DE102005019807B4

DE102005019807B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Lokalisation von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005019807B4
Application number: DE200510019807
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dingl; Andreas Hofmann; Dr. Schopp Gerhard
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: DE102005019807A1; WO2006114393A1

Abstract

Verfahren zur Lokalisation und Eingrenzung von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen in einem Ansaugtrakt (1) einer Brennkraftmaschine, der einen Luftmassensensor (8) und einen Saugrohrabsolutdrucksensor (12) aufweist, wobei – die Detektion einer fehlerbehafteten Komponente oder Leckage durch einen Vergleich zwischen der mit dem Luftmassensensor (8) oder dem Saugrohrabsolutdrucksensor (12) ermittelten Last der Brennkraftmaschine und der anhand der Position einer Drosselklappe (9) ermittelten Last (L_DK) erfolgt, – eine weitere Bestimmung der Last der Brennkraftmaschine (L_BKM) über die Position der Drosselklappe (9) erfolgt und die Lokalisation anhand eines Vergleichs des mit einer Lambda-Sonde (6) in einem Abgastrakt (3) der Brennkraftmaschine gemessenen Wertes (λ_M) und eines Lambda-Sollwertes (λ_S) erfolgt und – zur weiteren Eingrenzung der fehlerbehafteten Komponente oder Leckage ein Vergleich zwischen der mit dem Luftmassensensor (8) gemessenen Luftmasse (LM_LMS) und der anhand der Messwerte des Saugrohrabsolutdrucksensors (12) berechneten Luftmasse (LM_SADS) durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisation von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
Die Last einer Brennkraftmaschine kann mit Hilfe von Sensoren, wie z. B. einem Luftmassensensor oder einem Saugrohrabsolutdrucksensor, oder in Abhängigkeit der Drosselklappenposition und der Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Für Ottomotoren werden üblicherweise beide Verfahren zur Lastermittlung herangezogen. Der Gesetzgeber schreibt für diesen Fall eine Plausibilitätsprüfung der Drosselklappenposition anhand der mit Hilfe von Sensoren bestimmten Last vor. Tritt eine unzulässige Abweichung zwischen der sensorisch und anhand der Drosselklappenposition bestimmten Last auf, so ist von einer fehlerbehafteten Komponente oder Leckage im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine auszugehen. Ohne Verwendung weiterer Informationen ist die Lokalisation der fehlerbehafteten Komponente oder Leckage nicht möglich. So sind z. B. eine Leckage im Ansaugtrakt, eine defekte Drosselklappe oder ein defekter Luftmassensensor nicht zu unterscheiden. Durch die Einbeziehung der Informationen aus der Kraftstoffsystemdiagnose, wie z. B. die Entwicklung des Lambda-Wertes, werden weitere Rückschlüsse auf den möglichen Fehlerort (Luftmassensensor bis Drosselklappe, oder Drosselklappe bis Einlassventil) ermöglicht. Jedoch ist eine genaue Unterscheidung zwischen einer fehlerbehafteten Komponente oder einer Leckage trotz dieser zusätzlichen Information nicht möglich. Somit muss die Lokalisation der fehlerbehafteten Komponente oder der Leckage in der Werkstatt durch eine zeit- und kostenintensive Prüfung der Einzelkomponenten erfolgen.
In der DE 102 46 320 A1 ist ein Verfahren zur Detektion eines fehlerhaften Saugrohrdrucksensors und/oder eines fehlerhaften Umgebungsdrucksensors bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung bekannt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Ermitteln des Druckes vor der Drosselklappe der Brennkraftmaschine;
– Ermitteln des Druckes im Saugrohr der Brennkraftmaschine;
– Bilden einer Druckdifferenz Δp durch Subtrahieren des Druckes im Saugrohr von dem Druck vor der Drosselklappe;
– Vergleichen der Druckdifferenz Δp mit einem ersten Schwellenwert ΔP1 bei drosselfreiem Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder mit einem zweiten Schwellenwert ΔP2 bei gedrosseltem oder ungedrosseltem Betrieb der Brennkraftmaschine; und
– Detektieren, das mindestens einer der beiden Drucksensoren fehlerhaft ist, wenn Δp > ΔP1 und/oder Δp < ΔP2.

