der oben bereits erwähnte „λ-Wert" bezeichnet, der beschreibt, in welcher Beziehung das tatsächliche Treibstoff/Luft-Verhältnis zu dem idealen Treibstoff/Luft-Verhältnis steht. Das ideale Treib stoff/Luft-Verhältnis beträgt etwa 14,7 kg Luft/Treibstoff. Die Verbrennung findet also bei Zuständen magerer Verbrennung, reicher Verbrennung und im Idealzustand statt, wobei λ > 1, λ < 1 bzw. im Wesentlichen λ = 1. In diesem Fall ist „ein Zustand" also das T/L-Verhältnis der Abgase.
Zur Verdeutlichung handelt es sich bei einem mageren Verbrennungsimpuls um eine magere Verbrennungsmenge der Abgase, die von dem Motor durch den Abgaskrümmer, den Katalysator und die übrigen Teile des Abgassystems strömen. Der Ausdruck „Impuls" bezeichnet einen Durchbruch der Abgase mit einem λ-Wert, der nicht im Wesentlichen 1 (eins) ist, und der von der hinteren Lambdasonde gemessen wird. Die Abgase werden also an der Position der hinteren Lambdasonde nicht katalytisch gereinigt. Entsprechendes gilt natürlich auch für einen reichen Verbrennungsimpuls. Außerdem handelt es sich bei der mageren oder reichen Verbrennungsmenge um ein Volumen, ein Gewicht, einen Massestrom, einen Volumenstrom, eine Molmenge usw. der Abgase.
Typische Alterungserscheinungen der hinteren Lambdasonden sind langsame und asymmetrische Lambdasonden. „Langsam" bezieht sich auf längere Wechselperioden zwischen dem mageren und dem reichen Verbrennungszustand, was in 1a gezeigt ist. Die langsame symmetrische Lambdasonde kann längere Reaktionsverzögerungen verursachen, die wiederum eine langsame Treibstoffregelung bewirken können, was zu einer Senkung der Katalyseeffizienz führt. Eine asymmetrische Lambdasonde arbeitet nicht bei λ = 1, was in 1b gezeigt ist. Die asymmetrische Lambdasonde verursacht im Allgemeinen falsche Treibstoff-Luft-Mischungen bei der Verbrennung, und führt dadurch ebenfalls zu einer Senkung der Katalyseeffizienz.
Auf diese Weise verursachen sowohl langsame symmetrische als auch asymmetrische Lambdasonden eine gesenkte Katalyseeffizienz, und also eine Zunahme an Emissionen.
Genauer ausgedrückt, handelt es sich bei der Reaktionsverzögerung um die Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem einer der Zustände von der vorderen Lambdasonde gemessen wird, und dem Zeitpunkt, an dem die hintere Lambdasonde diesen Zustand misst. Ferner kann die Reaktionsverzögerung bei einem Übergang von einem mageren Verbrennungszustand in einen reichen Verbrennungszustand und umgekehrt jeweils unterschiedlich sein. Dann ist die hintere Lambdasonde asymmetrisch, wie beschrieben, und arbeitet entsprechend, was in 1b zu erkennen ist.
Während des Betriebs des VM misst die vordere Lambdasonde die Sauerstoffkonzentration der Abgase, die durch das Abgassystem strömen. An der Position der vorderen Lambdasonde weicht der λ-Wert der Abgase normalerweise wesentlich von eins (1) ab. Dann reduziert oder oxidiert der Katalysator die Abgase, um die Emissionen und damit den λ-Wert der Abgase auf einen Wert zu steuern, der nahe bei eins (1) liegt. Wenn die hintere Lambdasonde einen mageren oder reichen Verbrennungsimpuls misst, liegt kein ausreichender Überschuss oder Mangel an Sauerstoff vor, weshalb diese katalytischen Reaktionen nicht stattfinden können. Deshalb ist die Menge des mageren oder reichen Verbrennungsimpulses zu hoch. Eine schließlich verbleibende Fläche des Katalysators kann allerdings den übrigen Teil der Abgase reduzieren oder oxidieren. Vorteilhafterweise beträgt der λ-Wert der Abgase am Ausgang des Katalysators eins (1). Auf diese Weise arbeitet der Katalysator als Abgasfilter.
