DE102021203432A1

DE102021203432A1 - Diagnoseverfahren für eine Ansaugstrecke einer Brennkraftmaschine, Diagnoseschaltung, Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021203432A1
Application number: DE102021203432.2A
Authority: DE
Inventors: Mathias Hauptvogel; Wencke Lachmann; Tanja Binder; Max Buchholz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-13
Also published as: CN115199428A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft generell ein Diagnoseverfahren für eine Ansaugstrecke einer Brennkraftmaschine, umfassend:Ausführen (41; 51) einer Abgasrückführung;Erfassen (42; 52), basierend auf einer Lambdaregelabweichung, ob ein Regelungsbefehlvorliegt, wobei die Lambdaregelabweichung basierend auf einer Messung einer Lambdasonde (10; 16; 17) festgestellt wird, die in einem Abgasstrang (12) der Brennkraftmaschine (7) angeordnet ist; undBestimmen (43; 53) einer Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung in einer Ansaugstrecke (3, 12) der Brennkraftmaschine (7) basierend auf dem Regelungsbefehl. sowie eine Diagnoseschaltung und ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für eine Ansaugstrecke einer Brennkraftmaschine, eine Diagnoseschaltung und ein Kraftfahrzeug.
Generell ist es bekannt, dass Gasmischungen mit Lambdasonden bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Lambda-Wert festgestellt werden, der indikativ ist für ein Verhältnis auf Kraftstoff und Luft. Typischerweise wird der Lambdawert dafür verwendet, um festzustellen, wie effizient eine Verbrennung stattgefunden hat. Ist der Lambdawert zu gering, kann dies indikativ dafür sein, dass zu wenig Kraftstoff oder zu viel Luft an der Verbrennung teilgenommen hat. Ist er zu hoch, kann dies indikativ dafür sein, dass zu viel Kraftstoff oder zu wenig Luft an der Verbrennung teilgenommen hat.
Wird eine solche Lambda-Abweichung festgestellt, kann die Lambdaregelung regeln, dass das Gemisch „angefettet“ oder „abgemagert“ werden soll, also dass entweder mehr oder weniger Kraftstoff bzw. Luft beigemischt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Diagnoseverfahren für eine Ansaugstrecke einer Brennkraftmaschine, eine Diagnoseschaltung, und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, nach einer erfindungsgemäßen Diagnoseschaltung nach Anspruch 14, und einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 15 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der:

1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem Schaltbild zeigt;
2 ein Diagramm, das symbolisch die AGR-Rate bei aktiver Klopf- und Laufunruheerkennung zeigt;
3 ein Diagramm, in dem eine relative Kraftstoffmasse gegen eine relative Luftfüllung aufgetragen ist, zeigt;
4 ein Diagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem Blockdiagramm zeigt;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Diagnoseverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem Blockdiagramm zeigt; und
6 ein Kraftfahrzeug mit einer Diagnoseschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Wie eingangs erwähnt, ist es bekannt, Lambda-Regelabweichungen zu bestimmen.
Es wurde jedoch erkannt, dass diese über ihre übliche Verwendung hinaus dafür genutzt werden können, einen Defekt oder Fehler in einer Ansaugstrecke zu diagnostizieren.
Deshalb betreffen manche Ausführungsbeispiele ein Diagnoseverfahren für eine Ansaugstrecke einer Brennkraftmaschine, umfassend: Ausführen einer Abgasrückführung; Erfassen, basierend auf einer Lambdaregelabweichung, ob ein Regelungsbefehl vorliegt, wobei die Lambdaregelabweichung basierend auf einer Messung einer Lambdasonde festgestellt wird, die in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet ist; und Bestimmen einer Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung in einer Ansaugstrecke der Brennkraftmaschine basierend auf dem Regelungsbefehl der Lambdasonde.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Diagnoseverfahren ausgeführt werden, während eine Abgasrückführung stattfindet.
Die Abgasrückführung kann umfassen, dass während eines Verbrennungsprozesses produziertes Gas (Abgas) in eine Ansaugstrecke rückgeführt wird, wie es generell bekannt ist. Die Ansaugstrecke umfasst dabei eine Frischluftzufuhr und eine Niederdruck-Abgasrückführung, d.h. die Ansaugstrecke ist durch alle Zweige bestimmt, die Gas (Frischluft-Inertgas-Gemisch) für einen Verbrennungsprozess liefern,
Ferner wird in manchen Ausführungsbeispielen bestimmt, ob ein Regelungsbefehl vorliegt. Die Lambdasonde ist in einem Abgasstrang angeordnet, wobei die vorliegende Offenbarung auf keine definitive Position der Lambdasonde beschränkt ist. Ferner kann der Abgasstrang auch mehrere Lambdasonden aufweisen, die einen Regelungsbefehl gemäß der vorliegenden Offenbarung erzeugen können. Beispielsweise kann eine erste Lambdasonde vor der Abgasrückführung angeordnet eine und eine zweite (und dritte usw.) in dem Abgasstrang in einem Zweig parallel zur Abgasrückführung und/oder in der Abgasrückführung angeordnet sein.
Wie es allgemein bekannt ist, ist ein von der Lambdasonde erzeugter Lambdawert beispielsweise indikativ für ein Masseverhältnis aus Luft und Kraftstoff (bspw. können 14 kg Luft auf 1 kg Kraftstoff einem Normwert entsprechen).
Basierend auf einer Abweichung des realen Masseverhältnis (Ist-Masseverhältnis) im Abgasstrang von einem Soll-Masseverhältnis (bspw. oben genannter Normwert) im Abgasstrang, kann, basierend auf einer Messung einer (oder mehrerer) Lambdasonde(n), die im Abgasstrang angeordnet ist (sind), ein Regelungsbefehl erzeugt werden, der bewirken kann, dass das Masseverhältnis verändert wird.
Dieser Regelungsbefehl (oder diese Regelung) kann beispielsweise „Abmagern“ oder „Anfetten“ umfassen. Abmagern meint hierbei, dass das Masseverhältnis zugunsten des Luftanteils verschoben wird, und Anfetten meint, dass das Masseverhältnis zugunsten des Kraftstoffanteils verschoben wird.
Wie erwähnt, wird der Lambdawert in manchen Ausführungsbeispielen für den Abgasstrang bestimmt. Es wurde jedoch erkannt, dass dieser indikativ für eine Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung in der Ansaugstrecke sein kann.
Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass der Lambdawert zu niedrig ist, und die Lambdasonde daraufhin den Regelungsbefehl „Anfetten“ erzeugt, kann dies beispielsweise auf einen Fehler in Frischluftzufuhr hindeuten, der dazu führt, dass zu viel Frischluft angesaugt wird. Der Fehler kann einen Pumpenfehler, Sensorfehler, Leckage, oder dergleichen umfassen, wobei die Arten der Abweichungen der Ist-Gasmischung von der Soll-Gasmischung im Folgenden näher ausgeführt werden.

