DE10117244A1

DE10117244A1 - Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O¶2¶-Sensoren

Info

Publication number: DE10117244A1
Application number: DE2001117244
Authority: DE
Inventors: Armin Koehler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-11-07
Also published as: EP1247966A3; EP1247966A2; DE50206777D1; EP1247966B1

Abstract

Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O¶2¶-Sensoren, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis verändert wird und die Reaktionszeiten bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen der O¶2¶-Sensoren gemessen und ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O₂- Sensoren, die im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

O₂-Sensoren, die auch als Lambdasonden bezeichnet werden, erfassen den Sauerstoffgehalt im Abgasstrom der Brennkraftmaschine. Das Sensorsignal wird einer Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung zugeführt, die die Zufuhr und Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum überwacht. Dabei können mehrere O₂-Sensoren hintereinander in einen Abgasstrang jeweils zwischen Abgaskatalysatoren vorgesehen sein. Die O₂-Sensoren dienen zur Steuerung der Gemischaufbereitung und zur Diagnose der zwischen ihnen liegenden Katalysatoren.

Bei der Montage besteht die Gefahr, daß die O₂-Sensoren vertauscht eingebaut werden bzw. vertauscht an die Regeleinrichtung angeschlossen werden. Eine Vertauschung könnte mechanisch verhindert werden, beispielsweise durch unterschiedliche konstruktive Befestigungen der O₂-Sensoren mit dem Abgasstrang und/oder unterschiedliche Kabellängen für die verschiedenen Sonden. Zur Vermeidung von Kostensteigerungen sollen jedoch identische Befestigungen verwendet werden. Auch sind unterschiedliche Kabellängen nicht immer gegeben.

Aus der DE 197 34 670 C1 ist ein Verfahren zur Vertauschprüfung von Lambdasonden bekannt, das bei Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei separaten Abgasleitungen angewendet werden kann. Zur Prüfung wird Luft aus einer fahrzeugeigenen Luftquelle durch die Abgasleitung der Lambdasonde zugeführt, so daß der richtige Anschluß anhand der Reaktionszeit überprüft werden kann. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nur bei Fahrzeugen mit einer Luftquelle anwenden.

Ein Verfahren zur Erkennung von seitenverkehrt angeschlossen Lambdasonden bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen, die zylinderreihenweise abschaltbar sind, wird in der EP 0691 465 B1 vorgeschlagen. Für hintereinander eingebaute Abgassonden kann es jedoch nicht eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung hintereinander angeordneter, vertauscht angeschlossener O₂-Sensoren anzugeben, das schnell und einfach durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraumes abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis während des Prüfzeitraums geändert, d. h. abgemagert, wird und die Reaktionszeit bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen der O₂-Sensoren gemessen und deren Differenz gebildet wird, wobei ein vertauschter Anschluß erkannt wird, wenn die Differenz einen Schwellenwert unterschreitet oder negativ ist.

Nach der Schubabschaltung oder der Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Brennkraftmaschine während des Motorlaufes wird sich im Abgasstrang ein Luftüberschuß als Sprungantwort einstellen. Bei richtig eingebauten O₂-Sensoren reagiert zuerst die motornahe Sonde, die motorfernen Sonden reagieren mit einer gewissen Zeitverzögerung.

Es bietet sich an, die Reaktionszeit eines O₂-Sensors durch Vergleichen des Sensorsignals mit einem vorgegebenen Signalschwellenwert zu ermitteln.

Zur Erkennung eines vertauschten Anschlusses wird die Laufzeit der Sprungantwort von einer Sonde zur jeweils nachfolgenden Sonde ermittelt. Je nachdem, ob diese Laufzeit einen Differenzschwellenwert über- oder unterschreitet, wird ein richtiger oder falscher Einbauzustand erkannt. Im einfachsten Fall kann der Schwellenwert 0 sein und positive Reaktionszeitdifferenzen zeigen einen richtigen Einbau und negative Reaktionszeitdifferenzen vertauscht angeschlossene O₂-Senso-ren an.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß beim Erkennen eines vertauschten Anschlusses ein Fehlersignal ausgelöst und oder die Regeleinrichtung gesperrt wird. Die Regeleinrichtung kann die Kraftstoffeinspritzung in diesem Fall anhand vorgegebener Standardwerte oder durch ein Notlaufprogramm steuern.

