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DE10300939A1 - Method and device for monitoring the NOx signal of a NOx sensor - Google Patents

Method and device for monitoring the NOx signal of a NOx sensor Download PDF

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DE10300939A1
DE10300939A1 DE10300939A DE10300939A DE10300939A1 DE 10300939 A1 DE10300939 A1 DE 10300939A1 DE 10300939 A DE10300939 A DE 10300939A DE 10300939 A DE10300939 A DE 10300939A DE 10300939 A1 DE10300939 A1 DE 10300939A1
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DE
Germany
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nox
signal
plausibility
sensor
value
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10300939A
Other languages
German (de)
Inventor
Hermann Dr.-Ing. Hahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Priority to EP03029151.2A priority patent/EP1434049B1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung zur Bestimmung der NOx-Konzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine (1) mittels eines in der Abgasanlage (2) der Brennkraftmaschine (1) angeordneten NOx-Sensors (8, 8', 9, 10, 20) ist vorgesehen, dass ein NOx-Signal des NOx-Sensors (8, 8', 9, 10, 20) überwacht und in Abhängigkeit von Betriebsparametern auf Plausibilität untersucht wird.The method and the device for determining the NOx concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine (1) by means of a NOx sensor (8, 8 ', 9, 10, 20) arranged in the exhaust system (2) of the internal combustion engine (1) that a NOx signal from the NOx sensor (8, 8 ', 9, 10, 20) is monitored and checked for plausibility depending on the operating parameters.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a Method and device according to the preambles of the independent claims.

Bei Kraftfahrzeugen mit modernen Verbrennungsmotoren, die im Mager- und Schichtladebetrieb einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweisen, ist zur Erfüllung der gesetzlichen Abgasvorschriften eine zusätzliche Nachbehandlung der Abgase zur Reduzierung von Stickoxid-Emissionen notwendig. Bevorzugt werden zur Lösung dieses Problems NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt, zu deren Überwachung NOx-Sensoren verwendet werden. Um eine hohe Emissionsstabilität des Motors zu erreichen, ist eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Messung der NOx-Konzentration im Abgas, insbesondere für eine präzise Regelung des Magerbetriebs und des Speicherzyklus des NOx-Katalysators erforderlich. Aus der EP 0892265 A1 ist in diesem Zusammenhang bereits ein Gas-Sensor für die Messung von Gasoxiden bekannt, bei dem Abgas zur Messung in ein Doppel-Messkammersystem geführt wird. Die Messkammern weisen für die Messung Nernst-Zellen auf. Während in der ersten Messkammer Sauerstoffmoleküle dem Gasgemisch entzogen werden, wird in der zweiten Messkammer das zu messende Gasoxid, beispielsweise Stickoxid, in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt. Eine an die erste Kammer angelegte Pumpzellenspannung wird auf einen konstanten Wert geregelt, der einer konstanten Sauerstoffkonzentration in dieser Kammer entspricht.In motor vehicles with modern internal combustion engines, which have a lower fuel consumption in lean and stratified charge operation, an additional aftertreatment of the exhaust gases to reduce nitrogen oxide emissions is necessary in order to meet the legal exhaust gas regulations. To solve this problem, NOx storage catalysts are preferably used, and NOx sensors are used to monitor them. In order to achieve a high emission stability of the engine, the highest possible accuracy is required when measuring the NOx concentration in the exhaust gas, in particular for precise control of the lean operation and the storage cycle of the NOx catalytic converter. From the EP 0892265 A1 In this context, a gas sensor for measuring gas oxides is already known, in which exhaust gas is guided into a double measuring chamber system for measurement. The measuring chambers have Nernst cells for the measurement. While oxygen molecules are extracted from the gas mixture in the first measuring chamber, the gas oxide to be measured, for example nitrogen oxide, is broken down into nitrogen and oxygen in the second measuring chamber. A pump cell voltage applied to the first chamber is regulated to a constant value which corresponds to a constant oxygen concentration in this chamber.

Idealerweise zeigt das Ausgangssignal eines NOx-Sensors exakt die tatsächliche NOx-Konzentration des Abgases an. Insbesondere sollte ein NOx-Sensor unter Bedingungen ohne NOx-Emission ein NOx-Signal = 0 liefern. Dies ist beispielsweise von Bedeutung für die Regelung des Speicherzyklus und für die Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators mit hoher Einspeicherfähigkeit im Magerbetrieb, bei dem stromab des Speicherkatalysators bei nichtgeschädigtem Speicherkatalysator keine NOx-Emissionen auftreten. Hierzu ist es bekannt, die Ausgangssignale eines NOx-Sensors zu korrigieren. So aus der DE 19819462 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem die Ausgangssignale eines NOx-Sensors mit Hilfe von in Kennfeldern abgelegten Korrekturwerten korrigiert werden. Die Kennfelder sind insbesondere von der Sauerstoffkonzentration und deren Änderungsrate im Abgas sowie von der Temperatur des Sensors sowie des Abgases abhängig. Der Meßwert der NOx-Konzentration wird hierbei mit einem mulitplikativen Korrekturwert und einem additiven Korrekturwert korrigiert.Ideally, the output signal of a NOx sensor shows exactly the actual NOx concentration of the exhaust gas. In particular, a NOx sensor should deliver a NOx signal = 0 under conditions without NOx emission. This is important, for example, for regulating the storage cycle and for diagnosing a NOx storage catalytic converter with high storage capacity during lean operation, in which no NOx emissions occur downstream of the storage catalytic converter if the storage catalytic converter is not damaged. To this end, it is known to correct the output signals of a NOx sensor. So from the DE 19819462 A1 a method is known in which the output signals of a NOx sensor are corrected with the aid of correction values stored in characteristic maps. The maps are dependent in particular on the oxygen concentration and its rate of change in the exhaust gas and on the temperature of the sensor and the exhaust gas. The measured value of the NOx concentration is corrected here with a multiplicative correction value and an additive correction value.

