DE112010004259B4

DE112010004259B4 - Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112010004259B4
Application number: DE112010004259.4T
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: JP5282848B2; US8631691B2; US20120240671A1; WO2012077214A1; CN102652218A; DE112010004259T5; CN102652218B; JPWO2012077214A1

Abstract

Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung (30), die die Menge des von einem Abgaspfad (20) zu einem Ansaugpfad (10) einer Verbrennungskraftmaschine (2) mit Lader (4) zurückgeführten Gases durch Steuern eines Öffnungsgrades eines EGR-Ventils (34) einstellt, das in einem EGR-Pfad (32) angeordnet ist, der den Ansaugpfad (10) mit dem Abgaspfad (20) verbindet, wobei die Fehlererfassungsvorrichtung aufweist: einen ersten Sensor (42), der auf Seiten des Abgaspfades (20) im EGR-Pfad (32) angeordnet ist, und der ein Signal ausgibt, das geeignet ist festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hindurchströmenden Gases mager oder fett ist; einen zweiten Sensor (44), der im Abgaspfad (20) installiert ist und stromab eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Abgaspfad (20) und dem EGR-Pfad (32) angeordnet ist, und der ein Signal ausgibt, das geeignet ist festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hindurchströmenden Gases mager oder fett ist; und ein Fehlerbestimmungsmittel (40), welches das vom ersten Sensor (42) ausgegebene Signal und das vom zweiten Sensor ausgegebene Signal (44) nutzt, um zu bestimmen, ob die EGR-Vorrichtung (30) fehlerhaft ist; wobei das Fehlerbestimmungsmittel (40) folgert, dass sich das EGR-Ventil (34) nicht schließen kann, wenn das vom ersten Sensor (42) ausgegebene Signal einen Magerzustand anzeigt während die Verbrennungskraftmaschine (2) im stöchiometrischen oder fetten Zustand betrieben wird, und wenn das vom zweiten Sensor (44) ausgegebene Signal anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (2) einen Magerzustand anzeigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung und insbesondere eine Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung, die an einer Verbrennungskraftmaschine mit Lader montiert ist.
Stand der Technik
Einige im Moment verwendete Verbrennungskraftmaschinen enthalten eine EGR-Vorrichtung, die geeignet ist, einen Teil des Abgases zur Ansaugseite zurückzuführen, um die Emissionsleistung zu verbessern. Die EGR-Vorrichtung umfasst ein EGR-Ventil, das in einem EGR-Pfad installiert ist, der einen Ansaugpfad einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaspfad verbindet, und steuert den Öffnungsgrad des EGR-Ventils, um die Menge des von der Abgasseite zur Ansaugseite zurückgeführten Abgases zu regeln. In der EGR-Vorrichtung kann ein gewisser Fehler bzw. eine gewisse Anomalie auftreten, so dass diese das EGR-Ventil nicht öffnen oder schließen kann. Ein Fehler in der EGR-Vorrichtung beeinflusst die Emissionsleistung. Wenn daher ein derartiger Fehler auftritt sollte dies umgehend einem Fahrer angezeigt oder gemeldet werden. In so einem Fall wird eine Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung, wie sie beispielsweise in der JP 2002-227727 A beschrieben ist, benötigt. Die in der JP 2002-227727 A beschriebene Vorrichtung (nachfolgend als herkömmliche Vorrichtung bezeichnet) schätzt einen während des Normalbetriebs der EGR-Vorrichtung erzeugten Ansaugdruck basierend auf einer Drosselöffnung, einer EGR-Ventil-Öffnung und einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und berechnet dann die Abweichung zwischen dem geschätzten Ansaugdruck und dem aktuellen Ansaugdruck. Wenn die Abweichung nicht unter einem vorgegebenen Wert liegt folgert die herkömmliche Vorrichtung, dass die EGR-Vorrichtung fehlerhaft ist.
