DE4127950A1

DE4127950A1 - Verfahren und geraet zur fehlererfassung bei einem drucksensor fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4127950A1
Application number: DE4127950A
Authority: DE
Inventors: Atsuko Hashimoto; Toshio Iwata; Wataru Fukui; Toshio Ohsawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2011-08-24
Also published as: DE4127950C2; US5168854A; DE4127950C3; KR940002066B1; KR920004706A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Motorsteuersystem zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei das System Mittel zur Erfassung von Fehlzündungen bzw. Zündversagern in einem Zylinder des Motors auf der Basis des Zylinderinnendruckes aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zur Erfassung eines Versagens oder einer fehlerhaften Betriebsweise eines Drucksensors, der in Verbindung mit einem Motorzylinder zur Erfassung des Zylinderinnendruckes angebracht ist.

Allgemein weisen Verbrennungsmotoren (nachfolgend der Kürze halber als Motoren bezeichnet), die als Vierzylinder-Viertaktmotoren, wie beispielsweise Benzinmotoren für Kraftfahrzeuge oder dergleichen klassifiziert werden, eine Vielzahl von Zylindern (beispielsweise vier Zylinder) auf und arbeiten in vier Zyklen, die jeweils einen Ansaug- bzw. Einlaßhub, einen Kompressionshub, einen Arbeitshub und einen Ausstoßhub umfassen. In den letzten Jahren wird bei diesem Motortyp zunehmend ein Motorregler auf Mikrocomputerbasis verwendet mit dem Ziel, eine optimale Steuerung der Zündzeitgabe der für die Motorzylinder vorgesehenen Zündvorrichtungen, der Kraftstoffeinspritzfolge sowie anderer am Motorbetrieb teilenehmenden Faktoren herbeizuführen.

Zur Durchführung der optimalen Motorsteuerung nimmt der mikrocomputergestützte Motorregler nicht nur diejenigen Signale auf, die verschiedene Betriebsbedingungen und Laufzustände des Motors darstellen, sondern auch ein Bezugspositionssignal für jeden Zylinder synchron mit der Motorumdrehung, sowie Zylinderidentifikationssignale zur Identifizierung der einzelnen Zylinder mit dem Zweck, den Zylinderbetrieb auf Einzelzylinderbasis bei optimaler Taktzeitgabe zu steuern, und zwar durch Erfassen der Betriebspositionen (Kurbelpositionen oder -winkel). Als Mittel zur Erzeugung des Bezugspositionssignals und des Zylinderidentifikationssignals wird üblicherweise ein Winkelsignalgenerator verwendet, der für die Erzeugung eines Synchronsignals durch Erfassen der Winkelposition einer Nockenwelle oder der Kurbelwelle des Motors konzipiert ist.

Aufgrund der Zündsteuerung jedes Zylinders unterliegt das durch einen Kolben komprimierte Kraftstoff/Luft-Gemisch einer Explosionsverbrennung, wobei es durch einen Funken gezündet wird, der bei der richtigen Zeitgabe (oder im richtigen Zeitpunkt) von einer Zündkerze erzeugt wird. Dabei kommt es bekanntlich vor, daß die Verbrennung manchmal nicht im optimalen Zeittakt erfolgt, je nach den Motorlaufzuständen oder anderen Faktoren, was notwendigerweise zu einem ungenügenden Ausgangsdrehmoment führt. Weiter kann trotz der Zündsteuerung manchmal der Fall auftreten, daß in einem Zylinder keine Verbrennung stattfindet, je nach der Art des Kraftstoffes, dem Zustand der Zündkerzen, oder anderer Faktoren, wodurch den anderen Zylindern eine anormale Belastung auferlegt wird, was möglicherweise zu ernsten Problemen führen kann, wie etwa einer Verletzung oder Beschädigung des Motors, aber auch eines Ausstoßes unverbrannter Gase in die Atmosphäre.