Vorteilhafterweise kann das Fehlersignal an ein Motorsteuergerät und/oder an eine Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden. Ebenso kann es an eine an die Brennkraftmaschine anschließbare, externe Testeinrichtung ausgegeben werden, so daß die Vertauschprüfung stationär in einer Werkstatt durchgeführt werden kann.

Besonders geeignet für die Durchführung des Verfahrens ist eine Brennkraftmaschine mit im Abgasstrang hintereinander angeordneten und an eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossenen O₂-Sensoren. Zwischen den O₂-Sen-soren kann wenigstens ein Abgaskatalysator oder ein anderes Bauteil angeordnet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine mit hintereinander angeordneten O₂-Senso-ren, und

Fig. 2 einen typischen Signalverlauf der beiden O₂-Senso-ren während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Abgasstranges 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine ist über Abgaskrümmer mit der Abgasleitung 2 verbunden. Der Pfeil gibt die Strömungsrichtung des Abgases an. In der Abgasleitung 2 ist ein O₂-Sensor 3 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt des Abgases mißt. An die Abgasleitung 2 schließt sich strömungsabwärts ein Katalysator 4 an, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als 3-Wege- Katalysator ausgebildet ist und zur Abgasreinigung dient. Nach dem Durchströmen des Katalysators 4 gelangt das Abgas in die Abgasleitung 5, von wo es zu einem nicht dargestellten Schalldämpfer geführt wird. In der Abgasleitung 5 ist ein O₂- Sensor 6 befestigt. Beide O₂-Sensoren 3, 6 sind vollkommen identisch und über elektrische Leitungen 7, 8 an eine Regeleinrichtung 9 angeschlossen. Die Regeleinrichtung 9 - die integraler Bestandteil einer Motorsteuerung sein kann - empfängt die Sensorsignale der Abgassonden 3, 6 und verwendet diese als Eingangsgrößen für die Kraftstoffeinspritzung. Über eine Signalleitung 10 ist die Regeleinrichtung 9 mit dem in Figur nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung 9 auch mit einem Motorsteuergerät verbunden sein. Ein weiterer Ausgang der Regeleinrichtung 9 ist an eine Anzeigeeinrichtung 13 geführt.

Vor der Durchführung des Verfahrens muß sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand befinden, bei dem die Abgassonden ein stabiles Luft-Kraftstoff- Verhältnis detektieren müssen. Das Diagramm von Fig. 2 zeigt den typischen Signalverlauf der O₂-Sensoren während der Durchführung des Verfahrens. Die waagerechte Achse entspricht der Zeitachse, auf der senkrechten Achse sind die Verläufe der Signalpegel 11, 12 der O₂-Sensoren 3, 6 aufgetragen. Der Signalpegel entspricht dabei einer elektrischen Spannung U. Vor dem Beginn des Prüf verfahrens weisen die beiden Signalpegel 11, 12 einen annähernd konstanten Verlauf über einer Schwelle S1 auf und unterscheiden sich in der Amplitude nur geringfügig voneinander. Falls die Signalpegel unterhalb einer Schwelle S1 liegen, wird durch gezieltes verändern der Regelparameter der Kraftstoffeinspritzung der gewünschte Zustand eingestellt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert, so daß sich ein Luftüberschuß ergibt. Nach dem Durchströmen des Brennraumes gelangt das Abgas nach einer gewissen Zeit, die von den geometrischen Verhältnissen und der Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist, in die Abgasleitung 2. In der Abgasleitung 2 befindet sich der O₂- Sensor 3, der auf die veränderte Abgaszusammensetzung reagiert. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, fällt der Signalpegel 11 relativ steil ab, bis der Signalpegel 11 einen sehr kleinen Wert erreicht hat. Um die Reaktions- bzw. Umschaltzeit des O₂- Sensors 3 vergleichen zu können, wird der Zeitpunkt ermittelt, an dem der Signalpegel 11 einen bestimmten, vorgegebenen Signalschwellenwert S2 erreicht. Dieser kann beispielsweise 30% des Maximalwertes betragen. Für diesen Zeitpunkt wird die Zeit t₁ ermittelt.