Zur Erläuterung wird im Nachfolgenden zunächst folgende Tabelle eingeblendet, die exemplarisch einige mögliche Fehler(quellen) auflistet, jedoch nicht abschließend ist und von einer Architektur einer Brennkraftmaschine abhängig sein kann:

		Massenstromabgleich
		Zu groß	Zu klein	Im Rahmen
λ-Regelabweichung	Anfetten / Low-Flow	Zu viel Frischluft in Ansaugstrecke (bspw. durch falschen Sensorwert des HFM)	Zu wenig Restgas aus AGR-Strecke durch Falschberechnung der AGR-Rate (bspw. durch positiven Offset des Druckdifferenzsensors, durch Leitungsverengung in der AGR-Strecke oder einer fehlerhaften AGR-Ventil-Position)	- Zu wenig Restgas aus der AGR-Strecke durch Falschberechnung der AGR-Rate (bspw. durch Leitungsverstopfung zum Druckdifferenzsensor vor dem AGR-Ventil) - Zu wenig Restgas aus der AGR-Strecke durch Frischluftansaugung bei Leckage zwischen dem AGR-Ventil und Entnahme Abgasstrang
	Abmagern / High-Flow	- Zu viel Restgas aus AGR-Strecke durch Leckage in der AGR-Klappe, durch einen negativen Offset des Differenzdrucksensors, oder durch eine fehlerhafte AGR-Ventilposition - Zu viel Restgas in der Ansaugstrecke durch Falschmodellierung der AGR-Rate, bspw. durch eine Leckage in der Leitung nach dem AGR-Ventil zum Differenzdrucksensor oder einem Leitungsabfall vor dem AGR-Ventil zum Differenzdrucksensor	Zu wenig Frischluft in Ansaugstrecke (bspw. durch falschen HFM-Sensorwert
	Keine Abweichung	Zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke (bspw. durch Leckage in der Luftstrecke nach dem AGR-Ventil)

Zunächst werden die Reihen obiger Tabelle diskutiert, die den Regelungsbefehl der Lambdasonde betreffen.
Wenn der Regelungsbefehl „Anfetten“ ist und/oder, wenn ein zu niedriger Massefluss im Abgasstrang detektiert wird (bspw. Low-Flow-Fehler), kann die Abweichung umfassen:

i) zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke; oder
ii) zu wenig Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke.

Zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke kann beispielsweise durch einen falschen Sensorwert eines Luftmassenmessers (bspw. HFM (Heißfilm-Luftmassenmesser)) entstehen. Der falsche Sensorwert kann indikativ dafür sein, dass zu wenig Frischluft angesaugt wird. Wenn die Ansaugung aber in Wirklichkeit ungefähr einer Vorgabe entspricht, kann dies dazu führen, dass basierend auf dem falschen Sensorwert zu viel Luft angesaugt wird, sodass das Gasgemisch zu mager ist und angefettet werden soll. Diese Differenz kann über eine Lambdaregelabweichung erkannt werden, wie hierin beschrieben.
Zu wenig Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke kann beispielsweise dadurch entstehen, dasss eine AGR-Rate falsch berechnet wird (im Detail dazu später), durch eine Leitungsverengung in der Abgasrückführung und/oder durch eine fehlerhafte AGR-Ventil-Position.
Des weiteren kann zu wenig Restgas aus der AGR-Strecke dadurch entstehen, dass zu viel Frischluft angesaugt wird, infolge einer Leckage zwischen dem AGR-Ventil und einer Entnahme des Abgasstrangs.
Wenn der Regelungsbefehl „Abmagern“ ist, kann die Abweichung wenigstens eines der Folgenden umfassen:

i) zu viel Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke;
ii) zu viel Restgas in der Ansaugstrecke; und
iii) zu wenig Frischluft in der Ansaugstrecke.

