DE102006024182B4

DE102006024182B4 - System und Verfahren zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts

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Publication number: DE102006024182B4
Application number: DE102006024182A
Authority: DE
Inventors: Igor Walled Lake Anilovich; Louis A. Linden Avallone; David N. Birmingham Belton; Ian J. White Lake Mac Ewen; Vincent A. Northville White
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2026-05-24
Also published as: US7152594B2; US20060260593A1; CN1869629A; CN1869629B; DE102006024182A1

Abstract

Verfahren zum Erfassen von Emissionen von einer Brennkraftmaschine (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bestimmen eines Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals anhand einer Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor (12);
Bestimmen eines Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals (44) von einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor (42);
Vergleichen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44);
Bestimmen anhand des Vergleichs, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt; und
Setzen eines Serviceindikators anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erfassen von Emissionen von einer Brennkraftmaschine sowie ein Luft-/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem.
Brennkraftmaschinen verdichten und zünden in einem Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, um Leistung zu erzeugen. Irgendein Ungleichgewicht des Luft/Kraftstoff-Gemischs kann unerwünschte Emissionen in den Abgasen erzeugen, die die Zylinder verlassen. Ein Sauerstoffkonzentrationssensor kann die Sauerstoffkonzentrationsniveaus in den Abgasen messen. Durch Messung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch so eingestellt werden, dass der Wirkungsgrad verbessert wird und unerwünschte Emissionen verringert werden.
Bekannte Motorsteuerverfahren und -systeme sind in den folgenden Dokumenten beschrieben: US 6 021 758 A , US 6 032 659 A , US 6 314952 B1 , US 6 382 198 B1 , US 6 481 427 B1 , US 6 668 812 B2 , US 7 027 910 B1B sowie Kainz, Jeff L. und Smith, James C., "Individual Cylinder Fuel Control With A Switching Oxygen Sensor", SAE, Mar. 1–4, 1999, Seiten. 1–8.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine zu verbessern und unerwünschte Emissionen in Folge des Betriebs der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit den Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 8, sowie mit einem Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem gemäß Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Erfassen von Emissionen einer Brennkraftmaschine umfasst allgemein das Bestimmen eines Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals anhand einer Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor, das Bestimmen eines Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals von einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor, das Vergleichen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal, das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, und das Setzen eines Wartungs- oder Serviceindikators anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Gemäß einem Merkmal enthält das Bestimmen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals das Beschaffen eines Referenz-Signals aus einer Nachschlagetabelle anhand der Motordrehzahl und der Luftströmung in den Motor.
Gemäß einem weiteren Merkmal enthält das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, das Bestimmen, ob das Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal einen höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal aufweist.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal enthält das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, das Bestimmen, ob das Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal eine längere Spur als das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1 ein Prinzipschaltbild, das einen Motor veranschaulicht, der eine gemäß den Lehren der Erfindung konstruierte Steuerung enthält;
2 ein Diagramm, das eine beispielhafte Zunahme des Hochfrequenzgehalts in einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensorsignal veranschaulicht, wenn die Luftströmung in einen Motor und die Motordrehzahl zunehmen; und
3 einen Ablaufplan, der ein beispielhaftes Verfahren für die Erfassung eines Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts veranschaulicht, das gemäß den Lehren der Erfindung arbeitet.
Der Begriff Modul wird hier so verwendet, dass er sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf einen Speicher, der eines oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, auf eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten und Kombinationen davon, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, bezieht. Darüber hinaus können Fahrzeugsteuermodule unter Verwendung digitaler und/oder analoger Ein- und Ausgaben und/oder eines Kraftfahrzeugkombinationsnetzwerks, das die üblicherweise verwendeten Fahrzeugkommunikations-Netzwerknormen CAN, SAE J1850 und GMLAN enthält, darauf aber nicht beschränkt ist, mit verschiedenen Fahrzeugsystemen kommunizieren.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält ein Fahrzeug 10 einen Motor 12, der ein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem 14 aufweist. In einem Beispiel ist der Motor 12 eine Brennkraftmaschine, die eine Drehmomentausgabe erzeugt, die über einen Kraftübertragungsstrang (nicht gezeigt) auf Räder übertragen werden kann. Entsprechend dem obigen Beispiel enthält der Motor 12 ein Saugrohr 16 und eine Drosselklappe 18, die die Luftströmung in das Saugrohr 16 reguliert. Die Luftströmung von dem Saugrohr 16 und der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe 20 werden in mehrere Zylinder 22 verteilt und durch ein Zündungssystem 24 gezündet. Obgleich in 1 vier Zylinder 22 veranschaulicht sind, ist festzustellen, dass eine unterschiedliche Anzahl von Zylindern 22, z. B. 2, 3, 5, 6, 8, 10, 12 usw., verwendet werden können.
