DE3311131A1

DE3311131A1 - Verfahren zur ueberpruefung der funktionsfaehigkeit einer sauerstoffsonde sowie einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3311131A1
Application number: DE19833311131
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. 7251 Friolzheim Henkelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-03-26
Filing date: 1983-03-26
Publication date: 1984-09-27
Also published as: DE3311131C2

Description

Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit
einer Sauerstoffsonde sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen, in der Ansaugluft- bzw. Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde mit einem an die Sauerstoffsonde angeschlossenen Steuergerät sowie von einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 30 24 607 bekannt, bei der zur Erfassung des die Sondenbetriebsbereitschaft beeinflus senden Sondeninnenwiderstandes eine Bezugsspannung unter Zwischenschaltung eines Widerstandes der Sondenspannung entgegengeschaltet wird. Die resultierende Spannung wird mittels zweier Vergleichseinrichtungen, die verschiedene Schwellwerte aufweisen, überprüft und die Ausgangsgröße dieser Schwellwertschalter einer logischen Verknüpfungsschaltung zugeführt, Der Ausgang dieser Verknüpfungsschaltung ist über in Zeitglied an eine Auswerteschaltung angeschlossen, deren Ausgangsgröße auf ein Steuergerät einwirkt und zusätzlich eine Warneinrichtung steuern kann.
Dieser Einrichtung liegt das Prinzip zugrunde, über eine Bestimmung des temperaturabhängigen Sondeninnenwiderstandes eine Aussage über die Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde zu treffen. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen, die einen sehr hohen Innenwiderstand der Sauerstoffsonde zur Folge haben, ist die Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde nicht dazu geeignet, als Istwertgeber dem Steuergerät präzise Meßgrößen zu liefern.
Erst nach dem Erreichen einer bestimmten Temperatur ist der Innenwiderstand der Sauerstoffsonde soweit herabgesunken, daß eine Funktionsfähigkeit der Anordnung gewährleistet ist. Weiterhin tritt das Problem auf, daß die Schwellen der Schwellwertschalter auf derartige Werte eingestellt sind, die sich auf die Ausgangsgrößen einer voll intakten Sauerstoffsonde beziehen. Im Verlauf der Betriebszeit der Sauerstoffsonde können jedoch Alterserscheinungen oder sogar Vergiftungserscheinungen der Sondenkeramik die Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde beträchtlich modifizieren, so daß die bekannte Einrichtung unter diesen Umständen durchaus eine fehlerhafte Funktionsweise aufweisen kann.
Des weiteren sind Sauerstoffsondentestgeräte als feste Einrichtung in Abgasmeßlabors bekannt. Dabei wird beispielsweise durch Gasbrenner ein definierter Sauerstoffanteil des verbrannten Luftgasgemisches eingestellt, eine ständige Analyse des Gasgemisches durchgeführt und die Sauerstoffsonde in dieses Gasgemisch eingebracht.
Bei diesem Verfahren sind jedoch sehr viele Randbedingungen wie z.B. Gasdruck, die Temperatur der Sauerstoffsonde oder auch die Einflüsse auf das Meßergebnis, die aufgrund der unterschiedlichen Strömungsverhältnisse in einem-Gasbrenner bzw. in dem Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine auftreten, zu berücksichtigen bzw. zu kontrollieren. Dies hat zur Folge, daß diese Untersuchungen an Sauerstoffsonden hochqualifiziertes Personal zur Bedienung derartiger Anlagen und zur Auswertung der damit gewonnenen Meßergebnisse erfordern.
