DE10021639C1 - Verfahren zur Diagnose des Umgebungsdruckes für Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose von Fehlfunktionen von Drucksensoren an Verbrennungskraftmaschinen mit einem Saug- oder Ladedrucksensor und einem Umgebungsdrucksensor. Die Sensoren liefern weiterverarbeitbare Drucksignale, anhand derer eine Füllungsberechnung der Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff-/Luftgemisch erfolgt. Zur Plausibilisierung der Umgebungsdrucksignale (3, 16) werden diese mit einem modellierten Saugrohrdrucksignal (24) verglichen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose von Fehlfunktionen von Druck­ sensoren an Verbrennungskraftmaschinen; bei einem derzeit eingesetzten Diagnoseverfah­ ren bei Saugmotoren werden der Saugrohrdrucksensor und der Umgebungsdrucksensor mit getrennten Diagnoseverfahren auf plausible Werte überprüft. Die Genauigkeit der Meß­ werte der genannten Drucksensoren ist erheblich, da anhand dieser Meßwerte eine Fül­ lungsberechnung der den Brennräumen eines Saugmotors zuzuführenden Frischluftmenge, sowie die Zumessung der zuzuführenden Kraftstoffmengen erfolgt, um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches zu gewährleisten.

DE 42 41 822 A1 bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung bei der Auswertung von Sensorsignalen. Es werden Schaltungsanordnungen zur Fehlererkennung bei der Auswertung von Sensorsignalen vorgeschlagen, die die Ausgangssignale auf einen bestimmten Bereich begrenzen, an denen sich ein oberer und ein unterer Bereich an­ schließt. Die derart begrenzten Signale werden dann daraufhin untersucht, ob sie zumindest zeitweilig in einen dieser oberen und unteren Bereiche fallen; falls das der Fall ist, wird in einer Auswerteeinrichtung, beispielsweise einem Steuergerät, durch Vergleich mit Grenz­ werten ein Fehler erkannt und angezeigt oder im Fehlerspeicher festgehalten. Eine beson­ ders einfache schaltungsbedingte Signalbegrenzung ist gemäß DE 42 41 822 A1 mit einer Schaltungsanordnung erzielbar, die zu einer invertierten Kennlinie führt, bei der die Aus­ gangsspannung mit steigender Meßgröße kleiner wird.

DE 40 32 451 A1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ladedruckregelung. Bei dieser Ein­ richtung wird das Ausgangssignal eines Ladedrucksensors daraufhin überwacht, ob es ei­ nerseits in einem plausiblen Bereich liegt und andererseits im Vergleich mit einem zwei­ ten, entweder gemessenen oder unter vorbestimmten Bedingungen berechneten Signalen übereinstimmt. Bei zu großen Abweichungen wird auf eine Fehlfunktion des Ladedruck­ sensors geschlossen und das Ersatzsignal zur Ladedruckregelung verwandt. Stimmt das Ausgangssignal des Ladedrucksensors weitgehend mit dem Ausgangssignal des zweiten Sensors überein, wird entweder das grössere der beiden Drucksignale zur Ladedruckrege­ lung oder das korrigierte Signal des Ladedrucksensors verwendet und somit sichergestellt, dass keine Überlastung der Brennkraftmaschine auftritt.

DE 197 27 204 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erkennung eines fehlerhaften Signales. Es wird eine Vorrichtung angegeben, bei der mit Hilfe zweier unterschiedlicher Signaler­ zeugungsmittel die gleiche Meßgröße erfasst wird und ein Fehler daran erkannt wird, wenn die Beträge der gefilternden Signale voneinander in vorgebbarer Weise abweichen. Durch Auswertung der Vorzeichen behafteten Signaldifferenz lässt sich feststellen, welches der beiden Signalerzeugungsmittelt als defekt anzusehen ist und welches nicht.

