DE10330106B4 - Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche aufweist:
eine in einem Einlaßsystem des Motors angeordnete Frischluftmengen-Detektionseinrichtung (14), um eine Menge von in eine Verbrennungskammer des Motors eingeführter Frischluft zu detektieren;
eine Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung (S20) zum Einstellen eines Bezugswertes für die Frischluftmenge gemäß einem Betriebszustand des Motors;
eine Ausfalldetektionseinrichtung (S22-S30) zum Detektieren einer Abnormalität der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung auf der Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen der von der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung detektierten Frischluftmenge und des durch die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung eingestellten Bezugswertes;
einen EGR-Kanal (30), um eine Rückführung eines Teils des Abgases aus einem Abgassystem des Motors in das Einlassystem als EGR-Gas zu ermöglichen;
ein in den EGR-Kanal eingefügtes EGR-Ventil (32) zum Steuern einer Menge des EGR-Gases durch Variieren seiner Öffnung;
eine Sollöffnungs-Einstelleinrichtung (S12) zum Einstellen einer Sollöffnung für das EGR-Ventil gemäß dem Betriebszustand des Motors in der Weise, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems gleich einem dem Betriebszustand entsprechenden vorbestimmten Wert...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine zuverlässige Detektion einer Abnormalität in einem Luftstromsensor ermöglicht.
  • In letzter Zeit werden zur Verhinderung der Emission von schädlichem Abgas aus einem in einem Motorfahrzeug eingebauten Motor verschiedene Steuereinrichtungen eingesetzt, um die Abgaseigenschaften zu verbessern. Diese Steuereinrichtungen arbeiten auf der Basis von Information, die von verschiedenen Sensoren geliefert wird, um die Abgaseigenschaften zu verbessern.
  • Wenn einer von den Sensoren usw. ausfällt, können jedoch die Abgaseigenschaften möglicherweise verschlechtert werden, und demzufolge besteht ein Bedarf für eine zuverlässige Detektion eines Ausfalls derartiger Sensoren usw. In letzter Zeit wurden mit einem Borddiagnosesystem (OBD) ausgestattete Fahrzeuge entwickelt und zum praktischen Einsatz in Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Abgaseigenschaften gebracht.
  • Information aus den verschiedenen Sensoren usw., insbesondere Information aus einem Luftstromsensor (AFS-Air Flow Sensor) wird für viele Zwecke einschließlich der Steuerung einer Nachbehandlungsvorrichtung oder einer Abgasführvorrichtung (EGR) verwendet, und ein Ausfall des Luftstromsensors beeinträchtigt die Abgaseigenschaften in großem Umfang. Demzufolge ist die Diagnose des Luftstromsensors von besonderer Wichtigkeit.
  • In der Diagnose des Luftstromsensors wird jedoch ein Ausfall des Sensors üblicherweise durch Vergleichen eines im Voraus auf der Basis von Betriebsbedingungen, wie z.B. Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, Motordrehmoment, Drosselklappenöffnung (Drosselventilöffnung), Krümmerluftdruck usw. im voraus eingestellten Bezugswertes mit einem Ausgangswert aus dem Luftstromsensor verglichen. Dabei variiert in Fällen, in welchen EGR-Gas in das Einlaßsystem eingeführt wird, die Menge der Frischluft in Abhängigkeit von der Öffnung eines EGR-Ventils, was zu einem Problem führt, daß ein Ausfall des Luftstromsensors nicht genau ermittelt werden kann.
  • Während die Öffnung des EGR-Ventils sich verändert, kann die Diagnose des Luftstromsensors ausgesetzt werden. Ein derartiges Aussetzen der Diagnose ist jedoch nicht erwünscht, da sie zu einer erheblichen Reduzierung in der Dauer für die Diagnose des Luftstromsensors führt.
  • DE 100 54 199 A1 offenbart ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Luftmassenmessers, bei dem die Funktionsweise des Luftmassenmessers dadurch überprüft wird, daß vom Luftmassenmesser ein Signal erfasst wird, während eine Abgasrückführung abgeschaltet ist, und das erfaßte Signal mit einem Vergleichswert verglichen wird und der Vergleichswert dabei entweder experimentell ermittelt oder nach einem physikalischen Modell berechnet ist. Bei Abweichung des Signals um mehr als einen vorgegebenen Wert von dem Vergleichswert wird eine Fehlfunktion des Luftmassenmessers erkannt.
  • DE 100 63 439 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion bei einem eine Meßgröße erfassenden Sensor, bei dem ein Signal-Range-Check für das Ausgangssignal des Sensors durchgeführt wird, sofern die Meßgröße innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, und, sofern die Meßgröße außerhalb des zulässigen Bereiches liegt, kein Signal-Range-Check durchgeführt und das Ausgangssignal dennoch für die Ermittlung der Meßgröße und weitere Berechnungen verwendet wird. Die Meßgröße ist dann die angesaugte Luftmasse und der Signal-Range-Check wird nur durchgeführt, wenn der Motorbetriebszustand und damit die angesaugte Luftmasse vorgebbare Bedingungen erfüllt.
