Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden bei einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Zylindergruppen, die eine Motorsteuerung und mehrere Lambda-Sonden beinhaltet, wobei jeder Zylindergruppe ein eigener Abgasstrang mit einem Abgaskatalysator und wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran angeschlossener Lambda-Regeleinheit zugeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird die Lambda-Regeleinheit jeweils wenigstens einer Zylindergruppe über die Motorsteuerung unter Beibehaltung der Einspritzung eines zündfähigen Gemischs zu Beginn einer mindestens die Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden beinhaltenden Verzögerungszeit in ihrem momentanen Regelungs-Zustand in Richtung fettem bzw. magerem Motorbetrieb verstellt und/oder während der Verzögerungszeit in ihrer Regelungsfunktion angehalten, und danach wird das Signal der der ausgewählten Zylindergruppe zugedachten Lambda-Sonde daraufhin untersucht, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation gehörige, ein korrektes Anschließen dieser Lambda-Sonde anzeigende Reaktion zeigt.
Verwendung z.B. bei Diesel- oder Ottomotoren mit mehreren Zylindergruppen mit jeweils getrennten Lambda-Regelkreisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden bei einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Zylindergruppen, die eine Motorsteuerung und mehrere Lambda-Sonden beinhaltet, wobei jeder Zylindergruppe ein eigener Abgasstrang mit einem Abgaskatalysator und wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran angeschlossener Lambda-Regeleinheit zugeordnet ist. Brennkraftmaschinen dieser Art werden häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei Lambda-Sonden je nach Bedarf vor und/oder hinter dem jeweiligen Abgaskatalysator positioniert sind. Dabei ist es bekannt, an die jeweilige Lambda-Sonde eine Lambda-Regeleinheit anzuschließen, die eine Integratorstufe und üblicherweise auch eine hier nicht weiter interessierende Proportionalstufe beinhaltet, siehe z.B. das Fachbuch J. Kasedorf, Steuerungselektronik an Motor und Kraftübertragung, Vogel-Verlag, 1989, S. 164. Bei solchen Brennkraftmaschinen, z.B. Ottomotoren mit Lambda-Stereoregelung oder -Quadroregelung, besteht die Gefahr von falsch angeschlossenen Lambda-Sonden, wonach dann ein erkanntes Lambda-Sondensignal der falschen Zylindergruppe zugeordnet wird und das Lambda-Regelsystem in Ungleichgewicht geraten kann. Das Verfahren vom eingangs genannten Typ dient zur Erkennung solcher Anschlußfehler.

[0002] Ein derartiges Verfahren ist in der Offenlegungsschrift DE 44 23 344 A1 beschrieben. Das dortige Verfahren sieht vor, daß die Einspritzventile einer von zwei Zylinderreihen eine mindestens der Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden entsprechende Zeitdauer abgeschaltet werden und das Lambda-Sondensignal derjenigen Lambda-Sonde, die der abgeschalteten Zylinderreihe zugeordnet ist, am Ende der Abschaltzeit der Einspritzventile mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird. Es wird dann auf einen seitenverkehrten Anschluß der Lambda-Sonden geschlossen, wenn das Lambda-Sondensignal den Schwellwert über- bzw. unterschreitet. Eine derartige Einspritzventilabschaltung stellt einen signifikanten Eingriff in den Motorbetrieb dar, der dieses bekannte Verfahren aus Sicherheitserwägungen nur bei stehendem Fahrzeug anwendbar erscheinen läßt.

[0003] Aus den Patentschriften DE 41 17 986 C2 und US 5.212.947 sind Verfahren zur Erkennung des fehlerhaften Betriebs einer einzelnen Lambda-Sonde bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Kraftstoff-Gemischs unter Beibehaltung eines zündfähigen Gemischs verstellt wird und anschließend das Signal der Lambda-Sonde daraufhin untersucht wird, ob es eine zu der vorgenommenen Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gehörige, eine korrekte Funktion der Lambda-Sonde anzeigende Reaktion zeigt. Die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt bei diesen bekannten Verfahren durch eine rechteckwellenförmige Variation desselben bzw. durch alternierendes Umkehren eines Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizienten um eine vorgebbare Amplitude.