Wie oben erwähnt, wurde in jüngster Zeit deutlich, dass es schwierig sein kann, die Alterung des Katalysators von der Alterung der hinteren Lambdasonde zu trennen, was dazu führt, dass die Fehlfunktionsanzeigeleuchte (FAL) eine Fehlfunktion nicht immer an zeigt, oder sogar die falsche Fehlfunktion anzeigt. In der gegenwärtigen Situation zeigt die Fehlfunktionsanzeigeleuchte (FAL) lediglich die Diagnose der vorderen Lambdasonde und des Katalysators an. Die hintere Lambdasonde wird mit Hilfe von Pegeln und Variabilität geprüft, und ist vollkommen „elektrisch", d.h. das System prüft, ob das Signal nicht konstant ist, und zeigt passende Spannungswerte an.
Die Diagnose des Katalysators in Bezug auf einen oxidierten Zustand des Katalysators ist in 2 gezeigt. Die durchgehende rechteckwellenförmige Kurve zeigt den λ₁-Wert, der von der vorderen Lambdasonde gemessen wird. Die durchbrochene Kurve zeigt den λ₂-Wert, der von der hinteren Lambdasonde gemessen wird. Das Erscheinungsbild der abgeflachten, abfallenden λ₂-Kurve ist abhängig von der oxidierenden, katalytischen Wirkung des Katalysators im Verlauf der Zeit. Die Reaktionsverzögerung ist also deutlich sichtbar, d.h. die Zeitverzögerung, bis die hintere Lambdasonde im Wesentlichen den gleichen Zustand misst wie die vordere Lambdasonde. Entsprechendes gilt natürlich auch für einen Übergang in einen reduzierten Zustand des Katalysators, der teilweise ebenfalls zu sehen ist.
In dem Graphen ist auch ein Messwert der SSK für den oxidierten Zustand des Katalysators gezeigt. Wenn die hintere Lambdasonde aufgrund ihrer Alterung eine längere Zeitverzögerung misst, wie oben erwähnt, versteht das System zudem, dass der Katalysator einen höheren SSK-Wert erzielt als den echten Wert, der aus 2 hervorgeht. Deshalb zeigt die FAL in keinem der Fälle einen gealterten Katalysator mit einer gesenkten SSK an.
In WO 98/38415 analysiert ein Motorsteuerungssystem die elektrischen Signale der vorgeordneten und nachgeordneten Abgassensoren, die benutzt werden, um einen numerischen Wert für die λ-Werte sowohl an vorge ordneten als auch an nachgeordneten Positionen des Abgassystems zu berechnen. Das genannte Dokument stellt außerdem einen mageren Durchbruch vor, der von der hinteren Lambdasonde gemessen wird, und der anzeigt, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators überschritten wurde, und den Punkt definiert, an dem der λ-Wert der nachgeordneten Sonde von weniger als eins (1) auf größer als eins (1) wechselt. Entsprechend kann ein reicher Durchbruch erfasst werden, wenn der λ-Wert von einem Wert größer als eins (1) auf einen Wert kleiner als eins (1) wechselt. Außerdem offenbart das zitierte Dokument ein Verfahren zum Überwachen der Leistung des Katalysators. In EP 0 796 988 werden beide Zeitverzögerungen während entgegengesetzter Übergänge mit vorbestimmten Schwellenwerten verglichen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Prüfen der hinteren Lambdasonde bereitzustellen, derart, dass das Motorsteuerungsmodul (MSE) von Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor alternde hintere Lambdasonden von alternden Katalysatoren unterscheiden kann. Mit Hilfe des erfinderischen Verfahrens kann das MSE auch eine richtig arbeitende hintere Lambdasonde von einem Katalysator mit Fehlfunktion unterscheiden, oder umgekehrt.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das sicherstellt, dass die FAL-Leuchte bei Bedarf stets eine richtige Fehlfunktion anzeigt.