Ebenso ist es bei derartigen Untersuchungsmethoden unumgänglich, die zu überprüfende Sauerstoffsonde an den Ort des Meßgerätes zu bringen. Für schon im Kraftfahrzeug eingebaute Sauerstoffsonden ist somit ein Ausbau und der Transport zur nächsten Diagnosestation erforderlich-. Daraus resultiert nicht nur ein hoher Zeitaufwand sondern auch ein hoher Kostenaufwand für den Fahrzeughalter. Des weiteren können beim Ausbau der Sauerstoffsonde aus dem Abgasrohr durch unsachgemäße Verwendung von Lösungsmitteln Vergiftungserscheinungen an der Sauerstoffsonde auftreten, welche eine Fehldiagnose im Labor zur Folge haben können.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen Sauerstoffsonde mit den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrens anspruchs 1 bzw. des Einrichtungsanspruchs 6 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine präzise Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde im eingebauten Zustand (am Fahrzeugmotor) möglich ist und somit die genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Durch die Messung der charakteristischen Merkmale der Sauerstoffsondenausgangsgröße, nämlich der SchaltSrequenz und der Amplitude lassen sich die wesentlichen Funktionsdaten der Sauerstoffsonde bestimmen, so daß der anschließende Vergleich mit in aufwendigen Labortests ermittelten fahrzeugspezifischen Grenzwerten eine genaue Bewertung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde erlaubt.
Weiterhin erweist sich als vorteilhaft, daß das Sauerstoffsondendiagnosegerät von der Bordspannung des betreffenden Kraftfahrzeuges versorgt werden kann und damit eine vom Labor bzw. der Werkstatt unabhängiger Einsatz gewährleistet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, das Diagnosegerät komplett in das Steuergerät zu integrieren.
Hierdurch ist eine ständige Überwachung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde möglich, so daß in einem Störfall der Kraftfahrzeuglenker sofort gewarnt bzw. das System auf Steuerung umgeschaltet werden kann.
Zeichnung In den Figuren 1 bis 3 sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist eine von verschiedenen Möglichkeiten angedeutet, das Sauerstoffsonden-Diagnosemeßgerät 10 im Fahrzeug anzuschließen. Es ist vorgesehen, das Sauerstoffsonden-Diagnosemeßgerät 10 über einen Adapter 11 an den zum Steuergerät 12 führenden Systemkabelbaum 13 anzuschließen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nur die Verbindungsleitungen 14 zur Sauerstoffsonde und die Verbindungsleitungen 15 zur Batterie benötigt. Nach Anschluß des Sauerstoffsonden-Diagnosegerätes 10 ist somit eine Überprüfung der Schaltfrequenz bzw. der Periodendauer der Sauerstoffsonden-Ausgangsgröße möglich. Unter Verwendung von in Figur 1 nicht dargestellten Spitzenwert speichern ist auch eine sichere Erfassung der Sondenspannungsextremwerte gewährleistet.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Dem wiederum mit 10 gekennzeichneten Sauerstoffsonden-Diagnosemeßgerät werden die Sauerstoffsonden-Ausgangsspannung 14 sowie die Batteriespannung 15 zugeführt. Ein Gleichspannungswandler 16, der die Batteriespannung 15 unabhängig von ihrer Höhe von 6,12 bzw. 24 Volt auf Werte in der Größenordnung von 5 Volt transformiert und somit eine von der Bordspannung unabhängige Versorgung gewährleistet, ist an die einzelnen Komponenten, nämlich Vorverstärker 17 mit hochohmigem Eingangswiderstand, Amplitudenmeßeinrichtung 18, Frequenz-Periodenmeßeinrichtung 19 sowie Hilfsspannungseinheit 20 angeschlossen.
Die Ausgangsgröße 14 der Sauerstoffsonde gelangt zum Eingang des Vorverstärkers 17 sowie zur Hilfsspannungseinheit 20. Der Vorverstärker 17 ist mit einer an sich bekannten Amplitudenmeßeinrichtung 18, beispielsweise einem Digitalvoltmeter verbunden. Des weiteren gelangen die Ausgangssignale des Vorverstärkers 17 auf den Eingang der ebenfalls bekannten Frequenz-Periodendauermeßeinheit 19. Die Hilfsspannungseinheit 20 beinhaltet einen Schalter 21, der drei Schaltstellungen aufweist.