DE 197 09 955 A1 hat ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraft­ maschine zum Gegenstand. Einer Brennkraftmaschine ist eine Aufladeeinrichtung, die ei­ nen Ladebehälter und eine Umluftklappe umfasst, ein Ansaugtrakt und eine Drosselklappe sowie mindestens ein Zylinder und ein Stellglied zugeordnet. Ein Schätzwert des Lade­ druckes in dem Behälter wird von einem ersten Beobachter, der ein physikalisches Modell der Aufladeeinrichtung umfasst, abhängig von der Drehzahl und dem Öffnungsgrad der Umluftklappe berechnet. Ein Schätzwert des Luftmassenstroms in den Zylinder der Brenn­ kraftmaschine wird von einem zweiten Beobachter, der ein physikalisches Modell des An­ saugtraktes umfasst, abhängig von der Drehzahl, dem Öffnungsgrad der Drosselklappe und dem Schätzwert des Luftdruckes berechnet. Ein Stellsignal zum Steuern des Stellglieds wird ermittelt, abhängig von dem Schätzwert des Luftmassenstroms in den Zylinder der Brennkraftmaschine.

Bei dem bereits eingangs erwähnten Diagnoseverfahren bei Verbrennungsmotoren (Saug­ motoren) werden Saugrohrdrucksensor und der Umgebungsdrucksensor mit getrenntem Diagnoseverfahren auf Plausibilität ihrer Meßsignale überprüft. Eine erste Abprüfung auf Plausibilität der erkannten Drucksensorwerte betrifft die Signalbereichsprüfung. Dabei wird außerhalb des normalen Arbeitsdruckbereiches der Drucksensoren, d. h. oberhalb und unterhalb dieses Arbeitsbereiches, eine Plausibilisierung der Drucksensorspannung durch­ geführt. Mit der ersten Prüfung kann lediglich ein Kurzschluß auf Masse, auf die Span­ nungsquelle (Batteriespannung 12 V) sowie auf Kabelabfall der Drucksensorsignale er­ kannt werden.

Eine weitere Plausibilisierungsroutine der Drucksensoren erfolgt innerhalb ihres Arbeitsbe­ reiches. So erstreckt sich der Arbeitsbereich beispielsweise des Umgebungsdrucksensors von 500 hPa bis 1100 hPa, derjenige des Saugrohrdrucksensors von 200 bis 1150 hPa. Aufgrund dieser in Normalbetrieb auftretenden Druckvariationen ist innerhalb dieser Druckbereich keine Aussage möglich, ob die Drucksensoren plausible oder nicht plausible Werte messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Drucksensoren im bei Normalbetrieb auftreten­ den Druckschwankungen hinsichtlich ihrer Ausgangswerte auf Plausibilität zu überprüfen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Beim Vergleich der beiden Sensorsignale beim Start der Verbrennungskraftmaschinen ent­ spricht der Saugrohrdruck (der Druck nach der Drosselklappe) in diesem Betriebszustand näherungsweise dem Umgebungsdruck.

Werden diese beiden Drucksignale miteinander verglichen, kann nur festgestellt werden, dass im Fehlerfalle die beiden Signale nicht zusammenpassen. Welcher der beiden Druck­ signale falsch ist, kann durch einen Vergleich der Drucksensorsignale nicht ermittelt wer­ den. Mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Diagnose des Umge­ bungsdruckes wird zur weiteren Fehleranalyse ein drittes, von den Drucksensoren unab­ hängiges, autarkes Signal, nämlich der modellierte Saugrohrdruck, basierend auf dem durch Heissfilm-Luftmassen-Messung ermittelten Hauptfüllungssignal verwendet; dieses Meßverfahren und der entsprechende Sensor werden im weiteren auch als HMF bezeich­ net. Der sich anschließende Plausibilisierungsprozeß wird nur aktiv, wenn auf Unstim­ migkeit der Drucksignale im Start erkannt wurde. Dann erst wird der modellierte Saug­ rohrdruck und das Umgebungsdrucksignal im ungedrosselten Betrieb der Verbrennungs­ kraftmaschine miteinander verglichen. Liegt der Betrag innerhalb eines applizierbaren Be­ reiches, ist der Umgebungsdrucksensor in Ordnung. Liegt der Betrag hingegen außerhalb des applizierbaren Bereiches, ist der Umgebungsdrucksensor mit hoher Wahrscheinlichkeit defekt. Da der modellierte Saugrohrdruck und der Umgebungsdruck nur im ungedrosselten Betrieb, d. h. bei weit geöffneter Drosselklappe übereinstimmen, ist der Vergleich der bei­ den Signale nur in diesem Betriebszustand, d. h. bei weit geöffneter Drosselklappe, aktiv.