Die EGR-Vorrichtung wird im Übrigen auch an Verbrennungskraftmaschinen mit Lader bzw. Turbolader montiert. Die Verbrennungskraftmaschine mit Lader ist dadurch gekennzeichnet, dass ihr Ansaugdruck in einem bestimmten Betriebsbereich höher ist als der Gegendruck. Ein besonders schwerer Fehler, der in einer EGR-Vorrichtung auftreten kann, die an dieser Art Verbrennungskraftmaschine mit Lader montiert ist, ist die Unfähigkeit des EGR-Ventils zu schließen, da Fremdstoffe bzw. -körper eingeklemmt sind oder ein Fehler bzw. Defekt aufgetreten ist. Dies führt dazu, dass das EGR-Ventil offen bleibt. Wenn sich das EGR-Ventil nicht schließen kann, kann Frischluft vom Ansaugpfad zum Abgaspfad in einem bestimmten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine zurückströmen und dann in einen EGR-Katalysator und einen Startkatalysator strömen, wodurch die Katalysatoren überhitzen. In Anbetracht der vorgenannten Umstände besteht ein Bedarf, dass die Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung, die an der Verbrennungskraftmaschine mit Lader montiert ist, zuverlässig die Unfähigkeit des EGR-Ventils zu schließen erfassen kann.
Jedoch ist es für die vorstehend genannte herkömmliche Vorrichtung schwierig, diesen Bedarf zu erfüllen. Der Grund hierfür ist, dass die herkömmliche Vorrichtung einen Fehler gemäß der Abweichung zwischen dem geschätzten Ansaugdruck und dem aktuellen Ansaugdruck erfasst. Genauer gesagt gibt es, selbst wenn die EGR-Vorrichtung fehlerhaft ist, keine nennenswerte Abweichung zwischen dem geschätzten Ansaugdruck und dem aktuellen Ansaugdruck in einem Betriebsbereich, bei dem der Ansaugdruck höher als der Gegendruck bzw. Staudruck ist. In einem bestimmten Betriebsbereich kann die herkömmliche Vorrichtung daher scheitern, einen Fehler in der EGR-Vorrichtung zu erfassen. Dies kann zu einer verzögerten Fehlererfassung führen.
Ein weiteres Verfahren zur Fehlerfeststellung bei einer EGR-Vorrichtung ist Gegenstand der JP 2009-257223 A .
Aus der DE 37 03 091 C1 ist eine Steuervorrichtung für die rückgeführte Abgasmenge in einem Verbrennungsmotor bekannt, mit: einer Rückführleitung, die einen Abgaskanal und einen Lufteinlasskanal des Verbrennungsmotors verbindet und das Abgas des Verbrennungsmotors in den Lufteinlasskanal rückführt; einem Steuerventil, das an einem mittleren Bereich der Rückführleitung angebracht ist und die rückgeführte Abgasmenge steuert; einem Motorzustandssensor zum Ermitteln des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors; und einer Steuerung zum Einstellen der Öffnung des Steuerventils durch das Errechnen einer optimalen Rückführmenge des Abgases aufgrund des Ermittlungssignals des Motorzustandssensors. Die Steuervorrichtung umfasst weiter einen Sauerstoffsensor zum Ermitteln der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Lufteinlasskanals flussabwärts von der Verbindung der Rückführleitung mit dem Lufteinlasskanal; eine Detektorvorrichtung zum Ermitteln eines anormalen Zustandes, die einen anormalen Zustand feststellt, wenn der Unterschied zwischen der aufgrund des empfangenen Signals des Sauerstoffsensors errechneten Abgasrückführmenge und der aufgrund des empfangenen Signals des Motorzustandssensors errechneten Abgasrückführmenge einen vorbestimmten Wert überschreitet; und eine Alarmvorrichtung, die Alarm erzeugt, wenn die Detektorvorrichtung einen anormalen Zustand ermittelt.
