EP1247966B1 - Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O2-Sensoren - Google Patents

Verfahren zur Erkennung vertauscht angeschlossener O2-Sensoren Download PDF

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EP1247966B1
EP1247966B1 EP20020003958 EP02003958A EP1247966B1 EP 1247966 B1 EP1247966 B1 EP 1247966B1 EP 20020003958 EP20020003958 EP 20020003958 EP 02003958 A EP02003958 A EP 02003958A EP 1247966 B1 EP1247966 B1 EP 1247966B1
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internal combustion
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fuel injection
sensor
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1441—Plural sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/12—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration
    • F02D41/123—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting reversed connected O 2- sensors, which are arranged in the exhaust line of an internal combustion engine one behind the other and connected to a control device for fuel injection.
  • the invention further relates to an internal combustion engine for carrying out the method.
  • O 2 sensors which are also referred to as lambda probes, detect the oxygen content in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the sensor signal is supplied to a fuel injection control device which monitors the supply and injection of the fuel into the combustion chamber.
  • a plurality of O 2 sensors can be provided one behind the other in an exhaust gas line each between catalytic converters. The O 2 sensors are used to control the mixture preparation and to diagnose the catalysts lying between them.
  • the invention is based on the problem to provide a method for detecting successively arranged, reversed connected O 2 sensors, which can be performed quickly and easily.
  • the runtime of the step response is determined by a probe to the respective subsequent probe. Depending on whether this time exceeds or falls below a difference threshold, a correct or incorrect installation state is detected.
  • the threshold may be 0 and positive reaction time differences will show proper incorporation and negative reaction time differences will swap connected O 2 sensors.
  • control device upon detection of a reversed connection an error signal is triggered and or the control device is disabled.
  • the control device can fuel injection in this case, using preset default values or by an emergency program.
  • the error signal can be output to an engine control unit and / or to a display device. Likewise, it can be output to a connectable to the internal combustion engine, external test device, so that the exchange test can be performed stationary in a workshop.
  • Particularly suitable for carrying out the method is an internal combustion engine with in the exhaust line arranged behind one another and connected to a control device for the fuel injection O 2 sensors. At least one catalytic converter or another component may be arranged between the O 2 sensors.
  • Fig. 1 shows a section of an exhaust line 1 of an internal combustion engine, not shown.
  • the internal combustion engine is connected via exhaust manifold to the exhaust pipe 2.
  • the arrow indicates the flow direction of the exhaust gas.
  • an O 2 sensor 3 is arranged, which measures the oxygen content of the exhaust gas.
  • a catalyst 4 connects, which is formed in the illustrated embodiment as a 3-way catalyst and is used for exhaust gas purification. After flowing through the catalyst 4, the exhaust gas enters the exhaust pipe 5, from where it is guided to a silencer, not shown.
  • an O 2- sensor 6 is attached. Both O 2 sensors 3, 6 are completely identical and connected via electrical lines 7, 8 to a control device 9.
  • the control device 9 - which may be an integral part of a motor control - receives the sensor signals of the exhaust probes 3, 6 and uses them as Input variables for the fuel injection. Via a signal line 10, the control device 9 is connected to the fuel injection system, not shown in FIG. Alternatively or additionally, the control device 9 may also be connected to an engine control unit. Another output of the control device 9 is guided to a display device 13. Before carrying out the method, the internal combustion engine must be in an operating state in which the exhaust gas probes must detect a stable air-fuel ratio.
  • the diagram of Fig. 2 shows the typical waveform of the O 2 sensors during the implementation of the method.
  • the horizontal axis corresponds to the time axis, on the vertical axis, the curves of the signal levels 11, 12 of the O 2 sensors 3, 6 are plotted.
  • the signal level corresponds to an electrical voltage U.
  • the two signal levels 11, 12 have an approximately constant profile over a threshold S1 and differ only slightly from each other in amplitude. If the signal levels are below a threshold S1, the desired state is set by deliberately changing the control parameter of the fuel injection.
  • the fuel injection is switched off or the fuel-air ratio changed, so that there is an excess of air.
  • the exhaust gas passes into the exhaust pipe 2 after a certain time, which depends on the geometric conditions and the flow velocity.
  • the O 2- sensor 3 which responds to the changed exhaust gas composition.
  • the signal level 11 falls relatively steeply until the signal level 11 has reached a very small value.
  • the point in time at which the signal level 11 reaches a specific, predetermined signal threshold value S2 is determined. This can for example be 30% of the maximum value. For this time, the time t 1 is determined.
  • the exhaust gas passes through the catalyst 4 in the exhaust pipe 5, in which the O 2 sensor 6 is located.
  • the signal level assigned to this 12 initially continues to approximately constant until also the O 2- sensor 6 reacts to the changed air composition, so that the signal level 12 drops.
  • the time is determined at which the signal level 12 falls below the signal threshold value S2. This is the time t 2 .
  • ⁇ t is the reaction time difference of the two O 2 sensors 3, 6.
  • the difference value itself may fluctuate depending on various parameters, but the exhaust gas close to the engine inevitably reacts sooner than the remote exhaust gas probe, so that ⁇ t is always positive. Accordingly, interchanged connected O 2 sensors are simply recognized by the fact that the reaction time difference .DELTA.t is negative. Defining the reaction time difference .DELTA.t conversely, only the signs are reversed, ie properly connected O 2 sensors give a negative reaction time difference and at a positive value is an error. Regardless of the definition, a numeric value is always given the result "and the result with the opposite sign is assigned the result" false ".
  • the replacement test can be performed by the control device 9, an engine control unit or an external test device.
  • the signal forwarding takes place via the signal line 10. If reversed sensors have been detected, a signal is output to a display device which is designed as a signal lamp 13. A signal of the signal lamp 13 is then clear if it is only 2 O 2 sensors. For more than 2 sensors, the signal lamp could be replaced, for example, by a single or multi-digit digital display, which displays the numbers of the swapped-in sensors.
  • the method is also applicable to systems with more than 2 sensors and more than one catalyst. If the transit times of the step response to the fuel cut or the change in the air-fuel ratio in given systems are known, it is not always necessary to measure the transit time of the step response between two successive probes, but the known transit time of the flight can also be measured Exhaust gas from the combustion chamber to the O 2- probe specified and with the time of the detected by the probe Step response are compared. If the step response is in the time window of the specified runtime, the probe is installed in the correct position; if it is outside the time window, the probe is placed incorrectly.

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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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 Abgas-strang 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.
  • Aus der US 6 092 413 ist ein Verfahren bekannt, das zur Erkennung vertauscht angeschlossenen Lambdasonden dient. Durch einen Vergleich der Signale zweier in parallelen Abgassträngen oder hintereinander angeordneter Lambdasonden werden vertauscht angeschlossene Lambdasonden erkannt.
  • Der Erfindung liegt 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 sind die Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 vorgesehen.
  • Nach einer Schubabschaltung oder einer 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 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-KraftstoffVerhältnis 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 Prüfverfahrens 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-Sen-sor 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-Ver-hältnisses 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 (7)

  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, wobei die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhält-nis geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeiten (t1, t2) bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen der O2-Sensoren (3, 6) gemessen und deren Differenz (Δ) 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, wobei die Kraftstoffeinspritzung während eines Prüfzeitraums abgeschaltet oder das Kraftstoff-Luft-Verhält-nis geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeiten (t1, t2) bis zum Auftreten der dadurch bedingten Signaländerungen 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 sie Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkannter Vertauschung ein Fehlersignal an ein Motorsteuergerät und/oder eine Anzeigeeinrichtung ausgegeben wird.
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