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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Motorsteuerungen für Kraftfahrzeuge und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion eines Fehlers während eines Katalysatoranspringvorgangs.
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HINTERGRUND
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Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
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Ein Katalysator kann dazu verwendet werden, Abgasbestandteile zu ändern. Ein Katalysator wandelt Abgase so lange nicht vollständig um, bis er auf eine gewünschte Temperatur erwärmt ist. Die gewünschte Temperatur kann als eine Aktivierungstemperatur bezeichnet werden. Typischerweise wird ein Motor von einem Kaltstart gestartet. Um die Zeitdauer zum Erreichen der Aktivierungstemperatur zu reduzieren, kann der Motor auf eine bestimmte Art und Weise betrieben werden. Eine Sekundärluftinjektion stellt einen Weg zur schnelleren Erhöhung der Katalysatortemperatur dar.
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Die erhöhten Kosten und die erhöhte Komplexität des Systems können unerwünscht sein.
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Ein anderer Weg zur Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf die Katalysatoranspringtemperatur besteht darin, eine in Impulse geteilte Injektion bereitzustellen. Eine in Impulse geteilte Injektion teilt die Menge an Kraftstoff, die in den Zylinder injiziert werden soll, in einen Primärimpuls und einen Sekundärimpuls auf, der zu einem späteren Zeitpunkt als der Primärimpuls stattfindet. Der Sekundärimpuls kann stark variieren. Regulierungsbehörden erfordern eine Überwachung jedes Injektionsereignisses. Die Größe des Sekundärimpulses kann variieren. Wenn der Sekundärimpuls zu klein wird, kann es sein, dass eine Detektion des Sekundärkraftstoffinjektionsereignisses nicht auf eine herkömmliche Art und Weise erreicht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung sieht ein System und Verfahren zur Detektion eines Fehlers in dem Katalysatoranspringmodus vor, der einer fehlenden Kraftstoffinjektion entspricht. Das System und Verfahren verwendet die Zeitdauer, die der Zunahme der Temperatur des Sauerstoffsensors zugeordnet ist. Es ist herausgefunden worden, dass die Spannung der Sauerstoffsensoren von einer Hochimpedanz-Spannungsquelle, die durch den Controller geliefert wird, reduziert ist, da die Impedanz abnimmt, wenn sich der Sauerstoffsensor aufwärmt. Die erhöhte Wärme in dem Abgassystem gibt an, dass der Katalysatoranspringmodus richtig funktioniert.
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Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betrieb eines Motors, dass in einen Katalysatoranspringmodus eingetreten wird, ein Zeitgeber in Ansprechen auf den Eintritt in einen Katalysatoranspringmodus ausgelöst wird, ein Sauerstoffsensorsignal erzeugt wird, wenn das Sauerstoffsensorsignal eine Sauerstoffsensorschwelle erreicht, eine Zeitperiode von dem Zeitgeber bestimmt wird, wenn die Zeitperiode über einer Zeitschwelle liegt, ein Fehlersignal erzeugt wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Steuersystem zum Steuern eines Motorbetriebs ein Zeitgebermodul, das eine Zeitperiode von einem Zeitpunkt, wenn in einen Katalysatoranspringmodus eingetreten wird, bis zu einem Zeitpunkt bestimmt, wenn ein Sauerstoffsensorsignal eine Sauerstoffsensorschwelle erreicht, und ein Vergleichsmodul, das ein Fehlersignal erzeugt und bestimmt, wenn sich die Zeitperiode oberhalb einer Zeitschwelle befindet.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Offenbarung zu beschränken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
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1 eine schematische Ansicht auf hoher Ebene eines Motors zur Ausführung eines Katalysatoranspringbetriebs gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine schematische Blockansicht des Motorcontrollers von 1 ist;
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3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Erfindung ist;
