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WO2013029878A1 - Verfahren und vorrichtung zur dynamik-diagnose einer abgassonde - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur dynamik-diagnose einer abgassonde Download PDF

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Publication number
WO2013029878A1
WO2013029878A1 PCT/EP2012/064419 EP2012064419W WO2013029878A1 WO 2013029878 A1 WO2013029878 A1 WO 2013029878A1 EP 2012064419 W EP2012064419 W EP 2012064419W WO 2013029878 A1 WO2013029878 A1 WO 2013029878A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
signal
time
value
exhaust
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/064419
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Zimmerschied
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2013029878A1 publication Critical patent/WO2013029878A1/de

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    • F02D41/1406—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method with use of a optimisation method, e.g. iteration

Definitions

  • the invention relates to a method for dynamically diagnosing an exhaust gas probe arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine as part of an exhaust gas monitoring system, wherein the diagnosis based on a comparison of a modeled and a measured signal after a predetermined change in an air-fuel ratio of the air supplied to the internal combustion engine A fuel mixture is performed and wherein the measured signal is an actual value of an output signal of the exhaust gas probe and the modeled signal is a model value, which is derived from the internal combustion engine supplied air-fuel mixture by applying an exhaust model.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • the air-fuel ratio ⁇ is measured by means of an exhaust gas probe upstream of the exhaust gas purification system.
  • the storage capacity of such an exhaust gas purification system for oxygen is utilized to take up oxygen in lean phases and to release it again in the fat phase. This ensures that oxidizable noxious gas components of the exhaust gas can be converted.
  • One of the exhaust gas purification downstream exhaust probe serves to monitor the oxygen storage capacity of the emission control system. Oxygen storage capability must be monitored as part of on-board diagnostics because it is a measure of the convertibility of the emission control system. To determine the oxygen storage capacity is either the
  • Emission control system initially occupied in a lean phase with oxygen and then emptied in a rich phase with a lambda value known in the exhaust gas, taking into account the exhaust gas passing through or
  • Emission control system initially emptied of oxygen in a fatty phase and then filled in a lean phase with a known lambda value in the exhaust gas, taking into account the exhaust gas passing through.
  • the lean phase is terminated when the exhaust gas probe connected downstream of the exhaust gas purification system detects the oxygen that can no longer be stored by the exhaust gas purification system.
  • a rich phase is terminated when the exhaust gas probe detects the passage of rich exhaust gas.
  • Emission control system corresponds to the amount of reducing agent supplied during the fatty phase for emptying or during the lean phase for replenishment amount of oxygen supplied.
  • the exact quantities are determined from the signal from the upstream exhaust gas probe and from other sensor signals
  • Emission control system is monitored correctly. Et al it is necessary to detect a deterioration of the probe dynamics, which can be manifested by an increased time constant and / or dead time, which can also act only in one direction (fat too lean or lean to fat). It is of an asymmetric
  • the signal is an output signal of the exhaust gas probe or a derived from the output signal modeled or measured signal. It is provided that a first extreme value is determined in the course of the modeled signal and that a first time and a first starting value are determined when the modeled signal deviates by a predetermined amount from the first extreme value, that a second extreme value in the course of the measured Signal is determined. It is further provided that a second time and a second starting value are determined when the measured signal by the predetermined amount of the second
  • Extreme value deviates that a first integral over a predetermined period, starting at the first time, is formed over the difference between the first start value and the modeled signal and that a second integral over a second period, starting at the second time point, on the difference is formed between the second start value and the measured signal that the second period is equal to the predetermined time period or that the end of the second period is determined based on the time of change of the air-fuel ratio or based on the first time and a quantitative comparison value is formed between a quantitative comparison between the first integral and the second integral, from which reference is made to the rise speed and / or the dead time of the exhaust gas probe.
  • This method uses abrupt changes in the air-fuel ratio, by which the dynamics of the exhaust gas probe is evaluated, in addition a directional dependence, i. from fat to lean or from lean to fat,
  • the area is integrated under the lambda signal of the exhaust gas probe and set in relation to an analogously calculated area of a lambda signal modeled in the control unit. If the calculated ratio is smaller than an applicable threshold, the exhaust gas probe no longer meets the required dynamic behavior.
  • asymmetric time constant and / or dead time e.g. a swinging control
  • the measured air-fuel ratio in the control unit by a so-called Symmetri fürsfilter.
