DE102009047400B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine mindestens einen Zylinder (11) aufweist, an den ein Ansaugrohr (12) mit einem Luftmassen-Sensor (16), ein Abgasrohr (13) mit einem λ-Sensor (17) und eine Abgasrückführleitung (14) mit einem Abgasrückführventil (15) angeschlossen sind, wobei der Luftmassen-Sensor (16) zur Erzeugung eines Luftmassen-Sensorsignals (LMsens), der λ-Sensor zur Erzeugung eines λ-Sensorsignais (λsens) und das Abgasrückführventil (15) zum Stellen mit einem Stellsignal (AGR) vorgesehen sind,wobei bei dem Verfahren eine Soll-Einspritzmenge (EMsoll) gebildet wird,wobei ermittelt wird, ob der Luftmassen-Sensor (16) defekt oder funktionstüchtig ist,wobei, falls der Luftmassen-Sensor funktionstüchtig ist, das Stellsignal (AGR) in Abhängigkeit des Luftmassen-Sensorsignals (LMsens) gebildet wird,dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftmassen-Ersatzsignal (LMmod) für das Luftmassen-Sensorsignal (LMsens) in Abhängigkeit von dem λ-Sensorsignal (λsens) und der Soll-Einspritzmenge (EMsoll) gebildet wird, und dass falls der Luftmassen-Sensor (16) defekt ist, das Stellsignal (AGR) in Abhängigkeit von dem Luftmassen-Ersatzsignal (LMmod) gebildet wird, und dass das Abgasrückführventil (15) in Abhängigkeit des Stellsignals (AGR) angesteuert wird.