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4 eine Aufzeichnung der Motordrehzahl, eines Abgassensorausgangs, eines Sensors für die stromaufwärtige Abgastemperatur und einer Katalysatortemperatur während des Normalbetriebs ist;
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5 eine Aufzeichnung der Motordrehzahl, des Abgassensorausgangs, des Sensors für die stromaufwärtige Abgastemperatur und der Katalysatortemperatur ist, wobei der Katalysatoranspringbetrieb AUS und die Abgassauerstoffsensorheizung EIN ist;
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6 eine Aufzeichnung der Motordrehzahl, des Abgassensorausgangs, des Sensors für die stromaufwärtige Abgastemperatur und der Katalysatortemperatur ist, wobei der Katalysatoranspringbetrieb EIN und die Abgassauerstoffsensorheizung AUS ist; und
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7 eine Aufzeichnung der Motordrehzahl, des Abgassensorausgangs, des Sensors für die stromaufwärtige Abgastemperatur und der Katalysatortemperatur ist, wobei der Katalysatoranspringbetrieb AUS und die Abgassauerstoffsensorheizung AUS ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Die hier verwendete Formulierung ”zumindest eines aus A, B und C” sei so zu verstehen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
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Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Motor 12 mit einer Mehrzahl von Zylindern 14 gezeigt. Bei der vorliegenden Darstellung sind drei Zylinder 14 gezeigt; jedoch kann der Motor 12 eine verschiedene Anzahl von Zylindern 14 aufweisen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, zwei, vier, fünf, sechs, acht und zwölf. Jeder Zylinder 14 kann einen Kraftstoffinjektor 16 aufweisen. Eine Injektion direkt in einen Zylinder 14 wird als eine Direktinjektion bezeichnet.
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Ein Injektionssystem 20 steuert den Betrieb der Kraftstoffinjektoren 16 auf Grundlage eines Ausgangs von einem Steuermodul 24. Das Steuermodul 24 kann die Motorbetriebscharakteristiken des Fahrzeugs steuern, einschließlich des Injektionssystems 20 und anderer kraftstoffbezogener Komponenten. Das Injektionssystem 20 kann eine in Impulse geteilte Injektion erzeugen, die einen Primärimpuls und einen Sekundärimpuls, der später als der Primärimpuls auftritt, besitzen. Der Sekundärimpuls kann kleiner als der Primärimpuls sein und ist spezifisch ausgelegt, um die Abgastemperatur zu erhöhen, die den Katalysator zum Anspringen des Katalysators ändert. Wie nachfolgend beschrieben ist, können in Impulse geteilte Injektionen nach einem Kaltstart des Motors 12 ausgeführt werden. Ein Kaltstart findet statt, nachdem der Motor 12 und der Katalysator 40 auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind.
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Das Abgas von den Zylindern 14 des Motors 12 tritt durch den Abgaskrümmer 30 aus. Der Abgaskrümmer 30 sammelt die Abgase und führt die Abgase zu einer Abgasleitung 32. Die Abgasleitung 32 kann einen Turbinenabschnitt eines Turboladers 34 darin besitzen. Die Abgasleitung 32 kann auch einen Abgassauerstoffsensor 36 aufweisen. Der Abgassauerstoffsensor 36 kann eine Heizung (nicht gezeigt) aufweisen. Der Abgassauerstoffsensor 36 kann eine reduzierte Impedanz besitzen, wenn die Temperatur des Sensors zunimmt. Wenn die Impedanz abnimmt, nimmt auch die Spannung über den Abgassauerstoffsensor 36 ab. Aufgrund der Hochimpedanz-Spannungsquelle, die durch den Controller geliefert wird.
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Der Katalysator 40 kann auch in der Abgasleitung 32 angeordnet sein. Der Katalysator 40 kann ein Dreiwegekatalysator sein, der zur Reduzierung von Abgasbestandteilen verwendet wird, wenn er erwärmt ist. Wenn der Katalysator 40 eine Anspringtemperatur erreicht, wandelt der Katalysator 40 Bestandteile der Abgase effizient in andere Formen um. Der Katalysator 40 kann zur Entfernung von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden von den Abgasen verwendet werden. Nach dem Katalysator 40 entlüftet ein Auspuff 42 die Abgase an die Atmosphäre.