Jeder der Zylinder 22 enthält ein Einlassventil 26, ein Auslassventil 28, eine Zündkerze 30 und ein Kraftstoffeinspritzventil 32 zum Regulieren der Verbrennung in den Zylindern 22. Jeder der Zylinder kann mehr als ein Einlassventil 26, mehr als ein Auslassventil 28, mehr als eine Zündkerze 30 und/oder mehr als ein Kraftstoffeinspritzventil 32 aufweisen. Eine obenliegende Nockenwelle (nicht gezeigt) oder Ventilstoßstangen mit einem inneren Nocken (nicht gezeigt) können jedes der Einlassventile 26 und jedes der Auslassventile 28 über Kipphebel oder Nockenmitnehmer (nicht gezeigt) betätigen. Jede der Zündkerzen 30 kann mit dem Zündsystem 24 verbunden sein und das Luft/Kraftstoff-Gemisch in jedem Zylinder 22 zünden. Die Kraftstoffpumpe 20 kann den Kraftstoff, der an jedes der Kraftstoffeinspritzventile 32 geliefert wird und wahlweise in den jeweiligen Zylinder 22 zerstäubt wird, in einem Kraftstoffsystem mit Druck beaufschlagen.
Ein Auspuffkrümmer 34 empfängt Abgas (d. h. Verbrennungsgase) von jedem der Zylinder 22 und schickt das Abgas durch ein Auspuffrohr 36 zu einem Schalldämpfer 38. Von dem Schalldämpfer 38 wird das Abgas in die Atmosphäre abgegeben. Zwischen das Auspuffrohr 36 und den Schalldämpfer 38 kann ein Katalysator 40 gekoppelt sein, um die Emissionen in dem Abgas zu verringern.
In einem Beispiel kann an einem Ort zwischen dem Auspuffkrümmer 34 und dem Katalysator 40 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 mit dem Auspuffrohr 36 gekoppelt sein. Der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 tastet Abgase ab, die durch das Auspuffrohr 36 strömen, und kann z. B. die Sauerstoffkonzentration, die Abgastemperatur und/oder die Feuchtigkeit des Abgases erfassen. Ein Typ eines Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensors 42 kann z. B. ein Sauerstoffkonzentrationssensor (O₂-Sensor) sein, der den Gehalt an zweiatomigem Sauerstoff in dem Abgas erfasst und ein Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal 44 an ein Steuermodul 46 sendet. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal 44 kann eine Spannung enthalten, die der Sauerstoffmenge entspricht.
In einem Beispiel kann das Signal 44 von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 wegen des hin- und hergehenden Wesens der Bewegung der Brennkraftmaschine 12 eine Sinusform aufweisen. In einem Beispiel ist der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 ein Sauerstoffkonzentrationssensor, der ein Sauerstoffkonzentrationssignal liefert. Während die Motordrehzahl und/oder die Luftströmung in den Motor 12 zunehmen, können die Frequenz und/oder der Betrag des Signals 44 zunehmen. Es kann gezeigt werden, dass das Signal 44 von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 außer einem Anteil des Signals von der normalen Verbrennung einen zusätzlichen Hochfrequenzgehalt aufweist, wenn in dem Motor 12 ein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht auftritt. In einem Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung in den jeweiligen Zylinder teilweise verschmutzt werden und somit die richtige Verbrennung behindern. Die nicht ordnungsgemäße Verbrennung kann unerwünschte Emissionen erzeugen. Dagegen können die anderen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen in dem Motor 12 auf normale Weise arbeiten. Gemäß dem obigen Beispiel erzeugt der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 wegen der anomal arbei tenden (z. B. teilweise verschmutzten) Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen zusätzlichen Hochfrequenzgehalt.