Unter diesen Umständen ist es zur Gewährleistung der Motorbetriebssicherheit erforderlich, auf der Basis des Zündzyklusses festzustellen, ob in jedem Zylinder tatsächlich eine Verbrennung in den optimalen Zeitpunkten erfolgt oder nicht. Zu diesem Zweck ist ein System zur Erfassung des Zylinderdruckes (d. h. des Druckes im Zylinder) während des auf die Zündung folgenden Explosions oder Arbeitshubes vorgeschlagen worden, um dadurch diskriminatorisch das Stattfinden der Verbrennung oder einer Fehlzündung (das heißt das Nichtstattfinden der Verbrennung) vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist es bekannt, eine Rückkopplungssteuerung der Zündzeitgabe durchzuführen, bei der die Abweichung von einer Spitzenposition entsprechend einer Spitze des Zylinderdruckes Gebrauch gemacht wird, derart, daß die Spitzenposition bzw. der entsprechende Kurbelwinkel bei einer Kurbelwinkelposition von 15° nach dem oberen Totpunkt (TDC) eintritt. Darüber hinaus wird auch ein Fehlzündungserfassungssystem mit einem Aufbau verwendet, der über das Auftreten einer Fehlzündung nur dann entscheidet, wenn während des Arbeitshubes der Zylinderdruck auf ein ausreichend hohes Niveau ansteigt und dadurch das Vorliegen einer Fehlzündung in dem betreffenden Zylinder anzeigt, um die entsprechende Motorsteuerung durchzuführen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend ein typisches Beispiel des Fehlzündungserfassungssystems unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrieben, die schematisch den Aufbau des mit einem Motorregler ausgerüsteten Verbrennungsmotors veranschaulicht.

In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 1 allgemein einen Zylinder, der einen Hauptteil des Motors bildet. Der Zylinder 1 umfaßt eine Verbrennungskammer 2, eine Zündkerze 3, die in die Verbrennungskammer 2 hineinragt, einen Kolben 4, der bei der Explosionsverbrennung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in der Verbrennungskammer 2 angetrieben wird, einen Einlaßstutzen 5 zur Lieferung der Kraftstoff/Luft-Mischung in die Verbrennungskammer 2, einen Auslaßstutzen 6 zum Abführen des bei der Verbrennung enstehenden Abgases, ein Einlaßventil 7 im Einlaßstutzen 5 zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkammer 2, und ein Auslaßventil 8 im Auslaßstutzen 6 zur Steuerung der Abfuhr des Abgases aus der Verbrennungskammer 2.

Die Zündkerze 3 besteht aus einer Mittelelektrode, die elektrisch an eine (nachfolgend beschriebene) Zündspule und an eine geerdete Elektrode angeschlossen ist, die der Mittelelektrode gegenübersteht. Natürlich besitzt der Vierzylindermotor vier Zylinder mit der oben beschriebenen Struktur.

Zurückkommend auf Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 9 eine Einspritzvorrichtung, die am Einlaßstutzen 5 zur Lieferung des Kraftstoff/Luft-Mischung in den Zylinder montiert ist, wobei das Luft-Kraftstoffverhältnis durch eine Luftstrommenge bestimmt ist, die durch ein (nicht dargestelltes) Drosselventil bestimmt wird, deren Öffnungsgrad seinerseits durch das Beschleunigungspedal (ebenfalls nicht dargestellt) gesteuert wird. Weiter ist eine Durchtrittsöffnung 2a in einem Wandabschnitt des Zylinders angebracht, welcher die Verbrennungskammer 2 definiert. Ein Drucksensor 10 erfaßt den Zylinderdruck (das heißt den Druck im Zylinder) über die Durchtrittsöffnung 2a. Die Zündspule 11 weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung mit einer Ausgangsklemme auf, die an die Mittelelektrode der Zündkerze 3 angeschlossen ist. Eine Leistungsversorgungsquelle 12 liefert eine Spannung negativer Polarität an die Eingangsklemme der Zündspule 11. Die Zündvorrichtung 13 ist an eine Ausgangsklemme der Primärwicklung der Zündspule 11 angeschlossen.

