DE102005042690A1

DE102005042690A1 - Verfahren und Anordnung zur Plausibilitätsprüfung eines Luftmassenmessers

Info

Publication number: DE102005042690A1
Application number: DE102005042690A
Authority: DE
Inventors: Torsten Schüttler; Piet-Christiaan Mussert; Alexander Hettich
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Plausibilitätsprüfung eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, wobei der über eine Ansaugleitung zugeführte Luftmassenstrom bei einem ersten Luftmassenpunkt als ein erster Wert des Luftmassenstroms erfasst und mit einem zugeordneten ersten Vergleichswert verglichen und bei zumindest einem zweiten Luftmassenpunkt als ein zweiter Wert des Luftmassenstroms erfasst und mit einem zugeordneten zweiten Vergleichswert verglichen wird. Eine Fehlfunktion wird erkannt, wenn zumindest einer der erfassten Werte um mehr als ein vorgegebenes Fehlerintervall von dem zugeordneten Vergleichswert abweicht. Dabei ist der zweite Vergleichswert um einen Faktor von mehr als 1,3 größer als der erste Vergleichswert und/oder der erste Vergleichswert liegt in einem Bereich zwischen der Luftmasse im Leerlauf und 100 kg/h und der zweite Vergleichswert in einem Bereich von mehr als 150 kg/h.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, wobei der Luftmassenmesser ein Signal für die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmasse erzeugt.
In heutigen Brennkraftmaschinen wird zur Regelung einer dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge oder einer Abgasrückführung ein Luftmassensensor eingesetzt, der im Frischluft-Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist und mit dessen Hilfe die angesaugte Frischluftmasse gemessen wird.
Treten Fehler in der Messung der zugeführten Frischluftmasse auf, beispielsweise durch eine Verschmutzung des Sensors, werden falsche Kraftstoffmengen oder Abgasrückführungsraten eingestellt, so dass es zu einer Verschlechterung der Schadstoffemission und/oder des Fahrverhaltens bzw. der Leistung eines mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges kommt.
Daher ist es notwendig, Fehlfunktion eines Luftmassenmessers zu erkennen bzw. die Funktionstüchtigkeit eines Luftmassenmessers zu überprüfen.

Die DE 100 54 199 A1 offenbart ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Luftmassenmessers, bei dem die Funktionsweise des Luftmassenmessers dadurch überprüft wird, dass vom Luftmassenmesser ein Signal erfasst wird, während gleichzeitig eine Abgasrückführung abgeschaltet ist und das erfasste Signal mit einem Vergleichswert verglichen wird. Der Vergleichswert ist entweder experimentell ermittelt oder nach einem physikalischen Modell berechnet. Bei einer Abweichung des erfassten Signals um mehr als einen vorgegebenen Wert von dem Vergleichswert wird eine Fehlfunktion des Luftmassenmessers erkannt.