[0004] Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, das eine zuverlässige Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden ermöglicht, ohne den normalen Motorbetrieb merklich zu stören.

[0005] Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird über die Motorsteuerung die Lambda-Regeleinheit jeweils einer Zylindergruppe und damit die von dieser geregelte Zusammensetzung des in die betreffenden Zylinder einzuspritzenden Kraftstoff/Luft-Gemischs unter Beibehaltung der Einspritzung eines zündfähigen Gemischs zu Beginn einer mindestens die Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden beinhaltenden Verzögerungszeit gegenüber dem momentanen Regelungszustand verstellt oder in ihrer Regelfunktion während der Verzögerungszeit angehalten. Dabei erfolgt die Beeinflussung der Lambda-Regelung durch Verstellen bzw. Anhalten einer Integratorstufe der Lambda-Regeleinheit während der vorgebbaren Verzögerungszeit. Dadurch wird für die betreffende Zylindergruppe eine Beeinflussung des zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemischs, z.B. eine Anfettung oder Abmagerung desselben, bewirkt, die einerseits so geringfügig ist, daß sie den normalen Motorbetrieb nicht wesentlich stört, und andererseits ausreicht, eine Reaktion an der oder den dieser Zylindergruppe zugeordneten Lambda-Sonden auszulösen.

[0006] Nach Ablauf einer für die Verstellung typischen Verzögerungszeit wird das Signal der dieser jeweiligen Zylindergruppe zugedachten einen oder mehreren Lambda-Sonden daraufhin untersucht, ob sie eine zu der vorgenommenen Manipulation der betreffenden Integratorstufe gehörige Reaktion zeigen. Bei in Reihe vor bzw. hinter einem Abgaskatalysator angeordneten Lambda-Sonden beinhaltet diese Reaktion bei korrekt angeschlossenen Sonden Sondensignale, welche die vorgenommene Manipulation zeitlich versetzt wiederspiegeln, d.h. zuerst an der vor dem Katalysator und später an der nach dem Katalysator positionierten Sonde. Liegt die erwartete Reaktion vor, kann daraus geschlossen werden, daß die Lambda-Sonden korrekt an diese Zylindergruppe angeschlossen sind. Bleibt eine derartige Sondensignalreaktion aus, liegt ein verkehrtes Anschließen der Lambda-Sonden vor. Die Entscheidung kann anhand geeignet vorgegebener Kurvencharakteristika oder auch Schwellwerte für das jeweilige Lambda-Sondensignal erfolgen. Das Verfahren kann wegen des nur unmerklichen Eingriffs in den Motorbetrieb im laufenden Fahrbetrieb mit typischen Diagnosezeiten in der Größenordnung zwischen 0,1s und 180s beispielsweise gleichzeitig mit anderen, bei fahrendem Fahrzeug vorzunehmenden Diagnosen durchgeführt werden. Dies erspart ein extra für die Durchführung dieser Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden auszuführendes Warmlaufen des Motors bis zur Erreichung der Katalysator-Betriebstemperatur.

[0007] Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren werden jeweils die Integratorstufen für zwei Zylindergruppen gleichzeitig beeinflußt, und zwar die eine in Richtung fetterem und die andere in Richtung magererem Motorbetrieb. Dies ermöglicht eine erhöhte Diagnosesicherheit.

[0008] Ein nach Anspruch 3 weitergebildetes Verfahren eignet sich speziell dazu, den korrekten Anschluß von mindestens zwei hintereinandergeschalteten Lambda-Sonden innerhalb einer Zylndergruppe zu überprüfen. Diese Vorgehensweise eignet sich besonders auch im Kaltstart, da Abgasoszillationen, d.h. Lambda-Wechsel, auch hinter dem noch kalten Abgaskatalysator meßbar sind.

[0009] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

[0010] Die einzige Figur zeigt schematisch den Abgasstrang eines 12-Zylinder-Ottomotors mit Lambda-Quadroregelung.