  • Gemäß DE 199 41 006 A1 hat eine Steuervorrichtung für ein Luftmassenregelsystem einer Brennkraftmaschine Meßeingänge zum Erfassen eines Meßwertes der von der Brennkraftmaschine aufgenommenen Frischluftmasse sowie weiterer, für die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine repräsentativer Werte und ein Speicherelement, das erwartete Werte der Frischluftmasse in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen enthält, und vergleicht eine Rechenschaltung den Meßwert mit einem für die Betriebsbedingungen erwarteten Wert und erkennt eine Störung des Luftmassenregelsystems, wenn die Differenz zwischen Meßwert und erwartetem Wert eine zulässige Abweichung überschreitet.
  • DE 199 50 146 A1 offenbart eine On-Line-Selbstkalibrierung von Luftmassensensoren in Verbrennungmotoren mit einem Abgasrückführsystem, bei der ein Lufmassen-(MAF)-Sensor an dem Lufteinlaß zu einem Motorzylinder angeordnet ist, und ein System und Verfahren zur On-Line-Selbstkalibrierung des MAF-Sensors und der MAF-Werte, die ein Vergleichen des erfaßten MAF-Werts mit einem idealen MAF-Wert umfaßt, der unter Verwendung von Daten von Sensoren ermittelt wird, die stromabwärts des MAF-Sensors angeordnet sind. Wenn ein Vergleich der erfaßten mit den tatsächlich vorliegenden MAF-Werten zeigt, daß der MAF-Sensor nicht kalibriert ist, wird eine Regressionsanalyse auf einige Datenpaare der MAF- Sensorausgabe und des idealen MAF-Werts angewendet, um das Verhältnis zwischen der MAF-Sensorausgabe und dem erfaßten MAF-Wert zu modifizieren.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Problemstellung besteht in der Bereitstellung einer Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche eine zuverlässige Detektion einer Abnormalität in einem Luftstromsensor unabhängig von einer Einführung von EGR-Gas durchführen kann.
  • Die Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden. Insbesondere weist eine Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der Aufgabe auf: eine in einem Einlaßsystem des Motors angeordnete Frischluftmengen-Detektionseinrichtung, um eine Menge von in eine Verbrennungskammer des Motors eingeführter Frischluft zu detektieren; eine Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Bezugswertes für die Frischluftmenge gemäß einem Betriebszustand des Motors; eine Ausfalldetektionseinrichtung zum Detektieren einer Abnormalität der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung auf der Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen der von der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung detektierten Frischluftmenge und des durch die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung eingestellten Bezugswertes; einen EGR-Kanal, um eine Rückführung eines Teils des Abgases aus einem Abgassystem des Motors in das Einlaßsystem als EGR-Gas zu ermöglichen; ein in den EGR-Kanal eingefügtes EGR-Ventil zum Steuern einer Menge des EGR-Gases durch Variieren seiner Öffnung; eine Sollöffnungs-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Sollöffnung für das EGR-Ventil gemäß dem Betriebszustand des Motors in der Weise, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems gleich einem dem Betriebszustand ent sprechenden vorbestimmten Wert wird; und eine EGR-Ventil-Steuereinrichtung zum Steuern des EGR-Ventils gemäß der von der Sollöffnungs-Einstelleinrichtung eingestellten Sollöffnung des EGR-Ventils, wobei die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung den Bezugswert nicht nur gemäß dem Betriebszustand des Motors sondern auch gemäß der von der Sollöffnungs-Einstelleinrichtung eingestellten Sollöffnung des EGR-Ventils einstellt.
  • Somit wird der Bezugswert für die Frischluftmenge durch die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung gemäß dem Betriebszustand (Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, Motordrehmoment, Drosselklappenöffnung, Krümmerluftdruck usw.) des Motors eingestellt, und auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem so eingestellten Bezugswert und der von der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung detektierten Frischluftmenge wird die Abnormalität oder der Ausfall der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung (Luftstromsensors) detektiert. In diesem Falle stellt die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung den Bezugswert nicht nur gemäß dem Betriebszustand des Motors sondern auch gemäß der von der Sollöffnungs-Einstelleinrichtung eingestellten Sollöffnung des EGR-Ventils ein.
  • Demzufolge kann der Bezugswert für die Frischluftmenge unter Berücksichtigung der Sollöffnung des EGR-Ventils, d.h., der Menge des EGR-Gases eingestellt werden. Eine zuverlässige Diagnose der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung (des Luftstromsensors) kann daher auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem Bezugswert und der von der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung (Luftstromsensor) detektierten Frischluftmenge unabhängig von der Einführung von EGR-Gas ausgeführt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung verbessert werden kann, was es möglich macht, die Abgaseigenschaften weiter zu verbessern.