Schließlich offenbart die DE 198 49 272 A1 ein Verfahren zur Diagnose eines Abgasrückführsystems (EGR-Systems) bei einem Verbrennungsprozess, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine, der mit unterschiedlichem Frischluft/Kraftstoff-Verhältnis betreibbar ist, mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Abgasluftzahl und einem Auswertesystem, wobei bei eingeschalteter Abgasrückführung eine Änderung des Frischluft/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt, der Zeitverlauf der Abgasluftzahl erfasst und dem Auswertesystem zugeführt wird, die Geschwindigkeit und/oder die Form des Zeitverlaufs, mit der die Abgasluftzahl der Änderung folgt, zur Diagnose ausgewertet wird.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fehler bzw. eine Anomalie in einer EGR-Vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Lader bzw. Turbolader genau zu erfassen, oder genauer gesagt, die Unfähigkeit eines EGR-Ventils, sich aufgrund von eingeklemmten Fremdstoffen bzw. Fremdkörpern, oder aufgrund eines Defekts, vollständig zu schließen. Um diese Aufgabe zu lösen schafft die vorliegende Erfindung die nachfolgend dargestellte Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung stellt die Menge des von einem Abgaspfad zu einem Ansaugpfad einer Verbrennungskraftmaschine mit Lader zurückgeführten Gases durch Steuern eines Öffnungsgrades eines EGR-Ventils ein, das in einem EGR-Pfad angeordnet ist, der den Ansaugpfad mit dem Abgaspfad verbindet. Die Fehlererfassungsvorrichtung enthält ein Paar Sensoren, die jeweils ein Signal ausgeben, das geeignet ist festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hindurchströmenden Gases mager oder fett ist. Ein erster Sensor, der ein Sensor aus dem Paar Sensoren ist, ist auf Seiten des Abgaspfades im EGR-Pfad angeordnet. Ein zweiter Sensor, der der andere Sensor aus dem Paar Sensoren ist, ist im Abgaspfad installiert und stromab eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Abgaspfad und dem EGR-Pfad angeordnet. Ein O₂-Sensor, dessen Signal mit der Sauerstoffkonzentration variiert und ein A/F-Sensor, dessen Signal mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis; A/F) variiert, können als der erste und der zweite Sensor verwendet werden.
Die Fehlererfassungsvorrichtung nutzt ein Signal, das vom ersten Sensor ausgegeben wird, und ein Signal, das vom zweiten Sensor ausgegeben wird, um zu bestimmen, ob die EGR-Vorrichtung fehlerhaft ist. Genauer gesagt folgert die Fehlererfassungsvorrichtung, dass sich das EGR-Ventil nicht schließen kann, wenn das vom ersten Sensor ausgegebene Signal einen Magerzustand anzeigt während die Verbrennungskraftmaschine im stöchiometrischen oder fetten Zustand betrieben wird, und wenn das vom zweiten Sensor ausgegebene Signal anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine einen Magerzustand anzeigt. Ferner folgert die Fehlererfassungsvorrichtung, dass sich das EGR-Ventil nicht schließen kann, wenn das vom ersten Sensor ausgegebene Signal zyklisch zwischen mager und fett wechselt, während die Verbrennungskraftmaschine im stöchiometrischen oder fetten Zustand betrieben wird, und wenn der Wechselzyklus mit dem Zyklus einer Ansaugschwankung zusammenfällt.
Mit anderen Worten: Die Fehlererfassungsvorrichtung erfasst einen Rückfluss von Frischluft im EGR-Pfad als Hinweis darauf, dass sich das EGR-Ventil nicht schließen kann. Die Fehlererfassungsvorrichtung kann somit zuverlässig feststellen, dass sich das EGR-Ventil in der Verbrennungskraftmaschine mit Lader nicht schließen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Verbrennungskraftmaschine mit Lader, bei welcher die Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt;
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Bestandteile aus 1;
3 zeigt ein Flußschaubild, das eine Fehlererfassungsroutine für ein EGR-Ventil darstellt, die durch eine ECU bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird; und
4 zeigt ein Flußschaubild, das eine Fehlererfassungsroutine für ein EGR-Ventil darstellt, die durch eine ECU bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Ausführungsformen der Erfindung
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Verbrennungskraftmaschine mit Lader bzw. Turbolader, an welcher eine Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt. Die Verbrennungskraftmaschine mit Lader gemäß der ersten Ausführungsform ist eine fremd gezündete Verbrennungskraftmaschine (Ottomotor) die hauptsächlich bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, das nahe am stöchiometrischen liegt.