Es ist ferner eine Aufgabe, eine Diagnose der hinteren Lambdasonde für konventionelle Fahrzeuge bereitzustellen, um eine schließliche Fehlfunktion der hinteren Lambdasonde zu prüfen.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Verfahren zum Prüfen einer hinteren Lambdasonde nach Anspruch 1 erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfüllt mit Hilfe eines ersten Datensatzes, der zum Beginn eines der Zustände von einer ersten Sonde gemessen wird, und eines zweiten Datensatzes, der von der Lambdasonde gemessen wird, die hinter dem Katalysator angeordnet ist, wenn sie diesen Zustand erfasst. Der erste und zweite Datensatz sind Sauerstoffkonzentrationen oder Sauerstoffdrücke. Vorzugsweise werden der gemessene erste und zweite Datensatz wegen unterschiedlicher Fahrsituationen standardisiert.
Mit Hilfe der Erfindung wird eine Zeitverzögerung gemessen, und zwar zwischen dem Zeitpunkt, an dem einer der Zustände von der ersten Sonde gemessen wird, und dem Zeitpunkt, an dem der Zustand von der Lambdasonde gemessen wird, die hinter dem Katalysator angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die erste Sonde als eine vordere Lambdasonde ausgebildet.
Vorzugsweise werden die Zeitverzögerung des mit Sauerstoff angereicherten Zustands und die Zeitverzögerung des an Sauerstoff abgereicherten Zustands miteinander verglichen, und die resultierende Differenz wird einem Motorsteuerungsmodul (MSE) mitgeteilt.
Mit Hilfe der Erfindung berechnet das Motorsteuerungsmodul eine erste Molmenge Sauerstoff, um den Katalysator im Wesentlichen mit Sauerstoff anzureichern, und eine zweite Molmenge Sauerstoff, um den Katalysator im Wesentlichen an Sauerstoff abzureichern. Vorzugsweise werden die Molmenge des mit Sauerstoff angereicherten Zustands und die Molmenge des an Sauerstoff abgereicherten Zustands verglichen, und der jeweils niedrigere Wert wird dem Motorsteuerungsmodul mitgeteilt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung soll im Folgenden nur zur Veranschaulichung und unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschrieben werden, wobei:
1a ein Graph ist, der eine langsame Lambdasonde des Stands der Technik darstellt,
1b ein Graph ist, der eine asymmetrische Lambdasonde des Stands der Technik darstellt,
2 ein Graph ist, der ein Beispiel der katalytischen Diagnose von heutigen Fahrzeugen des Stands der Technik darstellt,
3 eine Grunddarstellung ist, die ein System zeigt, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet,
4 ein Blockdiagramm ist, das das erfindungsgemäße Verfahren darstellt, und
5 ein Graph ist, der eine Verzögerung in Form einer Zeitreaktion darstellt, und der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt wurde.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In den Figuren bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein ein System zum Prüfen einer Emissionskomponente in Form einer Lambdasonde, insbesondere einer Lambdasonde gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das System 10 weist einen Verbrennungsmotor (VM) 13 auf, der verbunden mit einem Motorsteuerungsmodul (MSE) 11 angeordnet ist, das den VM 13 steuert, siehe 3. Auf der Auspuffseite weist der VM 13 einen Abgaskrümmer (hier nicht dargestellt) und ein Abgassystem 14 auf. Genauer ausgedrückt, weist das Abgassystem 14 eine erste Sonde 15, einen Katalysator 16 und eine Lambdasonde 17 auf. Die erste Sonde ist vorzugsweise als eine vordere Lambdasonde 15 ausgebildet, die vor dem Katalysator 16 angeordnet ist, d.h. entweder in Bezug auf den Katalysator 16 vorne, oder im vorderen Teil des Katalysators 16 in Auspuffrichtung. Die Lambdasonde 17 wird hier als eine „hintere" Lambdasonde 17 bezeichnet, die vorzugsweise hinter dem Katalysator 16 angeordnet ist, d.h. entweder in Bezug auf den Katalysator 16 hinten, oder im hinteren Teil des Katalysators 16 in Auspuffrichtung. Ferner weist das System 10 eine zweite Sonde 12 auf, die die Menge an Ansaugluft misst, die in den Ansaugkrümmer und anschließend in die Verbrennung der Brennkammer(n) des VM 13 (hier nicht dargestellt) strömt. vorzugsweise ist die zweite Sonde 12 ein Luftmassenmesser (LMM) oder Ähnliches, der die Masse oder den Volumenstrom der Luft der Ansaugluftmenge misst. Natürlich wird das System 10 von anderen Bauteilen wie z.B. Einspritzvorrichtungen, Drosseln usw. beeinflusst, die im Folgenden keine Erwähnung finden.