Zu viel Restgas aus der AGR kann beispielsweise durch eine Leckage in einer AGR-Klappe entstehen, bspw. wenn die AGR-Klappe undicht ist, und/oder durch einen negativen Offset eines Differenzdrucksensors und/oder durch eine fehlerhafte AGR-Ventilposition.
Ferner kann zu viel Restgas in der Ansaugstrecke durch Falschmodellierung der AGR-Rate entstehen, die bspw. durch eine Leckage nach einem AGR-Ventil zum Differenzdrucksensor oder einem Leitungsabfall vor dem AGR-Ventil zum Differenzdrucksensor verursacht ist.
Zu wenig Frischluft in der Ansaugstrecke kann beispielsweise durch einen falschen Frischluftmassenmessersensorwert (bspw. HFM-Sensor) verursacht sein.
Es kann jedoch auch keine Abweichung der Gasmischung festgestellt werden, obwohl ein Fehler vorliegt. Wie in obiger Tabelle dargestellt, kann sich beispielsweise trotz dessen, dass die die Lambdasonde keine Abweichung feststellt, zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke befinden (bspw. durch Leckage in der Luftstrecke nach dem AGR-Ventil).
Um einen Fehler also genauer zu charakterisieren und/oder um weitere Fehler detektieren zu können, umfasst das Diagnoseverfahren in manchen Ausführungsbeispielen ferner: Ausführen eines Massenstromabgleichs der Abgasrückführungsstrecke und einer Frischluftstrecke.
Hierbei müssen jeweilige Massenströme nicht exakt quantifiziert werden. Es kann in manchen Ausführungsbeispielen ausreichend sein, dass der Massenstromabgleich außerhalb einer Norm ist (also bspw. zu hoch oder zu niedrig).
Beispielsweise kann der Massenstromabgleich auf einem weiteren Diagnoseverfahren beruhen, das dazu geeignet ist, einen Massenstrom in einer (Niederdruck-)AGR zu beurteilen, wie zum Beispiel:

ein Diagnoseverfahren für eine Niederdruck-Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine, umfassend: Ausführen einer Abgasrückführung; Erfassen eines aktuellen Diagnosesensorwertes für ein Niederdruck-Abgasrückführsystem mittels eines Diagnosesensors, wobei der Diagnosesensorwert indikativ ist für eine Abweichung eines Ist-Abgasflusses der Niederdruck-Abgasrückführung von einem Soll-Abgasfluss; und Ermitteln, ob die Abweichung vorliegt basierend auf dem Diagnosesensorwert.

