DE102010003198B4 - Method and device for monitoring an exhaust gas sensor - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor mit einem Sensorelement zumindest einen Bestandteil des Abgases und mit einem integrierten Temperaturfühler eine gemessene Temperatur des Abgassensors bestimmt, wobei über ein Rechenprogramm oder über zumindest ein Kennfeld eine modellierte Temperatur des Abgassensors bestimmt wird, wobei die mit dem integrierten Temperaturfühler gemessene Temperatur mit der modellierten Temperatur verglichen wird und wobei bei einer Abweichung der gemessenen Temperatur von der modellierten Temperatur über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen defekten integrierten Temperaturfühler oder auf einen fehlerhaft montierten Abgassensor oder auf undichte Stellen in dem Abgaskanal geschlossen wird, wobei der vorgegebene Toleranzbereich durch eine zulässige Obergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem ersten Kennfeld bestimmt wird, und eine zulässige Untergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem zweiten Kennfeld bestimmt wird, begrenzt wird.

Figure DE102010003198B4_0000
Method for monitoring an exhaust gas sensor in an exhaust duct of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas sensor uses a sensor element to determine at least one component of the exhaust gas and an integrated temperature sensor to determine a measured temperature of the exhaust gas sensor, wherein a modeled temperature of the exhaust gas sensor is determined via a computer program or via at least one characteristic map, wherein the temperature measured with the integrated temperature sensor is compared with the modeled temperature and wherein, if the measured temperature deviates from the modeled temperature beyond a predetermined tolerance range, it is concluded that there is a defective integrated temperature sensor or an incorrectly mounted exhaust gas sensor or that there are leaks in the exhaust duct, wherein the predetermined tolerance range is limited by a permissible upper limit of the modeled temperature, which is determined from a first characteristic map, and a permissible lower limit of the modeled temperature, which is determined from a second characteristic map.
Figure DE102010003198B4_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor mit einem Sensorelement zumindest einen Bestandteil des Abgases und mit einem integrierten Temperaturfühler eine gemessene Temperatur des Abgassensors bestimmt.The invention relates to a method for monitoring an exhaust gas sensor in an exhaust duct of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas sensor determines at least one component of the exhaust gas with a sensor element and a measured temperature of the exhaust gas sensor with an integrated temperature sensor.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Überwachung eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor ein Sensorelement zur Bestimmung von zumindest einem Bestandteil des Abgases und einen integrierten Temperaturfühler zur Bestimmung einer gemessenen Temperatur des Abgassensors aufweist, mit einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Steuereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine und zur Auswertung des Abgassensors, wobei der Steuereinheit weitere Signale von zumindest einem in dem Abgaskanal vorgesehenen Temperatursensor zugeführt sind.The invention further relates to a device for monitoring an exhaust gas sensor in an exhaust duct of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas sensor has a sensor element for determining at least one component of the exhaust gas and an integrated temperature sensor for determining a measured temperature of the exhaust gas sensor, with a control unit assigned to the internal combustion engine for controlling the internal combustion engine and for evaluating the exhaust gas sensor, wherein the control unit is supplied with further signals from at least one temperature sensor provided in the exhaust duct.

Gesetzliche Vorschriften schreiben heute beim Betrieb von Brennkraftmaschinen die Einhaltung strenger Emissionsgrenzwerte für die entstehenden Abgase vor. Neben in dem Abgasstrang vorgesehenen Katalysatoren und Filtern werden daher eine Vielzahl von Sensoren, beispielsweise in Form von Abgassensoren zur Bestimmung von Bestandteilen des Abgases oder in Form von Temperatursensoren zur Messung der Abgastemperatur, in dem Abgaskanal angeordnet. Die Sensoren dienen der Steuerung der Brennkraftmaschine und der Überwachung der Funktion des Abgas-Nachbehandlungssystems im Rahmen einer On-Board-Diagnose (OBD).Legal regulations today stipulate that strict emission limits for the exhaust gases produced must be observed when operating internal combustion engines. In addition to the catalytic converters and filters provided in the exhaust system, a large number of sensors are therefore installed in the exhaust duct, for example in the form of exhaust gas sensors for determining components of the exhaust gas or in the form of temperature sensors for measuring the exhaust gas temperature. The sensors are used to control the internal combustion engine and to monitor the function of the exhaust gas aftertreatment system as part of on-board diagnostics (OBD).

Abgassensoren weisen neben dem eigentlichen Sensorelement zur Bestimmung von Abgasbestandteilen meist weitere Komponenten, beispielsweise in Form eines Heizers oder eines integrierten Temperaturfühlers, auf. Dabei kann der Heizer dafür vorgesehen sein, schnell die notwendige Betriebstemperatur des Sensorelements zu erreichen oder im Rahmen eines Regenerationsvorgangs das Sensorelement durch einen thermischen Prozess zu regenerieren. Der integrierte Temperaturfühler ermöglicht dabei die Überwachung der Temperatur des Sensorelements.In addition to the actual sensor element for determining exhaust gas components, exhaust gas sensors usually have other components, for example in the form of a heater or an integrated temperature sensor. The heater can be designed to quickly reach the necessary operating temperature of the sensor element or to regenerate the sensor element through a thermal process as part of a regeneration process. The integrated temperature sensor enables the temperature of the sensor element to be monitored.