In Schaltstellung 1 ist der Regelkreis geschlossen, so daß das Steuergerät 12 eingangsseitig mit der Sauerstoffsonden -Ausgangsgröße beaufschlagt wird. In den Schaltstellungen 2 bzw. 3 ist der Regelkreis dagegen unterbrodhen und dem Steuergerät werden Eingangsgrößen zugeführt, die ein fettes Gemisch (Schalterstellung 2, hohe Spannung) bzw.
mageres Gemisch (Schalterstellung 3, niedrige Spannung) simulieren.
In Schalterstellung 1, also bei geschlossenem Regelkreis, arbeitet eine funktionsfähige Sauerstoffsonde im Schaltbetrieb zwischen fetter und magerer Spannung. Die Schaltfrequenz bzw. die Periodendauer liegt dann zwischen fahrzeug- bzw. motorspezifischen Grenzwerten, so daß eine Bestimmung dieser Frequenz bzw. Periodendauer mit der Meßeinrichtung 19 eine Aussage über die dynamischen Eigenschaften der Sauerstoffsonde bei geschlossenem Regelkreis zuläßt. In den Schalterstellungen 2 und 3 ist der Regelkreis unterbrochen: Wird dem Steuergerät 12 beispielsweise in Schalterstellung 2 fettes Gemisch signalisiert, so beeinflußt das Steuergerät 12 das Kraftstoff-Luft-Gemisch in Richtung magerer Zusammensetzung.
Dementsprechend muß das Ausgangssignal der Sauerstoffsonde in Schalterstellung 2 die für mageres Gemisch charakteristischen Werte aufweisen. Entsprechendes gilt für die Schalterstellung 3. Aus dieser Messung bei unterbrochenem Regelkreis lassen sich beispielsweise weitere Rückschlüsse auf den Grad einer eventuellen Schädigung der Sauerstoffsonde ziehen.
Dies setzt natürlich voraus, daß in Labormessungen die Toleranzen und Grenzwerte der jeweiligen Sauerstoffsonden fahrzeug- bzw. motorspezifisch festgelegt werden. Diese Daten können beispielsweise anhand von Tabellen zur Verfügung gestellt werden, so daß der Vergleich der gemessenen Istwerte mit den tabellierten Grenzwerten sofort eine präzise Aussage über den Zustand der jeweiligen Sauerstoffsonde erlaubt.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sauerstoffsonden-Diagnosegerätes 10 dargestellt. Eier ist vorgesehen, das Steuergerät 12, das Sauerstoffsonden-Diagnosegerät 10 oder nur einige Einheiten des Sauerstoffsonden-Diagnosegerätes 10 sowie einen Grenzwert speicher 22 zu einer fest im Fahrzeug eingebauten Steuereinheit 23 zu integrieren. Die Steuereinheit 23 wird wie in Figur 1, durch einen Kabelbaum 13 an die Batteriespannung 15 sowie die Sauerstoffsondenausgangsspannung 14 und an andere Eingangsgrößen angeschlossen. Das in der Steuereinheit 23 integrierte Diagnosegerät 10 mißt kontinuierlich oder in verschiedenen Zeitintervallen, die beispielsweise von der Kilometerleistung des Kraftfahrzeuges abhängen können, die Amplitude über beispielsweise in der Amplitudenmeßeinrichtung 18 angeordnete Spitzenwertspeicher und die Schaltfrequenz bzw. Periodendauer der Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde. Diese Meßwerte werden verglichen mit den im Grenzwert speicher 22 fest abgelegten Grenzwerten, die natürlich von Fahrzeug zu Fahrzeug bzw. von Modell zu Modell verschieden sein können. Das Ergebnis dieses-Vergleichs, sei es die Funktionstüchtigkeit bzw. die Funktionsuntüchtigkeit der Sauerstoffsonde, kann über eine Informationseinheit 24 in das Wageninnere optisch und/oder akustisch übertragen werden. Des weiteren ist es ebenso möglich, im Falle des Erkennes der Funktionsuntüchtigkeit der Sauerstoffsonde Eingriffe am Steuergerät 12 vorzunehmen, beispielsweise in der Richtung, daß die Regelzeitkonstante verändert wird. Dadurch ist es in gewissen Grenzen möglich, trotz einer nicht ganz intakten Sauerstoffsonde ein akzeptables Verhalten der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Es ist ebenfalls möglich, zur Frequenz- bzw. Amplitudenbestimmung nicht unmittelbar die Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde, sondern eine hierzu äquivalente Größe, beispielsweise das integrierte Sauerstoffsonden-Ausgangssignal, welches im Steuergerät 12 vorliegt, zu verwenden.