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
• Es ist bekannt, dass ein Teil der bei der Verbrennung im Brennraum einer Brennkraftmaschine entstehenden Abgase den nachfolgenden Verbrennungsvorgängen wieder zugeführt wird. Dies ist über eine Abgasrückführleitung sowie ein über ein Stellsignal stellbares Abgasrückführventil ausgeführt. Zweck dieser Vorrichtung sowie des Verfahrens ist es, möglichst geringe Emissionswerte zu erreichen und Motorgeräusche zu minimieren.
• Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es ebenfalls bekannt, ein Luftmassen-Sensorsignal eines Luftmassen-Sensors zu verwenden.
• Ebenfalls bekannt ist, dass bei Ausfall des Luftmassen-Sensors ein Luftmassen-Ersatzsignal gebildet werden kann, um dessen Verhalten nachzubilden. Bei dieser Vorgehensweise muss jedoch das Abgasrückführventil geschlossen werden. Beispielsweise wird dieses Luftmassen-Ersatzsignal nach dem sogenannten pTn-Verfahren gebildet, welches Druck, Temperatur sowie die Drehzahl der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
• Des Weiteren ist bekannt, dass bei Ausfällen, die beispielsweise kein pTn-Verfahren mehr zulassen, auf ein sogenanntes ,limp home'-Verfahren umgestellt werden kann. Hierbei wird zum Zwecke des Motorschutzes die Leistung der Brennkraftmaschine bei ebenfalls geschlossenem Abgasrückführventil stark reduziert.
• Aus der DE 103 30 106 A1 ist eine Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt. Hierbei wird eine Abnormalität einer Frischluftmengen-Detektionseinrichtung auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einer von der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung detektierten Frischluftmenge und einem Bezugswert für die Frischluftmenge, erfasst.
• Aus der DE 60 2004 012 986 T2 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine basierend auf der Messung der Sauerstoffkonzentration in einem der Brennkraftmaschine zugeführten Gasgemisch bekannt.
• Aus der US 5 384 707 A ist ein Diagnoseverfahren für eine Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird ein Luftstrom auf drei unabhängige Weisen bestimmt, wobei aufgrund eines Vergleichs der drei unabhängig bestimmten Luftströme ein Fehler erkannt werden kann.
• Offenbarung der Erfindung
• Die beim Stand der Technik vorhandenen Probleme werden durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.
• Weist der Luftmassen-Sensor einen Defekt auf und ist damit das Luftmassen-Sensorsignal nicht mehr verwendbar, so wird ein Luftmassen-Ersatzsignal gebildet, welches es erlaubt, auch weiterhin eine Steuerung oder Regelung des Stellsignals des Abgasrückführventils durchzuführen. Das Abgasrückführventil muss also nicht geschlossen werden. Damit können auch bei defektem Luftmassen-Sensor geringe Emissionswerte des Abgases erreicht werden.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Luftmassen-Ersatzsignal mit Hilfe eines λ-Sensorsignais eines λ-Sensors gebildet.
• Die Rückführung von Abgasen bei fehlerhaftem Luftmassen-Sensorsignal bringt mit sich, dass die Emissionswerte weiter auf niedrigem Niveau gehalten werden können und sich störende Motorgeräusche, wie bei einem geschlossenen Abgasrückführventil, vermeiden lassen. Des Weiteren kann auf den ,limp home'-Betrieb verzichtet werden, sofern das λ-Sensorsignal des λ-Sensors verfügbar ist.
• Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
• In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine gezeigt.
• 2 zeigt das Blockschaltbild einer Steuereinheit sowie Funktionsblöcke zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
• 3 zeigt schematisch ein Beobachtersystem für die Steuereinheit der 2.
• In der 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die einen Zylinder 11 mit einem (nicht dargestellten) Brennraum zur Verbrennung von Kraftstoff aufweist. Der Zylinder 11 ist mit einem Ansaugrohr 12 sowie einem Abgasrohr 13 verbunden. Das Abgasrohr 13 ist über eine Abgasrückführleitung 14 und ein durch ein Stellsignal AGR stellbares Abgasrückführventil 15 mit dem Ansaugrohr 12 verbunden. Über das Ansaugrohr 12 wird Frischluft dem Zylinder 11 zur Verbrennung zugeführt. Der Kraftstoff kann dem Ansaugrohr 12 oder dem Zylinder 11 zugeführt werden. Nach dem Verbrennungsvorgang im Zylinder 11 wird das Abgas über das Abgasrohr 13 abgeführt.
• Das Ansaugrohr 12 ist mit einem Luftmassen-Sensor 16 und das Abgasrohr 13 mit einem λ-Sensor 17 versehen. Der Luftmassen-Sensor 16 misst die Luftmasse der dem Ansaugrohr 12 zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Luftmassen-Sensorsignal LMsens. Der λ-Sensor 17 misst den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 13 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein λ-Sensorsignal λsens.
• Über die Abgasrückführleitung 14 wird der angesaugten Luft Abgas aus dem Abgasrohr 13 beigemischt. Das Abgasrückführventil 15 wird entsprechend der gewünschten rückzuführenden Abgasmenge mittels des Stellsignals AGR gestellt. Das Stellsignal AGR wird in normalem Betrieb, d.h. bei funktionierendem Sensor 16, aus dem Luftmassen-Sensorsignal LMsens und einem betriebspunktabhängigen Luftmassen-Sollwert LMsoll gebildet. Das Stellsignal AGR kann in normalem Betrieb unabhängig von dem λ-Sensorsignal λsens gebildet werden.
• 2 zeigt eine Steuereinheit 20 sowie einen Ausschnitt der Funktionalität der Steuereinheit 20. Diese Steuereinheit 20 ist üblicherweise als Mikrocontroller ausgeführt und entsprechend den beschriebenen Verfahren programmiert. Des Weiteren werden dementsprechende Computerprogramme auf einem Speichermedium abgespeichert.
• Die Steuereinheit 20 wird mit dem Luftmassen-Sensorsignal LMsens und dem λ-Sensorsignal λsens sowie einem Signal HMdef beaufschlagt. Durch das Signal HMdef wird angezeigt, ob der Luftmassen-Sensor 15 korrekt arbeitet oder defekt ist und dementsprechend, ob das Luftmassen-Sensorsignal LMsens gültig ist oder nicht. Das Ausgangssignal der Steuereinheit 20 ist das Stellsignal AGR.
• Innerhalb der Steuereinheit 20 sind zwei Signalblöcke 21 und 22 vorhanden. Der Signalblock 21 dient zur Erzeugung eines Luftmassen-Ersatzsignals LMmod, welches ein Ersatzsignal für das Luftmassen-Sensorsignal LMsens darstellt. Der Signalblock 21 wird, wie noch erläutert werden wird, mit Signalen beaufschlagt, deren Kombination die Bildung des Luftmassen-Ersatzsignals LMmod erlaubt. Der Signalauswahlschalter 23 wählt entsprechend dem Signal HMdef entweder das Luftmassen-Ersatzsignal LMmod oder das Luftmassen-Sensorsignal LMsens als ausgewähltes Signal LMsel aus und gibt das Signal LMsel an den Signalblock 22 weiter. Der Signalblock 22 dient zur Erzeugung des Stellsignals AGR am Ausgang der Steuereinheit 20. Dazu wird der Signalblock 22 mit den Signalen HMdef und LMsel beaufschlagt. Das Signal HMdef zeigt dem Signalblock 22 bei einem defekten Luftmassen-Sensor 16 an, dass das Luftmassen-Ersatzsignal LMmod ausgewählt wurde und dass das Signal LMmod am Signalblock 22 anliegt. Auf Grund dessen wird im Gegensatz zu einem funktionierenden Luftmassen-Sensor 16 im Signalblock 22 eine modifizierte Steuerung oder Regelung des Stellsignals AGR vorgenommen.
• Der Signalauswahlschalter 23 wählt bei korrekt arbeitendem Luftmassen-Sensor 16 das Luftmassen-Sensorsignal LMsens zur Weiterleitung aus. Bei nicht korrekt arbeitendem Luftmassen-Sensor 16 wird das Luftmassen-Ersatzsignal LMmod durch den Signalauswahlschalter 23 als Signal LMsel weitergeleitet.
• Eine erste Methode zur Ermittlung des Luftmassen-Ersatzsignals LMmod in dem Signalblock 21 wird entsprechend $$\text{LMmod}=\mathrm{\lambda }\text{sens}*\text{EMsoll}*\text{Lst}\ddot{\text{o}}\text{ch}$$

