DE102008029156B4 - Verfahren und System zum Ermitteln eines Fehlerzustandes eines Ansauglufttemperatursensors - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ermitteln, ob ein Fehlerzustand eines Ansauglufttemperatursensors (IAT-Sensors) eines Motors vorliegt, das umfasst, dass eine erste Ansaugladungstemperatur (ICT) auf der Grundlage einer zuvor geschätzten ersten ICT und eines geschätzten ersten Luftmassenstroms (MAF) geschätzt wird; eine zweite ICT auf der Grundlage einer zuvor geschätzten zweiten ICT und eines momentan gemessenen MAF geschätzt wird; auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT eine IAT-Differenz ermittelt wird; und auf der Grundlage der IAT-Differenz ermittelt wird, ob der Fehlerzustand des IAT-Sensors vorliegt.
Description
- GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Ermitteln eines Fehlerzustandes eines Ansauglufttemperatursensors.
- HINTERGRUND
- Verbrennungsmotoren verbrennen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Genauer gesagt wird Luft über eine Drosselklappe in den Motor gesaugt. Die Luft wird mit Kraftstoff gemischt, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird unter Verwendung eines Kolbens in einem Zylinder komprimiert. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in dem Zylinder verbrannt, um den Kolben in dem Zylinder hin- und hergehend anzutreiben, der wiederum drehend eine Kurbelwelle des Motors antreibt.
- Der Motorbetrieb wird auf der Grundlage von verschiedenen Parametern reguliert, die eine Ansauglufttemperatur (IAT), einen Krümmerabsolutdruck (MAP), eine Drosselklappenstellung (TPS), eine Motordrehzahl und einen Luftdruck (PBARO) umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Mit besonderer Bezugnahme auf die Drosselklappe sind die Zustandsparameter (z. B. Lufttemperatur und Druck) vor der Drosselklappe gute Referenzen, die für eine Motorsteuerung und -diagnose verwendet werden können. Herkömmliche Verbrennungsmotoren umfassen einen IAT-Sensor, der die IAT direkt misst. In einigen Fällen kann der IAT-Sensor auf Grund von Beschädigung, Verschleiß und/oder einer Anzahl von anderen Faktoren jedoch ungenau werden. Demgemäß sollte der IAT-Sensor überwacht werden, um zu ermitteln, ob die IAT, die auf der Grundlage der IAT-Sensorauslesung ermittelt wird, rational ist. Ein beispielhaftes Diagnoseverfahren für einen IAT-Sensor wird in der
WO 2007/063 396 A2 - Ferner beschreibt die
US 2003/0 019 212 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest eine Realisierung anzugeben, mit der die Funktionstüchtigkeit eines IAT-Sensors mit geringem technischen Aufwand überprüft werden kann.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruchs 15 sowie mit einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
- Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln, ob ein Fehlerzustand eines Ansauglufttemperatursensors (IAT-Sensors) des Motors vorliegt, bereit. Das Verfahren umfasst das Schätzen einer ersten Ansaugladungstemperatur (ICT) auf der Grundlage einer zuvor geschätzten ersten ICT und eines geschätzten ersten Luftmassenstroms (MAF) und das Schätzen einer zweiten ICT auf der Grundlage einer zuvor geschätzten zweiten ICT und eines momentan gemessenen MAF. Auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT wird eine IAT-Differenz ermittelt. Auf der Grundlage der IAT-Differenz wird ermittelt, ob der Fehlerzustand des IAT-Sensors vorliegt.
- Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ferner das Berechnen einer ICT-Differenz auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT, wobei die IAT-Differenz auf der Grundlage der ICT-Differenz ermittelt wird.
- Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Schritt des Ermittelns, ob der Fehlerzustand vorliegt, das Vergleichen der IAT-Differenz mit einer Schwellenwert-IAT-Differenz und das Angeben eines IAT-Fehlers, wenn die IAT-Differenz größer als die Schwellenwert-IAT-Differenz ist.
- Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ferner das Schätzen des ersten MAF auf der Grundlage eines Drosselklappenansaugdrucks und/oder einer effektiven Strömungsfläche durch die Drosselklappe und/oder eines gemessenen MAP und/oder einer gemessenen IAT und/oder eines zuvor geschätzten MAF.