Das Steuermodul 46 steuert anhand verschiedener Eingaben einschließlich Motorbetriebsparametern 48 und Betreibereingaben 50 verschiedene Operationen des Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystems 14 und des Motors 12. Obgleich ein einzelnes Steuermodul 46 gezeigt ist, können ein oder mehrere Steuermodule 46 realisiert sein. Darüber hinaus kann das Steuermodul 46 verschiedene Untermodule enthalten. Die Betriebsparameter 48 können z. B. Umgebungsindikatoren wie etwa die Umgebungsfeuchtigkeit, die Umgebungstemperatur und/oder den Umgebungsluftdruck enthalten. Die Betreibereingaben 50 können z. B. eine Fahrpedalstellung, eine Bremspedalstellung und andere im Gebiet bekannte Eingaben enthalten. Außerdem kann ein Telematiksystem 52 wie etwa OnStar^® eine Eingabe an das Steuermodul 46 liefern und eine Ausgabe von ihm empfangen. Darüber hinaus kann das Telematiksystem 52 mit einer Fernwartungseinrichtung 54 kommunizieren.
Das Steuermodul 46 kann mit dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 kommunizieren und von ihm das Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal 44 empfangen. Außerdem kann das Steuermodul 46 mit einem Motorsensor 54 kommunizieren. Der Motorsensor 54 kann einen oder mehrere Sensoren enthalten, die z. B. die Motordrehzahl, die Motortemperatur und/oder den Motoröldruck an das Steuermodul 46 übermitteln können. Das Steuermodul 46 kann mit einem Drosselklappensensor 56 kommunizieren, um eine Stellung der Drosselklappe 18 zu bestimmen und/oder zu steuern. Der Drosselklappensensor 56 kann einen oder mehrere Sensoren enthalten. Zum Beispiel kann der Drosselklappensensor 54 einen Luftströmungssensor enthalten, der die Menge der Luft bestimmt, die unterstromig der Drosselklappe 18 in das Saugrohr 16 strömt. In einem weiteren Beispiel kann der Drosselklappensensor 56 einen Temperatursensor und einen Feuchtigkeitssensor enthalten, um die Temperatur und die Feuchtigkeit der Luftströmung in das Saugrohr 16 zu bestimmen.
Nach 2 kann das Steuermodul 46 (1) eine Nachschlagetabelle 100 enthalten. Die Nachschlagetabelle 100 enthält eine erste Achse 102, die eine von links nach rechts zunehmende Motordrehzahl (z. B. in min^–1) repräsentiert. Eine zweite Achse 104 repräsentiert eine von unten nach oben zunehmende Luftströmung (z. B. in 0,028 m³/min) durch das Saugrohr 16 (1). Eine erste Signalform 106 repräsentiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal 44 von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (1). In einem Beispiel ist die erste Signalform 106 eine graphische Darstellung des Signals 44, ausgedrückt als Spannung (z. B. in μV) über eine Zeitdauer (z. B. in s) von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42. Entsprechend dem obigen Beispiel beruht die Spannung auf einer Sauerstoffkonzentration (d. h. ist sie eine Funktion der Sauerstoffkonzentration) in den Abgasen. Wegen des hin- und hergehenden Wesens der Bewegung der Brennkraftmaschine 12 kann die Signalform 106 sinusförmig sein. Eine zweite Signalform 108 ist ebenfalls eine graphische Darstellung der Spannung des Signals 44, ausgedrückt über der Zeit, wobei sie wegen erhöhter Motordrehzahl und/oder Luftströmung in den Motor 12 (1) eine Signalform mit erhöhter Frequenz und/oder erhöhtem Betrag zeigt.
Die erste Signalform 106 weist eine erste Achse 110, die die Zeit (z. B. in s) repräsentiert, und eine zweite Achse 112, die die Spannung (z. B. in μV) repräsentiert, auf. Die zweite Signalform 108 weist eine erste Achse 114, die die Zeit (z. B. in s) repräsentiert, und eine zweite Achse 116, die die Spannung (z. B. in μV) repräsentiert, auf. Obgleich dies nicht genau veranschaulicht ist, ist festzustellen, dass die Nachschlagetabelle 100 mehre re Signalformen enthält, die die Signale 44 von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (1) anhand der Motordrehzahl und der Luftströmung in den Motor 12 (1) repräsentieren.