Der Diagnosesensor kann mehrere (verschiedene oder gleichartige) Sensoren umfassen, die direkt oder indirekt auf verschiedene Parameter des Abgases hindeuten können. Beispielsweise kann ein Abgasmassenstromsensor, ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein λ-Sensor (oder -Sonde), und/oder dergleichen vorgesehen sein.
Entsprechend kann der Diagnosesensorwert einen oder mehrere Werte umfassen.
Der Diagnosesensorwert ist, in manchen Ausführungsbeispielen, indikativ für eine Abweichung eines Ist-Abgasflusses der ND-AGR von einem Soll-Abgasfluss. Der Soll-Abgasfluss umfasst einen Massenstrom von Abgasen, der basierend auf verschiedenen Vorgaben eingehalten werden sollte, wie zum Beispiel gesetzliche Vorgaben, werksseitige Vorgaben, Effizienzüberlegung, und dergleichen.
Basierend auf dem Diagnosesensorwert kann direkt oder indirekt auf die Abweichung geschlossen werden. Beispielsweise kann der Diagnosesensorwert direkt den Massenstrom umfassen, sodass eine Abweichung ober- oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts der Abweichung des Ist-Abgasflusses von dem Soll-Abgasfluss entspricht.
In manchen Ausführungsbeispielen kann ein Fehlererkennungsverfahren basierend auf einem Diagnosesensor ausgeführt werden, das darauf schließen lässt, dass ein Fehler in der AGR vorliegt, wenn die AGR ausgeführt wird. Beispielsweise kann eine Klopferkennung ausgeführt werden, die keinen Fehler erkennt, während die AGR nicht ausgeführt wird. Wenn aber ein Fehler erkannt wird, während der AGR aktiv ist, kann daraus geschlossen werden, dass ein Fehler in der AGR vorliegt (bspw. ein Low-Flow-Fehler, d.h. zu wenig Abgas wird rückgeführt).
In solchen Ausführungsbeispielen muss die Abweichung nicht explizit bestimmt werden, da es ausreichend ist, zu erkennen, dass sie vorliegt.
Die Brennkraftmaschine kann auf verschiedene Arten ausgestaltet sein, beispielsweise basierend auf einem Ottomotor, einem Dieselmotor, oder dergleichen.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem Schaltbild, wobei zusätzlich verschiedene optionale Zweige (gestrichelte Linien) und Elemente des Schaltbilds dargestellt sind. Die optionalen Zweige und Elemente können dafür genutzt werden, um die verschiedenen Ausführungsbeispiele des Diagnoseverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
Zunächst werden daher die nicht-optionalen Elemente und Zweige der Brennkraftmaschine 1 beschrieben.
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Luftfilter 2 auf, nach welchem eine Frischluftstrecke 3 angeordnet ist. Dadurch kann Frischluft einem Verdichter 4 und einem Ladeluftkühler 5 zugeführt werden. Hinter dem Ladeluftkühler 5 ist eine Drosselklappe 6 angeordnet, wohinter sich ein Verbrennungsmotor 7 befindet.
Hinter dem Verbrennungsmotor 7 ist eine Turbine 8 angeordnet, die über eine Welle 9 mit dem Verdichter 4 gekoppelt ist und damit den Verdichter antreibt. Somit wird in dieser Brennkraftmaschine 1 ein Abgasturbolader verwendet, wobei die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann die Turbine auch elektrisch angetrieben werden, wie es generell bekannt ist.
Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine 1 eine λ-Sonde 10 auf, die hinter der Turbine 8 angeordnet ist, wonach sich eine Verzweigung 11 befindet, wodurch die Abgasstrecke aufgeteilt wird. Ein Teil des entstandenen Abgases wird durch einen Abgasrückführungszweig 12 (AGR-Zweig) der Luftstrecke wieder zugeführt. Ein anderer Teil des Abgases wird ausgeleitet.
Der AGR-Zweig 12 weist ein AGR-Ventil 13 auf.
Optional können für die Ausleitung des Abgases Katalysatoren 14 und/oder 15 sowie weitere λ-Sonden 16 und/oder 17, sowie eine Abgasklappe 18 vorgesehen sein. Die λ-Sonden 10, 16 und 17 sind dazu geeignet, die Abweichung der Gasmischung festzustellen, wie hierin beschrieben.
Es ist generell ausreichend, die Lambdasonde 10 vorzusehen, die beispielsweise als Breitband-Sonde implementiert ist. Die Sonden 16 und 17 können dann in weiteren Regelkreisen vorgesehen sein und eine höhere Sensitivität haben als die Sonde 10, um die Abweichung genauer bestimmen zu können, dies ist jedoch nicht immer notwendig.
Somit kann, in manchen Ausführungsbeispielen, eine Abgasrückführungsrate bestimmt werden.
Deshalb umfasst, in manchen Ausführungsbeispielen, das Diagnoseverfahren ferner: Ermitteln einer Abgasrückführungsrate.
Durch Ermitteln der Abgasrückführungsrate kann der Ist-Abgasfluss durch die AGR relativ zum Gesamtabgasfluss bestimmt werden.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Diagnoseverfahren ferner: Erkennen einer Laufunruhe basierend auf dem aktuellen Diagnosesensorwert.
Wenn die Laufunruheerkennung (bzw. Verbrennungsaussetzererkennung) eine Laufunruhe (oder einen oder mehrere Verbrennungsaussetzer) erkennt, während die AGR aktiv ist, kann darauf geschlossen werden, dass ein AGR-High-Flow-Fehler vorliegt, d.h. dass zu viel Abgas rückgeführt wird.
Somit ist in manchen Ausführungsbeispielen die Abweichung indikativ für einen Abgasrückführungs-High-Flow-Fehler.
Wenn zusätzlich die AGR-Rate bestimmt wird, wie oben beschrieben (also wenn die zusätzlichen λ-Sonden 16 und 17 vorgesehen sind), kann zusätzlich bestimmt werden, wie viel Abgas zu viel rückgeführt wird, damit die AGR-Rate entsprechend eingestellt werden kann.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Diagnoseverfahren ferner: Erkennen eines Klopfens basierend auf dem aktuellen Diagnosesensorwert, wie oben beschrieben.
Die Abweichung ist dann indikativ für einen AGR-Low-Flow-Fehler, wie oben beschrieben.
Zusätzlich kann auch hier die AGR-Rate bestimmt werden (sofern die zusätzlichen λ-Sonden 16 und 17 vorgesehen sind), sodass die Abgasmenge entsprechend geregelt werden kann.
2 zeigt ein Diagramm 30, das symbolisch die AGR-Rate bei aktiver Klopf- und Laufunruheerekennung zeigt. Die AGR-Rate steigt rapide an, wenn Laufunruhe erkannt wird. Dabei liegt jedoch ein High-Flow-Fehler vor. Die AGR-Rate sinkt rapide ab, wenn Klopfen erkannt wird, sodass ein Low-Flow-Fehler vorliegt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Brennkraftmaschine 1 um das AGR-Ventil 13 einen Differenzdrucksensor 19 oder Einzeldrucksensoren vor und nach dem AGR-Ventil aufweisen. Damit kann ein Druck vor und nach dem AGR-Ventil bzw. ein Differenzdruck bestimmt werden. Ferner kann vor dem AGR-Ventil 13 ein Temperatursensor 20 angeordnet sein, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur des rückgeführten Abgases zu bestimmen.