Eine weitere Möglichkeit der genaueren Bestimmung einer NOx-Konzentration ist in der Offenlegungsschrift DE 199 46 628 beschrieben. Unter definierten Betriebsbedingungen wird für einen vorgebbaren Zeitpunkt das NOx-Signal eines Sensors erfasst und mit einem vorgebbaren Sollverlauf verglichen. Aus der Abweichung des Verlaufs wird eine Kontrollgröße ermittelt und mit einem Schwellwert verglichen und ein Hinweis auf die Funktionsfähigkeit eines NOx-Speicherkatalysators abgeleitet. Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 44 41 432 bekannt, das Verhalten von Katalysator und Lambdasonde zu untersuchen, indem eine gezielte Variation der Schadstoffkonzentration vorgenommen wird und das korrespondierende Signal einer dem Katalysator nachgeschaltete Abgassonde bewertet wird.Another possibility for the more precise determination of a NOx concentration is in the published patent application DE 199 46 628 described. Under defined operating conditions, the NOx signal of a sensor is recorded for a predeterminable time and compared with a predefinable target curve. A control variable is determined from the deviation in the course and compared with a threshold value, and an indication of the functionality of a NOx storage catalytic converter is derived. Furthermore, from the published application DE 44 41 432 It is known to investigate the behavior of the catalytic converter and the lambda probe by making a targeted variation of the pollutant concentration and evaluating the corresponding signal of an exhaust gas probe connected downstream of the catalytic converter.

In der Offenlegungsschrift DE 199 26 139 wird eine Kalibrierung einer Ausgangskennlinie eines NOx-Sensors vorgeschlagen. Es wird ein Kalibrierungspunkt mit einer im wesentlichen bekannten NOx-Konzentration ermittelt, der dem Minimum des NOx-Wertes nach einer Regeneration des Speicherkatalysators entspricht. Alternativ kann ein Wert aus einem Kennfeld als Referenz ausgelesen werden.In the published application DE 199 26 139 calibration of an output characteristic curve of a NOx sensor is proposed. A calibration point with an essentially known NOx concentration is determined, which corresponds to the minimum of the NOx value after regeneration of the storage catalytic converter. Alternatively, a value can be read from a map as a reference.

Auch in der gattungsbildenden Offenlegungsschrift DE 199 11 664 wird eine Kalibrierung der Kennliniensteigung sowie des sogenannten Offset-Wertes einer Ausgangskennlinie eines NOx-Sensors vorgeschlagen. Hierzu wird ein Kalibrierungspunkt ermittelt, an dem von einer bekannten NOx-Konzentration im Abgas, vorzugsweise zwischen 0 und 5 ppm, ausgegangen werden kann, wie etwa in einer Schubabschaltphase der Brennkraftmaschine oder im Leerlauf nach der Regenerierung eines NOx-Speicherkatalysators. Bei der Bestimmung der Kennliniensteigung ist eine On-Bord-Diagnose in einem Fahrzeug mit hinreichender Genauigkeit jedoch schwierig.Also in the generic disclosure DE 199 11 664 calibration of the characteristic slope and the so-called offset value of an output characteristic of a NOx sensor is proposed. For this purpose, a calibration point is determined at which a known NOx concentration in the exhaust gas, preferably between 0 and 5 ppm, can be assumed, such as in a fuel cut-off phase of the internal combustion engine or in idle after regeneration of a NOx storage catalytic converter. However, on-board diagnosis in a vehicle with sufficient accuracy is difficult when determining the slope of the characteristic curve.

Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass Serienstreuungen im Ansprechverhalten des Sensors nur mit großem Aufwand korrigiert werden können. Ferner sind dynamische Abweichungen des NOx-Signals von dem exakten Messwert, die aus nichtstationären Fluktuationen des Sensor-Regelzustandes resultieren, nicht mit hinreichender Genauigkeit darstellbar. Erschwert wird die Analyse durch Querempfindlichkeiten der verwendeten Sensoren, die z.T. erhebliche Messfehler verursachen können.A disadvantage of the known stand The technology is that series spreads in the response behavior of the Sensors only with large Effort can be corrected. There are also dynamic deviations of the NOx signal from the exact one Measured value coming from non-stationary Fluctuations in the sensor control state result, but not with sufficient ones Accuracy can be represented. The analysis is complicated by cross-sensitivities of the sensors used, some of which cause significant measurement errors can.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, mit dem die Genauigkeit mit der die NOx-Konzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine ermittelt wird, erhöht werden kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.Object of the present invention is therefore the creation of a method by which accuracy with which the NOx concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine is determined, increased can be, as well as to provide an apparatus for performing the method.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.This object is achieved with the Characteristics of the independent Claim solved.