In einem Beispiel ist ein Zeitinkrement, über das jedes Referenz-Signal von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 erhalten wird, 5 s. Gemäß dem obigen Beispiel sind in der Nachschlagetabelle 100 mehrere Referenz-Signale gespeichert, die jeweils ein Zeitinkrement von 5 s aufweisen. Die Referenz-Signale beruhen auf der Motordrehzahl und/oder auf der Luftströmung, und das Steuermodul 46 kann auf sie für den Vergleich mit einem Ist-Signal 44 von dem Luftströmungs-Gemisch-Sensor 42 zugreifen. Es ist festzustellen, dass die Zeitdauer anhand verschiedener Betrachtungen, z. B. der Motorgröße, der Betriebsparameter und/oder der Motordrehzahl, variieren kann. Außerdem ist festzustellen, dass die Nachschlagetabelle 100 mit mehreren Referenz-Signalformen auf A-priori-Weise (z. B. in einer Fabrikeinstellung vorprogrammiert) und/oder auf In-situ-Weise (d. h. zu einem Zeitpunkt nach der Lieferung des Fahrzeugs an den Kunden programmiert (oder umprogrammiert)) bevölkert sein kann. Außerdem kann die Nachschlagetabelle 100 über das Telematiksystem 52 programmiert (oder umprogrammiert) werden.
Nach den 1 und 2 kann das Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem 14 ein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht bestimmen, das unerwünschte Emissionen erzeugen kann. Der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 erfasst das Ist-Luft/Kraftstoff-Signal 44. Das Signal 44 wird über eine vorgegebene Zeitdauer, z. B. über 5 s, erfasst. Am Ende der vorgegebenen Zeitdauer ordnet das Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem 14 die Zeitdauer einer Motordrehzahl und einer Luftströmung zu. Anhand der zugeordneten Motordrehzahl und der zugeordneten Luftströmung wird ein Referenz-Signal von dem Luft/Kraftstoff- Gemisch-Sensor 42 erhalten und mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal 44 verglichen. Es ist festzustellen, dass das Referenz-Signal von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor aus der Nachschlagetabelle 100 erfasst werden kann. Das Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungsystem 14 bestimmt anhand des Vergleichs, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt. Wenn das Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht auftritt, kann das Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem 14 einen Serviceindikator setzen. Anhand des Serviceindikators kann das Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem 14 ein Servicelicht leuchten lassen, die Menge des durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen eingespritzten Kraftstoffs einstellen und/oder sich über das Telematiksystem 52 mit einer Fernwartungseinrichtung in Verbindung setzen.
In einem Beispiel gibt das Signal von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 kein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht in dem Motor 12 an. In einem weiteren Beispiel kann der Motor 12 mit zusätzlichem Kraftstoff (d. h. fett) gegenüber einer Nennbedingung arbeiten. Gemäß den obigen Beispielen enthält eine Nicht-Nennbedingung, ohne darauf beschränkt zu sein, dass ein Motor 12 unterhalb der normalen Betriebstemperatur arbeitet (z. B ein kalter Motor), was erfordern kann, dass der Motor 12 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Gemisch arbeitet. Genauer kann das Steuermodul 46 die Kraftstoffströmung zu dem Motor 12 anhand einer stöchiometrischen Schätzung steuern, wie viel Kraftstoff in dem Motor 12 benötigt wird. In dieser Anordnung kann der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 in einem geschlossenen Regelkreis mit den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 30 und mit dem Steuermodul 46 sein. In einer Nicht-Nennbedingung geben die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 30 mehr oder weniger Kraftstoff zu, als dem stöchiometrischen Schätzwert entspricht, um z. B. das fette Luft/Kraftstoff-Gemisch zu liefern. In dieser Anordnung kann eher eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 30 und des Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensors 42 als ein geschlossener Regelkreis vorliegen. Es ist festzustellen, dass der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 die Abgase abtasten kann, um stöchiometrisch zu schätzen, wie viel Kraftstoff für die Verbrennung in dem Motor 12 benötigt wird.
Anhand von 3 bestimmt ein Kraftstoffungleichgewichts-Erfassungssystem einen Hochfrequenzgehalt in dem Signal 44 (1) von einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (1), um zu bestimmen, ob ein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht aufgetreten ist. In Schritt 202 bestimmt die Steuerung, ob das System bereit ist. Die Systembereitschaftsbestimmung kann auf Steuermodulfehlern, Betriebsparametern, der Motordrehzahl und der Motorlast beruhen. Außerdem kann die Motorbereitschaftsbestimmung darauf beruhen, ob der Motor 12 in einem geschlossenen Regelkreis mit dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 ist. Falls das System bereit ist, wird die Steuerung in Schritt 204 fortgesetzt. Falls das System nicht bereit ist, endet die Steuerung.