- Gemäß einer Weiterbildung wird die erste ICT auf der Grundlage einer geschätzten ersten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer des Motors geschätzt.
- Gemäß noch einer Weiterbildung wird die zweite ICT auf der Grundlage einer geschätzten zweiten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer des Motors geschätzt.
- Gemäß noch einer Weiterbildung werden die erste und die zweite ICT auf der Grundlage eines ersten bzw. zweiten Abgasrückführungswerts (EGR-Werts) geschätzt.
- Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich.
- ZEICHNUNGEN
- Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Erläuterungszwecken.
-
1 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Verbrennungsmotorsystems, das gemäß der Ansauglufttemperatur-Rationalitätssteuerung (IAT-Rationalitätssteuerung) der vorliegenden Offenbarung reguliert wird; -
2 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zeigt, die durch die IAT-Rationalitätssteuerung der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden; und -
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das beispielhafte Module zeigt, die die IAT-Rationalitätssteuerung ausführen. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Zu Klarheitszwecken werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zugeordnet oder gruppiert) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis mit kombinatorischer Logik oder andere geeignete Bauteile, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
- Nun auf
1 bezugnehmend ist ein beispielhaftes Verbrennungsmotorsystem10 gezeigt. Das Motorsystem10 umfasst einen Motor12 , einen Einlasskrümmer14 und einen Auslasskrümmer16 . Über einen Luftfilter17 und eine Drosselklappe18 wird Luft in den Einlasskrümmer14 gesaugt. Die Luft wird mit Kraftstoff gemischt und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in einem Zylinder20 des Motors12 verbrannt. Genauer gesagt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Zylinder20 durch einen Kolben (nicht gezeigt) komprimiert und wird eine Verbrennung initiiert. Der Verbrennungsprozess gibt Energie frei, die verwendet wird, um den Kolben in dem Zylinder20 hin- und hergehend anzutreiben. Abgas, das durch den Verbrennungsprozess erzeugt wird, entweicht durch den Auslasskrümmer16 und wird in einem Abgasnachbehandlungssystem (nicht gezeigt) vor dem Freigeben an die Umgebung behandelt. Es sei angemerkt, dass, obwohl ein einzelner Zylinder20 gezeigt ist, die Ansaugluft-Rationalitätssteuerung der vorliegenden Erfindung mit Motoren mit mehr als einem Zylinder realisiert werden kann. - Ein Steuermodul
30 reguliert den Motorbetrieb auf der Grundlage mehrerer Motorbetriebsparameter, die einen statischen Vordrosselklappendruck (PPRE), einen Vordrosselklappen-Staudruck (PPRE0) (d. h. die Luftdrücke stromaufwärts der Drosselklappe), eine Ansauglufttemperatur (IAT), einen Luftmassenstrom (MAF), einen Krümmerabsolutdruck (MAP), eine effektive Drosselklappenfläche (AEFF), eine Motordrehzahl bzw. Motor-RPM und einen Luftdruck (PBARO) umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. PPRE0 und PPRE werden auf der Grundlage einer Vordrosselklappen-Schätzungssteuerung ermittelt, die in demUS-Patent US 7,305,301 B1 offenbart ist. - IAT, MAF, MAP und die Motordrehzahl werden auf der Grundlage von von einem IAT-Sensor
32 , einem MAF-Sensor34 , einem MAP-Sensor36 bzw. einem Motordrehzahlsensor38 , die alle Standardsensoren eines Motorsystems sind, erzeugten Signalen ermittelt. AEFF wird auf der Grundlage eines Drosselklappenstellungssignals ermittelt, das durch einen Drosselklappenstellungssensor erzeugt wird, der auch ein Standardsensor ist. Ein Drosselklappenstellungssensor42 erzeugt ein Drosselklappenstellungssignal (TPS). Die Beziehung zwischen AEFF und TPS wird unter Verwendung eines Motorprüfstandtests mit einem eingebauten temporären Staudrucksensor50 (in1 gestrichelt gezeigt) vorab ermittelt. In Serienfahrzeuge ist die Beziehung vorprogrammiert und daher erfordern sie keinen Staudrucksensor. - Die IAT-Rationalitätssteuerung der vorliegenden Offenbarung überwacht die Genauigkeit des IAT-Sensors
