10 OBD-System bei Ottomotoren

Claudia Wild: Vogel-Verlag: Rokosch/20.6.2006/Seite 171
10
OBD-System bei Ottomotoren
10.1 Grundaufbau eines OBD-Systems
Die Technik der OBD-Systeme basiert grundsätzlich auf den bekannten technischen
Funktionen und Bauteilen moderner Saugrohreinspritzsysteme. Die Systeme sind zur
Erfüllung der gesetzlichen Forderungen um eine Reihe spezifischer Sensoren und
Bauteile erweitert. Den prinzipiellen Aufbau eines OBD-Systems zeigt Bild 10.1. Die
zusätzlichen Bauteile der OBD sind in der Abbildung durch Buchstaben gekennzeichnet. Nicht jedes OBD-System muss über alle dargestellten Sensoren verfügen.
Das OBD-Steuergerät führt eine permanente Selbstüberwachung der Systeme
durch. Defekte Bauteile der Steuerelektronik oder Softwarefehler werden erkannt
und im Fehlerspeicher hinterlegt. Dazu werden ständig die Signale der Sensoren, die
Steuerbefehle und die Reaktionen des Systems auf Plausibilität überprüft und mit
gespeicherten Sollwerten verglichen. Nach bestimmten vorgegebenen Prüfroutinen
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Kraftstoffpumpe
Kraftstofffilter
Aktivkohlebehälter
Sekundärluftpumpe
Sekundärluftventil
Zündspule/Direktzündsystem
Einspritzventil
Kraftstoffdruckregler
Tankentlüftungsventil
Drosselklappenpotentiometer
Heißfilm-Luftmassenmesser
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Bild 10.1
Grundaufbau eines OBD-Systems
A MIL-Lampe (Fehlerlampe)
B OBD-Schnittstelle
(Diagnoseschnittstelle)
C Beschleunigungssensor für
Karosseriebeschleunigung
D Monitorsonde
(2. Lambda-Sonde)
E Absperrventil
Tankentlüftung
F Saugrohrdrucksensor
G Druckdifferenzsensor
Leerlaufdrehzahlsteller
Ansauglufttemperaturfühler (NTC)
Drucksteller AGR
AGR-Ventil
Motortemperaturfühler (NTC)
Drehzahl- und Bezugsmarkengeber
Klopfsensor
Phasensensor
Lambda-Sonde
OBD-Steuergerät
Dreiwege-Katalysator
Rokosch, OBD: Vogel Buchverlag: ISBN 3-8343-3002-7
171
Claudia Wild: Vogel-Verlag: Rokosch/20.6.2006/Seite 172
wertet die Elektronik die Informationen der verschiedenen Sensoren aus und bewertet und vergleicht die tatsächlichen Ergebnisse. Treten starke Abweichungen von den
Sollwerten auf, erfolgt eine Fehlermeldung durch Aktivierung der MIL. Der Fehler
und die Betriebsbedingungen beim Auftreten des Fehlers werden gespeichert.
Bei Systemen mit E-Gas ist der Leerlaufdrehzahlsteller (Bauteil 12) durch eine
elektrische Drosselvorrichtung und ein elektrisches Fahrpedal ersetzt. Anstelle des
pneumatisch gesteuerten AGR-Ventils (Bauteile 14 und 15) werden zunehmend auch
elektrisch angesteuerte AGR-Ventile eingesetzt.