Die Verbrennungskraftmaschine mit Lader gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Turbolader 4, der die Energie des Abgases dazu nutzt, um Luft (Frischluft) zu verdichten. Ein Kompressor 6 für den Turbolader 4 ist in einem Ansaugpfad 10 angeordnet. Eine Turbine 8 für den Turbolader 4 ist in einem Abgaspfad 20 angeordnet. Ein Zwischenkühler 18 ist im Ansaugpfad 10 installiert und stromab des Kompressors 6 angeordnet. Eine Drossel bzw. Drosselklappe 16 ist stromab des Zwischenkühlers 18 angeordnet. Ein Ausgleichsbehälter 12 ist im Ansaugpfad 10 installiert, stromab der Drossel 16 angeordnet und durch einen Ansaugkrümmer 14 mit einem Hauptkörper 2 der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Ein Abgaskrümmer 22 ist auf der Auslassseite des Hauptkörpers 2 der Verbrennungskraftmaschine befestigt. Der Auslass des Abgaskrümmers 22 ist mit der Turbine 8 verbunden. Ein Startkatalysator 24 ist im Abgaspfad 20 installiert und stromab der Turbine 8 angeordnet. In dieser Beschreibung wird davon ausgegangen, dass der Ausgleichsbehälter 12 und der Ansaugkrümmer 14 Teile des Ansaugpfades 10 sind, und dass der Abgaskrümmer 22 Teil des Abgaspfades 20 ist.
Die Verbrennungskraftmaschine mit Lader gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine EGR-Vorrichtung 30, die Abgas von einem Abgassystem zu einem Ansaugsystems zurückführt. Die EGR-Vorrichtung 30 umfasst einen EGR-Pfad 32, der den Ausgleichsbehälter 12 mit dem Abgaskrümmer 22 verbindet, sowie ein EGR-Ventil 34, einen EGR-Kühler 36 und einen EGR-Katalysator 38, die im EGR-Pfad 32 angeordnet sind. Das EGR-Ventil 34 ist am nächsten zum Ausgleichsbehälter 12 angeordnet. Der EGR-Katalysator 38 ist in der Nähe des Abgaskrümmers 22 angeordnet. Der EGR-Kühler 36 ist zwischen dem EGR-Ventil 34 und dem EGR-Katalysator 38 angeordnet.
Die Verbrennungskraftmaschine mit Lader gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält ein Paar Sensoren, die jeweils ein Signal ausgeben, das geeignet ist festzustellen, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hindurchströmenden Gases mager oder fett ist. Ein Sensor dieses Paares von Sensoren ist ein O₂-Sensor 42, der im EGR-Pfad 32 installiert ist und näher am Abgaskrümmer 22 als am EGR-Katalysator 38 angeordnet ist. Der andere Sensor dieses Paares von Sensoren ist ein A/F-Sensor 44, der im Abgaspfad 20 installiert ist und zwischen der Turbine 8 und dem Startkatalysator 24 angeordnet ist. Der O₂-Sensor 42 gibt ein Signal aus, dass einer Sauerstoffkonzentration entspricht, und hat derartige Ausgabeeigenschaften, wonach sein Ausgabewert sich deutlich verändert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über oder unter den stöchiometrischen Wert steigt oder fällt. Der A/F-Sensor 44 gibt ein Signal aus, das dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases entspricht, und hat derartige Ausgabeeigenschaften, wonach sein Ausgabewert sich linear mit einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert. Die vom O₂-Sensor 42 und vom A/F-Sensor 44 ausgegebenen Signale werden in eine ECU (elektronische Steuereinheit) 40 eingegeben. Nach Erhalt der Signale von verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise dem O₂-Sensor 42 und dem A/F-Sensor 44, betreibt die ECU 40 verschiedene Aktuatoren wie beispielsweise das EGR-Ventil 34 gemäß einem vorgegebenen Steuerprogramm.