32 . Genauer gesagt werden ein erster geschätzter Ansaugladungstemperaturwert (erster geschätzter ICT-Wert, IĈT1) und ein zweiter geschätzter ICT-Wert (IĈT2) ermittelt und wird die Genauigkeit des IAT-Sensors32 auf der Grundlage einer Differenz zwischen IĈT1 und IĈT2 (ΔIĈT) überwacht. Genauer gesagt entspricht ΔIĈT einer Differenz zwischen der durch den IAT-Sensor32 erfassten IAT und der Ist-IAT (ΔIAT). Beispielsweise ist ΔIAT umso größer, je größer die ΔIĈT in der positiven oder negativen Richtung ist. Es ist anzumerken, dass das Zeichen ”^” einen geschätzten (d. h. nicht direkt gemessenen) Wert angibt. -
- t
- der momentane Zeitschritt ist;
- t – 1
- der vorherige Zeitschritt ist;
- Δt
- die Differenz zwischen t und t – 1 ist;
- R
- die Gaskonstante für Luft ist (287 m2/(s2·°K);
- MÂF1
- der geschätzte MAF ist;
- EĜR1
- die geschätzte Abgasrückführung in den Einlasskrümmer ist (für den Fall, dass ein EGR-System vorhanden ist);
- EF ^R1
- die Gasströmung aus dem Einlasskrümmer ist (d. h. in die Zylinder); und
- VINT
- das Einlasskrümmervolumen ist (Konstante).
-
- PINLET
- der Absolutdruck an dem Drosselklappeneinlass ist;
- AEFF
- die effektive Strömungsfläche durch die Drosselklappe ist und auf der Grundlage der Drosselklappenstellung (TPS) ermittelt wird; und
- MAFLAG
- ein Wert eines Verzögerungsfilters erster Ordnung in einem Bereich zwischen 0 und 1 mit einer Auflösung von 0,1 ist.
-
-
-
- BCORR
- ein Korrekturfaktor ist, der auf der Grundlage von PBARO und RPM ermittelt wird;
- VEFF
- der volumetrische Wirkungsgrad des Motors ist und auf der Grundlage von RPM und MAPt ermittelt wird;
- N
- die Anzahl von Zylindern in dem Motor ist; und
- VDISP
- der Hubraum ist.
- IĈT2 wird auf der Grundlage der folgenden Beziehung ermittelt: wobei MÂF2t gleich dem momentan gemessenen MAF (MAFt) gesetzt wird. Dementsprechend entspricht Gleichung 6 Gleichung 1 bis auf die Tatsache, dass anstatt des tatsächlichen Schätzens von MÂF2 MAFt implementiert wird. Ferner wird
EF ^R2 - Demgemäß entspricht Gleichung 7 der obigen Gleichung 5.
- Nun auf
2 Bezug nehmend werden beispielhafte Schritte ausführlich beschrieben, die durch die IAT-Rationalitätssteuerung ausgeführt werden. In Schritt300 überwacht die Steuerung die Fahrzeugbetriebsparameter. In Schritt301 ermittelt die Steuerung, ob irgendwelche maßgeblichen aktiven Diagnosefehler detektiert werden. Die maßgeblichen aktiven Fehler sind jene, die verhindern, dass das Diagnosesystem eine korrekte oder stabile Detektion ausführt. Die maßgeblichen aktiven Fehler können einen MAF-Sensorfehler, einen TPS-Fehler und einen MAP-Sensorfehler umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist zu verstehen, dass andere Fehlersignale betrachtet werden können. Wenn irgendwelche aktiven Diagnosefehler detektiert werden, springt die Steuerung in einer Schleife zurück zu Schritt301 . In Schritt302 berechnet die Steuerung IĈT1 auf der Grundlage der Betriebsparameter. In Schritt304 berechnet die Steuerung IĈT2 auf der Grundlage der Betriebsparameter. Die Steuerung berechnet in Schritt305 ΔIĈT und filtert ΔIĈT in Schritt306 . Die Steuerung ermittelt in Schritt307 ΔIAT auf der Grundlage der gefilterten ΔIĈT. In Schritt308 ermittelt die Steuerung, ob ΔIAT größer als ΔIATTHR ist. Wenn ΔIAT größer als ΔIATTHR ist, fährt die Steuerung mit Schritt310 fort. Wenn ΔIAT nicht größer als ΔIATTHR ist, fährt die Steuerung mit Schritt312 fort. In Schritt310 gibt die Steuerung einen Fehler bei dem IAT-Sensor an. In Schritt312 gibt die Steuerung ein Bestehen bzw. eine Fehlerfreiheit bei dem IAT-Sensor an, und die Steuerung endet. - Nun auf