  • Die Ausfalldetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Abgaskonzentration enthalten, um dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems zu detektieren. Die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung korrigiert die Sollöffnung des EGR-Ventils auf der Basis einer Differenz zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder dem Überschußluftverhältnis des Abgassystems, das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektiert wird, und des vorbestimmten Wertes, und stellt den Bezugswert auf der Basis der korrigierten Sollöffnung des EGR-Ventils ein.
  • Insbesondere ist die Soll-Öffnung für das EGR-Ventil ein Führungsgrößenwert, welcher gemäß dem Betriebszustand (Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, usw.) des Motors so eingestellt wird, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder das Überschußluftverhältnis des Abgassystems gleich dem vorbestimmten Wert wird, der dem Betriebszustand entspricht, und die Sollöffnung des EGR-Ventils kann sich möglicherweise von einer tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils unterscheiden. Somit wird die Sollöffnung des EGR-Ventils auf der Basis der Differenz zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems, das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektiert wird, und des vorbestimmten Wertes korrigiert, und der Bezugswert wird auf der Basis der korrigierten Sollöffnung des EGR-Ventils eingestellt.
  • Demzufolge kann der Bezugswert für die Frischluftmenge auf einen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils entsprechenden korrekten Wert eingestellt werden, und die Frisch luftmengen-Detektionseinrichtung kann mit hoher Genauigkeit diagnostiziert werden während EGR-Gas eingeführt wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung weiter verbessert werden kann.
  • Die Ausfalldetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Abgaskonzentration aufweisen, um dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems zu detektieren, wobei die EGR-Ventil-Steuereinrichtung die Öffnung des EGR-Ventils so korrigiert, daß das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektierte Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist die Sollöffnung für das EGR-Ventil ein Führungsgrößenwert, welcher gemäß dem Betriebszustand (Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, usw.) des Motors so eingestellt wird, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems gleich einem dem Betriebszustand entsprechenden vorbestimmten Wert wird, und die Sollöffnung des EGR-Ventils kann sich möglicherweise von einer tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils unterscheiden. Somit wird die Öffnung des EGR-Ventils so korrigiert, daß das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektierte Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt.
  • Demzufolge kann der Bezugswert für die Frischluftmenge auf einen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils entsprechenden korrekten Wert eingestellt werden, und die Frischluftmengen-Detektionseinrichtung kann mit hoher Genauigkeit diagnostiziert werden während das EGR-Gas eingeführt wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung weiter verbessert werden kann.
  • Die Ausfalldetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Abgaskonzentration enthalten, um dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems zu detektieren, wobei, wenn das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektierte Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems sich von dem vorbestimmten Wert unterscheidet, die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung die Steuerung des EGR-Ventils durch die EGR-Ventil-Steuereinrichtung aussetzt und den Bezugswert allein auf der Basis des Betriebszustands des Motors einstellt.
  • Die Sollöffnung des EGR-Ventils ist ein Führungsgrößenwert, welcher gemäß dem Betriebszustand (Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, usw.) des Motors so eingestellt wird, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems gleich dem dem Betriebszustand entsprechenden vorbestimmten Wert wird, und die Sollöffnung des EGR-Ventils kann sich möglicherweise von einer tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils, wie vorstehend erwähnt, unterscheiden. Somit wird, wenn das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektierte Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems sich von dem vorbestimmten Wert unterscheidet, die Steuerung des EGR-Ventils ausgesetzt.
  • In diesem Falle wird der Bezugswert für die Frischluftmenge lediglich auf der Basis des Betriebszustandes des Motors eingestellt, um die Genauigkeit einer Diagnose der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung zu verbessern, ohne die Möglichkeit für die Diagnose zu verringern, wodurch die Zuverlässigkeit der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung weiter verbessert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der hierin nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verständlich, welche nur zur Veranschaulichung gegeben werden, und somit nicht die vorliegende Erfindung einschränken. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine Darstellung, welche eine schematische Anordnung einer Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 ein Flußdiagramm, welches eine Steuerroutine für eine Luftstromsensor-(AFS)-Ausfallermittlung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 ein Flußdiagramm, welches eine weitere Steuerroutine für eine Luftstromsensor-(AFS)-Ausfallermittlung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 4 ein Flußdiagramm, welches noch eine weitere Steuerroutine für eine Luftstromsensor-(AFS)-Ausfallermittlung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 veranschaulicht eine schematische Anordnung einer Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung der Ausfalldetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Gemäß Darstellung in 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 beispielsweise ein Common-Rail-Reihen-Vierzylinder-Diesel motor. In dem Common-Rail-Motor 1 ist eine Magnet-betätigte Kraftstoffeinspritzdüse 4 für jeden Zylinder so vorgesehen, daß sie einer entsprechenden Verbrennungskammer 2 gegenüberliegt und über ein Hochdruckrohr 5 mit einer gemeinsamen Druckleitung 6 verbunden ist. Die gemeinsame Druckleitung 6 ist mit einer Hochdruckpumpe 8 über ein Hochdruckrohr 7a verbunden, und dann mit einem Kraftstofftank 9 über ein Niederdruckrohr 7b, das mit der Hochdruckpumpe 8 verbunden ist. Da der Motor 1 ein Dieselmotor ist, wird Diesel als Kraftstoff verwendet.