  • the non-delayed and / or filtered edge of the signal in the control unit is artificially delayed with an additional dead time and / or filtered with an additional filter, the dead time and / or time constant used being diagnosed
  • asymmetric dead time T + t and / or time constant T + and the direction of the signal (fat too lean or lean to rich) is determined by a filtered derivative of the measured lambda signal.
  • the entire signal (fat too lean and lean to rich) is delayed symmetrically by two dead times and / or two time constants.
  • This additional delay can be taken into account in the controller by adapting the controller while maintaining its structure to the larger dead times and / or time constants or even taking into account the increase in the model order by increasing the regulator order.
  • the object of the invention is to improve the detection of asymmetric dead times and time constants and thus to enable an improved diagnosis. It is a further object of the invention to provide a corresponding device for
  • the object of the invention is achieved by employing a continuously operating method for the detection of asymmetrical dead times or time constants of the exhaust gas probe, in which periodically, e.g. by a
  • Emission control system is. This can be dispensed with the otherwise necessary large jumps in the air-fuel ratio, whereby the increase in fuel consumption and emissions associated with the large jumps is avoided.
  • the strong suggestion of the regulation to swing in the air-fuel ratio is avoided.
  • a further advantage is an increase in robustness, since the evaluation of many small jumps due to statistical averaging effects is less sensitive to disturbances than the evaluation of only one large jump.
  • the method allows a much more accurate adaptation of the control by determining the asymmetric Dead times or time constants.
  • the proposed method fully takes into account the influence of the control, in that the control intervention is the input signal for the online identification. In the case of a dynamically slow exhaust gas probe and the associated oscillation of the control, there is the advantage of a stronger system excitation combined with a faster convergence of the method.
  • a reliable detection of the current direction of the signal change can be determined by means of a filtered time derivative.
  • a preferred variant of the method provides that, by means of a recursive optimization algorithm, the signal change is switched from one data record to another data record and a currently valid data record is optimized and the data record of the other signal change direction is stored at the time of the switchover and its optimization is stopped. This allows an optimal evaluation of the many small jumps in the variation of the air-fuel ratio.
  • a symmetrized measured lambda value is compared with an additionally time-delayed lambda model value and a difference value thereof
  • Lambda value is calculated from the measured actual value of the output signal of the exhaust gas probe by means of a balancing filter, wherein one to be optimized
  • asymmetric dead time T sym is used for balancing as a parameter.
  • the asymmetrical dead time T sym is furthermore used to calculate the signal from a lambda model which calculates with a nominal value for the dead time and the time constant is delayed in addition to a time-delayed lambda model value, with the asymmetric dead time T sym the balancing filter and the value of
  • time-delayed lambda model value can be adjusted equally.
  • the asymmetric time constants of the exhaust gas probe can also be determined with the method variants described above.
  • the method with its method variants described above can preferably be used for a diagnosis of a broadband lambda probe or for the diagnosis of a nitrogen oxide sensor.
  • a lambda actual value is compared for diagnosis with a modeled lambda model value in accordance with the method variants described above.
  • the output value of the nitrogen oxide sensor is evaluated as an actual value, the model value being determined from a modeled NO x value.
  • Emission control system have a catalyst and / or facilities for nitrogen oxide reduction.
  • the object relating to the device is achieved in that a diagnostic unit is provided for carrying out the method according to the invention
  • the functionality of the diagnostic unit can be executed at least partially software-based, which may be provided as a separate unit or as part of a higher-level engine control.
  • Figure 1 is a schematic representation of the technical environment in which the
  • Figure 2 is a simplified diagram for detecting asymmetric dead times.
  • FIG. 1 shows diagrammatically an example of an Otto engine, the technical environment in which the method according to the invention for the diagnosis of an exhaust gas probe 15 can be used.
  • An internal combustion engine 10 is air over a
  • Air supply 1 1 supplied and determines their mass with an air mass meter 12.
  • the air mass meter 12 may be designed as a hot-film air mass meter.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine 10 is discharged via an exhaust passage 18, wherein in the flow direction of the exhaust gas behind the internal combustion engine 10 a
  • the exhaust gas purification system 16 usually comprises at least one catalyst.
  • an engine control 14 is provided which supplies fuel to the internal combustion engine 10 via a fuel metering 13 and to the other the signals of the air mass meter 12 and arranged in the exhaust passage 18 exhaust gas probe 15 and disposed in the exhaust gas discharge pipe 18 exhaust gas probe 17th be supplied.
  • the exhaust gas probe 15 determines a lambda actual value of a fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine 10. It can be used as a broadband lambda probe or continuous lambda
  • the exhaust gas probe 17 determines the exhaust gas composition after the exhaust gas purification system 16.