Von der Abgasleitung 2 gelangt das Abgas weiter durch den Katalysator 4 in die Abgasleitung 5, in der sich der O₂-Sensor 6 befindet. Der diesem zugeordnete Signalpegel 12 verläuft zunächst noch annähernd konstant weiter, bis auch der O₂- Sensor 6 auf die geänderte Luftzusammensetzung reagiert, so daß der Signalpegel 12 abfällt. Analog wird der Zeitpunkt bestimmt, bei dem der Signalpegel 12 den Signalschwellenwert S2 unterschreitet. Dies ist der Zeitpunkt t₂. Anschließend wird die Differenz der beiden Reaktionszeiten gebildet, die durch Δt = t₂ - t₁ angegeben wird. Δt ist die Reaktionszeitdifferenz der beiden O₂-Sensoren 3, 6. Wenn t₁ dem motornahen O2-Sensor und t₂ dem motorfernen O₂-Sensor zugeordnet ist, ist die Reaktionszeitdifferenz stets positiv. Der Differenzwert selbst kann in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern schwanken, die motornahe Abgassonde reagiert jedoch zwangsläufig früher als die motorferne Abgassonde, so daß Δt immer positiv ist. Dementsprechend werden vertauscht angeschlossene O₂-Sensoren einfach daran erkannt, daß die Reaktionszeitdifferenz Δt negativ ist. Definiert man die Reaktionszeitdifferenz Δt umgekehrt, so kehren sich lediglich die Vorzeichen um, d. h. ordnungsgemäß angeschlossene O₂-Sensoren ergeben eine negative Reaktionszeitdifferenz und bei einem positiven Wert liegt ein Fehler vor. Unabhängig von der Definitionsweise ist immer einem Zahlenwert das Ergebnis "richtig" und dem Zahlenwert mit entgegengesetztem Vorzeichen das Ergebnis "falsch" zugeordnet.

Nach der Ermittlung der beiden Reaktionszeiten t₁ und t₂ kann der normale Betrieb wieder aufgenommen werden. Wichtig ist jedoch, daß der Zeitraum der Schubabschaltung oder der Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mindestens der Reaktions- oder Umschaltzeit der Abgassonden entspricht.

Die Vertauschprüfung kann von der Regeleinrichtung 9, einem Motorsteuergerät oder einem externen Testgerät durchgeführt werden. Die Signalweiterleitung erfolgt über die Signalleitung 10. Wenn vertauschte Sensoren festgestellt worden sind, wird ein Signal an eine Anzeigeeinrichtung ausgegeben, die als Signallampe 13 ausgebildet ist. Ein Signal der Signallampe 13 ist dann eindeutig, wenn es sich um nur 2 O₂-Sensoren handelt. Bei mehr als 2 Sensoren könnte die Signallampe z. B. durch eine ein- oder mehrstellige Digitalanzeige ersetzt werden, die die Nummern der vertauscht eingebauten Sensoren anzeigt.