Das Verfahren der DE 100 54 199 A1 ist für eine genaue Diagnose der Funktionsfähigkeit über den gesamten Messbereich des Luftmassenmessers heutiger Brennkraftmaschinen nicht aussagekräftig, da für einen Mittelklassemotor die maximal zu messende Luftmasse ca. 600 kg/h betragen kann. Das Verhältnis von minimalen Luftdurchsatz bei Leerlauf und maximalen Luftdurchsatz bei Vollast beträgt ca. 1:100, so dass der Luftmassenmesser in einem weiten Bereich von auftretenden Luftmassenströmen genau arbeiten muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine zuverlässige und genaue Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Luftmassenmessers zu ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einer Anordnung gemäß Anspruch 14.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Plausibilitätsprüfung eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, bei welchem der Luftmassenmesser einen Wert eines der Brennkraftmaschine über eine Ansaugleitung zugeführten Luftmassenstroms erfasst, wird bei einem ersten Luftmassenpunkt ein erster Wert des Luftmassenstroms erfasst und mit einem zugeordneten ersten Vergleichswert verglichen, bei zumindest einem zweiten Luftmassenpunkt ein zweiter Wert des Luftmassenstroms erfasst und mit einem zugeordneten zweiten Vergleichswert verglichen und eine Fehlfunktion erkannt, wenn zumindest einer der erfassten Werte um mehr als ein vorgegebenes Fehlerintervall von dem zugeordneten Vergleichswert abweicht. Dabei ist der zweite Vergleichswert um einen Faktor von mehr als 1,3 größer als der erste Vergleichswert und/oder der erste Vergleichswert liegt in einem Bereich zwischen der Luftmasse im Leerlauf und 100 kg/h und der zweite Vergleichswert in einem Bereich von mehr als 150 kg/h.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Plausibilitätsprüfung eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, bei welcher der Luftmassenmesser einen Wert eines der Brennkraftmaschine über eine Ansaugleitung zugeführten Luftmassenstroms erfasst, weist zumindest eine Luftmassen-Speichereinheit, eine Luftmassen-Vergleichseinheit und eine Fehlfunktion-Erkennungseinheit auf. Dabei ist die Luftmassen-Speichereinheit zur Speicherung eines bei einem ersten Luftmassenpunkt erfassten ersten Wertes des Luftmassenstroms und zumindest eines bei einem zweiten Luftmassenpunkt erfassten zweiten Wertes vorgesehen und die Luftmassen-Vergleichseinheit zum Vergleich des erfassten ersten Wertes mit einem zugeordneten ersten Vergleichswert und des zumindest zweiten erfassten Wertes mit einem zugeordneten zweiten Vergleichswert. Der zweite Vergleichswert ist dabei um einen Faktor von mehr als 1,3 größer als der erste Vergleichwert und/oder der erste Vergleichswert liegt in einem Bereich zwischen der Luftmasse im Leerlauf und 100 kg/h und der zweite Vergleichswert liegt in einem Bereich von mehr als 150 kg/h. Die Fehlfunktion-Erkennungseinheit gibt ein Signal aus, wenn zumindest einer der erfassten Werte um mehr als ein vorgegebenes Fehlerintervall von dem zugeordneten Vergleichswert abweicht.

Als Luftmassenpunkt im Sinne dieser Erfindung wird ein vorgegebener Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mit einer im betrachteten Zeitraum konstant gehaltenen Drehzahl und Laststellung der Brennkraftmaschine definiert.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Plausibilitätsprüfung bei Nulllast der Brennkraftmaschine. Dabei wird als Nulllast der Betriebszustand der Brennkraftmaschine definiert, der, ausgehend vom Leerlauf, lastlos den gesamten Drehzahlbereich des Motors erfasst. Bei einer Plausibilitätsprüfung des Luftmassenmessers bei Nulllast wird der erste Wert des Luftmassenstroms vorzugsweise bei der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erfasst. Die Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen liegt beispielsweise bei Ottomotoren zwischen 500 bis 750 min^–1 und bei Dieselmotoren zwischen 700 bis 900 min^–1 und gewährleistet eine Mindestleistung der Brennkraftmaschine für Hilfsantriebe wie z.B. Lichtmaschine, Lenkhilfepumpe etc. Der zweite Wert des Luftmassenstroms wird bei der Abregeldrehzahl, d.h. bei der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst, bei welcher die Brennkraftmaschine zum Schutz vor Überschreitung der maximalen zulässigen Drehzahl eingeregelt wird.

Bei einer in ein Fahrzeugeingebauten Brennkraftmaschine ist mit der vor beschriebenen Ausführungsform eine Plausibilitätsprüfung eines Luftmassenmessers im Stand des Fahrzeuges, vorzugsweise mit einer externen Anordnung zur Plausibilitätsprüfung bei einer Inspektion des Fahrzeuges möglich. Eine Teil- oder Vollastbestimmung, beispielsweise im Straßenverkehr, kann hierbei entfallen, so dass Kosten und Zeit eingespart werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung erfolgt die Plausibilitätsprüfung des Luftmassenmessers bei Last der Brennkraftmaschine, beispielsweise während der Fahrt eines Fahrzeuges, so dass die Anordnung zur Plausibilitätsprüfung in das Fahrzeug integriert ist und eine on-bord-Diagnose möglich ist. Der erste Wert des Luftmassenstroms wird bei einer unteren Teillast der Brennkraftmaschine und der zweite Wert des Luftmassenstroms bei einer oberen Teillast der Brennkraftmaschine erfasst. Dabei ist die Teillast ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine zwischen Nulllast und Volllast, wobei die untere Teillast einen Betriebszustand in der Nähe des Leerlaufs und die obere Teillast einen Betriebszustand in der Nähe der Volllast definiert.