Aus der DE 43 44 633 A1 ist eine Einrichtung zur Lasterfassung mit Diagnose bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Hauptlastsignal und ein Nebenlastsignal geeignet gefiltert werden und laufend Plausibilitätsuntersuchungen ablaufen, in denen das gefilterte Hauptlastsignal mit Grenzwerten verglichen wird und in Abhängigkeit von den Vergleichsergebnissen eine Signalbegrenzung und Fehlererkennung erfolgt. Dabei sind die Grenzwerte korrigierbar und die Signalbegrenzung erfolgt im gesamten Betriebsbereich, die Fehlererkennung dagegen nur in einem Betriebsbereich, in dem ein Fehler des Hauptlastsensors, insbesonders ein durch Rückströmung verursachter Fehler des Hauptlastsensors nicht auftritt.
In der DE 197 50 191 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Lasterfassung einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei ein Luftmassenstromsignal gemessen wird und ein weiteres Luftmassenstromsignal auf der Basis eines Drosselklappenstellungssignals berechnet wird. Die beiden Signale werden zueinander abgeglichen. Zur Fehlerüberwachung werden die abgeglichenen Signale miteinander verglichen, wobei ein Fehler erkannt wird, wenn die beiden Signale unzulässig voneinander abweichen. Bei erkannten Fehlern wird eine Momentenreduzierung und eine Fehlerseparierung vorgenommen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisation von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisation von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, wobei zur Ermittlung der fehlerbehafteten Komponente oder Leckage Signale weiterer Sensoren ausgewertet werden. Das Verfahren basiert auf der Idee, die Lokalisation einer fehlerbehafteten Komponente oder Leckage durch die Einbeziehung weiterer im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorhandener Sensoren zu ermöglichen. Zur Lokalisation werden neben den Signalen eines Luftmassensensors die Signale eines Saugrohrabsolutdrucksensors und eventuell die Signale eines Umgebungsdrucksensors ausgewertet. Das Verfahren findet Anwendung, wenn bei der Plausibilitätsprüfung zwischen der sensorisch und mit Hilfe der Drosselklappenposition ermittelten Last der Brennkraftmaschine eine unzulässige Abweichung auftritt und ein Ergebnis der Kraftstoffsystemdiagnose vorliegt.
Nachdem eine unzulässige Abweichung zwischen der sensorisch und anhand der Drosselklappenposition bestimmten Last aufgetreten ist, wird zur Lokalisation der fehlerbehafteten Komponente oder Leckage die Annahme getroffen, dass die Drosselklappe und die Erkennung der Drosselklappenposition ordnungsgemäß funktionieren. Die Bestimmung der Last der Brennkraftmaschine erfolgt anhand der Drosselklappenposition. Folgend wird das Ergebnis der Kraftstoffsystemdiagnose, welche die Entwicklung des Lambda-Wertes betrachtet, zur Fehlerlokalisation herangezogen. Liegt die Differenz zwischen dem mit der Lambda-Sonde gemessenen Wert und dem Lambda-Sollwert innerhalb eines zulässigen Bereiches, folgt hieraus, dass die Drosselklappe ordnungsgemäß funktioniert. Es muss demnach ein defekter Luftmassensensor oder eine Leckage, welche sich im Ansaugtrakt zwischen dem Luftmassensensor und der Drosselklappe befindet, vorliegen. Falls die Differenz zwischen dem gemessenen Lambda-Wert und dem Sollwert außerhalb des zulässigen Bereiches liegt, ist die Drosselklappe defekt oder es ist eine Leckage im Ansaugtrakt zwischen der Drosselklappe und dem Einlassventil vorhanden. Zur genaueren Eingrenzung der fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen wird ein im Ansaugtrakt vorhandener Saugrohrabsolutdrucksensor verwendet. Mit Hilfe des gemessenen Saugrohrabsolutdrucks und den in Kennfeldern hinterlegten Schluckkennlinien der Brennkraftmaschine kann die in die Zylinder strömende Luftmasse berechnet werden. Es wird bei stationärem Betrieb der Brennkraftmaschine die Differenz zwischen der mit dem Luftmassensensor gemessenen Luftmasse und der mit Hilfe des Saugrohrabsolutdrucksensors ermittelten Luftmasse bestimmt. Befindet sich diese Differenz innerhalb eines zulässigen Bereiches, liegt eine defekte Drosselklappe vor. Im anderen Fall ist eine Leckage im Ansaugrohr zwischen Drosselklappe und dem Ort, an dem sich der Saugrohrdrucksensor befindet, vorhanden.