Ferner kann noch ein AGR-Filter 21 und ein AGR-Kühler 22 vorgesehen sein, um das rückgeführte Abgas zu filtern und es zu kühlen, bevor es in den Frischluftzweig 3 rückgeführt wird. Diese beiden Elemente sind nicht zwingend notwendig, können jedoch hilfreich sein, um ein Massenstrommodell des rückgeführten Abgases genauer bestimmen zu können.
Wie bereits erwähnt umfasst die Ansaugstrecke gemäß der vorliegenden Offenbarung den AGR-Zweig 12 (bzw. AGR-Strecke) und die Frischluftstrecke 3.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es nämlich nicht zwingend notwendig, den Massenstrom bzw. die AGR-Rate direkt zu messen (wie oben beschrieben), da sie auch basierend auf dem Differenzdruck und der Temperatur modelliert werden kann.
In solchen Ausführungsbeispielen umfasst das Diagnoseverfahren ferner: Durchführen eines Massenstromvergleichs basierend auf dem aktuellen Diagnosesensorwert.
Die entsprechenden Diagnosesensoren sind hierbei die Druck- und Temperatursensoren (bzw. der Differenzdrucksensor und der Temperatursensor).
Der Massenstromvergleich kann auf einem Füllungsmodell um die Drosselklappe 6 basieren. Beispielsweise kann der Massenstromvergleich zunächst auf der AGR-Rate basieren, die mathematisch folgendermaßen darstellbar ist: $r_{AGR} = \frac{{mf}_{AGR}}{{mf}_{AGR} + {mf}_{Luft}}$
Die AGR-Rate ist hier dargestellt basierend auf einem rückgeführten Abgasmassestrom im Verhältnis zu einem Gesamtmassestrom. Der Massestrom der Frischluft mf_Luft kann mit einem Luftmassenmesser (HFM) 22 bestimmt werden.
Des Weiteren basiert das Füllungsmodell um die Drosselklappe auf einer Funktion f, die von Parametern wie Motordrehzahl, Saugrohrdruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, Nockenwellenpositionen, Ansaugtemperatur, und dergleichen abhängt.
mf_AGR kann mathematisch folgendermaßen dargestellt werden: ${mf}_{AGR} = A_{eff} * p_{vor} * \sqrt{\frac{2}{R * T_{vor}}} * ψ (κ, \frac{p_{vor}}{p_{nach}})$
Hier ist A_eff eine Lagerückmeldung des AGR-Ventils, p_vor der Druck vor dem AGR-Ventil, p_nach der Druck nach dem AGR-Ventil (alternativ kann dieser Quotient auch als Differenzdruck direkt gemessen werden), T_vor die Temperatur vor dem AGR-Ventil, ψ eine Durchflussfunktion, und κ der Isentropenexponent
Entsprechend kann auch mf_Luft bestimmt werden. Dafür können entsprechende Drucksensoren und ein Temperatursensor um die Drosselklappe angebracht werden.
Entsprechend basiert, in manchen Ausführungsbeispielen, der Massenstromvergleich auf einem Drosselklappenmodell.
In manchen Ausführungsbeispielen basiert Massenstromvergleich ferner auf einem Frischluftmassenstromwert, wie hierin beschrieben.
Der Vergleich der Massenströme miteinander kann zur Bewertung eine High-/Low-Flow-Fehlers herangezogen werden. In manchen Ausführungsbeispielen kann der Vergleich der Massenströme als Differenz zwischen einem modellierten Drosselklappenmassenstrom und eine Massenstrom des Luftmassenmessers 22 sowie dem modellierten AGR Massenstrom dargestellt werden, mathematisch: j_D - (j_F + j_AGR). j bezeichnet hier einen Massenstrom, D bezeichnet die Drosselklappe, F bezeichnet Frischluft.
Ist das Ergebnis dieses Vergleichs höher als ein vorgegebener Schwellwert, liegt ein High-Flow-Fehler vor. Ist das Ergebnis niedriger als ein vorgegebener (anderer) Schwellwert, liegt ein Low-Flow-Fehler vor.
Um Mess- bzw. Modellwertsensitivitäten zu erhöhen, kann ein Werteabgleich der ermittelten Massenströme über die Drosselklappe und über den gemessenen HFM-Wert durchgeführt werden.
Beispielsweise kann in einem definierten Drehzahl-/Lastbereich des Motors ohne AGR oder mit bekanntem (oder zu vertrauendem) (externen) AGR-Wert ein Abgleich der Massenströme (HFM und Drosselklappe) durchgeführt werden.
Liegt dort eine Abweichung vor, so kann der Wert des Luftmassenmessers 22 auf den Wert des modellierten Drosselklappenmassenstroms (oder umgekehrt) adaptiert werden. Diese Adaption kann mit Fehlerschwellen versehen werden. Wird eine Fehlerschwelle überschritten, so kann daraus auf einen Fehler des Luftmassenmessers 22 geschlossen werden (bspw. Steigungsfehler).
Die HFM-Adaption kann, wenn die AGR nicht aktiv ist, folgendermaßen exemplarisch dargestellt werden: $j_{D} = k_{HFM} * j_{F} .$
k_HFM ist hierbei ein Adaptionsfaktor für den Massenstrom des Luftmassenstrommessers.
Die HFM-Adaption kann, wenn die externe AGR aktiv ist, folgendermaßen exemplarisch dargestellt werden: $Δ j_{AGR} = j_{D} - ((k_{HFM} * j_{HFM}) + j_{AGR}),$
wobei Δj_ACR eine Abweichung eines Massenstromabgleichs aus der externen AGR darstellt.
Hierbei wird die Abweichung des Massenstromabgleichs aus der externen AGR mit einem Wertebereich (abhängig von Motordrehzahl/-last) verglichen. Liegt die Abweichung außerhalb des Wertebereicht (innerhalb einer definierten Entprellzeit), so kann dies als Fehler in einem Fehlerspeicher hinterlegt werden.
Ist der Massenstromabgleich durchgeführt, der Massenstrom oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, und der Regelungsbefehl der λ-Sonde ist „Anfetten“, kann dies indikaitv sein für zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke (wie in obiger Tabelle dargestellt).
Ist der Massenstrom unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts und der Regelungsbefehl ist „Anfetten“, kann dies indikativ für zu wenig Restgas aus der AGR-Strecke durch Falschberechnung der AGR-Rate sein. Die Falschberechnung kann in solchen Ausführungsbeispielen bspw. auf einem positiven Offset des Druckdifferenzsensors in der AGR-Strecke basierend, und/oder auf einer Leitungsverengung in der AGR-Strecke, und/oder auf einer fehlerhaften AGR-Ventilposition.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Massenstromabgleich indikativ für einen Massenstrom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (in der Tabelle ist dies mit „im Rahmen“ bezeichnet). Wenn der Regelungsbefehl dennoch „Anfetten“ ist, kann dies ebenfalls indikativ sein für zu wenig Restgas aus der AGR-Strecke durch Falschberechnung der AGR-Rate.
Die Falschberechnung kann dann auf auf einer Leitungsverstopfung zum Differenzdrucksensor vor dem AGR-Ventil basieren.
Das zu wenige Restgas bei Massenstromabgleich „im Rahmen“ und bei „Anfetten“ der Lambdasonde kann jedoch auch durch eine Frischluftansaugung bei einer Leckage zwischen dem AGR-Ventil und einer Entnahme des Abgasstrangs verursacht sein.
Wenn der Regelungsbefehl „Abmagern“ ist, der Massenstromabgleich aber ergibt, dass der Massenstrom oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts ist, kann dies indikativ sein für zu viel Restgas aus der AGR-Strecke.