  • the exhaust gas probe 17 may be formed as a jump probe or binary probe. For the dynamic diagnosis of the exhaust gas probe 15 is a continuously operating
  • asymmetric time constants For the detection of asymmetric time constants known from the literature methods of online identification are extended in that not only a symmetric time constant for rising and falling signal is identified, but separately identified for rising and falling signal per a time constant becomes.
  • the current direction of the signal is detected by a filtered derivative.
  • a recursive optimization algorithm switches from one data record to the other and optimizes only the currently valid data record.
  • the record of the other signal direction is stored at the time of switching and stopped its optimization.
  • the data sets contain the time constant to be optimized as well as further parameters of the optimization.
  • the simplified diagram shown in Figure 2 20 is used, which converts a value of a lambda measurement 21 by means of a balancing filter 23 in a symmetrized measured lambda value 24 (A Sym ) and this with a time-delayed lambda model value 26 (AModeii2) compares which of a value of a lambda model 22 by means of
  • a difference value 28 of these two signals which was formed by means of a subtracter 27 from the symmetrized measured lambda value 24 (A Sym ) and the time-delayed lambda model value 26 (AMode 2), is interpreted as an error which is minimized with the aid of continuously running recursive optimization methods.
  • T sym the parameter to be optimized.
  • the dead time T sym necessary for the symmetrization is not known but the parameter to be optimized.
  • the dead time T sym to be optimized is further used to additionally delay the modeled air-fuel ratio A mod eii (lambda model 22), calculated with nominal deadtime and time constant, followed by the time-delayed lambda model value 26 (A Mo deii2) ,
  • the aim of the optimization is therefore that the initially asymmetrically delayed measured air-fuel ratio with the balancing filter 23 with the
  • optimization method minimizes for the difference 28 (error) of A Sym and AMo d eii by equally adjusting the dead time T sym in the balancing filter 23 and the additional dead time of the A model value.
  • the same procedure can also be used for asymmetric time constants.
  • an adjustment of the gain K may be necessary.
  • Diagnosis function be implemented as software in a diagnostic unit or in a superordinate engine controller 14.
  • the diagnostic unit or the motor controller 14 has corresponding devices for carrying out the method described above. These may be implemented entirely or partially software based.
  • the previously proposed diagnostic method and its variants can also be applied to other processes with similar control characteristics and sensors with similar dynamic behavior.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine als Teil eines Abgasüberwachungssystems angeordneten Abgassonde, wobei die Diagnose auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durchgeführt wird und das gemessene Signal ein Istwert eines Ausgangssignals der Abgassonde und das modellierte Signal ein Modellwert ist, welcher aus dem der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durch Anwenden eines Abgasmodells abgeleitet wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zur Erkennung von asymmetrischen Totzeiten oder Zeitkonstanten der Abgassonde ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren angewendet wird, bei dem periodisch in kleinen sprungartigen Änderungen der Einspritzmenge das Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert und getrennt für ein steigendes und fallendes gemessenes Signal je eine Totzeit oder Zeitkonstante identifiziert wird. Mit dem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens können Systemschwingungen, die durch Anregung mit großen Sprüngen entstehen können, vermieden werden.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose einer Abgassonde Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine als Teil eines Abgasüberwachungssystems angeordneten Abgassonde, wobei die Diagnose auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft- Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durchgeführt wird und wobei das gemessene Signal ein Istwert eines Ausgangssignals der Abgassonde und das modellierte Signal ein Modellwert ist, welcher aus dem der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durch Anwenden eines Abgasmodells abgeleitet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Reduktion der Emission in PKWs mit Ottomotoren werden üblicherweise 3-Wege- Katalysatoren als Abgasreinigungsanlagen verwendet, die nur dann ausreichend Abgase konvertieren, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis λ mit hoher Präzision eingeregelt wird. Zu diesem Zweck wird das Luft-Kraftstoffverhältnis λ mittels einer der Abgasreinigungsanlage vorgelagerten Abgassonde gemessen. Das Speichervermögen einer derartigen Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxydierbare Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Eine der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgassonde dient dabei der Überwachung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage. Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit muss im Rahmen der On-Board-Diagnose überwacht werden, da sie ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage darstellt. Zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird entweder die
Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Magerphase mit Sauerstoff belegt und anschließend in einer Fettphase mit einem im Abgas bekannten Lambdawert unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge entleert oder die
Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Fettphase von Sauerstoff entleert und anschließend in einer Magerphase mit einem im Abgas bekannten Lambdawert unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge aufgefüllt. Die Magerphase wird beendet, wenn die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgassonde den Sauerstoff detektiert, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. Ebenso wird eine Fettphase beendet, wenn die Abgassonde den Durchtritt von fettem Abgas detektiert. Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit der
Abgasreinigungsanlage entspricht der während der Fettphase zur Entleerung zugeführten Menge an Reduktionsmittel bzw. während der Magerphase zur Auffüllung zugeführten Menge an Sauerstoff. Die genauen Mengen werden aus dem Signal der vorgelagerten Abgassonde und dem aus anderen Sensorsignalen ermittelten
Abgasmassenstrom berechnet.