Das Bauteil C – Karosseriebeschleunigungssensor – ist sehr selten verbaut (meist
bei Geländefahrzeugen) und dient der Schlechtwegerkennung. Da die Aussetzererkennung aus der Drehunrundheit der Kurbelwelle ermittelt wird, können sehr wellige
oder holprige Strecken zu einer falschen Beurteilung der Ursachen für die Drehunrundheiten führen. Das System könnte beispielsweise im Geländeeinsatz Zündaussetzer erkennen, die nicht vorhanden sind. Es würden unnötig Fehler gespeichert. In den
Vorschriften und Normen sind die mindestens zu überwachenden abgasrelevanten
Systeme und Baugruppen festgelegt. Die konkrete technische Umsetzung und Technologie zur Überwachung und Überprüfung der jeweiligen Systeme ist in den Normen
nicht immer festgelegt. Die Hersteller können verschiedene, oft eigene Lösungswege
der konkreten Systemüberwachung gehen. Die folgenden Darstellungen und Erläuterungen zu den Überwachungsvarianten der Systeme zeigen verschiedene, in der Praxis
oft verwendete Lösungen. Je nach Hersteller und Fahrzeugtyp sind Abweichungen
oder andere technische Varianten möglich. Auch Unterschiede beim Einsatz zwischen
der CARB OBD und der EOBD führen zu abweichenden oder modifizierten Anwenderlösungen.
10.2 Erkennung von Zündaussetzern
Durch Zündaussetzer (Verbrennungsaussetzer) gelangt unverbranntes KraftstoffLuft-Gemisch in den Katalysator und kann zu dessen thermischer Zerstörung führen.
Auch die Lambda-Sonde kann thermisch geschädigt werden. Die Kohlenwasserstoffemission steigt erheblich an. Treten Zündaussetzer auf, treten damit auch Drehunrundheiten in der Bewegung der Kurbelwelle und unterschiedliche Momente an der
Kurbelwelle auf. Für die Erkennung der Zündaussetzer werden verschiedene Analyseverfahren eingesetzt. Die Aussetzeranalyse erfolgt zylinderselektiv mit Hilfe eines
Drehzahlsensors auf der Kurbelwelle. Bei Ausfall des Drehzahlgebers ist kein Motorbetrieb mehr möglich.
10.2.1 Laufunruheverfahren
Bei diesem Verfahren werden Zündaussetzer aus der Berechnung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und einer daraus resultierenden möglichen Laufunruhe erkannt. Über den Zündzeitpunkt oder das Signal des Nockenwellenpositionsgebers erkennt die Motorsteuerung, in welchem Zylinder eine Laufunruhe
auftritt. Treten Zündaussetzer auf, kann für den oder die fehlerhaften Zylinder die
172
Rokosch, OBD: Vogel Buchverlag: ISBN 3-8343-3002-7
Claudia Wild: Vogel-Verlag: Rokosch/20.6.2006/Seite 173
Einspritzung unterbrochen werden. Kommt es innerhalb einer vorgegebenen Anzahl
von Motorumdrehungen mehrfach zu Zündaussetzern, die zu einer Schädigung des
Katalysators führen können oder eine Erhöhung der Abgasemission zur Folge haben,
so wird die MIL aktiviert. Der Fehler und die Fehlerumgebungsdaten (freeze frame)
werden im Fehlerspeicher abgelegt.
Drehunrundheiten, die aus Fertigungstoleranzen herrühren, werden durch eine
ständige Adaption des Systems und den Vergleich mit festgelegten Grenzwerten ausgeschlossen. Bei bestimmten Betriebsbedingungen wie Schiebebetrieb, Zündungseingriff externer Systeme wie Klopfregelung und ASR oder bei sehr schnellen
Lastwechseln reagiert das System nicht. Drehunrundheiten, die durch grobe Fahrbahnunebenheiten oder schlechte Wegstrecken entstehen, können mit Hilfe des
Karosseriebeschleunigungssensors (Bauteil C) erkannt werden. Auch die Signalauswertung der Raddrehzahlsensoren der Antriebsräder kann zur Schlechtwegerkennung herangezogen werden.