Für die Überwachung des Partikelausstoßes einer Brennkraftmaschine vor und / oder nach einem in dem Abgaskanal angeordneten Partikelfilter sind beispielsweise Partikelsensoren bekannt. Die Partikelsensoren ermöglichen die Überwachung der Funktion des Partikelfilters und bestimmen den Zeitpunkt einer notwendigen Regeneration des Partikelfilters. Bei Rußpartikelfiltern geschieht die Regeneration durch eine Erhöhung der Abgastemperatur auf typischerweise 550°C bis 650°C. Dies kann durch Maßnahmen in der Gemischaufbereitung des Motors oder durch nachmotorische Maßnahmen erfolgen. Es wird dabei eine exotherme Reaktion angestoßen, die einen Abbrand der Rußpartikel bewirkt und innerhalb einiger Minuten (z.B. 20 Minuten) den Partikelfilter regeneriert. Zur Überwachung der Regeneration werden im Abgasstrang Temperatursensoren eingesetzt, die durch Überwachung der vor oder nach dem Filter auftretenden Temperaturen Rückschlüsse auf den Regenerationszustand zulassen und den Partikelfilter vor Beschädigung durch hohe Abgastemperaturen schützen.For example, particle sensors are known for monitoring the particle emissions of an internal combustion engine before and/or after a particle filter arranged in the exhaust duct. The particle sensors enable the function of the particle filter to be monitored and determine when the particle filter needs to be regenerated. In the case of soot particle filters, regeneration occurs by increasing the exhaust gas temperature to typically 550°C to 650°C. This can be done by measures in the engine's mixture preparation or by measures downstream of the engine. This triggers an exothermic reaction that causes the soot particles to burn off and regenerates the particle filter within a few minutes (e.g. 20 minutes). Temperature sensors are used in the exhaust system to monitor regeneration. By monitoring the temperatures occurring before or after the filter, they allow conclusions to be drawn about the regeneration status and protect the particle filter from damage caused by high exhaust gas temperatures.

Entsprechende Partikelsensoren sind beispielsweise in der DE 101 49 333 A1 und der WO 2003/ 006 976 A2 beschrieben. Es handelt sich dabei um resistive Partikelsensoren, die eine Änderung der elektrischen Eigenschaften einer interdigitalen Elektrodenstruktur aufgrund von Partikelanlagerungen auswerten. Es können zwei oder mehrere Elektroden vorgesehen sein, die kammartig ineinander greifen. Die Elektroden sind zumindest teilweise von einer Fanghülse überdeckt. Durch eine steigende Anzahl von an dem Partikelsensor anlagernden Partikeln werden die Elektroden überbrückt, was sich in einem mit steigender Partikelanlagerung abnehmendem elektrischen Widerstand, einer abnehmenden Impedanz oder in einer Veränderung einer mit dem Widerstand beziehungsweise der Impedanz zusammen hängenden Kenngröße wie einer Spannung und/oder einem Strom auswirkt. Zur Auswertung wird im Allgemeinen ein Schwellwert, beispielhaft eines Messstroms zwischen den Elektroden, festgelegt und die Zeit bis zur Erreichung des Schwellwertes als Maß für die angelagerte Partikelmenge verwendet. Alternativ kann auch eine Signal-Änderungsgeschwindigkeit während der Partikelanlagerung ausgewertet werden. Ist der Partikelsensor voll beladen, werden die angelagerten Partikel in einer Regenerationsphase mit Hilfe eines in dem Partikelsensor integrierten Heizelements verbrannt. Zur Regelung der Regeneration wird die Temperatur des Partikelsensors mittels eines integrierten Temperaturfühlers, beispielhaft eines aufgedruckten metallischen Mäanders, bestimmt.Corresponding particle sensors are, for example, in the DE 101 49 333 A1 and WO 2003/ 006 976 A2. These are resistive particle sensors that evaluate a change in the electrical properties of an interdigital electrode structure due to particle deposits. Two or more electrodes can be provided that interlock like a comb. The electrodes are at least partially covered by a capture sleeve. As the number of particles depositing on the particle sensor increases, the electrodes are bridged, which results in a decreasing electrical resistance as the particle deposit increases, a decreasing impedance or a change in a parameter related to the resistance or impedance, such as a voltage and/or a current. For evaluation, a threshold value, for example a measuring current between the electrodes, is generally set and the time until the threshold value is reached is used as a measure of the amount of particles deposited. Alternatively, a signal change rate during particle deposit can also be evaluated. If the particle sensor is fully loaded, the accumulated particles are burned in a regeneration phase using a heating element integrated in the particle sensor. To control the regeneration, the temperature of the particle sensor is determined using an integrated temperature sensor, for example a printed metal meander.

Für die Überwachung der Funktion und der Regeneration des Partikelfilters sind somit ein Partikelsensor mit integriertem Temperaturfühler und zumindest ein weiterer Temperatursensor in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehen.To monitor the function and regeneration of the particulate filter, a particulate sensor with an integrated temperature sensor and at least one further temperature sensor are provided in the exhaust duct of the internal combustion engine.