  • Ein Magnet-betätigtes Einlaßdrosselklappenventil 12 ist in einem Einlaßkanal 10 des Motors 1 angeordnet. Auf einer Anstromseite des Einlaßdrosselklappenventils 12 ist ein Luftstromsensor (AFS: Frischluftmengen-Detektionseinrichtung) 14 für die Ausgabe eines Signals Safs auf der Basis vorgesehen, auf welcher eine Frischluftmenge Qa detektiert wird. In dem dargestellten Motor wird ein Karman-Wirbelluftstromsensor als der Luftstromsensor 14 verwendet, wobei jedoch statt dessen beispielsweise auch ein Hitzdraht-Luftstromsensor verwendet werden kann.
  • Eine Nachbehandlungsvorrichtung 24 ist in einem Auslaßkanal 20 eingefügt. Die Nachbehandlungsvorrichtung 24 weist beispielsweise ein sich ständig regenerierendes DPF (Dieselpartikelfilter) auf, das ein DPF 24b und einen Oxidationskatalysators 24a der anstromseitig von dem DPF 24b. angeordnet ist, umfaßt.
  • In dem sich kontinuierlich regenerierenden DPF wird ein Oxidator (NO2) in dem Oxidationskatalysator 24a erzeugt und zum kontinuierlichen Entfernen von auf dem abstromseitigen DPF 24b durch die Oxidation unter der Bedingung einer relativ hohen Abgastemperatur erzeugten Partikelmaterie (PM) genutzt, um dadurch das DPF 24b zu regenerieren.
  • Ein λ-Sensor (O2-Sensor usw.; Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung) 26 ist an einem an einer Anstromseite der Nachbehandlungsvorrichtung 24 befindlichen Abschnitt des Abgaskanals 20 angeordnet, um ein Überschußluftverhältnis λ des Abgassystems durch die Detektion der Sauerstoffkonzentration des Abgases zu detektieren. Anstelle der Detektion des Überschußluftverhältnisses λ kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis detektiert werden und in diesem Falle wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (LAFS usw.) anstelle des λ-Sensors 26 verwendet.
  • Ein EGR-Kanal 30 erstreckt sich von einem Abschnitt des Abgaskanals 20 in der Nähe des Motors weg, um eine Rückführung eines Teils des Abgases in das Einlaßsystem als EGR-Gas zu ermöglichen. Der EGR-Kanal 30 ist an dem anderen Ende mit einem auf einer Abstromseite des Einlaßdrosselklappenventils 12 befindlichen Abschnitt des Einlaßkanals 10 verbunden. Ein Magnet-betätigtes EGR-Ventil 32, dessen Öffnung auf eine gewünschte Öffnung eingestellt werden kann, ist in den EGR-Kanal 30 eingeführt.
  • Eine elektronische Steuereinheit (ECU-Electronic Control Unit) 40 ist an ihrer Eingangsseite mit verschiedenen Sensoren verbunden, welche einen Gaspedalpositionssensor (APS) 44 für die Detektion des Hubs des Gaspedals 42, d.h., die Gaspedalposition θacc, und einen Kurbelwellenwinkelsensor 46 zur Detektion einer Motordrehzahl Ne durch die Detektion des Kurbelwellenwinkels, neben dem Luftstromsensor 14 und dem λ-Sensor 26 umfassen.
  • Die Ausgangsseite der ECU 40 ist mit verschiedenen Vorrichtungen, einschließlich einer Ausfallleuchte 50 zum Anzeigen einer Vielzahl von Ausfallzuständen zusätzlich zu den Einspritzdüsen 4, dem Einlaßdrosselklappenventil 12 und dem EGR-Ventil 32 verbunden.
  • Auf der Basis von von den verschiedenen Sensoren eingegebener Information werden die Operationen der verschiedenen Vorrichtungen gesteuert, um den Betrieb des Motors 1 korrekt zu steuern. Beispielsweise werden auf der Basis der Information aus dem Gaspedalpositionssensor 44, dem Luftstromsensor 14 und dem λ-Sensor 26 eine Kraftstoffeinspritzmenge Qf sowie die Öffnung des Einlaßdrosselklappenventils 12 angepaßt, um den Betrieb des Motors 1 zu steuern, wodurch nicht nur die Steuerung des normalen Motorbetriebs sondern auch die Regenerationssteuerung der Nachbehandlungsvorrichtung 24 und die Öffnungssteuerung (EGR-Ventil-Steuereinrichtung) des EGR-Ventils 32 ausgeführt werden.