3 Bezug nehmend werden beispielhafte Module ausführlich beschrieben, die die IAT-Steuerung ausführen. Die beispielhaften Module umfassen ein MÂP1-Modul400 , ein MÂP2-Modul402 , ein Differenzmodul404 , ein ΔIAT-Modul406 , ein Komparatormodul410 , ein NICHT-Modul411 , ein IAT-Fehlermodul412 und ein IAT-Fehlerfreiheit-Modul414 . Das IĈT1-Modul400 und das IĈT2-Modul402 ermitteln IĈT1 bzw. IĈT2 auf der Grundlage der Motorbetriebsparameter, wie es oben ausführlich beschrieben ist. Das Differenzmodul404 ermittelt ΔIĈT auf der Grundlage von IĈT1 und IĈT2. - Das ΔIAT-Modul
406 ermittelt ΔIAT auf der Grundlage der gefilterten ΔIĈT. Bei einer Ausführungsform kann das ΔIAT-Modul406 ΔIĈT unter Verwendung einer abgeleiteten Formel zum Berechnen von ΔIAT verarbeiten. Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst das ΔIAT-Modul406 eine vorprogrammierte Nachschlagetabelle und ermittelt es ΔIAT aus der Nachschlagetabelle unter Verwendung von ΔIĈT als Eingabe. - Das Komparatormodul
410 vergleicht ΔIAT mit ΔIATTHR und erzeugt auf der Grundlage hiervon ein Signal, das an das IAT-Fehlermodul412 ausgegeben wird. Wenn ΔIAT beispielsweise größer als ΔIATTHR ist, erzeugt das Komparatormodul410 beispielsweise ein Signal, das gleich ”1” ist, und das IAT-Fehlermodul412 gibt einen IAT-Fehler an. Wenn ΔIAT nicht größer als ΔIATTHR ist, erzeugt das Komparatormodul410 beispielsweise ein Signal, das gleich ”0” ist, und das IAT-Fehlermodul412 gibt keinen IAT-Fehler an. Das NICHT-Modul411 invertiert das Signal, das von dem Komparatormodul410 ausgegeben wird. Das IAT-Fehlerfreiheit-Modul414 gibt auf der Grundlage des Ausgangs des NICHT-Moduls411 eine IAT-Fehlerfreiheit an.
Claims (21)
- Verfahren zum Ermitteln, ob ein Fehlerzustand eines Ansauglufttemperatursensors (IAT-Sensors) eines Motors vorliegt, das umfasst, dass eine erste Ansaugladungstemperatur (ICT) auf der Grundlage einer zuvor geschätzten ersten ICT und eines geschätzten ersten Luftmassenstroms (MAF) geschätzt wird; eine zweite ICT auf der Grundlage einer zuvor geschätzten zweiten ICT und eines momentan gemessenen MAF geschätzt wird; auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT eine IAT-Differenz ermittelt wird; und auf der Grundlage der IAT-Differenz ermittelt wird, ob der Fehlerzustand des IAT-Sensors vorliegt.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass eine ICT-Differenz auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT berechnet wird, wobei die IAT-Differenz auf der Grundlage der ICT-Differenz ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ermittelns, ob der Fehlerzustand vorliegt, umfasst, dass die IAT-Differenz mit einer Schwellenwert-IAT-Differenz verglichen wird; und ein IAT-Fehler angegeben wird, wenn die IAT-Differenz größer als die Schwellenwert-IAT-Differenz ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass der erste MAF auf der Grundlage eines Drosselklappenansaugdrucks und/oder einer effektiven Strömungsfläche durch die Drosselklappe und/oder eines gemessenen MAP und/oder einer gemessenen IAT und/oder eines zuvor geschätzten MAF geschätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste ICT auf der Grundlage einer geschätzten ersten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer des Motors geschätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite ICT auf der Grundlage einer geschätzten zweiten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer des Motors geschätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite ICT auf der Grundlage eines ersten bzw. zweiten Abgasrückführungswerts (EGR-Werts) geschätzt werden.