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Nun Bezug nehmend auf 2 ist das Steuermodul 24 detaillierter gezeigt. Das Steuermodul 24 kann ein Kaltstarteintrittsmodul 110 aufweisen. Das Kaltstarteintrittsmodul 110 wird bei dem Kaltstart des Motors aktiviert. Das Kaltstarteintrittsmodul 110 kann aktiviert werden, wenn der Motor für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht gestartet worden ist oder wenn Temperatursensoren (nicht gezeigt) anzeigen, dass der Katalysator 40 kalt sein kann. Das Kaltstarteintrittsmodul 110 kann in Kommunikation mit einem Zeitgebermodul 112 stehen, das die Zeitperiode von dem letzten Zündung-AUS bestimmt. Ein Katalysatoranspringmodusmodul 114 kann eine Katalysatoranspringvorgehensweise zur schnelleren Erhöhung der Temperatur des Katalysators auf eine vorbestimmte Temperatur, als normaler Motorbetrieb, aktivieren. Wie oben erwähnt ist, kann eine in Impulse geteilte Injektion verwendet werden, um die Abgastemperaturen zu erhöhen und die Katalysatortemperatur zu erhöhen, um Abgasbestandteile schneller zu reduzieren. Bei Eintritt in den Katalysatoranspringmodus von dem Modul 114 kann das Zeitgebermodul 112 eine Zeitperiode von dem Eintritt in den Katalysatoranspringmodus zu dem Zeitpunkt, wenn der Katalysator auf die Anspringtemperatur zugenommen hat, bestimmen.
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Um zu bestimmen, ob die Temperatur des Katalysators zugenommen hat, kann das Abgassensorsignalmodul 116 ein Sauerstoffsensorsignal erzeugen, das einer Charakteristik der Abgastemperatur entspricht. Wenn beispielsweise die Sauerstoffsensortemperatur zunimmt, nimmt die Impedanz ab. Dies bewirkt auch eine Abnahme der Spannung. Daher kann die Impedanz oder die Spannung überwacht werden. Wenn die Spannung oder Impedanz auf eine Sauerstoffsensorschwelle abnimmt, kann das Zeitgebermodul 112 eine Periode von dem Eintritt des Katalysatoranspringmodus zu dem Zeitpunkt bereitstellen, wenn der Sauerstoffsensor angibt, dass die Temperatur zugenommen hat. Die Zeitperiode zwischen dem Kaltstarteintritt und der Sauerstoffsensorablesung einer vorbestimmten Spannung oder Impedanz, die eine Sauerstoffsensorerwärmung angibt, kann an ein Zeitvergleichsmodul 120 geliefert werden. Das Zeitvergleichsmodul 120 kann die Zeitperiode, die oben beschrieben ist, mit einer Zeitschwelle vergleichen. Die Zeitschwelle kann von einem Zeitschwellenmodul 118 erhalten werden. Das Zeitschwellenmodul 118 kann ein Speicher sein, der zum Speichern einer Zeitschwelle verwendet wird. Selbstverständlich kann das Zeitschwellenmodul 118 dazu verwendet werden, mehrere Zeitschwellen zu speichern, wie nachfolgend beschrieben ist.
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Das Zeitvergleichsmodul 120 kann ein keinen Fehler anzeigendes Signal 122 bereitstellen, wenn die Zeitperiode kleiner als die Zeitschwelle ist. Unter Verwendung eines Fehleranzeigesignals 124 kann eine Fehleranzeige erzeugt werden, wenn die Zeit größer als die Zeitschwelle ist.