  • Der Betrieb der Ausfalldetektionsvorrichtung für den wie vorstehend beschrieben konfigurierten Motor wird nun beschrieben.
  • Eine erste Ausführungsform wird zuerst erläutert.
  • 2 ist ein Flußdiagramm, welches eine Steuerroutine für eine Ausfallermittlung eines Luftstromsensors (AFS) darstellt, die in der Ausfalldetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Die Steuerroutine wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm beschrieben.
  • Zuerst wird im Schritt S10 ermittelt, ob sich die EGR in Ausführung befindet oder nicht, d.h., ob das EGR-Ventil 32 geöffnet ist oder nicht, um das EGR-Gas in das Einlaßsystem einzuführen. Das EGR-Gas wird beispielsweise abhängig von der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Qf eingeführt, und demzufolge wird in diesem Schritt ermittelt, ob beispielsweise die Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffein spritzmenge Qf Bedingungen für die Einführung des EGR-Gases erfüllen oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis in diesem Schritt positiv (Ja) ist, und somit die EGR ausgeführt wird, geht der Ablauf zu dem Schritt S12 über.
  • Im Schritt S12 wird eine Sollöffnung des EGR-Ventils eingestellt. Da wie vorstehend erwähnt, das EGR-Gas beispielsweise abhängig von der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Qf eingeführt wird, wird die Sollöffnung für das EGR-Ventil 32 auf der Basis der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Qf eingestellt. Üblicherweise wird ein Sollwert (vorbestimmter Wert) λ1 für das Überschußluftverhältnis λ ebenfalls gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 eingestellt, und wenn sich der Sollwert λ1 verändert, verändert sich auch die Menge des eingeführten EGR-Gases, d.h., auch die Sollöffnung des EGR-Ventils in Bezug auf die Öffnung des Einlaßdrosselklappenventils 12 und die Kraftstoffeinspritzmenge Qf. Demzufolge wird die Sollöffnung des EGR-Ventils (Sollöffnungs-Einstelleinrichtung) ebenfalls auf der Basis des Sollwertes λ1 für das Überschußluftverhältnis λ eingestellt. In der Praxis wird ein Kennfeld, welches die Beziehung der Sollöffnung des EGR-Ventils mit der Motordrehzahl Ne, der Kraftstoffeinspritzmenge Qf und dem Sollwert λ1 darstellt, im Voraus experimentell erzeugt, und die Sollöffnung des EGR-Ventils aus dem Kennfeld ausgelesen.
  • Im Schritt S14 wird die auf diese Weise eingestellte Sollöffnung des EGR-Ventils auf der Basis eines tatsächlichen Überschußluftverhältnisses λ korrigiert, das durch den λ-Sensor 26 detektiert wird. Die Sollöffnung des EGR-Ventils ist lediglich ein Führungsgrößenwert aus der ECU 40 und kein tatsächlicher Wert. Somit kann, selbst dann, wenn die Öffnung des EGR-Ventils 32 so gesteuert wird, daß sie mit der dem Sollwert λ entsprechenden Sollöffnung des EGR-Ventils über einstimmt, gelegentlich eine Differenz zwischen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 und der Sollöffnung des EGR-Ventils auftreten. Eine derartige Öffnungsdifferenz bewirkt eine ähnliche Differenz zwischen dem Sollwert λ1 und dem tatsächlichen Überschußluftverhältnis λ. Demzufolge wird der Sollwert λ1 mit dem tatsächlichen Überschußluftverhältnis 1 verglichen und auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs wird die Sollöffnung des EGR-Ventils so korrigiert, daß sie der tatsächlichen Öffnung gleich wird.
  • Insbesondere wird eine Differenz (Absolutwert) |λ – λ1| zwischen dem Sollwert λ1 und dem tatsächlichen Überschußluftverhältnis λ, das von dem λ-Sensor 26 detektiert wird, erhalten, und die Sollöffnung des EGR-Ventils wird um einen Betrag korrigiert, welcher der Differenz entspricht. Der auf diese Weise erhaltene Sollöffnungswert des EGR-Ventils kann als ein gelernter Wert gespeichert werden.
  • Demzufolge wird die Sollöffnung des EGR-Ventils auf einen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 entsprechenden korrekten Wert korrigiert.
  • Im Schritt S16 wird ein Bezugswert für die Frischluftmenge Qa, d.h., ein Frischluftmengen-Bezugswert (Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung) gemäß der wie vorstehend beschriebenen erzielten korrekten Sollöffnung des EGR-Ventils eingestellt. Im Grunde wird der Bezugswert für die Frischluftmenge Qa oder der Frischluftmengen-Bezugswert gemäß dem Betriebszustand (Motordrehzahl Ne, Kraftstoffeinspritzmenge Qf, Motordrehmoment, Drosselklappenventilöffnung (Drosselöffnung), Krümmerluftdruck, usw.) des Motors 1 eingestellt. In diesem Schritt wird der so eingestellte Frischluftmengen- Bezugswert unter Verwendung der Sollöffnung des EGR-Ventils korrigiert.