Wenn der Vergleich von modelliertem autarkem Saugrohrdruck und Umgebungsdruck im ungedrosselten Betrieb beanstandungsfrei war, während der Startphase aber die Drucksen­ sorsignale unplausibel waren, ist der Saugrohrdrucksensor mit hoher Wahrscheinlichkeit defekt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann auch zur Drucksensorplausibilisie­ rung bei Turbomotoren mit Umgebungsdrucksensor und Ladedrucksensor + HFM als Hauptfüllungssensor verwendet werden. Bei diesen Einsatzmöglichkeiten werden ebenfalls während der Startphase und stationär bei längerem Leerlaufbetrieb der Umgebungsdruck­ sensor und der Ladedrucksensor miteinander verglichen. Besteht ein zu großer Unterschied zwischen den beiden ausgegebenen Drucksensorwerten, wird auf unplausible Drucksensoren erkannt. Im sich anschließenden ungedrosselten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird dann der La­ dedrucksensor mit dem modellierten Saugrohrdruck verglichen. Ist der Unterschied zwi­ schen den HFM-basierten modellierten Saugrohrdruck und dem Ladedrucksensor größer als eine freie vorgebbare applizierbare Schwelle, liegt ein unplausibel arbeitender Lade­ drucksensor vor.

Wenn der Vergleich von modelliertem Saugrohrdruck und Ladedrucksensor im ungedros­ selten Betrieb beanstandungsfrei war, während der Startphase aber die Drucksignale un­ plausibel waren, ist der Umgebungsdrucksensor mit hoher Wahrscheinlichkeit defekt.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es demnach möglich, einen defekten Umge­ bungsdrucksensor auch innerhalb seines normalen Arbeitsbereiches zu erkennen, was mit dem bisher vorliegenden Diagnoseverfahren von Drucksensoren nicht möglich war.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Signalgeber, der aus Eingangsgrößen weiterverarbeitbare Ausgangsgrößen generiert,

Fig. 2 eine Vergleichsschaltung zum Vergleich von Saugrohrdrucksignalen mit dem Um­ gebungsdrucksignal,

Fig. 3 einen Plausibilisierungskreis zum Vergleich eines modellierten Saugrohrdruckes mit dem Umgebungsdruck.

Fig. 1 gibt die Darstellung eines Signalgebers wieder, der aus Eingangsgrößen weiterverar­ beitbare Ausgangsgrößen generiert.

Am Signalgeber 1 wird die Gebergröße 2, das Umgebungsdrucksignal 3, geberseitig ge­ setzt und anschließend weiterverarbeitet. Dem Signalgeber 1 werden eingangsseitig drei Signale zugeführt, während an dessen Ausgangsseite fünf Signale, wie das den Umge­ bungsdruck repräsentierendes Signal, ausgegeben werden.

Fig. 2 zeigt eine Vergleicherschaltung zum Vergleich von Saugrohrdrucksignal mit dem Umgebungsdrucksignal.

Das Umgebungsdrucksignal 3, welches an der Verzweigung 6 abgegriffen werden kann, wird beim Start der Verbrennungskraftmaschine mit dem Saugrohrdrucksignal 7 vergli­ chen. Der Vergleich erfolgt durch Subtraktion der beiden Meßwerte voneinander in einer Subtraktionsstufe 8, an welche sich ein einen Absolutbetrag 9 aus der erhaltenen Differenz der Meßwerte bildendes Element anschließt. Der Absolutbetrag 9 wird einem Schaltele­ ment 11 aufgegeben. Klaffen die beiden verglichenen Druckwerte des Saugrohrdrucksen­ sors und des Umgebungsdrucksensors in der Startphase auseinander und liegt der Ver­ gleich der Druckwerte außerhalb eines vorgebbaren Bandes, muß über ein drittes unabhängiges Drucksignal das wirklich fehlerhafte Signal ausfindig gemacht werden. Die nicht passenden Drucksignale werden durch Setzen des Fehlerbits - E - dsvlu = true als Fehler eingetragen. Das Setzen des Fehlerbits 12 liefert die Information, dass während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine der Umge­ bungsdrucksensor und der Saugrohrdrucksensor untereinander nicht plausible Werte gelie­ fert haben.