Vorzugsweise werden Luftmassenmesser, welche als HFM (Heißfilm-Anemometer) ausgebildet sind, überprüft. Ein HFM verwendet einen erhitzten Körper, der Energie an die umliegende Luft abgibt. Die abgegebene Wärmemenge ist vom Luftstrom abhängig und kann als Meßgrößen verwendet werden. Beim HFM werden zwei temperaturabhängige Metallfilm-Widerstände (R_s, R_t) im Ansaugluftstrom angeordnet und in Kombination mit zwei weiteren Widerständen (R1, R2) in einer Brückenschaltung verbunden. Durch den angesaugten Luftmassenstrom wird Rs mehr oder weniger stark abgekühlt. Die Elektronik regelt den erforderlichen Heizstrom durch Rs derart, dass an Rs immer eine konstante und hohe Temperaturdifferenz zur an Rt gemessenen Lufttemperatur besteht. Der Heizstrom wird am Widerstand R2 in ein Spannungssignal umgewandelt. Das HFM-Signal ist nahezu unabhängig von Temperatur und Druck der Ansaugluft. Die Erfindung eignet sich aber auch zur Überprüfung weiterer bekannter Luftmassenmesser, wie beispielsweise Hitzedraht-Luftmassenmesser.

In Brennkraftmaschinen, bei welchen der Luftmassenmesser zur Steuerung bzw. Regelung einer Abgasrückführung eingesetzt wird, wird der Luftmassenstrom vorzugsweise ohne Abgasrückführung erfasst, d.h. die Abgasrückführung wird vor der Erfassung des Luftmassenstroms abgestellt, sodass der gesamte der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmassenstrom erfasst werden kann. Insbesondere wird vor der Erfassung des Luftmassenstroms eine Wartezeit nach der Abschaltung der Abgasrückführung eingehalten, so dass sich ein gleichmäßiger Luftmassenstrom ausbilden kann.

Die erfassten Werte des Luftmassenstroms werden mit zu erwartenden Vergleichswerten verglichen, wobei die Vergleichswerte in einer vorteilhaften Ausführung zuvor experimentell ermittelt werden und in einem Kennfeld in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine, abgelegt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden die Vergleichswerte in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt. Als aktuelle Betriebsgrößen werden insbesondere ein Saugrohr-/Ladedruck, ein Liefergrad und eine Saugrohrtemperatur ermittelt. Aus diesen Betriebsgrößen lässt sich mit Hilfe der folgenden Formel der Luftmassenstrom-Istwert M als Vergleichswert berechnen.

Bei einer Abweichung zumindest eines erfassten Wertes des Luftmassenstroms um mehr als ein vorgegebenes Fehlerintervall von dem zugeordneten Vergleichswert wird eine Fehlfunktion des Luftmassenmessers erkannt. Dabei sind beispielsweise die Fehlerintervalle variabel einstellbar, so dass bei der Abweichung nur eines erfassten Wertes andere Fehlerintervalle zugelassen sein können als bei der Abweichung eines zweiten oder weiterer erfasster Werte des Luftmassenstroms.