In Schritt 204 tastet die Steuerung den Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (1) ab. In einem Beispiel ist der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 ein O₂-Sensor. In einem Beispiel tastet die Steuerung den Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 über eine vorgegebene Zeitdauer, z. B. über 5 s, ab. Es ist festzustellen, dass andere Zeitdauern verwendet werden können, die sonst für bestimmte Motormodelle und für bestimmte Betriebsparameter geeignet sind. Außerdem ist festzustellen, dass das Signal 44 (1) von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 als Spannung ausgedrückt werden kann und ein sinusförmiges Muster aufweisen kann.
In Schritt 206 bestimmt die Steuerung, ob genügend Abtastwerte erhoben worden sind. Zum Beispiel bestimmt die Steuerung, dass genügend Abtastwerte erhoben worden sind, wenn über die oben festgelegte Zeitdauer ausreichend Daten erhalten wurden. In einem Beispiel wird die Spannung in etwa 12,5-ms-Inkrementen über eine 5-s-Zeitdauer erhoben, so dass 400 Spannungsabtastwerte erhoben werden. Wenn die Steuerung bestimmt, dass genügend Abtastwerte erhoben worden sind, wird sie in Schritt 208 fortgesetzt. Wenn die Steuerung bestimmt, dass nicht genügend Abtastwerte erhoben worden sind, wird die Steuerung zu Schritt 204 zurückgeschleift.
In Schritt 208 bestimmt die Steuerung die Charakteristiken der Ausgabe von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (1). In einem Beispiel bestimmt die Steuerung die Länge einer Signalspur (d. h. einer graphischen Darstellung der Signalform) von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42. Genauer bestimmt die Steuerung durch Messen der einzelnen Liniensegmentlängen über die Zeitdauer die Länge der Spur von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42. Gemäß dem obigen Beispiel wird die Spannung etwa alle 12,5 ms erfasst, so dass zu einem ersten Zeitpunkt (d. h. T₁) eine erste Spannung (d. h. V₁) erfasst wird und zu einem zweiten Zeitpunkt (d. h. T₂) eine zweite Spannung (d. h. V₂) erfasst wird. Zu einem dritten Zeitpunkt (d. h. T₃) wird eine dritte Spannung (d. h. V₃) erfasst, so dass die Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt (T₁) und dem zweiten Zeitpunkt (T₂) sowie zwischen dem zweiten Zeitpunkt (T₂) und dem dritten Zeitpunkt (T₃) z. B. jeweils etwa 12,5 ms beträgt. Zur Bestimmung der Länge der Spur von der ersten Spannung (V₁) zu der zweiten Spannung (V₂) sowie von der zweiten Spannung (V₂) zu der dritten Spannung (V₃) können die folgenden Gleichungen verwendet werden.
Gemäß dem obigen Beispiel können etwa 400 Abtastwerte erhoben werden, wenn jeder Abtastwert etwa über das 12,5-ms-Inkrement erhoben wird und die Abtastwertlänge etwa 5 s beträgt. Folgende Gleichung kann verwendet werden, um alle einzelnen Liniensegmentwerte zu summieren und somit einen Schätzwert der Spurlänge über den Abtastwert zu erhalten:
wobei n = 1, 2, 3... 397, 398, 399 und m = n + 1 ist.
Es ist festzustellen, dass die obigen Formeln für die Liniensegmentlänge die Länge der sinusförmigen Signalform nur annähern, da in den obigen Gleichungen eine geradlinige Messung angenommen worden ist. Dennoch können die obigen Gleichungen auch verwendet werden, um die Spurlänge jeder der Referenz-Signalformen in der Nachschlagetabelle 100 (2) zu erhalten, um sie damit zu vergleichen. Somit ist gezeigt worden, dass die Schätzung eine ausreichende Genauigkeit liefert. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die Spurlänge und/oder andere Eigenschaften der Signalform unter Verwendung anderer geeigneter mathematischer Prinzipien, z. B., aber nicht beschränkt auf, unter Verwendung von Fourier-Transformationen und/oder anderen Signalformanpassungsalgorithmen, bestimmen.