Im Rahmen einer On-Board-Diagnose ist neben der Überwachung der Funktion von Katalysatoren und Filtern auch die Überwachung von in dem Abgaskanal angeordneten Sensoren vorzusehen.As part of an on-board diagnosis, in addition to monitoring the function of catalytic converters, gates and filters, monitoring of sensors arranged in the exhaust duct must also be provided.

Verfahren zur Überwachung eines Abgassensors sind ferner aus der DE 198 06 110 A1 und der nachveröffentlicheten DE 10 2009 003 091 A1 der Anmelderin bekannt.Methods for monitoring an exhaust gas sensor are also known from DE 198 06 110 A1 and the subsequently published DE 10 2009 003 091 A1 known to the applicant.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine kostengünstige Überwachung der Funktion von Abgassensoren, welche einen integrierten Temperaturfühler aufweisen, ermöglicht.It is an object of the invention to provide a method and a device which enables cost-effective monitoring of the function of exhaust gas sensors which have an integrated temperature sensor.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass über ein Rechenprogramm oder über zumindest ein Kennfeld eine modellierte Temperatur des Abgassensors bestimmt wird, dass die mit dem integrierten Temperaturfühler gemessene Temperatur mit der modellierten Temperatur verglichen wird und dass bei einer Abweichung der gemessenen Temperatur von der modellierten Temperatur über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen defekten integrierten Temperaturfühler oder auf einen fehlerhaft montierten Abgassensor oder auf undichte Stellen in dem Abgaskanal geschlossen wird. Die modellierte Temperatur des Abgassensors wird unabhängig von der gemessenen Temperatur, welche mit dem integrierten Temperaturfühler des Abgassensors bestimmt wird, ermittelt. Ist die gemessene Temperatur, beispielsweise durch einen defekten Temperaturmäander des integrierten Temperaturfühlers, fehlerhaft, so führt dies zu einer entsprechen großen Differenz zwischen der gemessenen und der modellierten Temperatur des Abgassensors, woraus auf einen defekten integrierten Temperaturfühler geschlossen werden kann.The object of the invention relating to the method is achieved in that a modeled temperature of the exhaust gas sensor is determined via a computer program or at least via a characteristic map, that the temperature measured with the integrated temperature sensor is compared with the modeled temperature and that if the measured temperature deviates from the modeled temperature beyond a predetermined tolerance range, it is concluded that the integrated temperature sensor is defective or that the exhaust gas sensor is incorrectly mounted or that there are leaks in the exhaust gas duct. The modeled temperature of the exhaust gas sensor is determined independently of the measured temperature, which is determined with the integrated temperature sensor of the exhaust gas sensor. If the measured temperature is incorrect, for example due to a defective temperature meander of the integrated temperature sensor, this leads to a correspondingly large difference between the measured and the modeled temperature of the exhaust gas sensor, from which it can be concluded that the integrated temperature sensor is defective.

Ist der Abgassensor fehlerhaft montierter oder nicht eingebaut, so entspricht die Montageposition des Abgassensors nicht der vorgesehenen Position, für welche die Berechnung der modellierten Temperatur ausgelegt ist. Auch dies führt zu einer von der modellierten Temperatur abweichenden gemessenen Temperatur.If the exhaust gas sensor is incorrectly mounted or not installed, the mounting position of the exhaust gas sensor does not correspond to the intended position for which the calculation of the modeled temperature is designed. This also leads to a measured temperature that deviates from the modeled temperature.

Undichte Stellen in dem Abgaskanal mit einem entsprechenden Gas- und somit Wärmeaustausch sind nicht bei der Modellierung der Temperatur berücksichtigt und führen somit ebenfalls zu einer auswertbaren Abweichung der gemessenen Temperatur von der modellierten Temperatur.Leaks in the exhaust duct with a corresponding gas and thus heat exchange are not taken into account in the modeling of the temperature and thus also lead to an evaluable deviation of the measured temperature from the modeled temperature.

Da sowohl die gemessene Temperatur wie die modellierte Temperatur nur mit nicht zu vermeidenden Toleranzen der tatsächlichen Temperatur des Abgassensors entsprechen, erfolgt der Vergleich der gemessenen und der modellierten Temperatur im Rahmen eines vorgegebenen Toleranzbereichs. Stimmen gemessene und modellierte Temperatur im Rahmen des Toleranzbereichs überein, wird von einer korrekten Temperaturmessung des integrierten Temperaturfühlers, von einer korrekten Montage des Abgassensors sowie von einem intakten Abgaskanal ausgegangen.Since both the measured temperature and the modeled temperature only correspond to the actual temperature of the exhaust gas sensor with unavoidable tolerances, the measured and modeled temperatures are compared within a specified tolerance range. If the measured and modeled temperatures match within the tolerance range, it is assumed that the temperature measurement of the integrated temperature sensor is correct, that the exhaust gas sensor is correctly installed and that the exhaust gas duct is intact.

Vorteilhaft bei dem Verfahren ist, dass es auf bestehende Sensoren zurückgreift und ohne zusätzliche Komponenten durch eine reine Softwareanpassung entsprechend kostengünstig umgesetzt werden kann.The advantage of the process is that it uses existing sensors and can be implemented cost-effectively without additional components through pure software adaptation.