Der Aufruf des Plausibilisierungskreises 14 gemäß Fig. 3 geschieht dann, wenn auf Un­ stimmigkeit der Sensorsignale beim Start der Verbrennungskraftmaschine erkannt wurde, angezeigt durch das Setzen des Fehlerbits 12. Innerhalb der in Fig. 3 vereinfacht darge­ stellten Plausibilisierungsroutine wird abgeprüft, ob der Betrag 9 der Differenz der beiden Drucksensorsignale innerhalb eines vorgebbaren Bereiches liegt, oder diesen überstiegt. Liegt der Betrag 9 innerhalb des vorgebbaren Toleranzfensters, so ist der Umgebungs­ drucksensor in Ordnung. Da aussagekräftige Vergleichswerte zwischen modelliertem Saugrohrdruck und Umgebungsdruck nur im ungedrosselten Zustand der Verbrennungs­ kraftmaschine erhalten werden, ist der Vergleich der beiden Druckwertsignale nur in die­ sem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine aktiviert.

Aus Fig. 3 geht ferner eine Erkennungsroutine hervor, mit der erkannt werden kann, ob sich die Verbrennungskraftmaschine im gedrosselten oder im ungedrosselten Betriebszu­ stand befindet. Der Erkennungsroutine 18 wird das Drehzahlsignal 19 der Verbrennungs­ kraftmaschine zugeführt; über 21 wird abhängig von der Drehzahl der Winkel ungedrosselt abgelegt; Bezugszeichen 22 bezeichnet ein Verknüpfungselement 22. Die Erkennungsrou­ tine 18 enthält ferner ein Totzeitglied 20, welchem das aus der Verknüpfung 22 der Win­ kelsignale erhaltene resultierende Signal zuführbar ist.