Das MSE 11 steuert die Verbrennung des VM 13, was während des Betriebs des VM 13 zu mageren Verbrennungsimpulsen und reichen Verbrennungsimpulsen des durch das Abgassystem 14 hindurchströmenden Abgasstroms führt. Genauer ausgedrückt, ist das Treibstoff/Luft-Verhältnis der mageren Verbrennungsimpulse kleiner als eins (1), und das Treibstoff/Luft-Verhältnis der reichen Verbrennungsimpulse ist größer als eins (1). Es ist zu betonen, dass die mageren und reichen Verbrennungsimpulse vorzugsweise in den meisten regulären Fahrsituationen eines konventionellen Fahrzeugs inhärent als Teil der Verbrennung auftreten. Allerdings können die mageren und reichen Verbrennungsimpulse speziell erzeugt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren in anderen Ausführungsformen der Erfindung durchzuführen.
Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wird zunächst ein magerer Verbrennungsimpuls 20 durch das Abgassystem 14 geleitet, siehe 4. Dann misst die vordere Lambdasonde 15, ob der Impuls ein magerer Verbrennungsimpuls 20 oder ein reicher Verbrennungsimpuls 21 ist. Wenn die vordere Lambdasonde 15 einen mageren Verbrennungsimpuls 20 misst 22, wird ein Signal S1 mit entsprechenden Daten von der vorderen Lambdasonde 15 an das MSE 11 geleitet. Genauer ausgedrückt, weist das Signal S1 vorzugsweise Daten zum Sauerstoffdruck oder zur Sauerstoffkonzentration der Abgase auf, die an der vorderen Lambdasonde 15 vorbeiströmen, sowie zum Zeitpunkt, an dem der Druck oder die Konzentration des Sauerstoffs gemessen wurde. Das Signal S1 kann allerdings in anderen Ausführungsformen Daten zum Luftdruck, zur Luftkonzentration und zur Dauer des Signals S1 usw, aufweisen. Um also das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, misst die vordere Lambdasonde 15 einen ersten Referenzpunkt der Abgase, der durch das Signal S1 dargestellt wird.
Die Abgase strömen anschließend in den Katalysator 16, wo der begleitende magere Verbrennungsimpuls der Abgase katalytisch gereinigt wird. Im normalen Betrieb des VM 13 misst die hintere Lambdasonde 17 einen λ-Wert der Abgase, der im Wesentlichen eins (1) ist, wenn die Abgase erfolgreich katalytisch gereinigt wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Katalysator 16 mit Hilfe eines ausreichend großen mageren Verbrennungsimpulses als im Wesentlichen reduziert (mit Sauerstoff angereichert) eingestellt. Dann misst die hintere Lambdasonde 17 sofort 23, dass der λ-Wert der Abgase über im Wesentlichen eins (1) ansteigt. Genauer ausgedrückt, geht dies natürlich darauf zurück, dass der Katalysator 16 den verbleibenden Teil des mageren Verbrennungsimpulses an der Position der hinteren Lambdasonde 17 nicht erfolgreich katalytisch reinigen kann.
Von der hinteren Lambdasonde 17 wird ein Signal S2, das dem Signal S1 entspricht, an das MSE 11 geleitet, wenn der magere Verbrennungsimpuls von der hinteren Lambdasonde 17 gemessen wird. Um also das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, misst die hintere Lambdasonde 17 einen zweiten Referenzpunkt der Abgase, der durch das Signal S2 dargestellt wird.