Für die Modellierung der Temperatur des Abgassensors kann zumindest teilweise auf bekannte Modelle zurückgegriffen werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die modellierte Temperatur des Abgassensors aus einer von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmten Abgastemperatur oder aus einer von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmten Rohrwandtemperatur des Abgaskanals oder aus einer für den Bereich des Abgassensors modellierten Abgastemperatur oder aus einer für den Bereich des Abgassensors modellierten Rohrwandtemperatur des Abgaskanals oder aus einer Abgasgeschwindigkeit oder aus einem Abgasmassenstrom jeweils für sich betrachtet oder in Kombination zumindest zweier der Kenngrößen bestimmt wird. Zur Überwachung der Verbrennung sind bei modernen Brennkraftmaschinen heute bereits Temperaturfühler in dem Abgaskanal vorgesehen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können. Dabei sind solche Temperaturfühler, welche in Abgasrichtung vor dem Abgassensor angeordnet sind, für die Modellierung der Temperatur des Abgassensors vorteilhaft. Auch Sensoren zur direkten Bestimmung der Abgasgeschwindigkeit und des Abgasmassenstroms sowie Verfahren zur Berechnung der Abgasgeschwindigkeit und des Abgasmassenstroms aus den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine sind bekannt und können für die Durchführung des Verfahrens verwendet werden. Die Temperatur des Abgassensors hängt unmittelbar mit der Abgastemperatur und der Rohrwandtemperatur des Abgaskanals an dem Einbauort des Abgassensors zusammen. Sind direkt an dem Einbauort des Abgassensors keine Temperaturfühler vorgesehen, können die Abgastemperatur und die Rohrwandtemperatur am Einbauort des Abgassensors nach bekannten Verfahren, beispielsweise aus einer gemessenen Abgastemperatur vor dem Einbauort, modelliert werden. Aus den so erhaltenen, modellierten Abgas- und Rohrwandtemperaturen kann die modellierte Temperatur des Abgassensors bestimmt werden.Known models can be used at least in part to model the temperature of the exhaust gas sensor. It can be provided that the modeled temperature of the exhaust gas sensor is determined from an exhaust gas temperature determined by a temperature sensor arranged in the exhaust gas duct, or from a pipe wall temperature of the exhaust gas duct determined by a temperature sensor arranged in the exhaust gas duct, or from an exhaust gas temperature modeled for the area of the exhaust gas sensor, or from a pipe wall temperature of the exhaust gas duct modeled for the area of the exhaust gas sensor, or from an exhaust gas velocity or from an exhaust gas mass flow, each considered individually or in combination of at least two of the parameters. In order to monitor combustion, temperature sensors are already provided in the exhaust gas duct in modern internal combustion engines, which can be used for the method according to the invention. Temperature sensors that are arranged in front of the exhaust gas sensor in the exhaust gas direction are advantageous for modeling the temperature of the exhaust gas sensor. Sensors for directly determining the exhaust gas velocity and the exhaust gas mass flow as well as methods for calculating the exhaust gas velocity and the exhaust gas mass flow from the operating parameters of the internal combustion engine are also known and can be used to carry out the method. The temperature of the exhaust gas sensor is directly related to the exhaust gas temperature and the pipe wall temperature of the exhaust duct at the installation location of the exhaust gas sensor. If no temperature sensors are provided directly at the installation location of the exhaust gas sensor, the exhaust gas temperature and the pipe wall temperature at the installation location of the exhaust gas sensor can be modeled using known methods, for example from a measured exhaust gas temperature before the installation location. The modeled temperature of the exhaust gas sensor can be determined from the modeled exhaust gas and pipe wall temperatures obtained in this way.

Die Genauigkeit, mit der die Temperatur des Abgassensors modelliert werden kann, hängt von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ab. Günstig sind hier Zustände, bei denen eine zumindest näherungsweise Einstellung eines Gleichgewichts beziehungsweise eines stationären Zustands erreicht wurde. Daher kann es vorgesehen sein, dass ein Vergleich der modellierten Temperatur mit der gemessenen Temperatur während eines in vorgegebenen Grenzen stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erfolgt.The accuracy with which the temperature of the exhaust gas sensor can be modelled depends on the operating parameters of the internal combustion engine. Conditions in which an at least approximate equilibrium or a stationary state has been achieved are favourable. It can therefore be provided that a comparison of the modelled temperature with the measured temperature takes place during a stationary operating state of the internal combustion engine within predetermined limits.

