Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Sauerstoffmesssonden-Heizung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Heizung einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Funktionsprinzip der Erfindung beruht darauf, daß die Versorgungsspannung der Sondenheizung bei Belastung mit dem elektrischen Widerstand des Heizelements absinkt, wobei die Spannungsdifferenz von der Größe des Widerstands abhängt und somit zumindest die drei Zustände der Heizung - Normalbetrieb, Unterbrechung, Kurzschluß - unterschieden werden können. Der so ermittelte Betriebszustand der Sondenheizung wird dem Fahrer durch Aktivierung einer entsprechenden Kontrolleinrichtung angezeigt und/oder gegebenenfalls in einem Fehlerspeicher abgelegt. Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich per Rechner oder in einer kompakten Bauweise realisieren und eignet sich somit zum Einsatz in einem zentralen Steuergerät.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung dieses Verfahrens angegebene Vorrichtung beziehen sich auf die Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Heizung für eine Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (BKM) angeordnet ist, einschließlich der Zuleitungen der Heizung.

[0002] Mit der Sauerstoffmeßsonde wird der Sauerstoffgehalt des Abgases bestimmt und der so ermittelte Wert einer Regeleinrichtung zugeführt, die dazu dient, ein vorgegebenes Luft/Kraftstoffverhältnis einzustellen. Die Sauerstoffmeßsonde ist nur oberhalb einer minimalen Betriebstemperatur funktionsbereit. Somit ist die Regelung des Luft/Kraftstoffgemishes über die Sauerstoffmeßsonde erst dann möglich, wenn die Sonde ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Nur dann kann ein z. B. im Hinblick auf eine niedrige Schadstoffemission optimales Luft/Kraftstoffgemisch eingeregelt werden. Um die Emissionswerte gering zu halten, sollte die Betriebstemperatur der Sauerstoffmeßsonde möglichst rasch nach dem Start der BKM erreicht werden. Das Aufheizen der Sonde erfolgt durch die Abgase und wird aus den oben angegebenen Gründen durch eine elektrische Sondenheizung beschleunigt. Die elektrische Sondenheizung ist auch dann erforderlich, wenn z. B. im Leerlauf die Heizleistung des Abgases nicht ausreicht, die Sonde auf Betriebstemperatur zu halten, oder bei langandauerndem Schiebebetrieb.

[0003] Im Sinne einer geringen Schadstoffemission ist es erforderlich, die Funktionsfähigkeit der Sondenheizung zu überwachen. Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, um einen oder mehrere der Fehlerzustände Unterbrechung, Kurzschluß und Nebenschluß zu erkennen. Die Prüfung der Betriebsbereitschaft der Sondenheizung erfolgt z. B. über den mittels Meßwiderstand erfaßten Stromfluß durch die Sondenheizung (DE 39 41 995 A), über die Ausgangssignale der Sonde (DE 26 04 160 C, DE 38 40 148 A), über das Aufwärmverhalten der Sonde (DE 39 28 709 A) oder über die Sondentemperatur, die sich ihrerseits auf verschiedene Art und Weise ermitteln läßt, z. B. aus dem Innenwiderstand der Sonde (DE 31 17 790 C) oder mit einem Temperaturfühler (US 39 15 828 A).

Vorteile der Erfindung

[0004] Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es mit sehr einfachen Mitteln realisiert werden kann. Die Spannung, die für die Diagnose herangezogen wird, steht ohne Modifikation einer herkömmlichen Sondenheizung bereits zur Verfügung. Es ist also kein Eingriff in die Beschaltung der Sondenheizung erforderlich, sondern es muß lediglich durch eine geeignete Auswertungselektronik bewirkt werden, daß die Versorgungsspannung der Sondenheizung zu bestimmten Zeitpunkten gemessen wird, und die Meßwerte entsprechend weiterverarbeitet werden. Eine derartige elektronische Schaltung läßt sich kompakt ausführen und ist somit kostengünstig und robust.