Nimmt die Dynamik der vorgelagerten Abgassonde ab, z.B. auf Grund von
Verschmutzungen oder Alterung, so kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht mehr mit der erforderlichen Präzision eingeregelt werden, so dass die Konvertierungsleistung der Abgasreinigungsanlage nachlässt. Weiterhin können sich Abweichungen in der Diagnose der Abgasreinigungsanlage ergeben, die dazu führen können, dass eine an sich korrekt arbeitende Abgasreinigungsanlage fälschlich als nicht funktionsfähig bewertet wird. Der Gesetzgeber verlangt eine Diagnose der Sondeneigenschaften während des Fahrbetriebs, um sicherzustellen, dass das geforderte Luft- Kraftstoffverhältnis weiterhin ausreichend genau eingestellt werden kann, die
Emissionen die zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten und die
Abgasreinigungsanlage korrekt überwacht wird. U.a. muss eine Verschlechterung der Sonden-Dynamik erkannt werden, die sich durch eine vergrößerte Zeitkonstante und/ oder Totzeit bemerkbar machen kann, wobei diese auch nur in einer Richtung (fett zu mager oder mager zu fett) wirken kann. Es wird von einer asymmetrischen
Zeitkonstante und Totzeit gesprochen. Aus der DE 10 2008 042 549 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose der Anstiegsgeschwindigkeit und der Totzeit einer Abgassonde bekannt, welche in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Diagnose auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eines der
Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs durchgeführt wird und wobei das Signal ein Ausgangssignal der Abgassonde oder ein aus dem Ausgangssignal abgeleitetes modelliertes oder gemessenes Signal ist. Dabei ist es vorgesehen, dass ein erster Extremwert im Verlauf des modellierten Signals bestimmt wird und dass ein erster Zeitpunkt und ein erster Startwert bestimmt werden, wenn das modellierte Signal um einen vorbestimmten Betrag von dem ersten Extremwert abweicht, dass ein zweiter Extremwert im Verlauf des gemessenen Signals bestimmt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein zweiter Zeitpunkt und ein zweiter Startwert bestimmt werden, wenn das gemessene Signal um den vorbestimmten Betrag von dem zweiten
Extremwert abweicht, dass ein erstes Integral über einen vorbestimmten Zeitraum, beginnend zu dem ersten Zeitpunkt, über die Differenz zwischen dem ersten Startwert und dem modellierten Signal gebildet wird und dass ein zweites Integral über einen zweiten Zeitraum, beginnend zu dem zweiten Zeitpunkt, über die Differenz zwischen dem zweiten Startwert und dem gemessenen Signal gebildet wird, dass der zweite Zeitraum gleich dem vorbestimmten Zeitraum ist oder dass das Ende des zweiten Zeitraums bezogen auf den Zeitpunkt der Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses oder bezogen auf den ersten Zeitpunkt festgelegt wird und dass aus einem quantitativen Vergleich zwischen dem ersten Integral und dem zweiten Integral ein quantitativer Vergleichswert gebildet wird, aus dem auf die Anstiegsgeschwindigkeit und/ oder die Totzeit der Abgassonde geschlossen wird.