Modellierte und gemessene Temperatur werden nur innerhalb gewisser Toleranzen übereinstimmen. Wie groß der Toleranzbereich ist hängt beispielsweise von den aktuellen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ab. Daher kann es vorgesehen sein, dass der vorgegebene Toleranzbereich durch eine zulässige Obergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem ersten Kennfeld bestimmt wird, und eine zulässige Untergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem zweiten Kennfeld bestimmt wird, begrenzt wird. Der Toleranzbereich kann so an die wechselnden Betriebsbedingungen angepasst werden. Als Eingangsgrößen für die Kennfelder können beispielsweise die von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmte Abgastemperatur oder die aus einer von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmte Rohrwandtemperatur des Abgaskanals oder die aus einer für den Bereich des Abgassensors modellierte Abgastemperatur oder die aus einer für den Bereich des Abgassensors modellierte Rohrwandtemperatur des Abgaskanals oder die Abgasgeschwindigkeit oder der Abgasmassenstrom verwendet werden.The modeled and measured temperature will only agree within certain tolerances. The size of the tolerance range depends, for example, on the current operating parameters of the internal combustion engine. It can therefore be provided that the specified tolerance range is limited by a permissible upper limit of the modeled temperature, which is determined from a first characteristic map, and a permissible lower limit of the modeled temperature, which is determined from a second characteristic map. The tolerance range can thus be adapted to the changing operating conditions. The input variables for the characteristic maps can be, for example, the exhaust gas temperature determined by a temperature sensor arranged in the exhaust duct, or the pipe wall temperature of the exhaust duct determined by a temperature sensor arranged in the exhaust duct, or the exhaust gas temperature modeled from a sensor for the area of the exhaust sensor, or the exhaust gas velocity or the exhaust gas mass flow.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsvarianten der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine aus einer von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmten Abgastemperatur die Rohrwandtemperatur in dem Bereich des Abgassensors modelliert wird, dass daraus die Rohrwandtemperatur in dem Bereich des Abgassensors nach zumindest einer vorgegebenen Angleichungszeit teq nach Abschalten der Brennkraftmaschine berechnet oder aus einem Kennfeld abgeleitet wird und dass nach der Angleichungszeit teq die modellierte Temperatur des Abgassensors mit der berechneten oder aus einem Kennfeld abgeleiteten Rohrwandtemperatur gleichgesetzt und mit der gemessenen Temperatur des integrierten Temperaturfühlers verglichen wird. Bei abgeschalteter Brennkraftmaschine kühlen sich das Abgasrohr und der Abgassensor ab. Gleichzeitig gleichen sich die Temperaturen des Abgassensors und des Abgasrohrs an. Der Angleichungsvorgang verläuft in der Regel schneller als der Abkühlvorgang, so dass der Abgassensor nach Ablauf einer durch die Angleichungszeit teq vorgegebenen Zeit zumindest annähernd die gleiche Temperatur aufweist wie die Rohrwand und wobei beide Temperaturen über der Umgebungstemperatur liegen. Die für nach der Angleichungszeit teq abgeleitete Rohrwandtemperatur kann jetzt als modellierte Temperatur mit der von dem integrierten Temperaturfühler gemessenen Temperatur verglichen werden. Dieses Vorgehen ermöglicht die Diagnose des integrierten Temperaturfühlers über einen weiten Temperaturbereich. Der Temperaturvergleich kann nach verschiedenen Angleichungszeiten teq und somit für verschiedene Temperaturen erfolgen, was eine Überprüfung der Temperaturkennlinie des integrierten Temperaturfühlers ermöglicht. Da der Vergleich bei Temperaturen erfolgt, die über der Umgebungstemperatur liegen, kann ein nicht eingebauter Abgassensor sicher erkannt werden, da dieser die Umgebungstemperatur annimmt.According to a preferred embodiment variant of the invention, it can be provided that during operation of the internal combustion engine, the pipe wall temperature in the area of the exhaust gas sensor is modeled from an exhaust gas temperature determined by a temperature sensor arranged in the exhaust gas duct, that the pipe wall temperature in the area of the exhaust gas sensor is calculated from this after at least a predetermined adjustment time t eq after the internal combustion engine is switched off or derived from a characteristic map, and that after the adjustment time t eq the modeled temperature of the exhaust gas sensor is equated with the pipe wall temperature calculated or derived from a characteristic map and compared with the measured temperature of the integrated temperature sensor. When the internal combustion engine is switched off, the exhaust pipe and the exhaust gas sensor cool down. At the same time, the temperatures of the exhaust gas sensor and the exhaust pipe equalize. The adjustment process is generally faster than the cooling process, so that after a time predetermined by the adjustment time t eq has elapsed, the exhaust gas sensor has at least approximately the same temperature as the pipe wall and both temperatures are above the ambient temperature. The pipe wall temperature derived after the adjustment time t eq can now be compared as a modeled temperature with the temperature measured by the integrated temperature sensor. This procedure enables the integrated temperature sensor to be diagnosed over a wide temperature range. The temperature comparison can be carried out after different adjustment times t eq and thus for different temperatures, which enables the temperature characteristic of the integrated temperature sensor to be checked. Since the comparison is carried out at temperatures that are above the ambient temperature, a non-installed exhaust gas sensor can be reliably detected because it assumes the ambient temperature.