Gemäß der Erfindung wird ein Sensor-Signal des NOx-Sensors überwacht und in Abhängigkeit von Betriebsparametern auf Plausibilität untersucht.According to the invention, a sensor signal of the NOx sensor is monitored and checked for plausibility depending on the operating parameters.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung wird eine Aktivität des NOx-Sensorsignals bestimmt, ein die Größe der Aktivität charakterisierender Kennwert gebildet und in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Kennwert des NOx-Signals bewertet. Bei unplausiblem NOx-Signal wird bevorzugt ein korrigiertes Signal verwendet.In a particularly cheap Design becomes an activity of the NOx sensor signal determined a characterizing the size of the activity Characteristic value formed and dependent the characteristic value of the NOx signal is evaluated by operating parameters. With implausible NOx signal a corrected signal is preferably used.

Eine besonders einfache Möglichkeit zur Berücksichtigung von Sauerstoffkonzentrationsfluktutationen, welche das NOx-Signal beeinflussen können, besteht in der Verwendung von Lambdawertsignalen, die vom NOx-Sensor selbst zur Verfügung gestellt werden.A particularly easy option for consideration fluctuations in oxygen concentration, which the NOx signal can influence exists in the use of lambda value signals from the NOx sensor itself to disposal be put.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.The invention is explained below of an embodiment shown in the drawings, from which is also independent from the summary in the claims further features, details and advantages of the invention.

Es zeigen in schematischer Darstellung:In a schematic representation:

1 eine Brennkraftmaschine mit zugeordneter Abgasanlage, 1 an internal combustion engine with an associated exhaust system,

2 einen NOx-Sensor, 2 a NOx sensor,

3 das Ausgangssignal eines NOx-Sensors in Abhängigkeit der NOx-Konzentration mit Offset-Anteil und Gain. 3 the output signal of a NOx sensor depending on the NOx concentration with offset and gain.

1 zeigt zur Veranschaulichung verschiedener Einbaulagen von NOx-Sensoren in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein magerlauffähiger Ottomotor oder eine Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage 2 und einem Motorsteuergerät 3, vorzugsweise zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Anzahl von Zylinderbänken 4 auf (entsprechende Komponenten sind nur mit einem Bezugszeichen versehen), denen jeweils ein eigener Abgaspfad 5 nachgeschaltet ist. In der Abgasanlage 2 ist zur Konvertierung von schädlichen oder unerwünschten Komponenten des Abgases in andere Komponenten eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Vorkatalysator 6 und einem Hauptkatalysator 7 angeordnet. Der Vorkatalysator 6 ist als 3-Wege-Katalysator und der Hauptkatalysator 7 als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet. Stromabwärts der Zylinderbänke 4 sind in den Abgaspfaden 5 NOx-Sensoren 8 angeordnet, mit denen die NOx-Konzentration des durch die Abgasanlage 2 geführten Abgases der Brennkraftmaschine 1 gemessen werden kann. Stromaufwärts des Vorkatalysators 6 ist zudem ein weiterer NOx-Sensor 8' angeordnet. In einem Bereich der Abgasanlage 2 zwischen dem Vorkatalysator 6 und dem Hauptkatalysator 7, stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7, ist ein weiterer NOx-Sensor 9 angeordnet. Ein weiterer NOx-Sensor 10 ist stromabwärts des Hauptkatalysators 7 in der Abgasanlage 2 angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass bei einer Abgasreinigungsvorrichtung mit mehreren Teilen, Sensoren stromauf oder stromab der jeweiligen Teile angeordnet sein können. 1 shows an internal combustion engine in a schematic representation to illustrate different installation positions of NOx sensors 1 , for example a lean-running gasoline engine or a diesel internal combustion engine, with an exhaust system 2 and an engine control unit 3 , preferably for operating a motor vehicle. The internal combustion engine 1 has a number of cylinder banks 4 (corresponding components are only provided with a reference symbol), each of which has its own exhaust gas path 5 is connected downstream. In the exhaust system 2 is an exhaust gas cleaning device with a pre-catalyst for converting harmful or undesirable components of the exhaust gas into other components 6 and a main catalyst 7 arranged. The pre-catalyst 6 is as a 3-way catalyst and the main catalyst 7 designed as a NOx storage catalyst. Downstream of the cylinder banks 4 are in the exhaust gas paths 5 NOx sensors 8th arranged with which the NOx concentration of the exhaust system 2 led exhaust gas of the internal combustion engine 1 can be measured. Upstream of the pre-catalyst 6 is also another NOx sensor 8th' arranged. In an area of the exhaust system 2 between the pre-catalyst 6 and the main catalyst 7 , downstream of the pre-catalyst 6 and upstream of the main catalyst 7 , is another NOx sensor 9 arranged. Another NOx sensor 10 is downstream of the main catalytic converter 7 in the exhaust system 2 arranged. It goes without saying that in the case of an exhaust gas purification device having a plurality of parts, sensors can be arranged upstream or downstream of the respective parts.

Zusätzlich zu den erwähnten Sensoren sind stromaufwärts und stromabwärts des Vorkatalysators 6 und stromaufwärts des Hauptkatalysators 7 Lambda-Sonden 11 bzw. 12 sowie zur Ermittlung der Betriebstemperatur der Katalysatoreinrichtungen Temperatursensoren 13, 13' vorgesehen. Es versteht sich von selbst, dass alternativ oder zusätzlich weitere Temperatursensoren zur Messung der Betriebstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung oder von Teilen dieser vorgesehen sein können. Zur Abgasrückführung weist die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasrückführeinrichtung 14 mit einem steuerbaren Ventil 15 auf.In addition to the sensors mentioned are upstream and downstream of the pre-catalyst 6 and upstream of the main catalyst 7 Lambda probes 11 respectively. 12 and to determine the operating temperature of the catalytic converter temperature sensors 13 . 13 ' intended. It goes without saying that, alternatively or additionally, further temperature sensors can be provided for measuring the operating temperature of the exhaust gas cleaning device or parts thereof. The internal combustion engine has for exhaust gas recirculation 1 an exhaust gas recirculation device 14 with a controllable valve 15 on.