Dieses Verfahren verwendet sprungartige Verstellungen des Luft-Kraftstoffverhältnisses, anhand derer die Dynamik der Abgassonde bewertet wird, wobei zusätzlich eine Richtungsabhängigkeit, d.h. von fett zu mager oder von mager zu fett,
unterschieden wird. Dafür wird für eine gewisse Zeitspanne nach dem Sprung die Fläche unter dem Lambdasignal der Abgassonde aufintegriert und mit einer analog berechneten Fläche eines im Steuergerät modellierten Lambdasignals ins Verhältnis gesetzt. Ist das berechnete Verhältnis kleiner als eine applizierbare Schwelle, so genügt die Abgassonde nicht mehr dem geforderten Dynamikverhalten. Zur Modellierung des Luft-Kraftstoffverhältnisses im Steuergerät wird ein Filter 1. Ordnung mit einer Zeitkonstanten T und einer Verstärkung K = 1 sowie einem
Totzeitmodell mit der Totzeit Tt verwendet. Der Filter 1 . Ordnung lässt sich demnach wie folgt beschreiben:
G(s) = K exp(- Tt s) / (T s + 1 ) (1 )
Um die negativen Effekte einer asymmetrischen Zeitkonstante und/ oder Totzeit, wie z.B. eine schwingende Regelung, zu reduzieren, wird bei bekannter asymmetrischer Zeitkonstante oder Totzeit das gemessene Luft-Kraftstoffverhältnis im Steuergerät durch einen sogenannten Symmetrierungsfilter symmetrisiert. Dafür wird die nicht verzögerte und/ oder gefilterte Flanke des Signals im Steuergerät künstlich mit einer zusätzlichen Totzeit verzögert und/ oder mit einem zusätzlichen Filter gefiltert, wobei die dabei verwendete Totzeit und/ oder Zeitkonstante der diagnostizierten
asymmetrischen Totzeit T+ t und/ oder Zeitkonstante T+ entspricht und die Richtung des Signals (fett zu mager oder mager zu fett) anhand einer gefilterten Ableitung des gemessenen Lambda-Signals bestimmt wird.
Für ein System mit verlangsamter Sonde wird demnach angenommen, dass das nominale Modell G(S) um einen weiteren Filter erster Ordnung sowie ein Totzeitmodell erweitert wird:
G+ (S) = G(S) K+ exp(- T+ t s) / (T+ s + 1 ) (2)
Nach Anwendung des Symmetrierungsfilters ist das gesamte Signal (fett zu mager und mager zu fett) symmetrisch durch zwei Totzeiten und/ oder zwei Zeitkonstanten verzögert. Diese zusätzliche Verzögerung kann im Regler berücksichtigt werden, indem der Regler unter Beibehaltung seiner Struktur auf die größeren Totzeiten und/ oder Zeitkonstanten adaptiert wird oder sogar die Erhöhung der Modellordnung durch eine Erhöhung der Reglerordnung berücksichtigt wird.
Weiterhin sind aus der Literatur Online-Identifikationsverfahren bekannt, mit denen Totzeiten und Zeitkonstanten während des normalen Fahrbetriebs bestimmt werden können. Voraussetzung dafür ist eine fortdauernde Anregung des Systems, anhand derer die Online-Identifikation die gesuchten Totzeiten und Zeitkonstanten mittels rekursiver Optimierungsverfahren bestimmt werden. Diese Verfahren berücksichtigen jedoch nur symmetrische Totzeiten und Zeitkonstanten.
Alle Verfahren können sowohl mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis als auch mit dem inversen Luft-Kraftstoffverhältnis arbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Erkennen von asymmetrischen Totzeiten und Zeitkonstanten zu verbessern und damit eine verbesserten Diagnose zu ermöglichen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Erkennung von asymmetrischen Totzeiten oder Zeitkonstanten der Abgassonde ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren angewendet wird, bei dem periodisch, z.B. durch eine
Zwangsanregung, in kleinen sprungartigen Änderungen der Einspritzmenge das Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert und getrennt für ein steigendes und fallendes gemessenes Signal je eine Totzeit oder Zeitkonstante identifiziert wird.
Anstatt einer einmaligen Auswertung eines großen Sprunges wird dabei eine kontinuierliche Online-Identifikation durch Auswertung vieler kleiner Sprünge ermöglicht. Vorteil des Verfahrens ist das Ausnutzen der in den meisten Fällen verwendeten Zwangsanregung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, deren eigentliches
Ziel die Verbesserung eines Katalysator-Konvertierungsverhaltens der
Abgasreinigungsanlage ist. Damit kann auf die ansonsten notwendigen großen Sprünge im Luft-Kraftstoff-Verhältnis verzichtet werden, wodurch die mit den großen Sprüngen verbundene Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen vermieden wird. Insbesondere die starke Anregung der Regelung zum Schwingen im
Fall einer dynamisch langsamen Sonde wird damit verhindert. Ein weiterer Vorteil ist eine Erhöhung der Robustheit, da das Auswerten vieler kleiner Sprünge aufgrund von statistischen Mittelungseffekten weniger empfindlich auf Störungen reagiert als die Auswertung nur eines großen Sprungs. Außerdem ermöglicht das Verfahren eine weitaus exaktere Adaption der Regelung durch Ermittlung der asymmetrischen Totzeiten oder Zeitkonstanten. Zudem berücksichtigt das vorgeschlagene Verfahren vollständig den Einfluss der Regelung, indem der Stelleingriff das Eingangssignal für die Online-Identifikation ist. Im Fall einer dynamisch langsamen Abgassonde und dem damit verbundenen Schwingen der Regelung ergibt sich der Vorteil einer stärkeren Systemanregung verbunden mit einer schnelleren Konvergenz des Verfahrens.