Die vorstehend genannten beiden Sensoren 42, 44 können dazu genutzt werden, um einen Fehler im EGR-Ventil 34 zu erfassen, oder genauer gesagt, zu erfassen, dass sich das EGR-Ventil 34 aufgrund eingeklemmter Fremdkörper oder eines Defekts nicht schließen kann. Während die Verbrennungskraftmaschine einen stöchiometrischen oder fetten Betrieb ausführt, zeigt das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 normalerweise einen fetten Zustand, oder seine Anzeige schwankt zyklisch zwischen einem mageren Zustand und einem fetten Zustand, synchron zum Zyklus einer Luft Kraftstoffverhältnisregelung. Ferner ändert sich das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 gemäß einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskraftmaschine. Wenn sich jedoch das EGR-Ventil 34 nicht schließt sondern offen bleibt, fließt Frischluft in einem Betriebsbereich, wo der Ansaugdruck höher als der Staudruck bzw. Gegendruck ist, vom Ausgleichsbehälter 12 zum Abgaskrümmer 22 zurück, wie durch „WEG 1” in 1 dargestellt. Daher ist die Umgebung um den O₂-Sensor 42 mager, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 fortwährend einen mageren Zustand anzeigt. Das Abgas wird dann durch die Frischluft, die in den Abgaskrümmer 22 eingebracht wurde, verdünnt, so dass das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 ebenfalls einen mageren Zustand anzeigt. Daher kann, wenn die Verbrennungskraftmaschine einen stöchiometrischen oder fetten Betrieb durchführt, falls das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 fortwährend einen mageren Zustand anzeigt, und anschließend das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 einen mageren Zustand anzeigt, gefolgert werden, dass das EGR-Ventil 34 aufgrund seiner Unfähigkeit zu schließen offen bleibt.
Die vorstehende Situation kann jedoch auch auftreten, wenn ein Kraftstoff-Einspritzsystem eines Hauptkörpers 2 der Verbrennungskraftmaschine fehlerhaft ist. Wenn beispielsweise die Menge der Kraftstoffeinspritzung aufgrund von, zum Beispiel, einem verstopften Injektor oder einer Abnahme im Kraftstoffdruck ungenügend ist, so ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus dem Hauptkörper 2 der Verbrennungskraftmaschine ausgegeben wird, mager. In diesem Fall erreicht, wie durch „WEG 2” in der vergrößerten Darstellung von 2 gezeigt, das magere Abgas zuerst den O₂-Sensor 42, der relativ nahe am Hauptkörper 2 der Verbrennungskraftmaschine liegt. Das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 zeigt daher fortwährend einen mageren Zustand. Anschließend erreicht, wie durch „WEG 3” in der vergrößerten Ansicht von 2 gezeigt, das magere Abgas den A/F-Sensor 44, der weiter weg vom Hauptkörper 2 der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 verändert sich daraufhin, um den mageren Zustand anzuzeigen. Um einen Fehler im EGR-Ventil 34 unter Verwendung der Ausgangssignals des O₂-Sensors 42 und des A/F-Sensors 44 zu erfassen, ist es daher notwendig, eine Entscheidungslogik vorzusehen, die geeignet ist zwischen einem Fehler des EGR-Ventils und einem Fehler des Kraftstoff-Einspritzsystems zu unterscheiden.
Aus diesem Grund ist der Zeitversatz bzw. die Zeitverzögerung oder Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 fortwährend den mageren Zustand anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu welchem das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 sich verändert, um den mageren Zustand anzuzeigen, im Fokus der Betrachtung. Die Zeitverzögerung, die beobachtet wird, wenn das EGR-Ventil 34 fehlerhaft ist, unterscheidet sich von der Zeitverzögerung, die auftritt, wenn das Kraftstoff-Einspritzsystem fehlerhaft ist. Wenn das Kraftstoff-Einspritzsystem fehlerhaft ist, wird die Zeitverzögerung durch die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und die Abstandsdifferenz zwischen „WEG 3” und „WEG 2” in 2 bestimmt. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch den Betriebszustand, beispielsweise die Motordrehzahl und Last, bestimmt wird, kann die Zeitverzögerung, die auftritt wenn das Kraftstoff-Einspritzsystem fehlerhaft ist, durch Berechnung bestimmt werden. Falls eine aktuell gemessene Zeitverzögerung gleich der geschätzten Zeitverzögerung ist, die üblicherweise auftritt wenn das Kraftstoff-Einspritzsystem fehlerhaft ist, oder falls die Differenz zwischen diesen beiden Zeitverzögerungswerten in einem gewissen Fehlerbereich liegt, kann daher gefolgert werden, dass ein augenblicklich auftretender Fehler im Kraftstoff-Einspritzsystem jedoch nicht im EGR-Ventil 34 vorliegt. In anderen Worten: Falls die aktuell gemessene Zeitverzögerung sich deutlich von der geschätzten Zeitverzögerung unterscheidet, kann gefolgert werden, dass das EGR-Ventil 34 fehlerhaft ist, das bedeutet, dass das EGR-Ventil 34 offen steht und nicht geschlossen werden kann.