Im Ausführungsbeispiel sind lediglich 2 Sensoren 3, 6 und ein Katalysator 4 gezeigt. Das Verfahren ist jedoch auch bei Systemen mit mehr als 2 Sensoren und mehr als einem Katalysator anwendbar. Wenn die Laufzeiten der Sprungantwort auf die Schubabschaltung oder die Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in gegebenen Systemen bekannt sind, so muß nicht zwingend immer die Laufzeit der Sprungantwort zwischen zwei hintereinander liegenden Sonden gemessen werden, sondern es kann auch die bekannte Laufzeit des Abgases vom Brennraum zur O₂- Sonde vorgegeben und mit dem Zeitpunkt der von der Sonde detektierten Sprungantwort verglichen werden. Liegt die Sprungantwort im Zeitfenster der vorgegebenen Laufzeit, so ist die Sonde an der richtigen Stelle eingebaut, liegt sie außerhalb des Zeitfensters, ist die Sonde falsch plaziert.

Bezugszeichenliste

1

Abgasstrang

2

Abgasleitung

3

,

6

O₂

-Sensor

4

Katalysator

5

Abgasleitung

7

,

8

elektrische Leitungen

9

Regeleinrichtung

10

Signalleitung

11

,

12

Signalpegel

13

Signallampe
S1, S2 Signalschwellenwerte
t1, t2 Reaktionszeiten
U Spannung

Claims

1. Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O₂-Senso-ren (3, 6), die im Abgasstrang (1) einer Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung (9) für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhält-nis geändert wird und die Reaktionszeiten (t₁, t₂) bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen (Sprungantwort) der O₂-Sensoren (3, 6) gemessen und deren Differenz (Delta t) gebildet wird, wobei ein vertauscht angeschlossener Sensor (3, 6) erkannt wird, wenn die Differenz einen Differenzschwellenwert unterschreitet oder negativ ist.

2. Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O₂-Senso-ren (3, 6), die im Abgasstrang (1) einer Brennkraftmaschine hintereinander angeordnet und an eine Regeleinrichtung (9) für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhält-nis geändert wird und die Reaktionszeiten (t₁, t₂) bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen (Sprungantwort) der O₂-Sensoren (3, 6) gemessen und die Reaktionszeiten (t₁, t₂) mit einem vorgegebenen Reaktionszeit-Fenster verglichen werden, wobei ein vertauscht angeschlossener Sensor (3, 6) erkannt wird, wenn seine Reaktionszeit außerhalb des Reaktionszeit-Fensters liegt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit bis zum Auftreten der Sensorsignaländerung durch Vergleichen des Sensorsignals mit einem vorgegebenen Signalschwellenwert ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen eines vertauscht angeschlossenen Sensors ein Fehlersignal ausgelöst und/oder die Regeleinrichtung (9) gesperrt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal an ein Motorsteuergerät oder an eine an die Brennkraftmaschine anschließbare externe Testeinrichtung ausgegeben wird.

6. Brennkraftmaschine mit im Abgasstrang (1) hintereinander angeordneten und an eine Regeleinrichtung (9) für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossenen O₂- Sensoren (3, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums zur Messung der Reaktionszeiten (t₁, t₂) bis zum Auftreten von Signaländerungen abschaltbar oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis veränderbar ist und ein vertauscht angeschlossener Sensor (3, 6) durch einen Vergleich der Differenz der Reaktionszeiten (t₁, t₂) mit einem Schwellenwert erkennbar ist.

7. Brennkraftmaschine mit im Abgasstrang (1) hintereinander angeordneten und an eine Regeleinrichtung (9) für die Kraftstoffeinspritzung angeschlossenen O₂- Sensoren (3, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums zur Messung der Reaktionszeiten (t₁, t₂) bis zum Auftreten von Signaländerungen abschaltbar oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis veränderbar ist und ein vertauscht angeschlossener Sensor (3, 6) feststellbar ist, wenn seine Reaktionszeit außerhalb eines vorgegebenen Reaktionszeit- Fensters liegt.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkannter Vertauschung ein Fehlersignals an ein Motorsteuergerät und/oder eine Anzeigeeinrichtung ausgegeben wird.