Eine sichere Erkennung der aktuellen Richtung der Signaländerung kann dabei mittels einer gefilterten zeitlichen Ableitung bestimmt werden.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass mittels eines rekursiven Optimierungsalgorithmuses je nach Richtung der Signaländerung von einem Datensatz auf einen anderen Datensatz umgeschaltet wird und ein aktuell gültiger Datensatz optimiert und der Datensatz der anderen Signaländerungsrichtung dabei zum Zeitpunkt der Umschaltung gespeichert und dessen Optimierung gestoppt wird. Dies ermöglicht eine optimale Auswertung der vielen kleinen Sprünge bei der Variation des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses.
Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in den Datensätzen eine zu optimierende Totzeit oder Zeitkonstante sowie im Bedarfsfall weitere Parameter der Optimierung gespeichert werden.
Für die Erkennung asymmetrischer Totzeiten wird in einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ein symmetrisierter gemessener Lambdawert mit einem zusätzlich zeitverzögerten Lambda-Modellwert verglichen und ein Differenzwert dieser
Signalwerte als Fehler interpretiert und mit Hilfe des rekursiven
Optimierungsverfahrens minimiert.
Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der symmetrisierte gemessene
Lambdawert aus dem gemessenen Istwert des Ausgangssignals der Abgassonde mittels eines Symmetrier-Filters berechnet wird, wobei eine zu optimierende
asymmetrische Totzeit Tsym zur Symmetrierung als Parameter verwendet wird.
In einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die asymmetrische Totzeit Tsym weiterhin verwendet wird, um das Signal aus einem Lambda-Modell, welches mit einem nominellen Wert für die Totzeit und die Zeitkonstante berechnet wird, zusätzlich zu einem zeitverzögerten Lambda-Modellwert zu verzögern, wobei mit der asymmetrischen Totzeit Tsym der Symmetrier-Filter sowie der Wert des
zeitverzögerten Lambda-Modellwertes gleichermaßen verstellt werden kann.
Hinsichtlich einer zusätzlichen Optimierung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich eine Anpassung einer Streckenverstärkung K durchgeführt wird.
In vorteilhafter Weise können mit den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten auch die asymmetrischen Zeitkonstanten der Abgassonde bestimmt werden.
Das Verfahren mit seinen zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten lässt sich bevorzugt für eine Diagnose einer Breitband-Lambdasonde oder für die Diagnose eines Stickoxid-Sensors anwenden. Für eine als Breitband-Lambdasonde oder stetige Lambdasonde ausgeführte Abgassonde wird zur Diagnose ein Lambda-Istwert mit einem modellierten Lambda-Modellwert entsprechend den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten verglichen. Für einen Stickoxid-Sensor wird als Istwert das Ausgangssignal des Stickoxid-Sensors ausgewertet, wobei der Modellwert aus einem modellierten NOx-Wert bestimmt wird. Diese Diagnose lässt sich daher besonders vorteilhaft bei Otto-Motoren oder bei Mager-Motoren anwenden, deren
Abgasreinigungsanlage einen Katalysator und/ oder Einrichtungen zur Stickoxid- Reduktion aufweisen.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Diagnoseeinheit vorgesehen ist, die
Berechnungseinheiten zur Differenzbildung sowie einen parametrierbaren Symmetrier- Filter sowie eine parametrierbare Einheit zur Lambda-Modelladaption zur Durchführung des Diagnoseverfahrens gemäß den zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten aufweisen. Die Funktionalität der Diagnoseeinheit kann dabei zumindest teilweise Software-basiert ausgeführt sein, wobei diese als separate Einheit oder als Teil einer übergeordneten Motorsteuerung vorgesehen sein kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem das
erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann und
Figur 2 ein vereinfachtes Diagramm zur Erkennung asymmetrischer Totzeiten.
Figur 1 zeigt schematisch an einem Beispiel eines Otto-Motors das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose einer Abgassonde 15 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine
Luftzuführung 1 1 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 18 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 eine
Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist. Die Abgasreinigungsanlage 16 umfasst üblicherweise mindestens einen Katalysator.
Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 14 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 Kraftstoff zuführt und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 und der in dem Abgaskanal 18 angeordneten Abgassonde 15 sowie einer in der Abgasableitung 18 angeordneten Abgassonde 17 zugeführt werden. Die Abgassonde 15 bestimmt im gezeigten Beispiel einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs. Sie kann als Breitband-Lambdasonde oder stetige Lambda-
Sonde ausgeführt sein. Die Abgassonde 17 bestimmt die Abgaszusammensetzung nach der Abgasreinigungsanlage 16. Die Abgassonde 17 kann als Sprungsonde oder Binärsonde ausgebildet sein. Für die Dynamik-Diagnose der Abgassonde 15 ist ein kontinuierlich arbeitendes
Verfahren vorgesehen, welches speziell zur Erkennung von asymmetrischen Totzeiten und Zeitkonstanten dient. Dabei ist vorgesehen, dass nicht einzelne große Sprünge des Luft-Kraftstoffverhältnisses ausgewertet, sondern alleine die in der Regel vorhandenen Zwangsanregung genutzt wird, welche periodisch das Luft- Kraftstoffverhältnis durch kleine sprungartige Änderungen der Einspritzmenge variiert.
Für die Erkennung asymmetrischer Zeitkonstanten werden die aus der Literatur bekannten Verfahren der Online-Identifikation insofern erweitert, als dass nicht nur eine symmetrische Zeitkonstante für steigendes und fallendes Signal identifiziert wird, sondern getrennt für steigendes und fallendes Signal je eine Zeitkonstante identifiziert wird. Erkannt wird die aktuelle Richtung des Signals durch eine gefilterte Ableitung. Ein rekursiver Optimierungsalgorithmus schaltet dabei je nach Richtung des Signals von einem Datensatz auf den anderen um und optimiert nur den aktuell gültigen Datensatz. Der Datensatz der anderen Signalrichtung wird dabei zum Zeitpunkt der Umschaltung gespeichert und dessen Optimierung gestoppt. Die Datensätzen enthalten die zu optimierende Zeitkonstante sowie weitere Parameter der Optimierung.
Für die Erkennung der asymmetrischen Totzeiten wird das in Figur 2 vereinfacht dargestellte Diagramm 20 verwendet, welches einen Wert einer Lambda-Messung 21 mittels eines Symmetrier-Filters 23 in einen symmetrierten gemessenen Lambdawert 24 (ASym) umwandelt und diesen mit einem zeitverzögerten Lambda-Modellwert 26 (AModeii2) vergleicht, welcher aus einem Wert eines Lambda-Modells 22 mittels
Anwendung einer Lambda-Modelladaption 25 generiert wurde. Ein Differenzwert 28 dieser beiden Signale, welcher mittels eines Subtrahierers 27 aus dem symmetrierten gemessenen Lambdawert 24 (ASym) und dem zeitverzögerten Lambda-Modellwert 26 (AModeii2) gebildet wurde, wird als Fehler interpretiert, der mit Hilfe kontinuierlich laufender rekursiver Optimierungsverfahren minimiert wird, wobei die asymmetrische Totzeit Tsym der zu optimierende Parameter ist. Im Unterschied zur bisherigen
Anwendung ist die zur Symmetrierung notwendige Totzeit Tsym jedoch nicht bekannt, sondern der zu optimierende Parameter. Die zu optimierenden Totzeit Tsym wird weiterhin verwendet, um das modellierte Luft-Kraftstoffverhältnis AModeii (Lambda-Modell 22), berechnet mit nomineller Totzeit und Zeitkonstante, zusätzlich zu verzögern, woraus der zeitverzögerten Lambda-Modellwert 26 (AModeii2) folgt.
Ziel der Optimierung ist es demnach, dass das zunächst asymmetrisch verzögerte gemessene Luft-Kraftstoffverhältnis mit dem Symmetrier-Filter 23 mit der
Symmetrisierungstotzeit Tsym symmetriert wird (symmetrierter gemessener Lambdawert 24 ASym), um dann mit dem symmetrisch um Tsym zeitverzögerten Lambda-Modellwert 26 (AModeii2) übereinzustimmen. Das kontinuierlich laufende rekursive
Optimierungsverfahren minimiert dafür den Differenzwert 28 (Fehler) von ASym und AModeii, indem es die Totzeit Tsym im Symmetrier-Filter 23 sowie die zusätzliche Totzeit des A-Modellwertes gleichermaßen verstellt. Dasselbe Verfahren kann auch für asymmetrische Zeitkonstanten angewendet werden. Weiterhin kann eine Anpassung der Verstärkung K notwendig sein. In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zuvor beschriebene
Diagnosefunktion als Software in einer Diagnoseeinheit oder in einer diesen übergeordneten Motorsteuerung 14 implementiert sein. Die Diagnoseeinheit oder die Motorsteuerung 14 weist entsprechende Einrichtungen zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens auf. Diese können ganz oder teilweise Software basiert umgesetzt sein.