  

  durchgeführt. Hierbei handelt es sich bei EMsoll um eine Soll-Einspritzmenge und bei Lstöch um einen stöchiometrischen Faktor. Der stöchiometrische Faktor Lstöch gibt an, in welchem Verhältnis Luft und Kraftstoff gemischt werden müssen, um eine ideale Verbrennung zu erreichen. Eine ideale Verbrennung ergibt einen idealen Wert für das λ-Sensorsignal Asens von 1. Des Weiteren ist der stöchiometrische Faktor Lstöch variabel und wird beispielsweise bei Dieselkraftstoff zu einem Wert von 14,5 bestimmt. Speziell die Soll-Einspritzmenge EMsoll wird von anderen Funktionalitäten der Steuereinheit 20 zur Verfügung gestellt. Der Signalblock 21 muss dementsprechend mit den Signalen EMsoll und Asens beaufschlagt werden.
• Eine zweite Methode zur Ermittlung des Luftmassen-Ersatzsignals LMmod zeigt 3. Dort ist ein Beobachtersystem mit einem Signalblock 31 gezeigt, der am Ausgang ein λ-Ersatzsignal Amod erzeugt, welches ein modelliertes λ-Sensorsignal Asens darstellt. Dieses λ-Ersatzsignal Amod wird mit dem gemessenen λ-Sensorsignal Asens verglichen, indem Amod von Asens an der Stelle 32 subtrahiert und eine Beobachterdifferenz Adiff in den Signalblock 31 zurückgeführt wird. Weiterhin ist der Signalblock 31 mit der Soll-Einspritzmenge EMsoll sowie dem Luftmassen-Sollwert LMsoll beaufschlagt. Die Signale EMsoll und LMsoll werden von anderen Funktionalitäten der Steuereinheit 20 zur Verfügung gestellt. Mit den vorangegangenen Größen ergibt sich das λ-Ersatzsignal Amod nach: $$\mathrm{\lambda }\text{mod}=\text{LMsoll/}\left(\text{EMsoll}*\text{Lst}\ddot{\text{o}}\text{ch}\right)$$