Das Motorsteuergerät 3 erfasst in an sich bekannter Weise über nicht dargestellte weitere Sensoren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1, wie beispielsweise Drosselklappenstellung, Abgasrückführungsrate, Zündzeitpunkt, Einspritzzeitpunkt von Vor- / Haupt- / Nacheinspritzungen, Einspritzdruck, Tumble-Klappenstellung, Ladedruck, Phasensteller der Nockenwelle, Drehzahl, Fahrpedalstellung, Last, Fahrgeschwindigkeit und dergleichen, und kann diese über (nicht dargestellte) Stellglieder gegebenenfalls beeinflussen, wobei zur Kommunikation zwischen dem Motorsteuergerät 3 und den Sensoren bzw. Stellgliedern ein Kabelsystem 14 oder dergleichen vorgesehen ist. Ferner umfasst das Motorsteuergerät 3 eine Lambda-Regeleinrichtung zur Regelung der Sauerstoffkonzentration im Abgas bzw. des Lambda-Werts. Das Motorsteuergerät 3 erhält von den NOx-Sensoren NOx-Signale mit denen die NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine 1 bzw. die NOx-Konzentration stromabwärts der Katalysatoreinrichtungen 6 und/oder 7 ermittelt werden können.The engine control unit 3 detects operating parameters of the internal combustion engine in a manner known per se via further sensors (not shown) 1 , such as throttle valve position, exhaust gas recirculation rate, ignition timing, injection timing of pre / main / post-injections, injection pressure, tumble flap position, boost pressure, phaser of the camshaft, speed, accelerator pedal position, load, driving speed and the like, and this via actuators (not shown) influence if necessary, whereby for communication between the engine control unit 3 and the sensors or actuators a cable system 14 or the like is provided. The engine control unit also includes 3 a lambda control device for controlling the oxygen concentration in the exhaust gas or the lambda value. The engine control unit 3 receives NOx signals from the NOx sensors with which the NOx raw emissions of the internal combustion engine 1 or the NOx concentration downstream of the catalyst devices 6 and or 7 can be determined.

Der NOx-Speicherkatalysator 7 wird üblicherweise in einem Speicherzyklus betrieben, der zumindest einen Adsorptionsmodus und einen Regenerationsmodus umfasst. Die adsorptive Speicherung erfolgt dabei bei einem Lambda-Wert >1, die Ausspeicherung zu einem späteren Zeitpunkt bei einem Lambda-Wert <1 oder =1.The NOx storage catalytic converter 7 is usually operated in a storage cycle which comprises at least one adsorption mode and one regeneration mode. The adsorptive storage takes place with a lambda value> 1, the storage at a later time with a lambda value <1 or = 1.

Der in 2 dargestellte NOx-Sensor 20 zur Messung der NOx-Konzentration im Abgas besteht aus einer Keramik 30 und ist als Doppelkammersensor mit einer ersten und zweiten Messkammer 22, 26 ausgebildet. Über eine Diffusionsbarriere 23 kann ein Teil des Abgases mit NOx-, O2- und weiteren Komponenten die erste Messkammer 22 erreichen. Die Messkammer 22 weist eine nach dem Nernst-Prinzip arbeitende Sauerstoff-Messpumpzelle 21 mit Pumpelektroden P1 auf. Mittels letzterer kann der Sauerstoffgehalt in der Messkammer 22 verändert werden. Über eine weitere Diffusionsbarriere 25 gelangt Abgas in die zweite Messkammer 26. Diese weist eine ebenfalls nach dem Nernst-Prinzip arbeitende NOx-Messpumpzelle 27 mit Pumpelektroden P2 auf. Die im Abgas enthaltenen Stickoxide werden durch ein spezielles Material der inneren P2-Elektroden katalytisch in die Komponenten N2 und O2 zerlegt. Zur Kalibrierung des Systems wird eine O2-Referenzzelle 24 mit Elektroden P3 verwendet.The in 2 NOx sensor shown 20 for measuring the NOx concentration in the exhaust gas consists of a ceramic 30 and is a double chamber sensor with a first and second measuring chamber 22 . 26 educated. Over a diffusion barrier 23 Part of the exhaust gas with NOx, O2 and other components can enter the first measuring chamber 22 to reach. The measuring chamber 22 has an oxygen measuring pump cell working according to the Nernst principle 21 with pump electrodes P1. By means of the latter, the oxygen content in the measuring chamber 22 to be changed. Another diffusion barrier 25 exhaust gas enters the second measuring chamber 26 , This one NOx measuring pump cell also working according to the Nernst principle 27 with pump electrodes P2. The nitrogen oxides contained in the exhaust gas are catalytically broken down into the components N2 and O2 by a special material of the inner P2 electrodes. An O2 reference cell is used to calibrate the system 24 used with electrodes P3.