In Schritt 210 bestimmt die Steuerung die Motorparameter. In einem Beispiel bestimmt die Steuerung die Motordrehzahl und die Luftströmung in das Saugrohr 16 (1). In einem weiteren Beispiel bestimmt die Steue rung die Motorlast, die Umgebungstemperatur und die Drosselklappenstellung. In Schritt 212 vergleicht die Steuerung die Ausgabe von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (d. h. das Ist-Signal) mit einem Referenzwert (z. B. mit einem früher erfassten Signal), dessen Auswahl auf den in Schritt 210 bestimmten Fahrzeugparametern beruht. In einem Beispiel vergleicht die Steuerung das von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 (1) erhaltene Ist-Signal mit dem in der Nachschlagetabelle 100 (2) erhaltenen Referenz-Signal. Die in Schritt 210 bestimmten Motorparameter werden dem in Schritt 208 bestimmten Ist-Signal zugeordnet. Dieselben Motorparameter werden einer Signalform in der Nachschlagetabelle 100 zugeordnet, um daraus ein Referenz-Signal zu erhalten. In einem Beispiel kann die Steuerung den relativen Hochfrequenzgehalt des Ist Ausgangssignals und des Referenz-Signals vergleichen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die Länge der Signalspur des Ist-Signals von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 bestimmen. Daraufhin vergleicht die Steuerung die Ist-Signalspurlänge mit der Referenz-Signalspurlänge. Gemäß dem obigen Beispiel kann die Steuerung bestimmen, ob der Hochfrequenzgehalt des Ist-Signals von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor einen verhältnismäßig höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Signal aufweist.
In Schritt 214 bestimmt die Steuerung, ob in dem Motor 12 ein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht vorhanden ist. In einem Beispiel bestimmt die Steuerung, ob das Ist-Signal 44 (1) von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 einen höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Signal aufweist. Wenn die Steuerung bestimmt, dass das Ist-Signal 44 von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 einen niedrigeren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Signal aufweist, wird die Steuerung in Schritt 216 fortgesetzt. Wenn die Steuerung bestimmt, dass das Ist-Signal 44 von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 einen höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Signal aufweist, wird die Steuerung in Schritt 218 fortgesetzt In Schritt 216 setzt die Steuerung einen Bestanden-Merker. Von Schritt 216 aus endet die Steuerung. In Schritt 218 setzt die Steuerung einen Nicht-bestanden-Merker. Von Schritt 218 aus wird die Steuerung in Schritt 220 fortgesetzt.
In Schritt 220 kann die Steuerung einen Serviceindikator setzen. Das Setzen des Serviceindikators kann enthalten, dass der Fahrer überein Problem mit dem Motor 12 benachrichtigt wird. In einem Beispiel kann das Setzen des Serviceindikators das Leuchtenlassen eines Indikators auf dem Armaturenbrett (nicht gezeigt) enthalten. In einem weiteren Beispiel kann das Setzen des Serviceindikators enthalte, dass ein Merker in dem Steuermodul 46 (d. h. in dem Motorcomputer) so gesetzt wird, dass ein Servicetechniker den Merker daraufhin während einer beispielhaften Diagnoseprozedur (nicht gezeigt, im Stand der Technik aber gut bekannt) erfassen kann, wenn der Fahrer das Fahrzeug in eine Serviceeinrichtung bringt.
In Schritt 222 kann die Steuerung die Kraftstoffeinspritzsystemparameter so einstellen, dass das Ungleichgewicht kompensiert wird. In einem Beispiel können die Kraftstoffeinspritzventile so eingestellt werden, dass eine Unterbrechung in einem oder in mehreren Kraftstoffeinspritzventilen kompensiert wird. Ein solches Ungleichgewichtskorrektursystem ist z. B. in mit US 6 668 812 B2 dem Titel "Individual Cylinder Controller for Three-Cylinder Engine", offenbart, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
In Schritt 224 kann die Steuerung den Serviceindikator über ein Telematiksystem 52 (1) an eine Kundendiensteinrichtung 54 (1) übermitteln. In einem Beispiel kann die Steuerung übermitteln, dass ein Luft/Kraftstoff-Ungleichgewicht aufgetreten ist, und ferner die Ergebnisse des obigen Tests über das Telematiksystem 52 an die Kundendiensteinrichtung 54 übermitteln. Von Schritt 224 aus endet die Steuerung.