Zur Durchführung der Messung muss die Brennkraftmaschine ausreichend lange ausgeschaltet sein, so dass sich die Temperatur des Abgassensors an die Temperatur der Rohrwand angleichen kann. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Bestimmung und der Vergleich der modellierten Temperatur und der gemessenen Temperatur bei einem Neustart der Brennkraftmaschine oder im Nachlauf bei abgeschalteter Brennkraftmaschine oder bei ausreichend langen Auszeiten der Brennkraftmaschine im Start-Stopp-Betrieb erfolgt. Wichtig ist dabei, dass die mindest notwendige Angleichungszeit teq abgelaufen ist und dass die Temperatur der Rohrwand und des Abgassensors noch über der Umgebungstemperatur liegen.To carry out the measurement, the internal combustion engine must be switched off for a sufficient period of time so that the temperature of the exhaust gas sensor can adjust to the temperature of the pipe wall. This can be done by determining and comparing the modeled temperature and the measured temperature when the internal combustion engine is restarted or during run-on when the internal combustion engine is switched off or when the internal combustion engine is switched off for a sufficiently long time in start-stop mode. It is important that the minimum necessary adjustment time t eq has elapsed and that the temperature of the pipe wall and the exhaust gas sensor are still above the ambient temperature.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuereinheit einen Programmablauf zur Berechung oder zumindest ein Kennfeld zur Bestimmung einer modellierten Temperatur des Abgassensors aufweist und dass die Steuereinheit einen weiteren Programmablauf zum Vergleich der modellierten Temperatur mit der gemessenen Temperatur des Abgassensors und zur Diagnose eines defekten integrierten Temperaturfühlers oder eines fehlerhaft montierten Abgassensors oder undichter Stellen im Abgaskanal bei Abweichungen der gemessene Temperatur von der modellierten Temperatur über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus aufweist. Die Diagnose eines defekten integrierten Temperaturfühlers oder eines nicht ordnungsgemäß installierten Abgassensors oder eines undichten Abgaskanals kann so kostengünstig mit vorhandenen Bauteilen umgesetzt werden. Dazu ist lediglich eine Software-Erweiterung in der Steuereinheit notwendig.The object of the invention relating to the device is achieved in that the control unit has a program sequence for calculating or at least a characteristic map for determining a modeled temperature of the exhaust gas sensor and in that the control unit has a further program sequence for comparing the modeled temperature with the measured temperature of the exhaust gas sensor and for diagnosing a defective integrated temperature sensor or an incorrectly installed exhaust gas sensor or leaks in the exhaust gas duct if the measured temperature deviates from the modeled temperature beyond a predetermined tolerance range. The diagnosis of a defective integrated temperature sensor or an incorrectly installed exhaust gas sensor or a leaky exhaust gas duct can thus be implemented cost-effectively using existing components. All that is required is a software extension in the control unit.

Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich bevorzugt zur Überwachung eines resistiven oder kapazitiven Partikelsensors verwenden.The method and the device can preferably be used for monitoring a resistive or capacitive particle sensor.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 ein Ablaufdiagramm zur Überwachung der Funktion eines Abgassensors.
The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the figure. It shows:
  • 1 a flow chart for monitoring the function of an exhaust gas sensor.