Zur Erkennung von Drehunrundheiten werden durch einen induktiven Drehzahlund Bezugsmarkengeber auf der Kurbelwelle die Drehzahl, die Winkelgeschwindigkeit und die Stellung der Kurbelwelle ermittelt. Zum System (Bild 10.2) gehört ein
mit der Kurbelwelle verbundener Zahnkranz (z. B. Schwungscheibe), der als Inkrementenrad bezeichnet wird. Das Inkrementenrad ist entsprechend der Zylinderzahl
und des Zündabstandes der Zylinder in Sektoren unterteilt. Die Laufzeit, die jeder
Sektor pro Zeiteinheit für einen Durchlauf benötigt, dient als Erkennungsgröße für
auftretende Zündaussetzer. Die Zündaussetzer bewirken eine Veränderung der Kolbenbeschleunigung und daraus resultierend eine Drehunrundheit der Kurbelwelle
von wenigen Millisekunden. Von der Steuerelektronik wird diese Veränderung der
Durchlaufzeit eines Sektors erkannt und bei Überschreitung programmierter Grenzwerte ein Fehler abgespeichert.
Die auftretende Laufunruhe (Bild 10.3) liegt im Bereich von Millisekunden. In diesem Fall hat Zylinder 4 eine Laufunruhe. Das System prüft ständig – in festgelegten
Messintervallen von beispielsweise 1000 Kurbelwellenumdrehungen – die Aussetzerrate. Eine Überschreitung des HC-Gehaltes um das 1,5fache entspricht einer Aussetzerrate von mehr als 2 % oder 20 Aussetzer. Wird dieser Toleranzwert überschritten,
wird der betroffene Zylinder identifiziert und bei Wiederholung der Laufunruhe im
nächsten Abfrageintervall ein Fehler gespeichert und die MIL aktiviert. Die Kraft-
Bild 10.2
Beispiel Inkrementenrad
Rokosch, OBD: Vogel Buchverlag: ISBN 3-8343-3002-7
173
Claudia Wild: Vogel-Verlag: Rokosch/20.6.2006/Seite 174
Bild 10.3
Erkennung
der Laufunruhe
stoffversorgung für den Zylinder wird abgeschaltet, wenn katalysatorschädigende
Aussetzerraten auftreten.
Um ein dauerhaftes Abschalten der Kraftstoffversorgung bei sporadisch auftretenden Fehlern zu vermeiden, wird bei jedem Neustart die Einspritzung für den betroffenen Zylinder wieder aktiviert. Tritt der Aussetzerfehler erneut auf, wird der Zylinder
wieder abgeschaltet. Tritt der Fehler nicht auf, verlischt die MIL; der Fehler bleibt
aber gespeichert.
Unter folgenden Bedingungen kann die permanente Überwachung der Aussetzererkennung ausgeblendet werden:
q
q
q
q
q
q
q
Kraftstoffreserve ist aktiviert,
Motor befindet sich im Schiebebetrieb,
stark schwankende Gaspedalstellung,
instabile Betriebszustände,
Eingriff oder Aktivierung der Klopfregelung,
Aktivierung von Fahrdynamikregelsystemen wie ASR oder ESP,
Drehgeschwindigkeitsänderungen im Antriebsstrang durch schlechte Wegstrecke.
Das Steuergerät führt für das Inkrementenrad und den Drehzahlgeber eine selbstständige Anpassung und einen Werteabgleich im Schiebebetrieb des Motors durch.
10.2.2 Moment-Analyseverfahren
Das Moment-Analyseverfahren erkennt, ebenso wie das Laufunruheverfahren, aus
dem Signal des Motordrehzahlgebers und dem Nockenwellenpositionsgeber bzw.
dem Zündzeitpunkt zylinderselektiv die Verbrennungsaussetzer. Der Unterschied
zwischen den beiden Verfahren liegt in der jeweiligen Signalauswertung. Das
Moment-Analyseverfahren vergleicht die Ungleichförmigkeit der Drehzahl mit festen
Berechnungen im Steuergerät. Grundlage für diese Berechnungen sind das von Motorlast und Motordrehzahl abhängige Motordrehmoment, die Schwungmasse und die
sich daraus ergebende charakteristische Motordrehzahl. Letztere muss für jeden
Motortyp analysiert werden und im Steuergerät als Vergleichsgröße hinterlegt sein.