An die Sauerstoff-Messpumpzelle 21 wird eine Pumpspannung UVS angelegt. Der Strom ICP wird so geregelt, dass ein konstanter, vorzugsweise stöchiometrischer Wert der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 22 resultiert. Aus dem Pumpstrom IP1 wird ein Breitband-Lambdawert UO2 berechnet. Die Spannung UVP entspricht einem Lambdasprungsignal. Über den Pumpzellenstrom IP2 der Messkammer 26 kann ein der NOx-Konzentration im Abgas entsprechendes Spannungssignal UNOX ermittelt werden.To the oxygen measuring pump cell 21 a pump voltage UVS is applied. The current ICP is regulated in such a way that a constant, preferably stoichiometric value of the oxygen concentration in the first measuring chamber 22 results. A broadband lambda value UO2 is calculated from the pump current IP1. The voltage UVP corresponds to a lambda jump signal. Via the pump cell current IP2 of the measuring chamber 26 a voltage signal UNOX corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas can be determined.

Um eine für eine NOx -Messung erforderliche Mindesttemperatur von z.B. 740 Grad zu gewährleisten, weist der NOx-Sensor 20 Heizelemente 28 auf, denen eine Heizspannung UH von einer nicht dargestellten Heizungseinrichtung zugeführt wird. ist. Eine zugeordnete, nicht dargestellte Temperatur-Messeinrichtung gibt ein Temperatursignal ab, aus dem die NOx-Sensortemperatur ermittelbar wird.In order to ensure a minimum temperature of, for example, 740 degrees, required for a NOx measurement, the NOx sensor 20 heating elements 28 to which a heating voltage UH is supplied by a heating device, not shown. is. An associated temperature measuring device, not shown, emits a temperature signal from which the NOx sensor temperature can be determined.

Die Einregelung der Sauerstoffmesspumpzelle 21 erfolgt typischerweise über kürzere Zeiten (<= 1 sec) als die der NOx-Messpumpzelle 27 (3–4 sec). Dabei hängt das NOx-Signal von vielen Einflussgrößen wie beispielsweise Temperaturschwankungen am Sensor, stationärer Gasdruck am Sensor, Sauerstoffkonzentration, NH3-Emission oder dergleichen ab. Der Effekt dieser Einflussgrößen kann in an sich bekannter Weise kompensiert werden, sobald es sich um stationäre Störungen handelt. Jedoch können die durch nicht stationäre Störungen oder Fluktuationen erzeugten Abweichungen des NOx-Signals vom exakten Messwert kurzzeitig größer sein als die durch stationäre Störungen bewirkten, da bei diesen dynamischen Vorgängen die Sauerstoffmesspumpzelle 21 und die NOx-Messpumpzelle 27 nicht ins Gleichgewicht eingeregelt sind. Nicht stationäre Fluktuationen des Sensor-Regelzustandes werden vor allem durch Fluktuationen in der Abgaszusammensetzung bewirkt. Weitere den Sensor-Regelzustand beeinflussende Größen sind vor allem die Abgasgeschwindigkeit in Sensornähe, die Sensortemperatur und die Abgastemperatur. Da der Sauerstoffzustrom ICP der Sauerstoffmesspumpzelle 21 als Integral des Potentialgefälles über die gesamte Zelle eingestellt wird, kann es im Falle dynamischer Änderungen der Abgaszusammensetzung, insbesondere bei Änderungen in der Sauerstoffkonzentration in der Zelle zu gegenüber dem Regel-Sollwert höheren oder niedrigeren Sauerstoffdurchlässen in die NOx-Messpumpzelle 27 kommen.The regulation of the oxygen measuring pump cell 21 typically takes place over shorter times (<= 1 sec) than that of the NOx measuring pump cell 27 (3-4 sec). The NOx signal depends on many influencing factors such as temperature fluctuations on the sensor, stationary gas pressure on the sensor, oxygen concentration, NH3 emission or the like. The effect of these influencing variables can be compensated for in a manner known per se as soon as stationary disturbances are involved. However, the deviations of the NOx signal from the exact measured value caused by non-stationary disturbances or fluctuations can briefly be larger than those caused by stationary disturbances, since the oxygen measuring pump cell occurs during these dynamic processes 21 and the NOx measuring pump cell 27 are not balanced. Non-stationary fluctuations in the sensor control state are mainly caused by fluctuations in the exhaust gas composition. Other variables influencing the sensor control state are above all the exhaust gas velocity near the sensor, the sensor temperature and the exhaust gas temperature. Because the oxygen inflow ICP of the oxygen measuring pump cell 21 is set as an integral of the potential gradient across the entire cell, in the event of dynamic changes in the exhaust gas composition, in particular in the case of changes in the oxygen concentration in the cell, oxygen passages which are higher or lower than the control target value can enter the NOx measuring pump cell 27 come.

Das NOx-Signal bekannter NOx-Sensoren weist einen Offset-Anteil und einen weiteren Anteil auf, der sich, unter Vernachlässigung sonstiger Quereinflüsse in Abhängigkeit einer NOx-Konzentration ergibt, wie in 3 dargestellt ist. Der Offset-Anteil OS entspricht dem Achsenabschnitt des Ausgangssignals Sout, welches dem Spannungssignal UNOX entspricht. Die Steigung des Ausgangssignals über der NOx-Konzentration im Punkt K, im folgenden als Gain bezeichnet, welches im interessierenden Bereich im wesentlichen linear verläuft, spiegelt die Aktivität des NOx-Sensors, d. h. die Änderung des NOx-Sensorsignals bei einer Änderung der NOx-Konzentration im Abgas, wieder. In einem linearen Bereich lässt sich aus der Aktivität der Gain des NOx-Sensors ermitteln.The NOx signal of known NOx sensors has an offset component and a further component, which results from the neglect of other cross influences depending on a NOx concentration, as in 3 is shown. The offset component OS corresponds to the intercept of the output signal S out , which corresponds to the voltage signal UNOX. The slope of the output signal above the NOx concentration at point K, hereinafter referred to as gain, which is essentially linear in the region of interest, reflects the activity of the NOx sensor, ie the change in the NOx sensor signal when the NOx concentration changes in the exhaust, again. The activity of the gain of the NOx sensor can be determined in a linear range.