1 zeigt einen Ablauf zur Überwachung der Funktion eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine in Form eines Ablaufdiagramms. Der Abgassensor ist dabei als resistiver Partikelsensor mit integriertem Temperaturfühler ausgeführt. Einem Startblock 10 folgt ein erster Funktionsblock 11, in dem eine Abgasgeschwindigkeit w und eine Abgastemperatur TAbg in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine bestimmt werden. In einer ersten Abfrage 12 wird überprüft, ob die Abgasgeschwindigkeit w und die Abgastemperatur TAbg in einem vorgegebenen Toleranzfeld konstant sind. Ist dies nicht der Fall, springt der Ablauf wieder vor den ersten Funktionsblock 11. Sind Abgasgeschwindigkeit w und die Abgastemperatur TAbg ausreichend konstant, wird in einem zweiten Funktionsblock 13 mit dem integrierten Temperaturfühler eine gemessene Temperatur des Abgassensors bestimmt. In einem nachfolgenden dritten Funktionsblock 14 wird aus der Abgasgeschwindigkeit w und der Abgastemperatur TAbg auf Basis eines hinterlegten Kennfeldes eine zulässige Obergrenze für eine modellierte Temperatur bestimmt. In einer nachfolgenden zweiten Abfrage 15 wird überprüft, ob die mit dem integrierten Temperaturfühler des Abgassensors gemessene Temperatur über der in dem dritten Funktionsblock 14 bestimmten Obergrenze für die modellierte Temperatur liegt. Ist dies der Fall, wird in einem ersten Block defekt 16 auf einen defekten integrierten Temperaturfühler, auf einen fehlerhaft montierten Abgassensor oder auf einen undichten Abgaskanal geschlossen. Überschreitet die gemessene Temperatur nicht die bestimmte Obergrenze für die modellierte Temperatur, wird in einem vierten Funktionsblock 17 wiederum aus den Kenngrößen Abgasgeschwindigkeit w und Abgastemperatur TAbg auf Basis eines zweiten hinterlegten Kennfeldes eine zulässige Untergrenze für die modellierte Temperatur bestimmt. In einer dritten Abfrage 18 wird überprüft, ob die mit dem integrierten Temperaturfühler des Abgassensors gemessene Temperatur unterhalb der in dem vierten Funktionsblock 17 bestimmten Untergrenze für die modellierte Temperatur liegt. Ist dies der Fall, wird in einem zweiten Block defekt 19 auf einen defekten integrierten Temperaturfühler, auf einen fehlerhaft montierten Abgassensor oder auf einen undichten Abgaskanal geschlossen. Liegt die gemessene Temperatur über der Untergrenze für die modellierte Temperatur, folgt der Ablauf zu einem Block Sensor in Ordnung 20. Die von dem integrierten Temperaturfühler gemessene Temperatur des Abgassensors entspricht dann innerhalb eines auf Basis der Abgasgeschwindigkeit w und der Abgastemperatur TAbg vorgegebenen Toleranzbereichs einer unabhängig von dem Signal des integrierten Temperaturfühlers modellierten Temperatur des Abgassensors und es kann von einer ordnungsgemäßen Funktion des integrierten Temperaturfühlers, einer korrekten Montage des Abgassensors und einem intakten Abgaskanal ausgegangen werden. 1 shows a process for monitoring the function of an exhaust gas sensor in an exhaust duct of an internal combustion engine in the form of a flow chart. The exhaust gas sensor is designed as a resistive particle sensor with an integrated temperature sensor. A start block 10 is followed by a first function block 11, in which an exhaust gas velocity w and an exhaust gas temperature T Abg are determined in the exhaust duct of the internal combustion engine. In a first query 12, it is checked whether the exhaust gas velocity w and the exhaust gas temperature T Abg are constant within a predetermined tolerance range. If this is not the case, the process jumps back to the first function block 11. If the exhaust gas velocity w and the exhaust gas temperature T Abg are sufficiently constant, a measured temperature of the exhaust gas sensor is determined in a second function block 13 using the integrated temperature sensor. In a subsequent third function block 14, a permissible upper limit for a modeled temperature is determined from the exhaust gas velocity w and the exhaust gas temperature T Abg on the basis of a stored characteristic map. In a subsequent second query 15, it is checked whether the temperature measured with the integrated temperature sensor of the exhaust gas sensor is above the upper limit for the modeled temperature determined in the third function block 14. If this is the case, a first block defect 16 is used to conclude that there is a defective integrated temperature sensor, an incorrectly mounted exhaust gas sensor, or a leaky exhaust gas duct. If the measured temperature does not exceed the specified upper limit for the modeled temperature, a fourth function block 17 again uses the parameters exhaust gas velocity w and exhaust gas temperature T Abg to determine a permissible lower limit for the modeled temperature on the basis of a second stored characteristic map. A third query 18 is used to check whether the temperature measured with the integrated temperature sensor of the exhaust gas sensor is below the lower limit for the modeled temperature determined in the fourth function block 17. If this is the case, a second block defect 19 is used to conclude that there is a defective integrated temperature sensor, an incorrectly mounted exhaust gas sensor, or a leaky exhaust gas duct. If the measured temperature is above the lower limit for the modeled temperature, the sequence goes to a block Sensor OK 20. The temperature of the exhaust gas sensor measured by the integrated temperature sensor then corresponds, within a tolerance range specified on the basis of the exhaust gas velocity w and the exhaust gas temperature T Abg, to a temperature of the exhaust gas sensor modeled independently of the signal of the integrated temperature sensor, and it can be assumed that the integrated temperature sensor is functioning properly, that the exhaust gas sensor is correctly installed, and that the exhaust gas duct is intact.

Der Ablauf ermöglicht die Überwachung der Funktion von Abgassensoren mit integrierten Temperaturfühlern im Abgaskanal von Brennkraftmaschinen sowie deren korrekte Montage. Weiterhin ermöglicht der Ablauf die Erkennung undichter Stellen in dem Abgaskanal. Dabei werden bei modernen Brennkraftmaschinen ohnehin vorgesehene Temperatursensoren beziehungsweise bekannte Kenngrößen wie die Abgasgeschwindigkeit w und die Abgastemperatur TAbg verwendet. Die Überprüfung in dem ersten Funktionsblock, ob die Abgasgeschwindigkeit w und die Abgastemperatur TAbg ausreichend konstant sind, gewährleistet, dass die durch die Obergrenze und die Untergrenze definierte Toleranz der modellierten Temperatur für eine Überwachung des Abgassensors ausreichend gering ist.The process enables the function of exhaust gas sensors with integrated temperature sensors in the exhaust duct of internal combustion engines to be monitored, as well as their correct installation. The process also enables leaks in the exhaust duct to be detected. In modern internal combustion engines, temperature sensors or known parameters such as the exhaust gas velocity w and the exhaust gas temperature T Abg are used. The check in the first function block as to whether the exhaust gas velocity w and the exhaust gas temperature T Abg are sufficiently constant ensures that the tolerance of the modeled temperature defined by the upper limit and the lower limit is sufficiently low for monitoring the exhaust gas sensor.