  
• Die Beobachterdifferenz Adiff wird verwendet, um das Luftmassen-Ersatzsignal LMmod derart zu beeinflussen, so dass die Beobachterdifferenz Adiff möglichst zu Null wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine mindestens einen Zylinder (11) aufweist, an den ein Ansaugrohr (12) mit einem Luftmassen-Sensor (16), ein Abgasrohr (13) mit einem λ-Sensor (17) und eine Abgasrückführleitung (14) mit einem Abgasrückführventil (15) angeschlossen sind, wobei der Luftmassen-Sensor (16) zur Erzeugung eines Luftmassen-Sensorsignals (LMsens), der λ-Sensor zur Erzeugung eines λ-Sensorsignais (λsens) und das Abgasrückführventil (15) zum Stellen mit einem Stellsignal (AGR) vorgesehen sind, wobei bei dem Verfahren eine Soll-Einspritzmenge (EMsoll) gebildet wird, wobei ermittelt wird, ob der Luftmassen-Sensor (16) defekt oder funktionstüchtig ist, wobei, falls der Luftmassen-Sensor funktionstüchtig ist, das Stellsignal (AGR) in Abhängigkeit des Luftmassen-Sensorsignals (LMsens) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftmassen-Ersatzsignal (LMmod) für das Luftmassen-Sensorsignal (LMsens) in Abhängigkeit von dem λ-Sensorsignal (λsens) und der Soll-Einspritzmenge (EMsoll) gebildet wird, und dass falls der Luftmassen-Sensor (16) defekt ist, das Stellsignal (AGR) in Abhängigkeit von dem Luftmassen-Ersatzsignal (LMmod) gebildet wird, und dass das Abgasrückführventil (15) in Abhängigkeit des Stellsignals (AGR) angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Luftmassen-Ersatzsignal (LMmod) in Abhängigkeit von einem Vergleich eines λ-Ersatzsignais (λmod) mit dem λ-Sensorsignal (λsens) gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das λ-Ersatzsignal (λmod) für das λ-Sensorsignal (λsens) nach der Berechnungsvorschrift $$\mathrm{\lambda }\text{mod}=\text{LMsoll}/\left(\text{EMsoll}*\text{Lst}\ddot{\text{o}}\text{ch}\right)$$

   

   gebildet wird, wobei λmod das λ-Ersatzsignal, LMsoll eine Soll-Luftmasse, EMsoll eine Soll-Einspritzmenge und Lstöch ein stöchiometrischer Faktor ist.
4. Verfahren einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bildung des Luftmassen-Ersatzsignals (LMmod) für das Luftmassen-Sensorsignal (LMsens) nach einer Berechnungsvorschrift erfolgt, die lautet: das Luftmassen-Ersatzsignal (LMmod) ist das Produkt aus dem λ-Sensorsignal (λsens) des λ-Sensors (17), einer Soll-Einspritzmenge (EMsoll) sowie einem stöchiometrischen Faktor (Lstöch).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein nicht korrekt arbeitender Luftmassen-Sensor (16) mit Hilfe eines Signals (HMdef) angezeigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerung oder Regelung des Stellsignals (AGR) für das Abgasrückführventil (15) bei einem nicht korrekt arbeitenden Luftmassen-Sensor (16) modifiziert wird.
7. Computerprogramm für ein digitales Rechengerät, das dazu geeignet ist, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
8. Steuereinheit (20) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das mit einem digitalen Rechengerät insbesondere einem Mikroprozessor versehen ist, auf dem ein Computerprogramm nach dem Anspruch 7 lauffähig ist.
9. Speichermedium für eine Steuereinheit (20) einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 8 auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 abgespeichert ist.

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