Bei Alterung des NOx-Sensors oder im Falle eines Defektes können sich Änderungen in der dargestellten Charakteristik ergeben, die zu einem deutlich von der Realität abweichenden NOx-Signal führen. Weiterhin wird die Charakteristik durch Querempfindlichkeiten des NOx-Sensors beeinflusst. So sind z.B. bei einer On-Bord-Diagnose Einflüsse, die die Zusammensetzung des Abgases betreffen, unvermeidlich, insbesondere beim Auftreten von NH3, welches bei fetten Gemischzuständen in den Katalysatoren 6, 7 entstehen kann und im Sensor 20 dann zu NOx umgesetzt und detektiert wird. Ebenso treten dynamische Änderungen der Sauerstoffkonzentration auf, die eine vorübergehend instationäre Pumpleistung der Sauerstoff-Messpumpzelle 21 bewirken. Diese führen zu einer Veränderung des Sollwertes von Sauerstoff, der in die NOx-Messkammer 26 gelangt und der dort fälschlicherweise als NOx detektiert wird.With aging of the NOx sensor or in the event of a defect, changes in the characteristics shown can result, which lead to a NOx signal that differs significantly from reality. Furthermore, the characteristic is influenced by cross-sensitivities of the NOx sensor. For example, in the case of on-board diagnosis, influences which relate to the composition of the exhaust gas are unavoidable, in particular when NH 3 occurs , which occurs in the catalytic converters when the mixture is rich 6 . 7 can arise and in the sensor 20 then converted to NOx and detected. There are also dynamic changes in the oxygen concentration, resulting in a temporarily unsteady pumping capacity of the oxygen measuring pump cell 21 cause. These lead to a change in the setpoint of oxygen entering the NOx measuring chamber 26 arrives and is incorrectly detected there as NOx.

Erfindungsgemäß wird das NOx-Signal von zumindest einem der NOx-Sensoren 8, 8', 9, 10, 20 überwacht und auf Plausibilität untersucht. Hierzu weist das Motorsteuergerät 3 eine Steuereinheit 3a auf, welches die NOx-Signale in Abhängigkeit von Betriebsparametern bewertet. Vorzugsweise wird eine Aktivität des NOx-Sensorsignals bestimmt und ein die Größe der Aktivität charakterisierender Kennwert gebildet. In Abhängigkeit von Betriebsparametern wird der Kennwert des NOx-Signals bewertet, und bei unplausiblem Kennwert wird ein Fehlersignal erzeugt. Günstig ist, zumindest den NOx-Sensor 10 stromab des Hauptkatalysators 7 zur Plausibilitätsbetrachtung heranzuziehen.According to the invention, the NOx signal is generated by at least one of the NOx sensors 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 monitored and checked for plausibility. For this purpose, the engine control unit 3 a control unit 3a which evaluates the NOx signals depending on operating parameters. An activity of the NOx sensor signal is preferably determined and a characteristic value characterizing the size of the activity is formed. Depending on the operating parameters, the characteristic value of the NOx signal is evaluated, and an error signal is generated if the characteristic value is implausible. It is cheap, at least the NOx sensor 10 downstream of the main catalytic converter 7 to be used for the plausibility check.

Die Untersuchung der Plausibilität erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Grössen, die Einflüsse auf das NOx-Signal beschreiben, wie etwa Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 1. Eine weitere Einflussgrösse, die das Messsignal beeinflusst, ist eine Menge NOx am Einbauort des NOx-Sensors 8, 8', 9, 10, 20, beispielsweise in Abhängigkeit eines an anderer Stelle ermittelten Katalysatorzustandswerts.The plausibility is preferably examined as a function of variables that describe influences on the NOx signal, such as operating points of the internal combustion engine 1 , Another influencing variable that influences the measurement signal is a quantity of NOx at the installation location of the NOx sensor 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 , for example depending on a catalyst state value determined elsewhere.