Das vorgestellte Verfahren zur Lokalisation fehlerbehafteter Komponenten im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine weist den Vorteil auf, dass aufwendige Prüfungen in der Werkstatt zwecks Ermittlung der fehlerbehafteten Komponente entfallen. In der Werkstatt muss lediglich die im Rahmen des Verfahrens ermittelte fehlerbehaftete Komponente ausgetauscht werden. Somit werden durch das Verfahren, gegenüber einer Fehlerlokalisation in der Werkstatt, die für die Ermittlung der fehlerbehafteten Komponente benötigte Zeit und die Kosten reduziert.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird ein im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbauter Umgebungsdrucksensor zur Prüfung des Saugrohrabsolutdrucksensors verwendet. Für die Prüfung wird die Differenz der Messwerte beider Drucksensoren vor dem Start der Brennkraftmaschine oder im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine gebildet. Für diese Betriebspunkte ist der Druck im Saugrohr gleich dem Umgebungsdruck, bzw. dem Umgebungsdruck minus eines Druckabfalls, der z. B. in einem Kennfeld hinterlegt sein kann. überschreitet diese Differenz einen zulässigen Bereich, wird der Saugrohrabsolutdrucksensor oder Umgebungsdrucksensor als defekt diagnostiziert. Die oben erläuterte Fehlereingrenzung mit Hilfe des Saugrohrabsolutdrucksensors kann dann nicht mehr durchgeführt werden. Falls die Differenz innerhalb des zulässigen Bereiches liegt, funktioniert der Saugrohrabsolutdrucksensor ordnungsgemäß und eine Fehlereingrenzung aufgrund dessen Messwerte ist zulässig.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Abgleich der Modellwerte des Ansaugtraktes, für den Fall dass ein Saugrohrmodell vorliegt, mit den Messwerten des Luftmassen- oder Saugrohrabsolutdrucksensors beendet, falls bei der Plausibilitätsprüfung zwischen der sensorisch und mit Hilfe der Drosselklappenposition ermittelten Last der Brennkraftmaschine eine unzulässige Abweichung auftritt. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass die Modellwerte aufgrund des Abgleichs mit Signalen fehlerbehafteter Sensoren Werte annehmen, die nicht den physikalischen Verhältnissen im Ansaugtrakt entsprechen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Ansaugtraktes, eines Zylinders und eines Abgastraktes einer Brennkraftmaschine,
2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführung zur Prüfung eines Saugrohrabsolutdrucksensors.
1 zeigt die schematische Darstellung eines Ansaugtraktes 1 einer Brennkraftmaschine, eines Zylinders 2 und eines Abgastraktes 3. Die über den Ansaugtrakt 1 zugeführte Verbrennungsluft gelangt über ein Einlassventil 4 in den Brennraum des Zylinders 2 und von dort, nach erfolgter Verbrennung, über ein Auslassventil 5 in den Abgastrakt 3. Im Abgastrakt 3 befindet sich eine Lambda-Sonde 6, über die der Restsauerstoffgehalt des Abgases gemessen und für die Regelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet wird.
Im Ansaugtrakt 1 befinden sich ein Umgebungsdrucksensor 7 und ein Luftmassensensor 8 zur Erfassung der dem Zylinder 2 zugeführten Luftmasse. Des Weiteren ist zwischen dem Luftmassensensor 8 und dem Zylinder 2 eine Drosselklappe 9 zur Regelung der dem Zylinder 2 zugeführten Luftmasse angebracht. Für diese Regelung wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe 9 über einen Drosselklappensensor 10 gemessen und der Messwert einem Steuergerät 11 zugeführt. Weiterhin befindet sich zwischen der Drosselklappe 9 und dem Einlassventil 4 ein Saugrohrabsolutdrucksensor 12. Zur Lokalisation der fehlerbehafteten Komponente werden die Signale sämtlicher Sensoren dem Steuergerät 11 zugeführt. Als Steuergerät 11 zur Fehlerlokalisierung kann z. B. das Motorsteuergerät verwendet werden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden folgende in 1 eingezeichneten Sensoren verwendet: der Drosselklappensensor 10, die Lambda-Sonde 6, der Luftmassensensor 8 und der Saugrohrabsolutdrucksensor 12. Anhand der Signale des Umgebungsdrucksensors 7 besteht die zusätzliche Möglichkeit die Plausibilität der Signale des Saugrohrabsolutdrucksensors 12 zu prüfen.