Dies kann beispielsweise verursacht sein durch eine Leckage in der AGR-Klappe, und/oder durch einen negativen Offset des Differenzdrucksensors, und/oder durch eine fehlerhafte AGR-Ventilposition.
Zu viel Massenstrom kann bei „Abmagern“ auch indikativ für zu viel Restgas in der Ansaugstrecke sein.
Dies kann beispielsweise auf einer Falschmodellierung der AGR-Rate basieren, was beispielsweise durch eine Leckage in der Leitung nach dem AGR-Ventil zum Differenzdrucksensor verursacht sein kann. Ferner kann dies auch auf einem Leitungsabfall vor dem AGR-Ventil zum Differenzdrucksensor verursacht sein.
In manchen Ausführungsbeispielen ist der Massenstrom unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts und der Regelungsbefehl ist „Abmagern“. Dies kann indikativ für zu wenig Frischluft in der Ansaugstrecke sein, in manchen Ausführungsbeispielen, was bspw. durch einen falschen HFM-Sensorwert verursacht sein kann.
Wie zuvor erwähnt, kann trotz Vorliegen eines Fehlers kein Regelungsbefehls der λ-Sonde vorliegen. Stellt der Massenstromabgleich aber dennoch zu viel Massenstrom fest, kann dies für zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke sprechen. Dies kann beispielsweise durch eine Leckage in der Luftstrecke nach dem AGR-Ventil verursacht sein.
Dies kann allerdings auch für eine zu geringe Sensitivität der λ-Sonde sprechen.
Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Diagnoseschaltung, die dazu eingerichtet ist, ein Diagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
Die Diagnoseschaltung kann jede Schaltung sein, die in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann oder mit diesem verbindbar sein kann, wie zum Beispiel ein Steuergerät, ein zentraler Bordcomputer, eine CPU (central processing unit), ein GPU (graphic processing unit), ein FPGA (field-programmable gate array), oder dergleichen.
Befindet sich die Schaltung außerhalb eines Kraftfahrzeuges, kann diese beispielsweise für einen Prüfstand vorgesehen sein. Befindet sie sich innerhalb des Kraftfahrzeuges, kann ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung während eines Fahrzeugbetriebs stattfinden.
Entsprechend betreffen manche Ausführungsbeispiele ein Kraftfahrzeug, das eine Diagnoseschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist.
Das Kraftfahrzeug kann jede Art von Fahrzeug sein, das eine Brennkraftmaschine aufweist (bspw. Ottomotor, Dieselmotor, oder eine Brennkraftmaschine wie unter 1 diskutiert). Insofern kann ein offenbarungsgemäßes Verfahren in einem Hybridfahrzeug ausgeführt werden, sofern eine AGR vorhanden ist.
In manchen Ausführungsbeispiel kann ein λ-Wert auch dazu verwendet werden, um einen Fehler der Massenströme zu identifizieren. In solchen Ausführungsbeispielen wird eine λ-Regelabweichung bestimmt.
In manchen Ausführungsbeispielen wird die Lambdaregelabweichung basierend auf einer kleinsten-Quadrate-Methode zwischen einer Luftmenge und einer Kraftstoffmenge bestimmt, wie hierin beschrieben.
Im Folgenden wird die Bestimmung der Lambdaregelabweichung näher beschrieben, wobei diese Erklärungen auch für den weiter oben beschriebenen Fall (Lambdaregelabweichung bei Klopf-/Laufunruheerkennung) gelten.
Über die hierin beschrieben Füllungserfassung und den damit bestimmten Massenstromdifferenzen bzw. Massenströmen können nur Massenströme bestimmt und miteinander verglichen werden, d.h. Restgasanteile und Frischluftanteile können nicht gemessen, sondern nur modelliert werden.
Der Anteil des Restgases, der sich beispielsweise in der Luftstrecke 3 befindet und der Verbrennung zugeführt wird, kann durch die Bestimmung des rückgeführten AGR-Massenstroms bestimmt werden und in eine Vorsteuerung der Lambdaregelung mit einbezogen werden.
Diese Massenströme können jedoch trotzdem fehlerhaft sein (bspw. aufgrund einer Leckage, Verstopfung in den jeweiligen Luft-/AGR-Pfaden), sodass das Modell von der Realität signifikant abweichen kann.
Um also die Vorhersage der Massenströme zu verifizieren (oder zu falsifizieren), kann eine der λ-Sonden (oder alle λ-Sonden) 10, 16 und/oder 18, für die eine Vorsteuerung bestimmt wurde, verwendet werden, um eine λ-Regeiabweichung zu bestimmen. In anderen Worten wird der gemessene λ-Wert mit dem vorhergesagten λ-Wert verglichen. Resultiert dieser Vergleich in einer Abweichung oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes, kann dies auf einen Fehler im Massenstrommodell schließen lassen.
In anderen Worten können über die λ-Regelabweichungen (bspw. auch bei aktiver AGR) Tendenzen oder ein Maß des rückgeführten Restgases ermittelt werden, da das Restgas (Inertgas) nicht mehr an der Verbrennung teilnehmen kann und der Restgasanteil in der Vorsteuerung berücksichtigt wird.
Gibt es nun beispielsweise einen ungewollten Anstieg des rückgeführten Restgases, so wird bei der Verbrennung durch die Vorsteuerung weniger zugeführte Frischluftmasse zur Verfügung gestellt. Liegt ein Fehler in der AGR vor, ist der λ-Wert (im gleichen Betriebspunkt und im Vergleich zu einer fehlerfreien AGR) indikativ für ein fettes Gemisch, woraufhin der λ-Regler ein Abmagern des Gemischs indizieren kann. Dies kann jedoch einen Einfluss auf eine Motorleistung bzw. ein Motormoment haben.
Wird andererseits in der fehlerhaften AGR das rückgeführte Restgas ungewollt reduziert, so wird der Verbrennung durch die Vorsteuerung mehr Frischluftmasse zur Verfügung gestellt, sodass ein mageres Gemisch vorliegt, was der λ-Regler versucht durch Anfetten auszugleichen. Dies kann jedoch auch einen Einfluss auf die Motorleistung bzw. das Motormoment haben.
Wie bereits erwähnt, kann die λ-Regelabweichung basierend auf einem Least-Square-Verfahren ausgewertet werden.
Damit kann zwischen Offset- und Steigungsfehlern unterschieden werden, sodass Fehlersymptome unterschieden werden können.
Durch ungewollte High- oder Low-Flow-Fehler können, wie oben beschrieben, Motorleistungs- bzw. Motormomenteinflüsse entstehen, die eine Lastpunktverschiebung auslösen können.
Durch ein Least-Square-Verfahren kann die Fehlerauswertung bei gleichbleibendem Lastpunkt erfolgen, da in gemessenen Punkten bspw. über Adaptionswertbildung zwischen Anstieg- und Offsetfehlern unterschieden werden kann.
3 zeigt ein Diagramm 35, in welchem eine relative Kraftstoffmasse gegen eine relative Luftfüllung aufgetragen ist. In dem Diagramm 35 sind Messpunkte 36 sowie eine modellierte Kurve 37 für eine relative Kraftstoffmasse abgebildet. Mit einem Least-Square-Verfahren kann die Abweichung jeder der Messpunkte 36 von der modellierten Kurve 37 auf einen Offset-Fehler oder einen Steigungsfehler zurückgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:

4 zeigt ein Diagnoseverfahren 40 gemäß der vorliegenden Offenbarung.

In 41 wird eine Abgasrückführung ausgeführt, wie hierin beschrieben.
In 42 wird erfasst, ob ein Regelungsbefehl vorliegt, wie hierin beschrieben.
In 43 wird eine Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung in einer Ansaugstrecke basierend auf dem Regelungsbefehl bestimmt, wie hierin beschrieben.
5 zeigt ein Diagnoseverfahren 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
In 51 wird eine Abgasrückführung ausgeführt, wie hierin beschrieben.
In 52 wird erfasst, ob ein Regelungsbefehl vorliegt, wie hierin beschrieben.
In 53 wird eine Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung in einer Ansaugstrecke basierend auf dem Regelungsbefehl bestimmt, wie hierin beschrieben.
In 54 wird ein Massenstromabgleich einer Abgasrückführungsstrecke mit einer Frischluftstrecke ausgeführt, wie hierin beschrieben.
6 zeigt ein Kraftfahrzeug 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Das Kraftfahrzeug 60 beinhaltet die Brennkraftmaschine 7, wie unter Bezugnahme zur 1 beschrieben, sowie eine Diagnoseschaltung 61, die als Steuergerät ausgebildet ist und die dazu eingerichtet ist, entsprechende Werte der Sensoren und Sonden, wie hierin beschrieben, zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Luftfilter
3: Frischluftstrecke
4: Verdichter
5: Ladeluftkühler
6: Drosselklappe
7: Verbrennungsmotor
8: Turbine
9: Welle
10: λ-Sonde
11: Verzweigung
12: AGR-Zweig
13: AGR-Ventil
14, 15: Katalysatoren
16, 17: λ-Sonden
18: Abgasklappe
19: Differenzdrucksensor
20: Temperatursensor
21: AGR-Filter
22: AGR-Kühler
23: Androsselklappe
30: Diagramm zur Klopf- bzw. Laufunruheerkennung
35: Diagramm zur kleinsten-Quadrate-Methode
36: Messpunkte
37: Modellierte Kurve
40; 50: Diagnoseverfahren
41; 51: Ausführen einer Abgasrückführung
42; 52: Erfassen, ob ein Regelungsbefehl vorliegt
43; 53: Bestimmen einer Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung
54: Ausführen eines Massenstromabgleichs
60: Kraftfahrzeug
61: Diagnoseschaltung/Steuergerät