Die Aktivität des NOx-Signals kann z.B. durch an sich bekannte statistische mathematische Verfahren ausgewertet werden, bei denen ein Kennwert für die Aktivität des NOx-Signals bestimmt wird. Bevorzugt sind solche statistischen mathematischen Verfahren, den denen das NOx-Signal einer Filterung unterzogen wird, um ein Signal mit reduzierten Fluktuationen zu gewinnen. Vorzugsweise wird eine Tiefpassfilterung verwendet, die höher frequente Fluktuationen im NOx-Signal beseitigt. Insbesondere kann ein gleitender Mittelwert gebildet werden, bei dem die Werte des Signals mit reduzierten Fluktuationen nach folgender Rechenvorschrift iterativ bestimmt werden: aktueller ausgegebener Wert = vorheriger ausgegebener Wert + (aktueller NOx-Signalwert – vorheriger ausgegebener Wert) *F, F = Filterfaktor. Bei einem Filterfaktor F nahe 1 wird der jeweilige aktuelle NOx-Signalwert kaum gefiltert. Bei stärkeren Fluktuationen wird ein kleinerer Filterfaktor gewählt, der eine stärkere Glättung des NOx-Signals bewirkt. Bei den für die Bildung des Mittelwertes verwendeten NOx-Signalwerten kann es sich um NOx-Signalwerte eines vorgegebenen Zeitintervalls der um NOx-Signalwerte, der die gleichen oder ähnlichen Betriebsparameterwerten zugeordnet sind, handeln. Der Kennwert für die Aktivität des NOx-Signals ergibt sich dann aus dem Mittelwert. Reagiert das NOx-Signal kaum, d.h. ist der Gain gering, entspricht dem ein niedriger Aktivitätswert. Ist der Gain stark vergrößert, entspricht dem ein hoher Aktivitätswert. Ergeben die Einflussfaktoren jedoch, dass die Aktivität des NOx-Signals gering sein sollte, wird ein vergrößerter Gain als Fehler erkannt. Der Aktivitätswert kann daher zur Plausibilisierung des NOx-Signals und damit zu seiner Diagnose herangezogen werden.The activity of the NOx signal can be evaluated, for example, by statistical mathematical methods known per se, in which a characteristic value for the activity of the NOx signal is determined. Preference is given to statistical mathematical methods such as those used for filtering the NOx signal is subjected to obtain a signal with reduced fluctuations. Low-pass filtering, which eliminates higher-frequency fluctuations in the NOx signal, is preferably used. In particular, a moving average value can be formed, in which the values of the signal with reduced fluctuations are determined iteratively according to the following calculation rule: current output value = previous output value + (current NOx signal value - previous output value) * F, F = filter factor. With a filter factor F close to 1, the respective current NOx signal value is hardly filtered. In the case of stronger fluctuations, a smaller filter factor is selected, which effects a stronger smoothing of the NOx signal. The NOx signal values used for forming the mean value can be NOx signal values of a predetermined time interval or the NOx signal values to which the same or similar operating parameter values are assigned. The characteristic value for the activity of the NOx signal then results from the mean value. If the NOx signal hardly reacts, ie if the gain is low, this corresponds to a low activity value. If the gain is greatly increased, this corresponds to a high activity value. However, if the influencing factors indicate that the activity of the NOx signal should be low, an increased gain is recognized as an error. The activity value can therefore be used to check the plausibility of the NOx signal and thus to diagnose it.

Vorzugsweise wird zur Überwachung der Aktivität des NOx-Signals ein Modell verwendet, welches ein erwartetes Verhalten von Brennkraftmaschine und Abgassystem und damit ein entsprechendes Verhalten des NOx-Signals beinhaltet.Preferably used for monitoring of activity of the NOx signal uses a model that shows expected behavior of internal combustion engine and exhaust system and thus a corresponding behavior of the NOx signal.

Die jeweiligen Werte der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 und/oder des Fahrzeugs, welches von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird, lassen jeweils eine bestimmte Änderung der Abgaszusammensetzung und Abgasmenge erwarten, die ein entsprechendes NOx-Signal ergeben sollten. Bevorzugt erfolgt die Plausibilitätsbetrachtung bei Betriebszuständen mit verstärkt auftretenden dynamischen Sauerstoffkonzentrationsfluktuationen und/oder bei Betriebszuständen mit einer erhöhten Ammoniakkonzentration im Abgas und/oder in Abhängigkeit von einem NOx-Katalysatorzustandswert. Zur Erfassung der Sauerstoffkonzentrationsfluktuationen kann ein Lambdawertsignal, vorzugsweise ein Zweipunkt- und/oder ein Breitbandlambdasignal des NOx-Sensors 8, 8', 9, 10, 20 verwendet werden.The respective values of the operating parameters of the internal combustion engine 1 and / or the vehicle, which is from the internal combustion engine 1 is driven, a certain change in the exhaust gas composition and amount of exhaust gas can be expected, which should result in a corresponding NOx signal. The plausibility assessment is preferably carried out in the case of operating conditions with increasing dynamic fluctuations in oxygen concentration and / or in the case of operating conditions with an increased ammonia concentration in the exhaust gas and / or as a function of a NOx catalyst status value. A lambda value signal, preferably a two-point and / or a broadband lambda signal of the NOx sensor, can be used to record the fluctuations in oxygen concentration 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 be used.

Durch dynamische Sauerstoffkonzentrationsfluktuationen, Betriebszustände mit einer erhöhten Ammoniakkonzentration im Abgas und/oder einem verschlechterten NOx-Katalysatorzustand sind erhöhte Werte des NOx-Signals zu erwarten. Werden diese von Steuereinheit 3a registriert, so wird das NOx-Signal als plausibel bewertet. Wird unter den genannten Bedingungen kein erhöhter Wert des NOx-Signals registriert, so wird das NOx-Signal als unplausibel bewertet. Nach der Registrierung von derartigen unplausiblen Werten des NOx-Signals kann für ein vorgegebenes Zeitintervall das betreffende NOx-Signal für die Motorsteuerung außer Betracht gelassen werden und/oder durch ein korrigiertes Signal ersetzt werden.Dynamic values of the oxygen concentration fluctuations, operating states with an increased ammonia concentration in the exhaust gas and / or a deteriorated NOx catalyst state are expected to increase the values of the NOx signal. Are these from control unit 3a registered, the NOx signal is assessed as plausible. If no increased value of the NOx signal is registered under the conditions mentioned, the NOx signal is assessed as implausible. After the registration of such implausible values of the NOx signal, the NOx signal in question can be disregarded for the engine control for a predetermined time interval and / or replaced by a corrected signal.