Die Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nutzt die vorstehend beschriebene Entscheidungslogik um zu beurteilen, ob das EGR-Ventil 34 fehlerhaft ist. Die Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird dadurch realisiert, dass die ECU 40 als Fehlerbestimmungsmittel der Fehlererfassungsvorrichtung fungiert. Wenn die ECU 40 als das Fehlerbestimmungsmittel fungiert, führt die ECU 40 eine Fehlererfassungsroutine aus, die in dem in 3 gezeigten Flussschaubild dargestellt ist. Die Routine wird in gleichmäßgen Intervallen während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ausgeführt.
In Schritt S101, der den ersten Schritt darstellt, beurteilt die Routine aus 3, ob das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 fortwährend den mageren Zustand anzeigt. Wenn das Erfassungsergebnis negativ ist, endet die Routine, da davon ausgegangen werden kann, dass das EGR-Ventil 34 normal funktioniert.
Wenn dagegen das Erfassungsergebnis aus Schritt S101 positiv ist, fährt die Routine mit Schritt S102 zur weiteren Erfassung fort. Die Routine führt Schritt S102 aus, um zwischen einem Fehler im EGR-Ventil 34 und einem Fehler in Kraftstoff-Einspritzsystem zu unterscheiden. Genauer gesagt bestimmt die Routine, ob sich das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, nachdem der magere Zustand fortwährend durch das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 angezeigt wurde, dahingehend verändert hat, um den mageren Zustand anzuzeigen. Die vorgegebene Zeitspanne schließt das Intervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des O₂-Sensor 42 fortwährend den mageren Zustand anzeigt, wenn das Kraftstoff-Einspritzsystem fehlerhaft ist, und dem Zeitpunkt, wenn das Ausgangssignal des A/F-Sensors 44 den mageren Zustand anzeigt, aus, und wird anhand des Betriebszustandes, wie beispielsweise der Motordrehzahl und Last, berechnet. Wenn das Erfassungsergebnis aus Schritt S102 negativ ist, endet die Routine, da davon ausgegangen werden kann, dass das Kraftstoff-Einspritzsystem fehlerhaft ist, wohingegen das EGR-Ventil 34 normal funktioniert.
Wenn dagegen das Erfassungsergebnis aus Schritt S102 positiv ist, fährt die Routine mit Schritt S103 fort und folgert, dass das EGR-Ventil 34 fehlerhaft ist. Genauer gesagt folgert die Routine, dass das EGR-Ventil 34 offen steht und nicht geschlossen werden kann. Wenn das EGR-Ventil 34 derart offen steht, dass Frischluft rückwärts strömt, ist es sehr wahrscheinlich das Fremdstoffe im EGR-Ventil 34 eingeklemmt wurden. In Schritt S103 kann daher gefolgert werden, dass Fremdkörper bzw. Fremdstoffe im EGR-Ventil 34 eingeklemmt sind.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Fehlererfassungsvorrichtung für die EGR-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, analog zur Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, für eine Verbrennungskraftmaschine mit Lader angewandt, die aufgebaut ist wie in 1 gezeigt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Funktionalität der ECU 40, die als Fehlerbestimmungsmittel dient. Genauer gesagt liegt der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform im Verfahren zum Bestimmen, ob das EGR-Ventil 34 offen steht und aufgrund von eingeklemmten Fremdkörpern oder einem Defekt nicht geschlossen werden kann. Das Fehlerbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ist wirksam zum Erfassen eines Zustandes, bei dem das EGR-Ventil 34 derart weit offen steht, das eine große Menge Frischluft in den Abgaskrümmer 22 strömt. Wenn jedoch ein Zustand erfasst werden soll, bei dem das EGR-Ventil 34 nur leicht geöffnet ist und nicht geschlossen werden kann, ist das Fehlerbestimmungsverfahren der zweiten Ausführungsform, das nachfolgend beschrieben wird, wirksamer als das Fehlerbestimmungsverfahren der ersten Ausführungsform.
Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt eine Änderung im Umkehr- bzw. Wechselzyklus eines Ausgangssignals vom O₂-Sensor 42 im Fokus der Betrachtung. Während das EGR-Ventil 34 leicht geöffnet ist, strömt Frischluft vom Ausgleichsbehälter 12 zum EGR-Pfad 32 zurück; jedoch ist die Menge der Frischluft nicht groß. Daher wird die in den EGR-Pfad 32 eingebrachte Frischluft wiederholt in Richtung zum Abgaskrümmer 22 getrieben und zum Ausgleichsbehälter 12 zurückgebracht. Daher wechselt die Umgebung um den O₂-Sensor 42 zwischen fett und mager, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 sich im gleichen Zyklus wie dem Zyklus der Ansaugschwankung wiederholt umkehrt, um zwischen fett und mager zu wechseln. Das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 kehrt sich ebenfalls wiederholt um, um zwischen mager und fett zu wechseln, während die Verbrennungskraftmaschine stöchiometrisch betrieben wird. Der Zyklus einer derartigen Umkehr ist jedoch gleich dem Zyklus der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung. Daher unterscheidet sich dieser Umkehrzyklus signifikant vom Umkehrzyklus der vorliegt, wenn das EGR-Ventil 34 offen steht. Daher ermöglicht das Messen des Umkehrzyklusses des Ausgangssignals vom O₂-Sensor 42 präzise zu beurteilen, ob das EGR-Ventil 34 offen steht.
Die Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nutzt die vorstehend beschriebene Entscheidungslogik um zu beurteilen, ob das EGR-Ventil 34 fehlerhaft ist. Die 4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Fehlererfassungsroutine für ein EGR-Ventil zeigt, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die ECU 40 ausgeführt wird. Die Routine wird in regelmäßigen Intervallen während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wiederholt.
In Schritt S201, der den ersten Schritt darstellt, beurteilt die Routine aus 4, ob das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 sich verändert hat, um den mageren Zustand anzuzeigen. In einer Situation, bei der das EGR-Ventil 34 nur leicht geöffnet ist und sich nicht schließen kann, erreicht die im EGR-Pfad 32 vorwärts und rückwärts strömende Frischluft den O₂-Sensor 42 aufgrund von Ansaugschwankungen. Dies führt dazu, dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 sich zumindest zeitweilig verändert, um den mageren Zustand anzuzeigen, anstatt den mageren Zustand fortwährend anzuzeigen. Wenn daher das Beurteilungsergebnis aus Schritt S201 negativ ist, endet die Routine, da davon ausgegangen werden kann, dass das EGR-Ventil 34 normal funktioniert.
Wenn dagegen das Beurteilungsergebnis aus Schritt S201 positiv ist, fährt die Routine mit Schritt S202 zum Zwecke der Beurteilung fort. In Schritt S203 berechnet die Routine den Umkehrzyklus des Ausgangssignals vom O₂-Sensor 42 und vergleicht diesen mit dem Zyklus der Ansaugschwankung. Der Ansaugschwankungszyklus kann beispielsweise anhand des Betriebszustandes, beispielsweise der Motordrehzahl, berechnet werden. Wenn der Umkehrzyklus des Ausgangssignals vom O₂-Sensor 42 nicht mit dem Ansaugschwankungszyklus zusammenfällt endet die Routine, da davon ausgegangen werden kann, dass das EGR-Ventil 34 normal funktioniert.
Wenn dagegen das Beurteilungsergebnis aus Schritt S203 positiv ist, fährt die Routine mit Schritt S203 fort und folgert, dass das EGR-Ventil 34 fehlerhaft ist. Genauer gesagt folgert die Routine, dass das EGR-Ventil 34 offen steht und nicht geschlossen werden kann. Wenn beispielsweise kleine Fremdkörper im EGR-Ventil 34 eingeklemmt sind oder ein Öffnungsfehler im EGR-34 aufgetreten ist, kann das EGR-Ventil 34 zu einem gewissen Maß offen stehen bleiben, so dass das Ausgangssignal des O₂-Sensors 42 durch die Ansaugschwankung beeinträchtigt bzw. beeinflusst wird.
Abwandlungen
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich über zahlreiche Modifikationen, die in den Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung fallen. Beispielsweise können die vorstehend genannten Ausführungsformen wie nachfolgend beschrieben modifiziert werden.