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Das Zeitvergleichsmodul 120 kann auch die Zeit charakterisieren. Mehrere Schwellen können erhalten werden, so dass eine Bestimmung eines Fehlers ausgeführt werden kann. Ein Anspringanzeigesignal 126 kann erzeugt werden, wenn die Anspringvorgehensweise nicht richtig arbeitet. Das Zeitvergleichsmodul 120 kann auch ein Heizungsfehleranzeigesignal 128 erzeugen. Das Heizungsfehleranzeigesignal 128 kann einem Fehler in dem Betrieb der Heizung innerhalb des Sauerstoffsensors entsprechen. Um das Anspringanzeigesignal 126 oder das Heizungsfehleranzeigesignal 128 zu erzeugen, können Zeitvergleiche unter Verwendung der Zeitperiode zwischen dem Kaltstarteintritt und einer jeweiligen Anspringschwelle oder Heizungsfehlerschwelle ausgeführt werden. Die Bestimmung des Anspringfehlers oder des Heizungsfehlers wird durch Vergleich der Diagramme in den 4–7 offensichtlich.
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Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein Verfahren zum Betrieb des Motors 12 während einer Katalysatoranspringperiode gezeigt. Bei Schritt 210 wird bestimmt, ob sich der Motor im Kaltstart befindet oder nicht. Wie oben erwähnt ist, kann die Kaltstartbestimmung durch Messen der Temperaturen verschiedener Komponenten für eine Zeitperiode seit der letzten Zündung ausgeführt werden. Das folgende Verfahren findet Anwendung auf einen Kaltstart des Motors. Wenn kein Kaltstart ausgeführt wird, wird der Schritt 210 erneut ausgeführt.
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Wenn bei Schritt 210 ein Kaltstart ausgeführt wird, wird Schritt 212 ausgeführt. Bei Schritt 212 wird in den Katalysatoranspringmodus eingetreten. Bei Schritt 214 kann ein Zeitgeber bei Eintritt in den Katalysatoranspringmodus ausgelöst werden. Bei Schritt 216 kann der Katalysatoranspringmodus durch Bereitstellung von in Impulse geteilten Injektionen an die Kraftstoffinjektoren des Motors ausgeführt werden. Die geteilten Impulse können durch Teilen der Impulse in einen Primärimpuls und einen Sekundärimpuls ausgeführt werden. Der Sekundärimpuls kann kleiner als der Primärimpuls sein und zu einem späteren Zeitpunkt auftreten, als der Primärimpuls.
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Bei Schritt 218 werden die Sauerstoffsensorsignale überwacht. Bei diesem Beispiel kann auch die Spannung des Sauerstoffsensors überwacht werden. Wie oben erwähnt ist, wird, wenn sich der Sauerstoffsensor aufgrund einer Zunahme der Abgastemperatur aufheizt, die Impedanz reduziert und die Spannung an dem Sauerstoffsensor wird ebenfalls reduziert. Selbstverständlich können andere Sauerstoffsensorcharakteristiken, wie Strom, dazu verwendet werden, eine Änderung der Temperatur an dem Sauerstoffsensor zu bestimmen.
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Bei Schritt 220 wird das Sauerstoffsensorsignal mit einer Sauerstoffsensorschwelle verglichen. Die Sauerstoffsensorschwelle entspricht einer Temperatur des Sauerstoffsensors. Bei Schritt 222 wird die Zeitperiode von der Auslösung des Katalysatoranspringmodus, um die Sauerstoffsensorschwelle zu erreichen, bestimmt. Bei Schritt 224 wird die Zeitperiode mit einer Zeitschwelle verglichen. Wenn die Zeitperiode nicht größer als die Zeitschwelle ist, dann existiert kein Fehler in dem Katalysatoranspringprozess, und der Schritt 226 erzeugt ein keinen Fehler anzeigendes Signal oder erzeugt überhaupt kein Signal.
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Bei Schritt 224 erzeugt, wenn die Zeitperiode größer als die Zeitschwelle ist, der Schritt 230 ein Fehlersignal. Das Fehlersignal entspricht einem Katalysatoranspringmodusbetriebsfehler, der einem Sekundärimpuls entsprechen kann, der keinen Kraftstoff injiziert.