Ein fehlerhafter NOx-Sensor 8, 8', 9, 10, 20 kann leicht erkannt werden, wenn, bei mehreren vorhandenen NOx-Sensoren 8, 8', 9, 10, 20, das Verhalten der einzelnen Sensoren 8, 8', 9, 10, 20 untereinander verglichen wird. Verhalten sich alle gleich unplausibel, so kann dies zur Beurteilung eines möglichen Fehlerzustands eines der Katalysatoren 6, 7 herangezogen werden.A faulty NOx sensor 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 can be easily recognized if, with several existing NOx sensors 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 , the behavior of the individual sensors 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 is compared with each other. If everyone behaves the same implausibly, this can be used to assess a possible fault condition of one of the catalysts 6 . 7 be used.

Wird ein zu großer oder zu geringer Gain gemessen, und ist dieser Wert unplausibel, kann statt dem gemessenen unplausiblen NOx-Signal ein Wert vorgegeben werden, der um einen gewünschten Faktor verkleinert bzw. vergrößert ist. Besonders zweckmäßig ist, das NOx-Signal in Abhängigkeit von dem Katalysatorzustandswert zu korrigieren. Ebenso kann ein Fehlersignal erzeugt und im Motorsteuergerät 3 verarbeitet werden. Zweckmäßigerweise können bei mehrmaligem hintereinander folgenden Auftreten eines unplausiblen NOx-Signals im Motorsteuergerät 3 Informationen hinterlegt werden, dass der NOx-Sensor 8, 8', 9, 10, 20 und/oder die Katalysatoren 6, 7 auf ihre Funktion überprüft werden sollten.If a gain that is too high or too low is measured and this value is implausible, a value that is reduced or increased by a desired factor can be specified instead of the implausible NOx signal measured. It is particularly expedient to correct the NOx signal as a function of the catalyst state value. An error signal can also be generated and in the engine control unit 3 are processed. Expediently, if an implausible NOx signal occurs in the engine control unit several times in succession 3 Information is deposited that the NOx sensor 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 and / or the catalysts 6 . 7 should be checked for their function.

Claims (12)

erfahren zur Überwachung eines NOx-Signals eines in der Abgasanlage (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten NOx Sensors (8, 8', 9, 10, 20), dadurch gekennzeichnet, dass das NOx-Signal des NOx-Sensors (8, 8', 9, 10, 20) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) auf Plausibilität untersucht wird.experienced to monitor a NOx signal in the exhaust system ( 2 ) an internal combustion engine ( 1 ) arranged NOx sensor ( 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 ), characterized in that the NOx signal of the NOx sensor ( 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 ) depending on the operating parameters of the internal combustion engine ( 1 ) is checked for plausibility. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Untersuchung der Plausibilität – eine Aktivität des NOx-Signals bestimmt wird; – ein die Größe der Aktivität ein charakterisierender Kennwert gebildet wird und – in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Kennwert des NOx-Signals bewertet wird.A method according to claim 1, characterized in that to investigate the plausibility - an activity of the NOx signal is determined; - on the size of the activity is a characteristic parameter is formed and - in dependence the characteristic value of the NOx signal is evaluated by operating parameters. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilität bei Betriebszuständen mit auftretenden dynamischen Sauerstoffkonzentrationsfluktutationen untersucht wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the plausibility in operating conditions with dynamic fluctuations in oxygen concentration occurring is examined. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilität bei Betriebszuständen mit einer Ammoniakkonzentration im Abgas untersucht wird.Method according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the plausibility in operating states with an ammonia concentration in the exhaust gas is examined. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilität in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustandswert untersucht wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the plausibility is dependent on a Ka Analyzer state value is examined. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert der Aktivität mit statistischen mathematischen Verfahren gewonnen wird.Method according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that the characteristic value of the activity with statistical mathematical method is obtained. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei unplausiblem NOx-Signal ein korrigiertes NOx-Signal gebildet wird.Method according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that a corrected NOx signal is formed in the case of an implausible NOx signal. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei unplausiblem NOx-Signal ein Fehlersignal erzeugt wird.Method according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that an implausible NOx signal generates an error signal becomes. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Sauerstoffkonzentrationsfluktuationen ein Lambdawertsignal, vorzugsweise ein Zweipunkt- und/oder ein Breitbandlambdasignal des NOx-Sensors (8, 8', 9, 10, 20) verwendet wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a lambda value signal, preferably a two-point and / or a broadband lambda signal of the NOx sensor (for detecting fluctuations in oxygen concentration, 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 ) is used. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Untersuchung der Plausibilität eines NOx-Signals des NOx-Sensors (8, 8', 9, 10, 20) vorgesehen sind.Device for carrying out the method according to at least one of the preceding claims, characterized in that means for examining the plausibility of a NOx signal of the NOx sensor ( 8th . 8th' . 9 . 10 . 20 ) are provided. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (3a) zur Bewertung der NOx-Signale in Abhängigkeit von Betriebsparametern vorgesehen ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that a control unit ( 3a ) is provided for evaluating the NOx signals as a function of operating parameters. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein NOx-Sensor (10) stromab eines Hauptkatalysators (7) zur Untersuchung der Plausibilität vorgesehen ist.Device according to claim 10 or 11, characterized in that at least one NOx sensor ( 10 ) downstream of a main catalytic converter ( 7 ) is intended to investigate the plausibility.
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