Claims (5)

Verfahren zur Überwachung eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor mit einem Sensorelement zumindest einen Bestandteil des Abgases und mit einem integrierten Temperaturfühler eine gemessene Temperatur des Abgassensors bestimmt, wobei über ein Rechenprogramm oder über zumindest ein Kennfeld eine modellierte Temperatur des Abgassensors bestimmt wird, wobei die mit dem integrierten Temperaturfühler gemessene Temperatur mit der modellierten Temperatur verglichen wird und wobei bei einer Abweichung der gemessenen Temperatur von der modellierten Temperatur über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen defekten integrierten Temperaturfühler oder auf einen fehlerhaft montierten Abgassensor oder auf undichte Stellen in dem Abgaskanal geschlossen wird, wobei der vorgegebene Toleranzbereich durch eine zulässige Obergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem ersten Kennfeld bestimmt wird, und eine zulässige Untergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem zweiten Kennfeld bestimmt wird, begrenzt wird.Method for monitoring an exhaust gas sensor in an exhaust duct of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas sensor uses a sensor element to determine at least one component of the exhaust gas and an integrated temperature sensor to determine a measured temperature of the exhaust gas sensor, wherein a modeled temperature of the exhaust gas sensor is determined via a computer program or via at least one characteristic map, wherein the temperature measured with the integrated temperature sensor is compared with the modeled temperature and wherein, if the measured temperature deviates from the modeled temperature beyond a predetermined tolerance range, it is concluded that there is a defective integrated temperature sensor or an incorrectly mounted exhaust gas sensor or that there are leaks in the exhaust duct, wherein the predetermined tolerance range is limited by a permissible upper limit of the modeled temperature, which is determined from a first characteristic map, and a permissible lower limit of the modeled temperature, which is determined from a second characteristic map. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modellierte Temperatur des Abgassensors aus einer von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmten Abgastemperatur oder aus einer von einem in dem Abgaskanal angeordneten Temperaturfühler bestimmten Rohrwandtemperatur des Abgaskanals oder aus einer für den Bereich des Abgassensors modellierten Abgastemperatur oder aus einer für den Bereich des Abgassensors modellierten Rohrwandtemperatur des Abgaskanals oder aus einer Abgasgeschwindigkeit oder aus einem Abgasmassenstrom jeweils für sich betrachtet oder in Kombination zumindest zweier der Kenngrößen bestimmt wird.procedure according to claim 1 , characterized in that the modelled temperature of the exhaust gas sensor is determined from an exhaust gas temperature determined by a temperature sensor arranged in the exhaust gas duct or from a pipe wall temperature of the exhaust gas sensor determined by a temperature sensor arranged in the exhaust gas duct. exhaust duct or from an exhaust gas temperature modelled for the area of the exhaust gas sensor or from a pipe wall temperature of the exhaust duct modelled for the area of the exhaust gas sensor or from an exhaust gas velocity or from an exhaust gas mass flow, each considered individually or in combination of at least two of the parameters. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich der modellierten Temperatur mit der gemessenen Temperatur während eines in vorgegebenen Grenzen stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erfolgt.procedure according to claim 1 or 2 , characterized in that a comparison of the modelled temperature with the measured temperature is carried out during a stationary operating state of the internal combustion engine within predetermined limits. Vorrichtung zur Überwachung eines Abgassensors in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor ein Sensorelement zur Bestimmung von zumindest einem Bestandteil des Abgases und einen integrierten Temperaturfühler zur Bestimmung einer gemessenen Temperatur des Abgassensors aufweist, mit einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Steuereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine und zur Auswertung des Abgassensors, wobei der Steuereinheit weitere Signale von zumindest einem in dem Abgaskanal vorgesehenen Temperatursensor zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen Programmablauf zur Berechung oder zumindest ein Kennfeld zur Bestimmung einer modellierten Temperatur des Abgassensors aufweist und dass die Steuereinheit einen weiteren Programmablauf zum Vergleich der modellierten Temperatur mit der gemessenen Temperatur des Abgassensors und zur Diagnose eines defekten integrierten Temperaturfühlers oder eines fehlerhaft montierten Abgassensors oder undichter Stellen im Abgaskanal bei Abweichungen der gemessene Temperatur von der modellierten Temperatur über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus aufweist, wobei der vorgegebene Toleranzbereich durch eine zulässige Obergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem ersten Kennfeld bestimmt wird, und eine zulässige Untergrenze der modellierten Temperatur, welche aus einem zweiten Kennfeld bestimmt wird, begrenzt wird.Device for monitoring an exhaust gas sensor in an exhaust duct of an internal combustion engine, the exhaust gas sensor having a sensor element for determining at least one component of the exhaust gas and an integrated temperature sensor for determining a measured temperature of the exhaust gas sensor, with a control unit assigned to the internal combustion engine for controlling the internal combustion engine and for evaluating the exhaust gas sensor, the control unit being supplied with further signals from at least one temperature sensor provided in the exhaust duct, characterized in that the control unit has a program sequence for calculating or at least one characteristic map for determining a modeled temperature of the exhaust gas sensor and that the control unit has a further program sequence for comparing the modeled temperature with the measured temperature of the exhaust gas sensor and for diagnosing a defective integrated temperature sensor or an incorrectly mounted exhaust gas sensor or leaks in the exhaust duct in the event of deviations of the measured temperature from the modeled temperature beyond a predetermined tolerance range, the predetermined tolerance range being defined by a permissible upper limit of the modeled temperature, which is determined from a first characteristic map, and a permissible lower limit of the modeled temperature, which is determined from a second characteristic map. is limited. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und der Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Überwachung eines resistiven oder kapazitiven Partikelsensors.Application of the procedure according to one of the Claims 1 until 3 and the device according to claim 4 for monitoring a resistive or capacitive particle sensor.
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