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Optionale Schritte können den Vergleich der Zeitperiode mit einer Zeitschwelle bei Schritt 240 charakterisieren. Durch Charakterisierung der Zeit können mehrere Zeitschwellen zur Erzeugung eines Anspringfehlersignals 242 oder eines Sauerstoffsensorfehlersignals 244 dargestellt werden. Sowohl das Anspringfehlersignal 242 als auch das Sauerstoffsensorfehlersignal 244 können so erzeugt werden, dass sie einer Zeitperiode zum Erreichen der Temperatur des Katalysators entsprechen. Die Zeitschwellen, die dem Anspringfehlersignal 242 oder dem Sauerstoffsensorfehlersignal 244 zugeordnet sind, können abhängig von den Charakteristiken des Motor- und Injektionssystems variieren.
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Nun Bezug nehmend auf 4 ist eine Aufzeichnung gezeigt, die das Motordrehzahlsignal, die Abgassauerstoffsensorspannung, die Katalysatortemperatur sowie das Signal für die stromaufwärtige Abgastemperatur veranschaulicht. Die Motordrehzahl steigt schnell bei 10 Sekunden, was angibt, dass der Motor EIN geschaltet worden ist und ein Kaltstart ausgeführt worden ist. Der Katalysatoranspringmodus wird zu diesem Zeitpunkt ausgelöst. Eine Zeitperiode T1 von 11 Sekunden zeigt die Zeit, für die die Impedanz des Sauerstoffsensors auf ein vorbestimmtes Niveau reduziert ist. Das vorbestimmte Niveau in diesem Fall beträgt etwa 1,050 mV. Dieses Niveau entspricht einem Niveau, das angibt, dass die Abgastemperaturen zugenommen haben. Die Katalysatortemperatur nimmt zu. Gleichermaßen nimmt auch das Signal für die stromaufwärtige Abgastemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer zu und pegelt sich dann bei etwa 65 Sekunden ein. Das Signal für die stromaufwärtige Abgastemperatur kann von einem Temperatursensor in dem Abgasstrom gemessen werden. Im Betrieb kann dieses Temperatursensorsignal nicht bereitgestellt werden; jedoch enthielt das Testfahrzeug, aus dem 4 erzeugt wurde, einen derartigen Sensor zur Verifikation. Gleichermaßen kann auch das Katalysatortemperatursignal in einem Produktionsfahrzeug nicht bereitgestellt werden. Das Katalysatortemperatursignal kann lediglich zu Verifikationszwecken in einem Testfahrzeug bereitgestellt werden.
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Nun Bezug nehmend auf 5 sind dieselben Signale von 4 dargestellt. In diesem Fall ist der Katalysatoranspringbetrieb AUS, und die Abgassauerstoffheizung ist EIN. Die Zeit T2, damit der Sauerstoffsensor 1,050 mV erreicht, beträgt 17 Sekunden.
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Nun Bezug nehmend auf 6 beträgt die Zeitdauer T3, damit der Katalysator 1,050 mV erreicht, etwa 20 Sekunden. In diesem Beispiel ist der Katalysatoranspringbetrieb EIN, während die Abgassauerstoffheizung AUS ist oder ausgefallen ist. Wie durch Vergleich der 5 und 6 gesehen werden kann, erhöht die Katalysatoranspringvorgehensweise, die AUS ist, die Zeitperiode weniger als die Zeit des Sauerstoffsensorausfalls.
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Nun Bezug nehmend auf 7 steigt, wenn sowohl der Katalysatoranspringbetrieb als auch die Abgassauerstoffsensorheizung AUS sind, der Katalysator nicht über die Katalysatoranspringtemperatur.
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Somit kann durch Überwachung der Temperatur des Sauerstoffsensors oder einer entsprechenden Charakteristik des Sauerstoffsensors eine Bestimmung durchgeführt werden, dass die Sauerstoffsensorheizung AUS ist oder die Katalysatoranspringvorgehensweise AUS ist, oder beides.
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Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert sein. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele aufweist, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.