Das zuvor vorgeschlagene Diagnoseverfahren und dessen Varianten kann auch für andere Prozesse mit ähnlicher Regelcharakteristik und Sensoren mit ähnlichem Dynamikverhalten angewendet werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal (18) einer
Brennkraftmaschine (10) als Teil eines Abgasüberwachungssystems
angeordneten Abgassonde (15), wobei die Diagnose auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durchgeführt wird und wobei das gemessene Signal ein Istwert eines Ausgangssignals der Abgassonde (15) und das modellierte Signal ein Modellwert ist, welcher aus dem der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durch Anwenden eines Abgasmodells abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung von
asymmetrischen Totzeiten oder Zeitkonstanten der Abgassonde (15) ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren angewendet wird, bei dem periodisch in kleinen sprungartigen Änderungen der Einspritzmenge das Kraftstoff-Luft- Verhältnis geändert und getrennt für ein steigendes und fallendes gemessenes Signal je eine Totzeit oder Zeitkonstante identifiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Richtung der Signaländerung mittels einer gefilterten zeitlichen Ableitung bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines rekursiven Optimierungsalgorithmuses je nach Richtung der Signaländerung von einem Datensatz auf einen anderen Datensatz umgeschaltet wird und ein aktuell gültiger Datensatz optimiert und der Datensatz der anderen
Signaländerungsrichtung dabei zum Zeitpunkt der Umschaltung gespeichert und dessen Optimierung gestoppt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Datensätzen eine zu optimierende Totzeit oder Zeitkonstante sowie im Bedarfsfall weitere Parameter der Optimierung gespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung asymmetrischer Totzeiten ein symmetrisierter gemessener
Lambdawert (24) mit einem zusätzlich zeitverzögerten Lambda-Modellwert (26) verglichen und ein Differenzwert (28) dieser Signalwerte als Fehler interpretiert und mit Hilfe des rekursiven Optimierungsverfahrens minimiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der symmetrisierte gemessene Lambdawert (24) aus dem gemessenen Istwert des Ausgangssignals der Abgassonde (15) mittels eines Symmetrier-Filters (23) berechnet wird, wobei eine zu optimierende asymmetrische Totzeit Tsym zur Symmetrierung als
Parameter verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Totzeit Tsym weiterhin verwendet wird, um das Signal aus einem Lambda-Modell (22), welches mit einem nominellen Wert für die Totzeit und die
Zeitkonstante berechnet wird, zusätzlich zu einem zeitverzögerten Lambda- Modellwert (26) zu verzögern, wobei mit der asymmetrischen Totzeit Tsym der Symmetrier-Filter (23) sowie der Wert des zeitverzögerten Lambda-Modellwertes (26) gleichermaßen verstellt werden kann.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Anpassung einer Streckenverstärkung K durchgeführt wird.
9. Anwendung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 5 bis 8 zur Ermittlung der asymmetrischen Zeitkonstanten der Abgassonde (15).
10. Anwendung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Dynamik-Diagnose einer als Breitband-Lambdasonde oder als Stickoxid-Sensor ausgebildeten Abgassonde (15).
1 1 . Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose einer in einem Abgaskanal (18) einer
Brennkraftmaschine (10) als Teil eines Abgasüberwachungssystems
angeordneten Abgassonde (15), wobei die Diagnose auf Grund eines Vergleiches eines modellierten und eines gemessenen Signals nach einer vorgegebenen Änderung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eines der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durchführbar ist und wobei das gemessene Signal ein Istwert eines Ausgangssignals der Abgassonde (15) und das modellierte Signal ein Modellwert ist, welcher aus dem der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs durch Anwenden eines Abgasmodells ableitbar ist, und zur Quantifizierung der Dynamik der Abgassonde (15) in einer Diagnoseeinheit ein Vergleich des Istwertes und des Modellwertes durchführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit Berechnungseinheiten zur Differenzbildung sowie einen parametrierbaren Symmetrier-Filter (23) sowie eine parametrierbare Einheit zur Lambda-Modelladaption (25) zur Durchführung des Diagnoseverfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 aufweisen.
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