Das MSE 11 empfängt 24 Datensätze in Form der Signale S1 und S2, und den jeweils entsprechenden Zeitpunkt an der Position der vorderen 15 bzw. hinteren 17 Lambdasonde. Zur Verdeutlichung wird in der bevorzugten Ausführungsform zunächst der magere Verbrennungsimpuls von der ersten Lambdasonde 15 gemessen 22, und anschließend wird dieser magere Verbrennungsimpuls von der hinteren Lambdasonde 17 mit einer Reaktionsverzögerung Δt1 gemessen 23.
In entsprechender Weise wird zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung ein reicher Verbrennungsimpuls 21 der Abgase durch das Abgassystem 14 geleitet. Vorteilhafterweise misst 22 die vordere Lambdasonde 15, dass der Impuls ein reicher Verbrennungsimpuls 21 ist, woraufhin ein Signal S3, das dem Signal S1 entspricht, von der vorderen Lambdasonde 15 an das MSE 11 geleitet wird. Wenn die Abgase in den Katalysator 16 strömen, wird die begleitende reiche Verbrennungsmenge katalytisch gereinigt. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Katalysator 16 mit Hilfe eines ausreichend großen reichen Verbrennungsimpulses im Wesentlichen oxidiert (mit Sauerstoff angereichert) eingestellt. Entsprechend misst die hintere Lambdasonde 17, dass der λ-Wert des Abgases im Wesentlichen eins (1) ist, wenn die Abgase erfolgreich katalytisch gereinigt wurden. Ebenso wie im Fall des mageren Verbrennungsimpulses geht dies natürlich darauf zurück, dass der Katalysator 16 den verbleibenden Teil des reichen Verbrennungsimpulses an der Position der hinteren Lambdasonde 17 nicht erfolgreich katalytisch reinigen kann.
Ein Signal S4, das dem Signal S2 entspricht, wird von der hinteren Lambdasonde 17 an das MSE 11 geleitet, wenn der reiche Verbrennungsimpuls von der hinteren Lambdasonde 17 gemessen wird.
Das MSE 11 empfängt 24 ebenfalls die Datensätze in Form der Signale S3 und S4, und den jeweils entsprechenden Zeitpunkt an der Position der vorderen 15 bzw. der hinteren 17 Lambdasonde. Auf diese Weise wird der reiche Verbrennungsimpuls in der bevorzugten Ausführungsform zunächst von der ersten Lambdasonde 15 gemessen 22, und anschließend wird dieser reiche Verbrennungsimpuls mit einer Reaktionsverzögerung Δt2 von der hinteren Lambdasonde 17 gemessen 23.
Ferner berechnet 26 das MSE 11 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise die Molmenge des Sauerstoffs M1, um den Katalysator 16 vollständig mit Sauerstoff anzureichern. Auf diese Weise wird die maximale SSK für einen im wesentlichen oxidierten Zustand des Katalysators 16 ermittelt. Die Molmenge M1 wird mit Hilfe der gemessenen Signale S1 und S2, die den Druck und die Konzentration des Sauerstoffs der Abgase darstellen, und der entsprechenden Zeitpunkte berechnet, sowie mit Hilfe einer geschätzten Abgasluftmenge, die durch den Katalysator 16 strömt. Genauer ausgedrückt, misst die LMM-Sonde 12 die Ansaugluft zum Ansaugkrümmer, und also zur Verbrennung des Motors, aufgrund derer das MSE 11 die Abgasluftmenge ermittelt, die durch das Abgassystem 14 und also durch den Katalysator 16 strömt.
Die Molmenge M2 zum vollständigen Abreichern des Katalysators 16 von Sauerstoff wird in entsprechender Weise berechnet 26. Entsprechend wird auch die maximale SSK für einen im Wesentlichen reduzierten Zustand des Katalysators 16 ermittelt.
Die Fahrsituationen konventioneller Fahrzeuge variieren jedoch zeitlich, und der Abgasstrom, der an dem Katalysator 16 vorbei gelangt, variiert in Entsprechung dazu, u.a. aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugschnelligkeit, der Last des Fahrzeugs usw. Deshalb werden die Zeitverzögerungen Δt1 und Δt2 vorzugsweise in Bezug auf die verschiedenen Fahrsituationen standardisiert Δt1' und Δt2', derart, dass die Zeitverzögerungen Δt1' und Δt2' miteinander vergleichbar sind. Vorzugsweise werden die Molmengen M1 und M2 in entsprechender Weise standardisiert M1' und M2'.
Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, werden die Zeitverzögerungen Δt1' und Δt2' und die Molmengen M1' und M2' miteinander verglichen. Natürlich sollten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zeitverzögerung Δt1' des mageren Verbrennungsimpulses und die Zeitverzögerung Δt2' des reichen Verbrennungsimpulses vorzugsweise dieselbe Größe aufweisen, d.h. die Lambdasonde 17 sollte bei Übergängen in magere Verbrennungszustände und bei Übergängen in reiche Verbrennungszustände selbstverständlich in gleicher Weise arbeiten.
Ebenso sollten die SSK des Katalysators 16 bei einem mageren Verbrennungszustand und die SSK des Katalysators 16 bei einem reichen Verbrennungszustand vorzugsweise dieselbe Größe aufweisen, d.h., es sollte die gleiche Menge an Sauerstoff nötig sein, um den Katalysator 16 anzureichern, und um den Katalysator 16 abzureichern. Wenn dies nicht der Fall ist, ist die hintere Lambdasonde 17 möglicherweise defekt und kann gealtert sein.
Wenn die Größe der Zeitverzögerung Δt1' und die Größe der Zeitverzögerung Δt2' voneinander abweichen, wird die Differenz Δt' dem MSE 11 mitgeteilt 25, siehe 4 bis 5. Die Differenz Δt' kann im MSE 11 zur Kompensation benutzt werden. Das MSE 11 kann also ein Signal, das die Kompensation enthält, zurück zum betroffenen Bauteil senden, beispielsweise zur hinteren Lambdasonde 17. Außerdem kann die Differenz Δt' auch als eine Alterungsmarkierung der hinteren Lambdasonde an die Reaktionsverzögerung der hinteren Lambdasonde im MSE 11 adressiert werden.
Wenn also die Größe der Molmenge M1' und die Größe der Molmenge M2' voneinander abweichen, wird der niedrigere Wert ausgewählt 26, der einen richtigen Wert für die tatsächliche SSK des Katalysators 16 bildet, siehe 4 bis 5. Wie im Stand der Technik erwähnt, können gealterte Lambdasonden längere Reaktionsverzögerungen verursachen, was impliziert, dass das MSE 11 eine größere SSK des Katalysators 16 ausliest. Deshalb wird zu Kompensieren der gealterten hinteren Lambdasonde 17 der jeweils niedrigere Wert von M1' und M2' im MSE 11 benutzt. Das MSE 11 kann ein Signal, das die Kompensation enthält, zurück an das betroffene Bauteil senden.
Es wird allerdings gleichermaßen bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, indem zunächst ein magerer Verbrennungsimpuls 20 gesendet wird, dem später ein reicher Verbrennungsimpuls 21 folgt, oder, indem zunächst ein reicher Impuls 21 gesendet wird, auf den später ein magerer Impuls 20 folgt.
Die Datensätze in Form der Signale S1, S2, S3 und S4 werden in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an das MSE 11 geleitet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Signale S1, S2, S3 und S4 jedoch auch an eine andere Software (SW) oder ein spezifisches Bauteil geleitet werden. Spezifische Bauteile können beispielsweise die vordere Lambdasonde 15 oder die hintere Lambdasonde 17 sein.
Außerdem wird bevorzugt, die Diagnose der hinteren Lambdasonde des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der SSK-Diagnose des Katalysators 16 zu kombinieren.
Das Verfahren der Erfindung wird während des Betriebs des VM fortlaufend vom MSE 11 angewandt, um die hintere Lambdasonde 17 zu prüfen und Diagnosen für sie zu erstellen. Vorzugsweise wird das Verfahren insbesondere zum Prüfen der Asymmetrie gealterter hinterer Lambdasonden 17 bevorzugt.
Der Begriff „Sauerstoff" soll freie Sauerstoffionen, Sauerstoffatome oder Sauerstoffmoleküle mit einbeziehen.