  • Insbesondere wird eine Differenz (Qa – Qegr) zwischen der Frischluftmenge Qa und einer EGR-Gasmenge Qegr, die der Sollöffnung des EGR-Ventils entspricht, erzielt und ein der Differenz (Qa – Qegr) entsprechender Bezugswert als der Frischluftmengen-Bezugswert eingestellt. Alternativ kann der Bezugswert für die Frischluftmenge Qa, welche nicht das EGR-Gas enthält, durch Verwendung eines Wertes korrigiert werden, welcher der Sollöffnung des EGR-Ventils entspricht.
  • Da die Sollöffnung des EGR-Ventils auf einen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 entsprechenden korrekten Wert, wie vorstehend erwähnt, korrigiert wurde, kann der Frischluftmengen-Bezugswert auf einen hoch genauen Wert wie in dem Falle eingestellt werden, in welchem kein EGR-Gas eingeführt wird.
  • Wenn das Entscheidungsergebnis in dem Schritt S10 negativ (Nein) ist und festgestellt wird, daß die EGR nicht ausgeführt wird, d.h., wenn festgestellt wird, daß kein EGR-Gas in das Einlaßsystem eingeführt wird, geht der Ablauf zu dem Schritt S20 über.
  • In diesem Falle liegt kein EGR-Gas in der Einlaßluft vor und die Sollöffnung des EGR-Ventils muß nicht berücksichtigt werden. Demzufolge wird der Bezugswert für die Frischluftmenge Qa, welcher normalerweise gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 erhalten wird, direkt als der Frischluftmengen-Bezugswert eingestellt.
  • Im Schritt S22 wird eine Differenz (Absolutwert) |Safs – Bezugswert) zwischen dem Ausgangssignal Safs des Luftstromsensors 14 und dem Frischluftmengen-Bezugswert als X (<Safs – Bezugswert| = X) erzielt. Wenn der Luftstromsensor normal funk tioniert, sollte nämlich dessen Ausgangssignal Safs mit dem Luftmengenbezugswert übereinstimmen. In dem Falle, daß das Ausgangssignal Safs von dem Frischluftmengen-Bezugswert abweicht, wird die Differenz als X in diesem Schritt erhalten.
  • Im Schritt S24 wird ermittelt, ob die Differenz X einen Wert größer oder gleich einem vorbestimmten Wert X1 (sehr kleiner Wert) (X ≥ X1) besitzt oder nicht.
  • Wenn das Entscheidungsergebnis in dem Schritt S24 positiv ist (Ja) und ermittelt wird, daß die Differenz X größer oder gleich dem vorbestimmten Wert X1 ist, kann daraus geschlossen werden, daß der Luftstromsensor 14 nicht normal funktioniert und sich in einem anormalen Zustand befindet, und daß ein Ausfall des Luftstromsensors 14 aufgetreten ist (Ausfalldetektionseinrichtung). In diesem Falle wird daher in dem Schritt S26 festgestellt, daß die Differenz X größer oder gleich dem vorbestimmten Wert X1 für ein vorbestimmte Zeit t1 ist, und die Ausfallampe 50 wird in dem Schritt S28 eingeschaltet, um den Fahrer über den Ausfall des Luftstromsensors 14 zu informieren. Außerdem wird in dem Schritt S30 einer dem Ausfall des Luftstromsensors 14 entsprechender Ausfallcode in einem Speicher innerhalb der ECU 40 aufgezeichnet.
  • Da der Frischluftmengen-Bezugswert insbesondere mit hoher Genauigkeit auf der Basis der korrekten Sollöffnung des EGR-Ventils wie in dem Falle, wenn kein EGR-Gas eingeführt wird, eingestellt wird, kann ein Ausfall des Luftstromsensors 14 genau unabhängig davon detektiert werden, ob das EGR-Gas eingeführt wird oder nicht, und die Zuverlässigkeit des Luftstromsensors 14 kann verbessert werden. Somit kann in Fällen, in welchen die Ausgabeinformation des Luftstromsensors 14 für die Steuerung der Regenerierung der Nachbehandlungsvorrichtung 24 verwendet wird, die Regenerierung optimal gesteuert werden, was es ermöglicht, die Abgaseigenschaften weiter zu verbessern.
  • Wenn das Entscheidungsergebnis im Schritt S24 negativ ist (Nein) und festgestellt wird, daß die Differenz X kleiner als der vorbestimmte Wert X1 (sehr kleiner Wert) ist, kann daraus geschlossen werden, daß der Luftstromsensor 14 normal ohne Ausfall arbeitet, und somit werden die nachfolgenden Schritte der Routine nicht ausgeführt.
  • Es wird nun eine zweite Ausführungsform beschrieben.