Gemäß des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird ein drittes von dem Sen­ sorumgebungsdrucksensor und Ladedrucksensor (oder auch Saugrohrdrucksensor) unab­ hängiges Signal in Gestalt des modellierten Saugrohrdrucksignales erhalten, welches auf dem Hauptfüllungssignal für die Befüllung der Brennräume der Verbrennungskraftmaschine basiert. Ist während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine auf Unstimmigkeit der von den beiden Sensoren erhaltenen Meßwerte erkannt worden, erfolgt die Aktivierung des Plausibilisierungskreises 14. Inner­ halb des Plausibilisierungskreises 14 wird der modellierte Saugrohrdruck 24 sowie das Umgebungsdrucksignal 3 bzw. 16 in ungedrosseltem Betriebszustand miteinander vergli­ chen. Je nach Applikation des Toleranzbandes liegt der Absolutbetrag 9 des Vergleiches innerhalb dieses vorgegebenen Toleranzbandes so ist der Umgebungsdrucksensor fehler­ frei. Liegt hingegen der Betrag 9 außerhalb des vorgebbaren Bereiches, so ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen defekten Umgebungsdrucksensor zu schließen. Der model­ lierte Saugrohrdruck 24 und der Umgebungsdruck 3 bzw. 16 stimmen nur im ungedrossel­ ten Betriebszustand, d. h. bei weit geöffneter Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschi­ ne überein, so dass der Vergleich der beiden Drucksignale nur in diesem Zustand aktiv weil sinnvoll, ist. Führt ein Vergleich des modellierten Saugrohrdruckes 24 mit dem Umge­ bungsdruck 3, 16 im ungedrosselten Betrieb zu einem zufriedenstellenden Resultat, waren im während der Startphase hingegen die Drucksensorsignale als unplausibel anzusehen, so ist mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit der Drucksensor im Saugrohr defekt.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Diagnose von Fehlfunktionen von Drucksensoren an Verbrennungskraftmaschinen kann auch eine Drucksensorplausibli­ sierung bei Turbomotoren mit Umgebungsdrucksensor und Ladedrucksensor statt Saug­ rohrdrucksensor unter Einsatz eines Hauptfüllungssensores verwendet werden. Dazu wer­ den ebenfalls während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine der Umgebungs­ drucksensor und der Ladedrucksensor sowie im stationären Leerlaufbetrieb miteinander verglichen. Besteht ein zu großer Unterschied zwischen den Meßwerten der beiden Druck­ sensoren, wird auf unplausibel arbeitende Drucksensoren erkannt, so dass die Plausibilisie­ rungsroutine 14 eingreift und im anschließenden ungedrosselten Motorbetriebszustand den Meßwert des Ladedrucksensors mit dem modellierten Saugrohrdrucksignal vergleicht. Fällt der Vergleich, d. h. der Unterschied zwischen dem HFM-basiertem model­ liertem Saugrohrdruck 24 und dem Meßwert des Ladedrucksensors größer aus, als eine vorgebbare Schwelle, so liegt ein unplausibel arbeitender Ladedrucksensor vor. Die Ar­ beitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich durch eine definierte Beeinflussung des Umgebungsdrucksignales beispielsweise mittels eines Nebenschlußwiderstandes nachweisen. Wird im entdrosselten Betriebszustand einer Verbrennungskraftmaschine ein unplausibler Umgebungsdrucksensor erkannt, so wird der von diesem stammende als nicht plausibel interpretierte Umgebungsdruckwert über einen Tiefpassfilter auf einen Umge­ bungsdruckersatzwert umgeschaltet. Ist die Differenz zwischen dem Umgebungsdrucker­ satz und dem realen Umgebungsdruck groß genug, wird je nach Vorzeichen der Abwei­ chung, beim nächsten Start der Verbrennungskraftmaschine die Startmenge ein zu mageres bzw. ein zu fettes Startgemisch verursachen, was zu einem schlechten Start der Verbren­ nungskraftmaschine sowie im Extremfall zu keinem Start der Verbrennungskraftmaschine führen wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Diagnose von Fehlfunktionen von Drucksensoren an Verbrennungs­ kraftmaschinen mit einem Ladedruck-/oder Saugrohrdrucksensor und einem Umge­ bungsdrucksensor, die weiterverarbeitbare Drucksignale generieren, die der Fül­ lungsberechnung der Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit einem raft­ stoff-/Luftgemisch dienen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plausibilisierung des Umgebungsdrucksignals (3, 16) mit einem autarken Saugrohrdrucksignal (24) er­ folgt, welches auf Basis des mittels der Heiss-Film-Luftmassen-Messung ermittelten Hauptfüllungssignals modelliert wird.

2. Verfahren zur Diagnose gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mo­ dellierte Saugrohrdruck (24) und das dem Umgebungsdruck entsprechende Signal (3, 16) in ungedrosseltem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine miteinander vergli­ chen werden.

3. Verfahren zur Diagnose gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umge­ bungsdrucksignal (3, 16) und das modellierte Saugrohrdrucksignal (24) miteinander verknüpft werden und das Ergebnis der Verknüpfung eine Umschaltung vom Umge­ bungsdrucksensorwert auf einen Ersatzumgebungsdruckwert bewirkt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung über ein Tiefpassfilter erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verknüpfung der Um­ gebungsdrucksignale (3, 16) und des modellierten Saugrohrdrucksignals (24) dessen Differenz gebildet wird, deren Absolutbetrag (9) einem Vergleicher (17) zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Vergleicher (17) ein Bereich voreinstellbar ist, innerhalb dessen der Absolutbetrag (9) der Differenz zu­ lässig ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plausibilisierungsrou­ tine (14) nur aktiviert wird, wenn beim Start der Verbrennungskraftmaschine das Saugrohrdrucksignal (15) und das Umgebungsdrucksignal (3, 16) nicht übereinstim­ men.