[0005] Bei rechnergesteuerten Systemen ist die Realisierung ebenfalls problemlos. Diese Gesichtspunkte sind sehr wichtig, da die Diagnosemöglichkeit auch in Verbindung mit Seriensteuergeräten einsetzbar sein soll. Außerdem wird in absehbarer Zeit die Funktionsüberwachung abgasrelevanter Betriebseinheiten gesetzlich vorgeschrieben werden, was zu einem hohen Bedarf an kostengünstigen und zuverlässigen Überwachungsvorrichtungen, wie der vorliegenden Erfindung, führen wird.

Zeichnung

[0006] Die einzige Figur dieser Druckschrift zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen Realisierung der Erfindung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

[0007] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Heizung einer Sauerstoffmeßsonde. Sie beruht auf dem Prinzip, daß die Versorgungsspannung der Sondenheizung bei Belastung mit dem elektrischen Widerstand der Sondenheizung sinkt, und aus der Größe der Spannungsänderung auf den Belastungswiderstand und somit auf die Funktionsfähigkeit der Sondenheizung geschlossen werden kann. Die Ergebnisses der Funktionsprüfung werden dem Fahrer optisch und/oder akustisch angezeigt. Je nach Ausführung der Erfindung kann zur späteren Fehlerausgabe auch eine Eintragung in einen Fehlerspeicher zusätzlich zu den oder anstelle von den Warnsignalen erfolgen.

[0008] Wie in der Figur gezeigt, wird im ersten Schritt 10 des Flußdiagramms das Vorliegen einer Diagnosebedingung abgewartet, bevor ein erster Funktionstest durchgeführt wird. Die Diagnosebedingung ist den speziellen Gegebenheiten angepaßt. Sie beinhaltet beispielsweise die Zeitspanne seit dem Starten des Motors, die zurückgelegte Wegstrecke, die Motortemperatur oder ähnliche Parameter. Es ist auch eine Verquickung verschiedener Bedingungen denkbar.

[0009] An Schritt 10 schließt sich Schritt 12 an, in dem überprüft wird, ob die Sondenheizung eingeschaltet ist. Im Fall einer ausgeschalteten Sondenheizung wird sie im darauffolgenden Schritt 14 eingeschaltet und danach in Schritt 16 das Vorliegen einer Meßbedingung abgewartet. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Meßbedingung erfüllt, wenn eine vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist.

[0010] In Schritt 18, der nach Schritt 16 ausgeführt wird, wird die Versorgungsspannung Uein gemessen und abgespeichert. Zu Schritt 18 gelangt man auch, wenn in Schritt 12 festgestellt wurde, daß die Sondenheizung eingeschaltet ist. Nach Schritt 18 wird in Schritt 20 die Sondenheizung ausgeschaltet und im darauffolgenden Schritt 22 die Versorgungsspannung Uaus gemessen. Im anschließenden Schritt 24 wird die Differenz aus Uaus und Uein mit einem vorgegebenen Wert deltaU1 verglichen und Schritt 26 ausgeführt, falls diese Differenz größer als deltaU1 ist. In Schritt 26 wird die Differenz für einen zweiten Vergleich herangezogen. Es wird überprüft ob sie kleiner als ein vorgegebener Wert deltaU2 ist. Ist das der Fall, so wird im folgenden Schritt 28 eine weitere Diagnosebedingung abgewartet und danach geht es zurück zu Schritt 12.

[0011] Wird in Schritt 24 festgestellt, daß die Differenz aus Uaus und Uein nicht größer als ein vorgegebener Wert deltaU1 ist, so wird im darauffolgenden Schritt 30 auf eine unterbrochene und somit defekte Sondenheizung geschlossen. Ein Kurzschluß der Heizung wird in Schritt 32 erkannt, der sich Schritt 26 anschließt, falls die in Schritt 26 überprüfte Bedingung nicht erfüllt ist. Sowohl Schritt 30 als auch Schritt 32 mündet in Schritt 34, in dem ein entsprechender Eintrag in den Fehlerspeicher erfolgt. Nach Schritt 34 wird in Schritt 36 ein Alarmsignal ausgegeben.