  • 3 ist ein Flußdiagramm, welches eine Steuerroutine für eine Luftstromsensor-(AFS)-Ausfallermittlung darstellt, welche in der Ausfalldetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. In der nachfolgenden Beschreibung des Flußdiagramms werden nur die Differenzen zwischen den ersten und zweiten Ausführungsformen erläutert.
  • In der zweiten Ausführungsform wird, nachdem die Sollöffnung des EGR-Ventils in dem Schritt S12 eingestellt ist, der Frischluftmengen-Bezugswert unmittelbar danach auf der Basis der Sollöffnung des EGR-Ventils im Schritt S16, anders als in der ersten Ausführungsform, ohne Korrigieren der Sollöffnung des EGR-Ventils eingestellt.
  • Dann wird im Schritt S17 ermittelt, ob das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ, das von dem λ-Sensor 26 detektiert wird gleich dem Zielwert λ1 (λ = λ1) ist. Mit anderen Worten, es wird ermittelt, ob eine Differenz zwischen dem Sollwert λ1 und dem tatsächlichen Überschußluftverhältnis λ aufgrund einer Öffnungsdifferenz zwischen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 und der Sollöffnung des EGR-Ventils bewirkt wurde.
  • Wenn das Entscheidungsergebnis im Schritt S17 positiv ist (Ja) und festgestellt wird, daß das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ und der Sollwert λ1 einander gleich sind, kann daraus geschlossen werden, daß die Sollöffnung des EGR-Ventils auf einen korrekten Wert eingestellt wurde, welcher der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 entspricht, und demzufolge geht der Ablauf zu dem Schritt S22 über.
  • Andererseits wird, wenn das Entscheidungsergebnis in dem Schritt S17 negativ ist (Nein) und festgestellt wird, daß sich das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ und der Sollwert λ1 voneinander unterscheiden, die Öffnung des EGR-Ventils 32 im Schritt S18 so korrigiert, daß das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ gleich dem Sollwert λ1 wird.
  • In der ersten Ausführungsform wird nämlich die Sollöffnung des EGR-Ventils so korrigiert, daß sie der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 entspricht. In der zweiten Ausführungsform wird die tatsächliche Öffnung des EGR-Ventils 32 so korrigiert, daß sie der Sollöffnung des EGR-Ventils entspricht.
  • Somit wird die tatsächliche Öffnung des EGR-Ventils 32 auf einen korrekten Wert korrigiert, der der Sollöffnung des EGR-Ventils entspricht, und demzufolge kann der Frischluftmengen-Bezugswert auf einen hoch genauen Wert wie in dem Falle eingestellt werden, in welchem kein EGR-Gas eingeführt wird.
  • Demzufolge kann ein Ausfall des Luftstromsensors genau detektiert werden, unabhängig davon ob das EGR-Gas eingeführt wird oder nicht, und die Zuverlässigkeit des Luftstromsensors 14 kann verbessert werden. In Fällen, in welchen die Information aus dem Luftstromsensor 14 zum Steuern der Regeneration der Nachbehandlungsvorrichtung 24 verwendet wird, kann daher die Regeneration optimal gesteuert werden, was es möglich macht, die Abgaseigenschaften weiter zu verbessern.
  • Eine dritte Ausführungsform wird nun beschrieben.
  • 4 ist ein Flußdiagramm, welches eine Steuerroutine für eine Luftstromsensor-(AFS)-Ausfallermittlung darstellt, welche in der Ausfalldetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. In der nachfolgenden Beschreibung des Flußdiagramms werden nur die Differenzen zwischen der dritten Ausführungsform und der ersten oder zweiten Ausführungsformen erläutert.
  • In der dritten Ausführungsform wird, nachdem die Sollöffnung des EGR-Ventils in dem Schritt S12 eingestellt ist, der Frischluftmengen-Bezugswert unmittelbar danach auf der Basis der Sollöffnung des EGR-Ventils im Schritt S16 wie in der zweiten Ausführungsform eingestellt.
  • Dann wird im Schritt S17 ermittelt, ob das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ, das von dem λ-Sensor 26 detektiert wird, gleich dem Sollwert λ1 (λ = λ1), wie in der zweiten Ausführungsform, ist.
  • Wenn das Entscheidungsergebnis im Schritt S17 positiv ist (Ja) und festgestellt wird, daß das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ und der Sollwert λ1 einander gleich sind, kann daraus geschlossen werden, daß die Sollöffnung des EGR-Ventils auf einen der tatsächlichen Öffnung des EGR-Ventils 32 entsprechenden korrekten Wert eingestellt wurde, und demzufolge geht der Ablauf zu dem Schritt S22 über.
  • Andererseits wird, wenn das Entscheidungsergebnis im Schritt S17 negativ ist (Nein) und festgestellt wird, daß sich das tatsächliche Überschußluftverhältnis λ und der Sollwert λ1 voneinander unterscheiden, die EGR-Steuerung im Schritt S19 ausgesetzt, dann der normal erhaltene Bezugswert für die Frischluftmenge Qa direkt als der Frischluftmengen-Bezugswert im Schritt S20 eingestellt, und der Ablauf geht zu dem Schritt S22 über.