Claims

Diagnoseverfahren für eine Ansaugstrecke einer Brennkraftmaschine, umfassend: Ausführen (41; 51) einer Abgasrückführung; Erfassen (42; 52), basierend auf einer Lambdaregelabweichung, ob ein Regelungsbefehl vorliegt, wobei die Lambdaregelabweichung basierend auf einer Messung einer Lambdasonde (10; 16; 17) festgestellt wird, die in einem Abgasstrang (12) der Brennkraftmaschine (7) angeordnet ist; und Bestimmen (43; 53) einer Abweichung einer Ist-Gasmischung von einer Soll-Gasmischung in einer Ansaugstrecke (3, 12) der Brennkraftmaschine (7) basierend auf dem Regelungsbefehl.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, wobei der Regelungsbefehl „Anfetten“ und „Abmagern“ umfasst.
Diagnoseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei, wenn der Regelungsbefehl „Anfetten“ ist, die Abweichung umfasst: i) zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke (3, 12); oder ii) zu wenig Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke (12).
Diagnoseverfahren nach Anspruch 3, zweite Alternative, wobei das zu wenige Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke (12) auf einer fehlerhaften Bestimmung einer Abgasrückführungsrate basiert und/oder auf einer Leckage eines Abgasrückführungsventils (13).
Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei, wenn der Regelungsbefehl „Abmagern“ ist, die Abweichung eines der Folgenden umfasst: i) zu viel Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke (12); ii) zu viel Restgas in der Ansaugstrecke (3, 12); und iii) zu wenig Frischluft in der Ansaugstrecke (3, 12).
Diagnoseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend: Ausführen eines Massenstromabgleichs der Abgasrückführungsstrecke (12) und einer Frischluftstrecke (3).
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6, in Abhängigkeit von Anspruch 3, erste Alternative, wobei der Massenstromabgleich indikativ ist für einen Massenstrom oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6, in Abhängigkeit von 4, wobei, wenn der Massenstromabgleich indikativ ist für einen Massenstrom unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, die Falschberechnung auf wenigsten einem der Folgenden basiert: Positiver Offset eines Druckdifferenzsensors (19) in der Abgasrückführungsstrecke (12); Leitungsverengung in der Abgasrückführungsstrecke (12); und fehlerhafte AGR-Ventilposition (13).
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6, in Abhängigkeit von 4, wobei, wenn der Massenstromabgleich indikativ ist für einen Massenstrom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, die Falschberechnung auf Folgendem basiert: Leitungsverstopfung zu einem Druckdifferenzdifferenzsensor vor einem Abgasrückführungsventil in der Abgasrückführungsstrecke (12).
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6 in Abhängigkeit von Anspruch 5, wenn die Abweichung „zu viel Restgas aus der Abgasrückführungsstrecke (12)“ ist, wobei der Massenstromabgleich oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts ist.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6, in Abhängigkeit von Anspruch 5, wenn die Abweichung „zu viel Restgas in der Ansaugstrecke (3, 12)“ ist, wobei der Massenstromabgleich oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts ist.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6, in Abhängigkeit von Anspruch 5, wenn die Abweichung „zu wenig Frischluft in der Ansaugstrecke (3, 12)“ ist, wobei der Massenstromabgleich unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts ist.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 6, in Abhängigkeit von Anspruch 1, wobei, wenn kein Regelungsbefehl vorliegt und der Massenstromabgleich indikativ ist für einen Massenstrom oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, die Abweichung umfasst: zu viel Frischluft in der Ansaugstrecke (3, 12).
Diagnoseschaltung, die dazu eingerichtet ist, ein Diagnoseverfahren (40; 50) nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
Kraftfahrzeug, das eine Diagnoseschaltung (61) nach Anspruch 14 aufweist.