[0011] Der in der Figur dargestellte Abgasstrang eines 12-Zylinder-Ottomotors besitzt einen herkömmlichen Aufbau, bei dem einer ersten Zylindergruppe 2a ein erster Abgasstrang 1a, einer zweiten Zylindergruppe 2b ein zweiter Abgasstrang 1b, einer dritten Zylindergruppe 2c ein dritter Abgasstrang 1c und einer vierten Zylindergruppe 2d ein vierter Abgasstrang 1d zugeordnet ist. Jede Zylindergruppe 2a bis 2d umfaßt drei Zylinder. In jedem Abgasstrang 1a bis 1d befindet sich ein Abgaskatalysator 3a bis 3d. In Abgasströmungsrichtung vor jedem Abgaskatalysator 3a bis 3d ist eine Lambda-Sonde 4a bis 4d angeordnet. Außerdem ist je eine weitere Lambda-Sonde 5a bis 5d hinter jedem Abgaskatalysator 3a bis 3d positioniert. Der in Abgasströmungsrichtung nachfolgende Verlauf des Gesamtabgasstrangs ist von üblicher und hier nicht weiter interessierender Art.

[0012] Die beiden Lambda-Sonden eines jeweiligen Abgasstrangs 1a bis 1d sind jeweils mit einer zugeordneten Lambda-Regeleinheit 6 verbunden, von denen stellvertretend eine in der Figur dargestellt ist und die jeweils eine in der Figur symbolisch gestrichelt angedeutete Integratorstufe 7 sowie eine hier nicht weitere interessierende Proportionalstufe beinhalten. Die Lambda-Regeleinheiten 6 sind ihrerseits an eine nicht gezeigte Motorsteuerung angeschlossen. Die genannten Signalverbindungen zwischen Lambda-Sonden 4a bis 5d und Lambda-Regeleinheiten 6 sowie zwischen letzteren und der Motorsteuerung sind herkömmlicher Natur und daher in der Figur nur durch abgeschnittene Anschlußleitungsstücke symbolisiert.

[0013] Für die gezeigte Abgasanlage ist das nachfolgend näher beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen, mit dem erkannt werden kann, ob den verschiedenen Zylindergruppen 2a bis 2d die ihnen zugedachten Lambda-Sonden richtig zugeordnet sind. Zur Verfahrensdurchführung dient ein herkömmliches, nicht gezeigtes Diagnosegerät, mit dem über die Motorsteuerung die Integratorstufen 7 der Lambda-Regeleinheiten 6 gezielt beeinflußt werden können. Dabei vermag das Verfahren die Verkabelung der Lambda-Sonden zu prüfen, ohne hierfür eine Dekontaktierung derselben vornehmen zu müssen, die ihrerseits Fehlerquellen in sich bergen könnte.

[0014] Das Verfahren startet damit, daß für eine erste der vier Zylindergruppen 2a bis 2d durch entsprechende Eingabe am Diagnosegerät über die Motorsteuerung die dieser ausgewählten Zylindergruppe zugeordnete Lambda-Regeleinheit 6 dahingehend angesprochen wird, daß diese ihre Integratorstufe 7 oder die Gemischbildungseinheit für eine mindestens der Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden 4a bis 5d entsprechende Verzögerungszeit verändert bzw. der Lambda-Sollwert oder der Lambda-Istwert verändert wird, und zwar je nach Wunsch bzw. Bedarf entweder in in Richtung fettem Motorbetrieb oder in Richtung magerem Motorbetrieb. Dementsprechend verschiebt sich für die ausgewählte Zylindergruppe der Motorbetrieb temporär in Richtung fett bzw. mager. Das Verändern oder Anhalten der Integratorstufe 7 bzw. der Gemischbildungseinheit kann beispielsweise am betreffenden Endpunkt des Integrationsbereiches vor dem Umspringen zum anderen Integrationsbereich erfolgen, d.h. am "fetten" Endpunkt von z.B. λ ≈ 0,9 oder am "mageren" Endpunkt von z.B. λ ≈ 1,1. Der Lambdawert kann auch länger angehalten werden. Daraus resultiert ein Ausbleiben von Schwingungen des Lambdawertes, d.h. ein annähernd ruhiges Sondenspannungssignal.