- System zum Ermitteln, ob ein Fehlerzustand eines Ansauglufttemperatursensors (IAT-Sensors) eines Motors vorliegt, umfassend: ein erstes Modul, das eine erste Ansaugladungstemperatur (ICT) auf der Grundlage einer zuvor geschätzten ersten ICT und eines geschätzten ersten Luftmassenstroms (MAF) schätzt; ein zweites Modul, das eine zweite ICT auf der Grundlage einer zuvor geschätzten zweiten ICT und eines momentan gemessenen MAF schätzt; ein drittes Modul, das eine IAT-Differenz auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT ermittelt; und ein viertes Modul, das auf der Grundlage der IAT-Differenz ermittelt, ob der Fehlerzustand des IAT-Sensors vorliegt.
- System nach Anspruch 8, ferner umfassend ein fünftes Modul, das eine ICT-Differenz auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT berechnet, wobei die IAT-Differenz auf der Grundlage der ICT-Differenz ermittelt wird.
- System nach Anspruch 8, wobei das vierte Modul ermittelt, ob der Fehlerzustand vorliegt, durch: Vergleichen der IAT-Differenz mit einer Schwellenwert-IAT-Differenz; und Angeben eines IAT-Fehlers, wenn die IAT-Differenz größer als die Schwellenwert-IAT-Differenz ist.
- System nach Anspruch 8, ferner umfassend ein fünftes Modul, das den ersten MAF auf der Grundlage eines Drosselklappenansaugdrucks und/oder einer effektiven Strömungsfläche durch die Drosselklappe und/oder eines gemessenen MAP und/oder einer gemessenen IAT und/oder eines zuvor geschätzten MAF schätzt.
- System nach Anspruch 8, wobei die erste ICT auf der Grundlage einer geschätzten ersten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer eines Motors geschätzt wird.
- System nach Anspruch 8, wobei die zweite ICT auf der Grundlage einer geschätzten zweiten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer eines Motors geschätzt wird.
- System nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite ICT auf der Grundlage eines ersten bzw. zweiten Abgasrückführungswerts (EGR-Werts) geschätzt werden.
- Verfahren zum Betreiben eines Motors unter Verwendung eines Ansauglufttemperatursensors (IAT-Sensors), das umfasst, dass eine erste Ansaugladungstemperatur (ICT) auf der Grundlage eines zuvor geschätzten ersten MAP und eines geschätzten ersten Luftmassenstroms (MAF) geschätzt wird; eine zweite ICT auf der Grundlage einer zuvor geschätzten zweiten ICT und eines momentan gemessenen MAF geschätzt wird; auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT eine IAT-Differenz ermittelt wird; auf der Grundlage der IAT-Differenz ein korrigierter IAT-Wert ermittelt wird; und der Motor auf der Grundlage des korrigierten IAT-Werts betrieben wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass eine ICT-Differenz auf der Grundlage der ersten ICT und der zweiten ICT berechnet wird, wobei die IAT-Differenz auf der Grundlage der ICT-Differenz ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass die IAT-Differenz mit einer Schwellenwert-IAT-Differenz verglichen wird; und ein IAT-Fehler angegeben wird, wenn die IAT-Differenz größer als die Schwellenwert-IAT-Differenz ist.
- Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass der erste MAF auf der Grundlage eines Drosselklappenansaugdrucks und/oder einer effektiven Strömungsfläche durch die Drosselklappe und/oder eines gemessenen MAP und/oder einer gemessenen IAT und/oder eines zuvor geschätzten MAF geschätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste ICT auf der Grundlage einer geschätzten ersten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer des Motors geschätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei die zweite ICT auf der Grundlage einer geschätzten zweiten Motorströmungsrate (EFR) von einem Einlasskrümmer des Motors geschätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste und die zweite ICT auf der Grundlage eines ersten bzw. zweiten Abgasrückführungswerts (EGR-Werts) geschätzt werden.
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