174
Rokosch, OBD: Vogel Buchverlag: ISBN 3-8343-3002-7
Claudia Wild: Vogel-Verlag: Rokosch/20.6.2006/Seite 175
Das Grundprinzip dieser Analyse basiert auf folgendem Prinzip: Während der Verdichtung wird die Bewegungsenergie des Motors gebraucht, um das Kraftstoff-LuftGemisch zu verdichten. Dadurch sinkt die Drehzahl des Motors geringfügig ab.
Anschließend erfolgt die Zündung, und die Motordrehzahl steigt durch die Beschleunigung des Kolbens leicht an. Bei jedem Verbrennungsvorgang entsteht so eine leichte
Drehzahlschwankung zwischen Verdichtungstakt und Arbeitstakt.
Betrachtet man alle Zylinder des Motors, überlagern sich die jeweiligen zylinderselektiven Drehzahlschwankungen, und es ergibt sich eine resultierende, motortypische, charakteristische Drehzahlkurve. Diese Kurve wird vom Drehzahlgeber erfasst
und im Steuergerät durch Vergleich mit den gespeicherten charakteristischen Kurven
kontrolliert. Liegen die Werte außerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen, wird die
MIL angesteuert und ein Fehler gespeichert.
Hinweise zur Aussetzererkennung und zum Readinesscode bei W12-Motoren
von Audi und VW
Aufgrund eines Zwei-Steuergeräte-Konzeptes ergeben sich beim Umgang mit den
Diagnosesystemen und der Eigendiagnose des Systems einige Besonderheiten. Beide
Motorsteuergeräte sind hinsichtlich der Eigendiagnose grundsätzlich eigenständig zu
betrachten. Die Funktionsüberwachung der abgasrelevanten Bauteile erfolgt in dem
Steuergerät, an dem das Bauteil angeschlossen ist. Das gilt auch für alle anderen Bauteile. Eine Ausnahme stellt die Verbrennungsaussetzer-Erkennung dar. Für die Aussetzererkennung ist nur das Steuergerät 2 zuständig. Das Motorsteuergerät 2 ist damit
bei der Aussetzererkennung für beide Zylinderbänke zuständig. Verbrennungsaussetzer, die die Zylinderbank 1 betreffen, können nur im Motorsteuergerät 2 ausgelesen
und gelöscht werden.
Ist im Motorsteuergerät 2 ein Fehler abgespeichert, ist im Motorsteuergerät 1 der
Fehler «Bitte Fehlerspeicher vom Motorsteuergerät 2 auslesen» abgespeichert. Diese
Fehlermeldung lässt sich erst dann löschen, wenn kein Fehlereintrag im Motorsteuergerät 2 gespeichert ist.
Voraussetzung für eine Diagnose ist, dass beide Steuergeräte denselben Softwarestand aufweisen, an die Wegfahrsperre angepasst und gleich codiert sind.
10.3 Überwachung der Katalysatorfunktion
Katalysatoren sind die wichtigsten Bauteile moderner Abgasreinigungssysteme bei
Ottomotoren. Die ständige Funktionsüberwachung ist eine wesentliche Anforderung
an das OBD-System. Die Funktionsüberwachung erfolgt nur indirekt, da Sensoren
zur direkten Messung der Schadstoffkonzentration im Abgas (noch) nicht serienreif
zur Verfügung stehen. Durch Verwendung einer zweiten Lambda-Sonde, auch als
Monitorsonde bezeichnet, hinter dem Katalysator und den Vergleich der Signalamplituden von Regelsonde und Monitorsonde erkennt das System mögliche Fehlfunktionen oder Unwirksamkeiten der Katalysatoren. Beide Lambda-Sonden können
identisch aufgebaut sein. Die Monitorsonde ist einer geringeren Alterung und Belastung ausgesetzt und kann deshalb auch als Führungsregler der Lambda-Regelung ein-
Rokosch, OBD: Vogel Buchverlag: ISBN 3-8343-3002-7
175

Download Report