2 zeigt ein Diagramm, welches das Verfahren zur Lokalisation einer fehlerbehafteten Komponente oder Leckage veranschaulicht. Zu Beginn wird in dem Schritt S1 die Differenz zwischen der mit dem Luftmassensensor 8 ermittelten Last der Brennkraftmaschine L_LMS und der anhand der Drosselklappenposition berechneten Last L_DK gebildet. Ist der Betrag dieser Differenz kleiner gleich einem Grenzwertes G1, ist keine fehlerbehaftete Komponente oder Leckage im Ansaugtrakt 1 vorhanden und das Verfahren verzweigt in dem Schritt S2 auf den Beginn. In dem anderen Fall ist eine fehlerbehaftete Komponente oder Leckage vorhanden und in dem Schritt S3 wird die anhand der Drosselklappenposition berechnete Last L_DK als Last der Brennkraftmaschine L_BKM festgelegt. Die Berechnungen der Last der Brennkraftmaschine L_BKM und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge erfolgt nun anhand der Drosselklappenposition.
Folgend wird in S4 das Ergebnis der Kraftstoffsystemdiagnose verwendet, indem die Differenz zwischen dem mit der Lambda-Sonde 6 gemessenen Restsauerstoffgehalt λ_M im Abgastrakt 3 und dem Lambda-Sollwert λ_S gebildet wird. Wenn der Betrag der Differenz kleiner gleich einem Grenzwert G2 ist, liegt ein defekter Luftmassensensor 8 oder eine Leckage in dem Ansaugtrakt 1 zwischen Luftmassensensor 8 und der Drosselklappe 9 vor. In dem Schritt S5 wir die Diagnose „Luftmassensensor 8 defekt LMS_d” oder „Leckage in dem Ansaugtrakt zwischen Luftmassensensor 8 und Drosselklappe 9 LE_LMS_DK” gestellt. Falls der Betrag der Differenz den Grenzwert G2 übersteigt, wird in dem Schritt S6 die Diagnose „Drosselklappe 9 oder Drosselklappensensor 10 defekt DK_d, DKS_d” oder „Leckage in dem Ansaugtrakt 1 zwischen Drosselklappe 9 und Einlassventil 4 LE_DK_ELV” gestellt.
Nachfolgend wird in S7 geprüft, ob ein Saugrohrabsolutdrucksensor 12 im Ansaugtrakt 1 vorhanden ist SADS_?. Fällt das Ergebnis negativ aus, wird in dem Schritt S8 die Diagnose gestellt, dass keine weitere Eingrenzung KWF der fehlerbehafteten Komponente möglich ist. In dem anderen Fall wird in dem Schritt S9 geprüft, ob der Betrag der Differenz zwischen der anhand des Saugrohrabsolutdrucksensors 12 berechneten Luftmasse LM_SADS und der mit dem Luftmassensensor 8 gemessenen Luftmasse LM_LMS einen Grenzwert G3 überschreitet. Wird der Grenzwert G3 überschritten, erfolgt in dem Schritt S10 die Diagnose einer Leckage LE_DK_SADS in dem Ansaugtrakt 1 zwischen Drosselklappe 9 und Saugrohrabsolutdrucksensor 12. Für den anderen Fall wird in dem Schritt S11 die Diagnose gestellt, dass die Drosselklappe 9 oder der Drosselklappensensor 10 defekt sind DK_d, DKS_d.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführung zur Prüfung des Saugrohrabsolutdrucksensors 12 dargestellt. Die Schritte S1 bis S6 werden entsprechend des in 2 gezeigten Verfahrens abgearbeitet und sind in 3 nicht mehr dargestellt. In dem Schritt S7 wird geprüft, ob ein Saugrohrabsolutdrucksensor 12 im Ansaugtrakt 1 vorhanden ist SADS_?. Fällt das Ergebnis negativ aus, wird in dem Schritt S8 die Diagnose gestellt, das keine weitere Eingrenzung der fehlerbehafteten Komponente möglich ist KWF. Für den anderen Fall wird in Schritt S12 geprüft, ob ein Umgebungsdrucksensor 7 vorhanden ist UDS_?. Wenn kein Umgebungsdrucksensor 7 vorhanden ist, erfolgt in dem Schritt S13 die Verzweigung auf den in 2 dargestellten Schritt S9 und die weiteren Schritte werden gemäß dem in 2 gezeigtem Verfahren abgearbeitet. Falls der Umgebungsdrucksensor 7 vorhanden ist, wird in dem Schritt S14 der Betrag der Differenz zwischen dem Messwert P_UDS des Umgebungsdrucksensors 7 und dem Messwert P_SADS des Saugrohrabsolutdrucksensors 12 gebildet. Diese Differenzbildung wird zweckmäßiger vor dem Start oder unter Volllast der Brennkraftmaschine durchgeführt, da unter diesen Bedingungen der Druck im Saugrohr dem Umgebungsdruck entspricht. Überschreitet der Betrag dieser Differenz einen Grenzwert G4, wird in dem Schritt S15 die Diagnose gestellt, dass der Saugrohrabsolutdrucksensor 12 oder der Umgebungsdrucksensor 7 defekt sind SADS_d, UDS_d. Für den anderen Fall erfolgt in dem Schritt S16 die Verzweigung auf den in 2 dargestellten Schritt S9 und die weiteren Schritte werden gemäß dem in 2 gezeigtem Verfahren abgearbeitet.