[0012] Eine funktionsfähige Sondenheizung stellt wegen ihres elektrischen Widerstands eine Belastung der Versorgungsspannung dar, so daß die Versorgungsspannung durch das Ausschalten der Sondenheizung ansteigt. Falls die Sondenheizung und/oder die Zuleitungen unterbrochen sind, ändert sich die Versorgungsspannung durch den Schaltvorgang nicht. Es wird also in Schritt 30 auf eine defekte Sondenheizung (einschließlich Zuleitungen) geschlossen, in Schritt 34 eine Fehlermeldung in den Fehlerspeicher eingetragen und in Schritt 36 ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben, wenn in den Schritten 18 bis 24 keine Spannungsänderung um mehr als den vorgegebene Wert deltaU1 beobachtet wird.

[0013] Ist die beobachtete Spannungsänderung dagegen größer als deltaU1, so kann davon ausgegangen werden, daß keine Unterbrechung vorliegt. Es besteht dann aber noch die Möglichkeit des Kurzschlusses, der zu einer besonders hohen Belastung der Versorgungsspannung und somit zu einer großen Spannungsänderung führt. Wenn die Spannungsänderung in der Abfrage 26 einen vorgegebenen Maximalwert deltaU2 überschreitet, wird in Schritt 32 gefolgert, daß ein Kurzschluß vorliegt. Es folgt in Schritt 34 der Eintrag in den Fehlerspeicher und in Schritt 36 die Ausgabe eines entsprechenden Warnsignals.

[0014] Um eine fortlaufende Überwachung der Sondenheizung zu ermöglichen, wird die Diagnose der Sondenheizung jeweils wiederholt, wenn in Schritt 28 eine weitere Diagnosebedingung erfüllt ist. Diese Diagnosebedingung kann von den gleichen Parametern wie die Diagnosebedingung des Schritts 10 abhängen. Die Bedingungen müssen aber nicht identisch sein und richten sich nach dem speziellen Anwendungsfall und gesetzlichen Vorlagen. Je nach Anwendung wird die Funktionsprüfung im Fall einer funktionstüchtigen und/oder einer als defekt erkannten Sondenheizung wiederholt.

[0015] Alternativ zu dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung zweckmäßig, bei der die 1. Messung der Versorgungsspannung bei ausgeschalteter Sondenheizung erfolgt und die 2. Messung bei eingeschalteter Sondenheizung. Dadurch kann ein möglicher Fehler der Sondenheizung bereits nach einer sehr kurzen Betriebszeit erkannt werden. Dies erweist sich insbesondere bei kurzgeschlossener Sondenheizung als Vorteil, da die Versorgungsspannungsquelle nicht unnötig lange der dann vorhandenen hohen Belastung ausgesetzt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Heizung einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung der Sondenheizung jeweils bei eingeschalteter und ausgeschalteter Sondenheizung gemessen wird, und wenn die Differenz zwischen den Spannungen einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet oder einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet, entsprechende Fehlersignale ausgegeben und/oder in einen Fehlerspeicher eingetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die 1. Messung bei eingeschalteter Sondenheizung erfolgt, sobald eine 1. Diagnosebedingung erfüllt ist, und die 2. Messung nach dem Ausschalten der Sondenheizung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionstest beim Vorliegen wenigstens einer weiteren Diagnosebedingung wiederholt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die 1. Diagnosebedingung und/oder die weitere Diagnosebedingung getrennt wählbar sind und beim Vorliegen bestimmter Betriebskenngrößen erfüllt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebskenngrößen die Zeit seit dem Starten der Brennkraftmaschine, die Zeit seit der letzten Diagnose der Sondenheizung, die zurückgelegte Wegstrecke oder die Motortemperatur dienen können.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Sauerstoffmeßsonden-Heizung Mittel vorgesehen sind zum

- Erkennen des Vorliegens einer Diagnosebedingung,

- Messsen der Versorgungsspannung der Sondenheizung bei eingeschalteter und ausgeschalteter Sondenheizung, Bilden der Differenz der beiden Werte, Ausgeben entsprechende Fehlersignale, wenn die Differenz zwischen den Spannungen einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet oder einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.

Zeichnung