Der O₂-Sensor 42 kann durch einen A/F-Sensor ersetzt werden. Weiterhin kann der A/F-Sensor 44 durch einen O₂-Sensor ersetzt werden.
Die Ansaugseite des EGR-Pfades 32 kann mit dem Ansaugkrümmer 14 statt dem Ausgleichsbehälter 12 verbunden sein. Wenn eine derart alternative Verbindung gewählt ist, sollte das führende bzw. vordere Ende des EGR-Pfades 32 für jeden Zylinder abzweigen, um jedem Zylinder Abgas zuzuführen.
Der Turbolader 4 kann durch einen mechanischen Lader ersetzt werden, der durch ein Drehmoment angetrieben wird, das von einer Ausgangswelle des Hauptkörpers 2 der Verbrennungskraftmaschine gewonnen wird.
Es ist bevorzugt, dass das Fehlerbestimmungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform mit dem Fehlerbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform kombiniert wird. Genauer gesagt ist es bevorzugt, dass die ECU 40 einen Fehler durch Ausführen sowohl der Routine gemäß dem Flussdiagramm aus 3 als auch der Routine gemäß dem Flussdiagramm aus 4 bestimmt. Wenn die ECU 40 diese beiden Routinen ausführt, kann ein Fehler im EGR-Ventil 34 zuverlässig erfasst werden, unabhängig davon, ob dieser Fehler ein weit offen stehendes EGR-Ventil 34 ist, dass nicht geschlossen werden kann, oder ein leicht offen stehendes EGR-Ventil 34, das nicht geschlossen werden kann.
Bezugszeichenliste

2: Hauptkörper der Verbrennungskraftmaschine
4: Turbolader
10: Ansaugpfad
12: Ausgleichsbehälter
14: Ansaugkrümmer
16: Drossel
20: Abgaspfad
22: Abgaskrümmer
24: Startkatalysator
30: EGR-Vorrichtung
32: EGR-Pfad
34: EGR-Ventil
38: EGR-Katalysator
40: ECU
42: O₂-Sensor
44: A/F-Sensor

Claims

Fehlererfassungsvorrichtung für eine EGR-Vorrichtung (30), die die Menge des von einem Abgaspfad (20) zu einem Ansaugpfad (10) einer Verbrennungskraftmaschine (2) mit Lader (4) zurückgeführten Gases durch Steuern eines Öffnungsgrades eines EGR-Ventils (34) einstellt, das in einem EGR-Pfad (32) angeordnet ist, der den Ansaugpfad (10) mit dem Abgaspfad (20) verbindet, wobei die Fehlererfassungsvorrichtung aufweist: einen ersten Sensor (42), der auf Seiten des Abgaspfades (20) im EGR-Pfad (32) angeordnet ist, und der ein Signal ausgibt, das geeignet ist festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hindurchströmenden Gases mager oder fett ist; einen zweiten Sensor (44), der im Abgaspfad (20) installiert ist und stromab eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Abgaspfad (20) und dem EGR-Pfad (32) angeordnet ist, und der ein Signal ausgibt, das geeignet ist festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines hindurchströmenden Gases mager oder fett ist; und ein Fehlerbestimmungsmittel (40), welches das vom ersten Sensor (42) ausgegebene Signal und das vom zweiten Sensor ausgegebene Signal (44) nutzt, um zu bestimmen, ob die EGR-Vorrichtung (30) fehlerhaft ist; wobei das Fehlerbestimmungsmittel (40) folgert, dass sich das EGR-Ventil (34) nicht schließen kann, wenn das vom ersten Sensor (42) ausgegebene Signal einen Magerzustand anzeigt während die Verbrennungskraftmaschine (2) im stöchiometrischen oder fetten Zustand betrieben wird, und wenn das vom zweiten Sensor (44) ausgegebene Signal anschließend innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gemäß dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (2) einen Magerzustand anzeigt.
Fehlererfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn das vom ersten Sensor (42) ausgegebene Signal zyklisch zwischen mager und fett wechselt, während die Verbrennungskraftmaschine (2) im stöchiometrischen oder fetten Zustand betrieben wird, und wenn der Wechselzyklus mit dem Zyklus einer Ansaugschwankung zusammenfällt, das Fehlerbestimmungsmittel (40) folgert, dass sich das EGR-Ventil (34) nicht schließen kann.