  • In der dritten Ausführungsform wird, wenn eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Überschußluftverhältnis λ und dem Sollwert λ1 vorliegt, nämlich daraus geschlossen, daß der Frischluftmengen-Bezugswert nicht genau eingestellt werden kann, und die EGR-Steuerung selbst wird ausgesetzt. Somit wird unter Verwendung des gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 erhaltenen Bezugswertes für die Frischluftmenge Qa, als Frischluftmengen-Bezugswert, der Luftstromsensor 14 diagnostiziert ohne das EGR-Gas in das Einlaßsystem einzuführen.
  • In diesem Falle wird nicht die Diagnose des Luftstromsensors 14 ausgesetzt, sondern die EGR-Steuerung ausgesetzt. Selbst während die EGR-Steuerung ausgesetzt ist wird der Luftstromsensor 14 kontinuierlich diagnostiziert, wodurch die Möglichkeit für die Diagnose nicht reduziert wird.
  • Demzufolge kann der Frischluftmengen-Bezugswert immer auf einen genauen Wert unabhängig davon, ob das EGR-Gas in das Einlaßsystem eingeführt wird oder nicht, eingestellt werden. Somit kann der Ausfall des Luftstromsensors 14 genau detektiert werden, was es ermöglicht, die Zuverlässigkeit des Luftstromsensors 14 zu verbessern.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollte angemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen alleine beschränkt ist. Beispielsweise kann, obwohl in den vorstehenden Ausführungsformen ein Dieselmotor als der Motor 1 verwendet wird, der Motor 1 alternativ ein Benzinmotor sein.

Claims (4)

  1. Ausfalldetektionsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche aufweist: eine in einem Einlaßsystem des Motors angeordnete Frischluftmengen-Detektionseinrichtung (14), um eine Menge von in eine Verbrennungskammer des Motors eingeführter Frischluft zu detektieren; eine Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung (S20) zum Einstellen eines Bezugswertes für die Frischluftmenge gemäß einem Betriebszustand des Motors; eine Ausfalldetektionseinrichtung (S22-S30) zum Detektieren einer Abnormalität der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung auf der Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen der von der Frischluftmengen-Detektionseinrichtung detektierten Frischluftmenge und des durch die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung eingestellten Bezugswertes; einen EGR-Kanal (30), um eine Rückführung eines Teils des Abgases aus einem Abgassystem des Motors in das Einlassystem als EGR-Gas zu ermöglichen; ein in den EGR-Kanal eingefügtes EGR-Ventil (32) zum Steuern einer Menge des EGR-Gases durch Variieren seiner Öffnung; eine Sollöffnungs-Einstelleinrichtung (S12) zum Einstellen einer Sollöffnung für das EGR-Ventil gemäß dem Betriebszustand des Motors in der Weise, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems gleich einem dem Betriebszustand entsprechenden vorbestimmten Wert wird; und eine EGR-Ventil-Steuereinrichtung (40) zum Steuern des EGR-Ventils gemäß der von der Sollöffnungs-Einstelleinrichtung eingestellten Sollöffnung des EGR-Ventils, wobei mittels der Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung (S20) der Bezugswert nicht nur gemäß dem Betriebszustand des Motors sondern auch gemäß der von der Sollöffnungs-Einstelleinrichtung eingestellten Sollöffnung des EGR-Ventils einstellbar ist.
  2. Ausfalldetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung (26) zum Detektieren einer Abgaskonzentration aufweist, um dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems zu detektieren, wobei die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung (S20) die Sollöffnung des EGR-Ventils auf der Basis einer Differenz zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems, das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektiert wird, und dem vorbestimmten Wert korrigiert, und den Bezugswert auf der Basis der korrigierten Sollöffnung des EGR-Ventils (S14, S16) einstellt.
  3. Ausfalldetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner eine Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung (26) zum Detektieren einer Abgaskonzentration aufweist, um dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems zu detektieren, wobei die EGR-Ventil-Steuereinrichtung (40) die Öffnung des EGR-Ventils so korrigiert, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgas systems, das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektiert wird, mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt (S18).
  4. Ausfalldetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche ferner eine Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung (26) zum Detektieren einer Abgaskonzentration aufweist, um dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems zu detektieren, wobei, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Überschußluftverhältnis des Abgassystems, das von der Abgaskonzentrations-Detektionseinrichtung detektiert wird, sich von dem vorbestimmten Wert unterscheidet, die Frischluftmengen-Bezugswert-Einstelleinrichtung (S20) die Steuerung des EGR-Ventils durch die EGR-Ventil-Steuereinrichtung aussetzt und den Bezugwert lediglich auf der Basis des Betriebszustandes des Motors (S19) einstellt.
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