Claims

Verfahren zur Lokalisation und Eingrenzung von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen in einem Ansaugtrakt (1) einer Brennkraftmaschine, der einen Luftmassensensor (8) und einen Saugrohrabsolutdrucksensor (12) aufweist, wobei – die Detektion einer fehlerbehafteten Komponente oder Leckage durch einen Vergleich zwischen der mit dem Luftmassensensor (8) oder dem Saugrohrabsolutdrucksensor (12) ermittelten Last der Brennkraftmaschine und der anhand der Position einer Drosselklappe (9) ermittelten Last (L_DK) erfolgt, – eine weitere Bestimmung der Last der Brennkraftmaschine (L_BKM) über die Position der Drosselklappe (9) erfolgt und die Lokalisation anhand eines Vergleichs des mit einer Lambda-Sonde (6) in einem Abgastrakt (3) der Brennkraftmaschine gemessenen Wertes (λ_M) und eines Lambda-Sollwertes (λ_S) erfolgt und – zur weiteren Eingrenzung der fehlerbehafteten Komponente oder Leckage ein Vergleich zwischen der mit dem Luftmassensensor (8) gemessenen Luftmasse (LM_LMS) und der anhand der Messwerte des Saugrohrabsolutdrucksensors (12) berechneten Luftmasse (LM_SADS) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfung des Saugrohrabsolutdrucksensors (12) durch den Vergleich zwischen den Messwerten (P_SADS) des Saugrohrabsolutdrucksensors (12) mit den Messwerten (P_UDS) eines Umgebungsdrucksensors (7) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleich der Modellwerte des Ansaugtraktes (1) mit den Messwerten des Luftmassen- (8) oder Saugrohrabsolutdrucksensors (12) beendet wird, falls eine unzulässige Abweichung zwischen der mit Hilfe des Luftmassen- (8) oder Saugrohrabsolutdrucksensors (12) ermittelten Last der Brennkraftmaschine und der anhand der Position der Drosselklappe (9) ermittelten Last (L_DK) auftritt.
Vorrichtung zur Lokalisation und Eingrenzung von fehlerbehafteten Komponenten oder Leckagen in einem Ansaugtrakt (1) einer Brennkraftmaschine, der einen Luftmassensensor (8) und einen Saugrohrabsolutdrucksensor (12) aufweist, mit Mitteln, welche – fehlerbehaftete Komponenten oder Leckagen durch einen Vergleich zwischen der mit dem Luftmassensensor (8) oder dem Saugrohrabsolutdrucksensor (12) ermittelten Last der Brennkraftmaschine und der anhand der Position einer Drosselklappe (9) ermittelten Last (L_DK) detektieren, – eine weitere Bestimmung der Last der Brennkraftmaschine (L_BKM) über die Position der Drosselklappe (9) erfolgt und die Lokalisation anhand eines Vergleichs des mit einer Lambda-Sonde (6) in einem Abgastrakt (3) der Brennkraftmaschine gemessenen Wertes (λ_M) und eines Lambda-Sollwertes (λ_S) durchführen und – zur weiteren Eingrenzung der fehlerbehafteten Komponente oder Leckage einen Vergleich zwischen der mit dem Luftmassensensor (8) gemessenen Luftmasse (LM_LMS) und der anhand der Messwerte des Saugrohrabsolutdrucksensors (12) berechneten Luftmasse (LM_SADS) durchführen.