[0015] Am Ende einer Verzögerungszeit, deren Dauer typischerweise etwa 50ms oder mehr beträgt, bestehend aus der Verstellzeit für die eventuelle Lambda-Sprungänderung, der Gaslaufzeit und der Sondenreaktionszeit, werden die Signale aller Lambda-Sonden 4a bis 5d abgefragt. Speziell wird das Signal derjenigen Lambda-Sonden, die der ausgewählten Zylindergruppe zugedacht sind, daraufhin analysiert, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation an der betreffenden Integratorstufe bzw. dem betreffenen Lambda-Sollwert oder -Istwert und dem daraus resultierenden, temporär in Richtung fett bzw. mager verschobenen Betrieb dieser Zylindergruppe entsprechende Reaktion zeigt. Zu diesem Zweck werden die Lambda-Sondensignale geeignet ausgewertet, z.B. durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellwerten bzw. Signalkurvencharakteristika. Dies läßt sich sowohl für die Lambda-Sonde vor als auch für diejenige hinter dem jeweiligen Abgaskatalysator überprüfen. Wenn das Signal derjenigen Lambda-Sonde bzw. -Sonden, die der ausgewählten Zylindergruppe zugedacht sind, die beabsichtigte, richtige Reaktion zeigt, bedeutet dies, daß die vorgenommene Zuordnung dieser Lambda-Sonde zur ausgewählten Zylindergruppe richtig ist. Bleibt die richtige Reaktion des Signals der der ausgewählten Zylindergruppe zugedachten Lambda-Sonde hingegen aus, was an einer Unter- bzw. Überschreitung des betreffenden Schwellwertes bzw. durch Abweichen der Signalkuve von den erwarteten Kurvencharakteristika festgestellt wird, liegt eine fehlerhafte Kontaktierung der Lambda-Sonde für diese Zylindergruppe vor. Zweckmäßigerweise wird das erhaltene Resultat durch wiederholte Durchführung dieses Prüfvorgangs verifiziert, bis eine ausreichende Diagnosesicherheit gegeben ist.

[0016] Der geschilderte Prüfvorgang wird dann so lange mit den weiteren Zylindergruppen wiederholt, bis die Zuordnung der verschiedenen Lambda-Sonden 4a bis 5d zu den unterschiedlichen Zylindergruppen 2a bis 2d vollständig erkannt und ggf. richtiggestellt ist. Ein Prüfzyklus dauert typischerweise zwischen etwa 0,1s und 180s und ist im normalen Fahrbetrieb ausführbar, da der Motorbetrieb durch die schwache und je nach Applikation der Sondeneinbaulage nur sehr kurzzeitige Anfettung bzw. Abmagerung des in die jeweils ausgewählte Zylindergruppe eingespritzten Luft/Kraftstoffgemischs nicht wesentlich gestört wird. Der Motor braucht daher nicht extra bei stehendem Fahrzeug betrieben werden bzw. bis zur Erreichung der Betriebstemperatur für die Abgaskatalysatoren 3a bis 3d in Betrieb gehalten zu werden. Vielmehr kann das Prüfverfahren gleichzeitig mit anderen, im laufenden Fahrbetrieb erfolgenden Fahrzeugdiagnosen vorgenommen werden. Hierbei ist es unerheblich, ob der Motor bzw. Katalysator betriebswarm sind. Lediglich die Lambda-Sonden müssen in Funktion sein.

[0017] In einer vorteilhaften Variante des oben beschriebenen Verfahrens kann vorgesehen sein, jeweils gleichzeitig mit dem Anhalten bzw. Verändern der Integratorstufe bzw. der Gemischbildungseinheit der Lambda-Regeleinheit einer ersten ausgewählten Zylindergruppe im einen, in Richtung fettem oder magerem Motorbetrieb integrierenden Bereich die Integratorstufe der Lambda-Regeleinheit einer zweiten ausgewählten Zylindergruppe im anderen, in Richtung magerem bzw. fettem Motorbetrieb integrierenden Bereich für die ausreichend bemessene Verzögerungszeit anzuhalten bzw. zu verändern und danach die Signale der diesen beiden Zylindergruppen zugedachten Lambda-Sonden miteinander zu vergleichen. Die daraus resultierende Signaldifferenz variiert für den Fall korrekt angeschlossener Lambda-Sonden gleichsinnig zur Veränderung, hingegen für den Fall verkehrt angeschlossener Lambda-Sonden ersichtlich gegensinnig zur Lambda-Veränderung, was die Zuverlässigkeit der Schwellwertabfrage und damit die Diagnosesicherheit erhöht.