Die Erfindung wird an Hand der 1 näher erläutert. Die 1 zeigt schematisch die Luftversorgung einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführung 4 und einer Anordnung zur Plausibilitätsprüfung 5 des Luftmassenmessers 2.
Der Luftmassenmesser 2 ist in der Ansaugleitung 3, welche der Brennkraftmaschine 1 Frischluft zuführt, angeordnet. Der Frischluft wird vor der Brennkraftmaschine 1 über die Abgasrückführungseinrichtung 4 Abgas beigemischt. Eine Steuervorrichtung 13 empfängt Signale vom Luftmassenmesser 2, von einem Drehzahlsensor 14 und weiteren Sensoren 11 zur Erfassung von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 und ist mit einem Stellventil 10 in der Abgasrückführungseinrichtung 4 verbunden, um die rückgeführte Abgasmenge in Abhängigkeit von der erfassten Frischluftmasse zu regeln. Die Steuereinheit 13 ist außerdem mit der Anordnung zur Plausibilitätsprüfung 5 verbunden und kann in regelmäßigen, vorgegebenen Abständen und/oder bei vorgegebenen Ereignissen die Plausibilitätsprüfung bei Erkennen einer bestimmten Drehzahl über den Drehzahlsensor 14 und/oder bei Erkennen einer bestimmten Luftmasse über den Luftmassenmesser 2 auslösen. Vor dem Auslösen der Überprüfung des Luftmassenmessers 2 wird durch die Steuereinheit 13 das Stellventil 10 geschlossen, so dass kein Abgas aus der Abgasrückführungseinrichtung 4 zur Ansaugleitung 3 zurückgeführt wird. Nach dem Ausbilden einer gleichmäßigen Strömung zwischen dem Luftmassenmesser 2 und der Brennkraftmaschine 1 erfasst der Luftmassenmesser zwei Werte der angesaugten Luftmasse und übergibt diese als Signal an die Luftmassen-Speichereinheit 6 der Anordnung zur Plausibilitätsprüfung 5.
Die Plausibilitätsprüfung erfolgt bei einem stehenden Fahrzeug. Die erste Messung der Luftmasse erfolgt ohne Abgasrückführung im Betriebspunkt Leerlauf der Brennkraftmaschine 1 des Fahrzeugs, die zweite Messung bei sehr hohen Drehzahlen, typischerweise bei der Abregeldrehzahl. Die Messergebnisse werden an die Luftmassen-Speichereinheit 6 übergeben und von dieser erfasst und gespeichert. Jeweils gleichzeitig mit der Erfassung des ersten und zweiten Wertes werden von Sensoren 11 der jeweils aktuelle Saugrohr-/Ladedruck, der Liefergrad und die Saugrohrtemperatur der Brennkraftmaschine 1 gemessen und über die Steuervorrichtung 13 in der Luftmassen-Vergleichseinheit 7 erfasst und gespeichert. Aus dem aktuellen Saugrohr-/Ladedruck, Liefergrad und der aktuellen Saugrohrtemperatur wird in der Luftmassen-Vergleichseinheit 7 ein erster und zweiter Vergleichswert berechnet und gespeichert.
Die Vergleichswerte M werden in der Luftmassen-Vergleichseinheit 7 nach folgender Formel berechnet:
Die Luftmassen-Vergleichseinheit 7 berechnet die Abweichung der vom Luftmassenmesser 2 erfassten Werte von den berechneten Vergleichswerten M und übergibt diese an die Fehlerfunktion-Erkennungseinheit 8.
Liegt die Abweichung eines oder beider vom Luftmassenmesser 2 erfassten Werte außerhalb eines vorgegebenen Fehlerintervalls, wird ein Fehlersignal 9 von der Fehlerfunktion-Erkennungseinheit 8 ausgegeben.
Dieses Fehlersignal 9 kann dann in einer Anzeige eines Fahrzeuges sichtbar gemacht werden, so dass der Fahrer eine Fehlfunktion des Luftmassenmessers 2 erkennen kann.
Die Anordnung zur Plausibilitätsprüfung 5 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel als externes und an die Steuervorrichtung 13 der Brennkraftmaschine 1 anschließbares Gerät ausgeführt, um eine Plausibilitätsprüfung im Stand eines Fahrzeuges im Kundendienst auszuführen.
Die Plausibilitätsprüfung erfolgt dabei im Stand bei der Abregel- und Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine. Die benötigten Werte werden in analoger Weise zum vor beschriebenen Ausführungsbeispiel erfasst und ausgewertet.