In diesem Fall kann das Sauerstoffsonden-Diagnosegerät 10 unmittelbar am Steuergerät 12 angeschlossen werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine schnelle, unproblematische, kostengünstige und vor allem sichere Diagnosemöglichkeit geschaffen wurde, ein Fehlverhalten der Sauerstoffsonde festzustellen.

Claims

Anprüche 9 Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen, in der Ansaugluft- bzw. Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde mit einem an die Sauerstoffsonde angeschlossenen Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgrößen der im eingebauten Zustand verbleibenden Sauerstoffsonde hinsichtlich der Amplitude und der Frequenz oder Periodendauer unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine überprüft werden und daß die Werte der Ausgangsgrößen mit fahrzeug- bzw. motorspezifischen, vorzugsweise in Tests mit Sauerstoffsonden ermittelten Grenzwerten verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangs größe der Sauerstoffsonde die Sondenausgangsspannung und/oder eine im Steuergerät (12) vorliegende äquivalente Größe verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde der Sondenausgangsstrom und/oder eine im Steuergerät (12) vorliegende äquivalente Größe verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz- bzw. die Periodendauerbestimmung der Sauerstoffsondenausgangsgröße im Regelbetrieb durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenbestimmung der Sauerstoffsondenausgangsgröße im Steuerbetrieb bei von der Sonde abgekoppeltem Steuergerät (12) durchgeführt und dem Steuergerät (12) mittels einer Hilfsspannung fettes bzw.

mageres Gemisch simuliert wird.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen, in der Ansaugluft- bzw. Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde mit einem an die Sauer stoffsonde angeschlossenen Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoffsonden-Diagnosegerät (10) mit einer Amplituden- (18) und Frequenz- oder Feriodendauermeßeinheit (19) mittelbar oder unmittelbar die Sauerstoffsonden-Ausgangsgröße der eingebauten Sauerstoffsonde erfaßt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsonden-Diagnosegerät (10) parallel zur Sauerstoffsonde geschaltet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsonden-Diagnosegerät (10) an einen zum Steuergerät (12) führenden Fahrzeug-Kabelbaum (13) angeschlossen wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsonden-Diagnosegerät (10) direkt an das Steuergerät (12) angeschlossen wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsonden-Diagnosegerät (10) in der Steuereinheit (23) integriert ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die fahrzeug- bzw. motorspezifischen Grenzwerte in einem Grenzwert-Speicher (22) in der Steuereinheit (23) abgelegt sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Resultate des Vergleichs der Werte der Sauerstoffsondenausgangsgröße mit den Grenzwerten über optische und/oder akustische Einheiten (24) in den Fahrzeuginnenraum gemeldet werden.
13. Einrichtung nach Anspruch 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß für in ihrer Funktion beeinträchtigte Sauerstoffsonden Eingriffe in den aus Steuergerät (12), Brennkraftmaschine und Sauerstoffsonde bestehenden Regelkreises vorgesehen sind.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bi-s 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde kontinuierlich erfolgt.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde in Zeitintervallen erfolgt.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsonden-Diagnasegerät (10) zur Spannungsversorgung an das Bordnetz einer Brennkraftmaschine angeschlossen wird.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßeinheit (18) Spitzenwertspeicher beinhaltet.