Zusammengefasst umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Emissionen von einer Brennkraftmaschine, das allgemein das Bestimmen eines Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals anhand der Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor 12 enthält. Das Verfahren enthält das Bestimmen eines Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals 44 von einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor 42 und das Vergleichen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals 44 mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal. Ferner enthält das Verfahren das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, und das Setzen eines Serviceindikators anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Emissionen von einer Brennkraftmaschine (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals anhand einer Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor (12); Bestimmen eines Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals (44) von einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor (42); Vergleichen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44); Bestimmen anhand des Vergleichs, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt; und Setzen eines Serviceindikators anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals das Beschaffen eines Referenz-Signals aus einer Nachschlagetabelle (100) anhand der Motordrehzahl und der Luftströmung in den Motor (12) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, das Bestimmen umfasst, ob das Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44) einen höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, das Bestimmen enthält, ob das Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44) eine längere Spur als das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnen des Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensors (42) oberstromig eines Katalysators (40) und unterstromig eines Auspuffkrümmers (34).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einstellen wenigstens eines Kraftstoffeinspritzventils (32) anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindungsaufnahme mit einer Fernwartungseinrichtung (54) über ein Telematiksystem (52) anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Verfahren zum Erfassen von Emissionen von einer Brennkraftmaschine (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines Referenz-Sauerstoffkonzentrationssignals anhand einer Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor (12); Bestimmen eines Ist-Sauerstoffkonzentrationssignals (44) anhand eines Sauerstoffkonzentrationssensors (42); Vergleichen des Referenz-Sauerstoffkonzentrationssignals mit dem Ist-Sauerstoffkonzentrationssignal (44), wobei der Vergleich das Vergleichen einer Spurlänge des Referenz-Sauerstoffkonzentrationssignals mit einer Spurlänge des Ist-Sauerstoffkonzentrationssignals (44) enthält; und Bestimmen, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, wenn die Spurlänge des Ist-Sauerstoffkonzentrationssignals (44) größer als die Spurlänge des Referenz-Sauerstoffkonzentrationssignals ist.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Setzen eines Serviceindikators anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Referenz-Sauerstoffkonzentrationssignals anhand der Motordrehzahl und der Luftströmung in den Motor (12) das Beschaffen eines Referenz-Signals aus einer Nachschlagetabelle (100) anhand der Motordrehzahl und der Luftströmung in den Motor (12) enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, das Bestimmen enthält, ob das Ist-Sauerstoffkonzentrationssignal (44) einen höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Sauerstoffkonzentrationssignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Anordnen des Sauerstoffkonzentrationssensors (42) oberstromig eines Katalysators (40) und unterstromig eines Auspuffkrümmers (34).
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Einstellen wenigstens eines Kraftstoffeinspritzventils (32) anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Verbindungsaufnahme mit einer Fernwartungseinrichtung (54) über ein Telematiksystem (52) anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem, das umfasst: einen Motor (12) mit wenigstens einem Zylinder (22), der Verbrennungsgase erzeugt; einen Auspuffkrümmer (34), der mit dem wenigstens einen Zylinder (22) verbunden ist; einen Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor (42), der mit dem Auspuffkrümmer (34) verbunden ist und die Verbrennungsgase abtastet; und ein Steuermodul (46), das anhand einer Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor (12) ein Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal bestimmt, das anhand des Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensors (42) ein Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44) bestimmt, das das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44) vergleicht, das anhand des Vergleichs bestimmt, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, und das anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist, einen Serviceindikator setzt.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (46) ein Referenz-Signal anhand der Motordrehzahl und der Luftströmung in den Motor (12) aus einer Nachschlagetabelle (100) beschafft.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (46) bestimmt, ob das Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44) einen höheren Hochfrequenzgehalt als das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal aufweist.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (46) bestimmt, ob das Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal (44) eine längere Spur als das Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal aufweist.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor (42) sich oberstromig eines Katalysators (40) befindet.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (46) anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist, wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil (32) einstellt.
Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichts-Erfassungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (46) sich anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist, über ein Telematiksystem (52) mit einer Fernwartungseinrichtung (54) in Verbindung setzt.