Bei den erwähnten Fahrsituationen kann es sich z.B. um folgende Fahrsituationen handeln: Leerlauf, niedrige Geschwindigkeit, hohe Geschwindigkeit usw. Die Geschwindigkeit kann konstant sein, wird jedoch wahrscheinlich variieren. Beispielsweise zählen zu den Fahrsituationen eine Unterbrechung der Treibstoffzufuhr während einer Motorbremsung, was zu einer mageren Verbrennung führt, und also zu mageren Verbrennungsmengen in den Abgasen, oder schnelles Fahren, was zu einer reichen Verbrennung zum Kühlen des Motors führt, und höchstwahrscheinlich zu reichen Verbrennungsmengen in den Abgasen.
Die Erfindung wurde nur zur Veranschaulichung beschrieben und in den Figuren dargestellt, und Fachleute werden erkennen, dass verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Prüfen einer Lambdasonde (17), die einem Katalysator (16) mit einer vorgeordneten Sonde (15) in einem Fahrzeug nachgeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Veranlassen des Katalysators (16) durch einen mageren Verbrennungsimpuls dazu, mit Sauerstoff angereichert zu werden, – Messen einer ersten Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, wenn der magere Verbrennungsimpuls von der vorgeordneten Lambdasonde gemessen wird, und dem Zeitpunkt, wenn er von der nachgeordneten Lambdasonde (17) gemessen wird, – Veranlassen des Katalysators (16) durch einen fetten Verbrennungsimpuls dazu, an Sauerstoff angereichert zu werden, und – Messen einer zweiten Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, wenn der fette Verbrennungsimpuls von der vorgeordneten Lambdasonde gemessen wird, und dem Zeitpunkt, wenn er von der nachgeordneten Lambdasonde (17) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgenden Schritt aufweist: – Vergleichen der ersten und zweiten gemessenen Zeitverzögerung, um eine Differenz zu erhalten, um den Status der Lambdasonde (17) zu verifizieren, und Adressieren der Differenz der ersten und zweiten Zeitverzögerung als eine Alterungsmarkierung der hinteren Lambdasonde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Datensatz (S1; S3) von einer ersten Sonde (14) an dem Beginn von einem der Zustände gemessen wird, und ein zweiter Datensatz (S2; S4) von der Lambdasonde (17) gemessen wird, die dem Katalysator (16) nachgeordnet ist, wenn sie den Zustand erfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Datensatz (S1, S2; S3, S4) Sauerstoffkonzentrationen oder Sauerstoffdrücke sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Datensatz (S1, S2; S3, S4) standardisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, wenn einer der Zustände von der ersten Sonde (14) erfasst wird, und dem Zeitpunkt gemessen wird, wenn der Zustand von der Lambdasonde (17) erfasst wird, die dem Katalysator (16) nachgeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (16) dazu veranlasst wird, mit Sauerstoff angereichert oder an Sauerstoff angereichert zu werden, indem jeweils wenigstens eine magere Verbrennungsmenge der Abgase, wobei das Treibstoff/Luft-Verhältnis kleiner als eins ist, bzw. eine fette Verbrennungsmenge der Abgase, wobei das Treibstoff/Luft-Verhältnis größer als eins ist, an den Katalysator (16) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Sonde (12) den Luftstrom misst, der zu dem Motor ge langt, und der einer Motorsteuerungseinheit (MSE) (11) mitgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung des mit Sauerstoff angereicherten Zustands, und die Zeitverzögerung des an Sauerstoff abgereicherten Zustands verglichen werden, und diese Differenz einem Motorsteuerungsmodul (MSE) (11) mitgeteilt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Molmenge (M1) von Sauerstoff, um den Katalysator (16) im Wesentlichen mit Sauerstoff anzureichern, und eine zweite Molmenge (M2) von Sauerstoff, um den Katalysator (16) im Wesentlichen an Sauerstoff abzureichern, von dem Motorsteuerungsmodul (MSE) (11) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Molmenge (M1) des mit Sauerstoff angereicherten Zustands, und die Molmenge (M2) des an Sauerstoff abgereicherten Zustands verglichen werden, wobei der niedrigste Wert dem Motorsteuerungsmodul (MSE) (11) mitgeteilt wird.