1: Brennkraftmaschine
2: Luftmassenmesser
3: Ansaugleitung
4: Abgasrückführungseinrichtung
5: Anordnung zur Plausibilitätsprüfung
6: Luftmassen-Speichereinheit
7: Luftmassen-Vergleichseinheit
8: Fehlfunktion-Erkennungseinheit
9: Fehlersignal
10: Stellventil
11: Sensoren
13: Steuervorrichtung
14: Drehzahlsensor

Claims

Verfahren zur Plausibilitätsprüfung eines Luftmassenmessers einer Brennkraftmaschine, wobei der Luftmassenmesser einen Wert eines der Brennkraftmaschine über eine Ansaugleitung zugeführten Luftmassenstroms erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einem ersten Luftmassenpunkt ein erster Wert des Luftmassenstroms erfasst und mit einem zugeordneten ersten Vergleichswert verglichen wird, – bei zumindest einem zweiten Luftmassenpunkt ein zweiter Wert des Luftmassenstroms erfasst und mit einem zugeordneten zweiten Vergleichswert verglichen wird, – wobei der zweite Vergleichswert um einen Faktor von mehr als 1,3 größer ist als der erste Vergleichwert und/oder – der erste Vergleichswert in einem Bereich zwischen der Luftmasse im Leerlauf und 100 kg/h und der zweite Vergleichswert in einem Bereich von mehr als 150 kg/h liegt, und eine Fehlfunktion erkannt wird, wenn zumindest einer der erfassten Werte um mehr als ein vorgegebenes Fehlerintervall von dem zugeordneten Vergleichswert abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung bei Nulllast der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert des Luftmassenstroms bei einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wert des Luftmassenstroms bei einer Abregeldrehzahl der Brennkraftmaschine erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung bei vorgegebener Last der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert des Luftmassenstroms bei einer unteren Teillast der Brennkraftmaschine erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wert des Luftmassenstroms bei einer oberen Teillast der Brennkraftmaschine erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom ohne Abgasrückführung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom mit einem HFM-Luftmassenmesser erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichswerte experimentell ermittelt werden und in einem Kennfeld in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Last und Drehzahl, abgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeordneten Vergleichswerte jeweils in Abhängigkeit von zum Zeitpunkt der Erfassung des Wertes des Luftmassenstroms vorliegenden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsgrößen ein Saugrohr-/Ladedruck, ein Liefergrad und eine Saugrohrtemperatur ermittelt werden.
Anordnung zur Plausibilitätsprüfung (5) eines Luftmassenmessers (2) einer Brennkraftmaschine (1), wobei der Luftmassenmesser (2) einen Wert eines der Brennkraftmaschine (1) über eine Ansaugleitung (3) zugeführten Luftmassenstroms erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest – eine Luftmassen-Speichereinheit (6) zur Speicherung eines bei einem ersten Luftmassenpunkt erfassten ersten Wertes des Luftmassenstroms und zumindest eines bei einem zweiten Luftmassenpunkt erfassten zweiten Wertes, – eine Luftmassen-Vergleichseinheit (7) zum Vergleich des erfassten ersten Wertes mit einem zugeordneten ersten Vergleichswert und des zumindest zweiten erfassten Wertes mit einem zugeordneten zweiten Vergleichswert, – wobei der zweite Vergleichswert um einen Faktor von mehr als 1,3 größer ist als der erste Vergleichwert und/oder – der erste Vergleichswert in einem Bereich zwischen der Luftmasse im Leerlauf und 100 kg/h und der zweite Vergleichswert in einem Bereich von mehr als 150 kg/h liegt, – und eine Fehlfunktion-Erkennungseinheit (8) zur Ausgabe eines Fehlersignals (9), wenn zumindest einer der erfassten Werte um mehr als ein vorgegebenes Fehlerintervall von dem zugeordneten Vergleichswert abweicht, umfasst.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zur Abschaltung einer Abgasrückführungseinrichtung (4) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmassen-Vergleichseinheit (7) experimentell ermittelt Vergleichswerte aufweist, welche in einem Kennfeld in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von der Last und Drehzahl, abgelegt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmassen-Vergleichseinheit (7) aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelte Vergleichswerte aufweist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmassen-Vergleichseinheit (7) mit Mitteln zur Erfassung eines Saugrohr-/Ladedrucks, eines Liefergrades und einer Saugrohrtemperatur verbunden oder verbindbar ist.