[0018] Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für den speziell beschriebenen Motortyp, sondern für alle Brennkraftmaschinen anwendbar ist, die mindestens zwei hintereinandergeschaltete Lambda-Sonden und/oder zwei Zylindergruppen mit getrennten Lambda-Regelkreisen aufweisen. Dabei läßt sich nicht nur die Verkabelung der dem jeweiligen Abgaskatalysator vorgeschalteten Lambda-Sonde, sondern auch diejenige einer eventuell hinter dem Abgaskatalysator positionierten Lambda-Sonde überprüfen. Voraussetzung ist jeweils das Vorhandensein einer Motorsteuerung, welche die Möglichkeit der Realisierung einer zum erfindungsgemäßen Prüfzweck anstoßbaren Verzögerungszeit bzw. Veränderung der Lambda-Integration in Richtung fett und/oder mager getrennt für jeden der Lambda-Regelkreise bietet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Prüfung auf korrekt angeschlossene Lambda-Sonden bei einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Zylindergruppen (2a bis 2d), die eine Motorsteuerung und mehrere Lambda-Sonden (4a bis 5d) beinhaltet, wobei jeder Zylindergruppe ein eigener Abgasstrang (1a bis 1d) mit einem Abgaskatalysator (3a bis 3d) und wenigstens einer Lambda-Sonde mit daran angeschlossener Lambda-Regeleinheit (6) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

- über die Motorsteuerung die Lambda-Regeleinheit (6) jeweils einer Zylindergruppe (2a bis 2d) unter Beibehaltung der Einspritzung eines zündfähigen Gemischs zu Beginn einer mindestens die Reaktions- oder Umschaltzeit der Lambda-Sonden (4a bis 5d) beinhaltenden Verzögerungszeit in ihrem momentanen Regelungszustand in Richtung fettem oder magerem Motorbetrieb verstellt und/oder während der Verzögerungszeit in ihrer Regelungsfunktion angehalten wird, indem eine Integratorstufe (7) der Lambda-Regeleinheit (6) jeweils einer Zylindergruppe (2a bis 2d) in einem ihrer beiden, in Richtung fettem bzw. magerem Motorbetrieb integrierenden Bereichen während der Verzögerungszeit verstellt bzw. angehalten wird, und

- wenigstens das Signal der dieser jeweiligen Zylindergruppe zugedachten Lambda-Sonde bzw. -Sonden spätestens am Ende der Verzögerungszeit daraufhin untersucht wird, ob es eine zu der vorgenommenen Manipulation der Lambda-Regelung gehörige, ein korrektes Anschließen dieser Lambda-Sonde bzw. -Sonden an die ausgewählte Zylindergruppe anzeigende Reaktion zeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
gleichzeitig mit dem Anhalten der Integratorstufe der Lambda-Regeleinheit einer jeweils ersten ausgewählten Zylindergruppe die Integratorstufe der Lambda-Regeleinheit einer jeweils zweiten ausgewählten Zylindergruppe in ihrem zu demjenigen der anderen Integratorstufe gegensinnig integrierenden Bereich für die entsprechende Verzögerungszeit angehalten wird und die Signale der den jeweils ausgewählten beiden Zylindergruppen zugedachten Lambda-Sonden am Ende der Verzögerungszeit daraufhin untersucht werden, ob ihre Signaldifferenz eine zu den vorgenommenen Manipulationen an den beiden betreffenden Integratorstufen gehörige, ein korrektes Anschließen der Lambda-Sonden an ihre zugedachten Zylindergruppen anzeigende Reaktion zeigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
nach einem Anhalten der Lambda-Regelung durch die Lambda-Regeleinheit das gleichbleibende Signal einer vor einem Abgaskatalysator positionierten, ersten Lambda-Sonde mit dem noch oszillierenden Signal einer hinter dem Abgaskatalysator für dieselbe Zylindergruppe vorgesehenen, zweiten Lambda-Sonde verglichen wird, um den korrekten Anschluß der beiden Lambda-Sonden zu überprüfen.

Zeichnung