Schließlich steuert die mikrocomputergestützte Motorsteuereinheit 14 (im folgenden der Kürze halber als Motorregler oder ECU bezeichnet) die Betriebsvorgänge des Motors als Ganzes einschließlich jener des Lufteinlaßventils 7, des Abgasventils 8, der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 und der Zündeinrichtung 13. Die Motorreglereinheit oder ECU 14 enthält als konstituierende Bestandteile eine Schwellwerterzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Schwellenpegelsignals, das bei der Entscheidung über das Auftreten einer Fehlzündung sowie in bezug auf verschiedene Rechen-/Verarbeitungseinheiten als Bezugssignal dient. Die ECU 14 nimmt dabei ein Spannungssignal, das den vom Drucksensor 10 gelieferten Zylinderdruck P darstellt zusammen mit einem für die Bezugszylinderpositionen kennzeichnenden Bezugspositionssignal sowie andere Signale auf, die für die Motorlaufzustände kennzeichnend sind.

Damit das Zylinderdrucksignal P von der Motorreglereinheit 14 in einem vorbestimmten Zeitpunkt bzw. zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Arbeitshubes erfaßt werden kann, ist ein Winkelpositionssensor (nicht dargestellt) zur Erzeugung eines Bezugspositionssignals entsprechend dem (oder den) Bezugskurbelwinkel(n) vorgesehen. Der Winkelpositionssensor kann ein drehbares geschlitztes Element mit einem Schlitz in einer Position besitzen, die dem vorbestimmten Zeitpunkt bzw. der Zeitgabe beim Explosionshub entspricht. Die der vorbestimmten Zeitgabe entsprechende Schlitzposition kann auf einen Kurbelwinkel eingestellt werden, bei dem sich ein spürbarer Unterschied des Zylinderdruckes in Abhängigkeit vom Auftreten oder Nichtauftreten der Explosionverbrennung entwickelt. Zu diesem Zweck kann der Kurbelwinkel auf einen Winkel im Bereich von 10° bis 90° nach dem oberen Totpunkt eingestellt werden. In diesem Zusammenhang wird der vor Erreichen des oberen Totpunktes angesprochene Kurbelwinkel symbolisch durch Hinzufügen eines Präfixes "A" zum Kurbelwinkel gekennzeichnet, während der Kurbelwinkel nach Durchlaufen des oberen Totpunktes durch Hinzufügen eines Präfixes "B" gekennzeichnet wird.

Fig. 14 stellt ein Kurvendiagramm dar, das die Veränderung des Zylinderdruckes B in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel R wiedergibt. In Fig. 14 kennzeichnet das Symbol TDC den oberen Totpunkt, bei dem der Kurbelwinkel R den Wert Null annimmt. Die Bezeichnung R_Pmax kennzeichnet den Spitzenkurbelwinkel entsprechend dem Maximalwert Pmax des Zylinderdruckes P, während die Bezeichnung R_R den optimalen Spitzenkurbelwinkel kennzeichnet.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 zusammen mit dem in Fig. 15 dargestellten Flußdiagramm der von der Motorreglereinheit 14 durchgeführte Steuerbetrieb in bezug auf den in Fig. 13 dargestellten Verbrennungsmotor beschrieben.

Während zweier Hin- und Herläufe des Kolbens 4 finden in der Verbrennungskammer 2 die vier Betriebszyklen jeweils des Ansaughubes, des Kompressionshubes, des Explosions oder Arbeitshubes und des Ausstoßhubes statt. Im Verlaufe des Viertaktbetriebes steuert die ECU 14 die an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 bei jedem Ansaughub gelieferte Kraftstoffmenge, die Zündzeitgabe für die Zündkerze 3, und so weiter, optimal, und zwar entsprechend dem herbeizuführenden gewünschten Motorlaufzustand.

Wenn durch Öffnen des Einlaßventils 7 die Kraftstoff/Luft-Mischung durch den Einlaßstutzen 5 in die Verbrennungskammer 2 eingespeist wird, steuert die ECU 14 im einzelnen die durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 eingespritzte Kraftstoffmenge sowie die durch den Einlaßstutzen 5 zugeführte Luftmenge, und zwar entsprechend dem Öffnungsgrad des vom Beschleunigungspedal betätigten Drosselventils.

Nachdem das Kraftstoff/Luft-Gemisch durch den Kolben 4 in der Verbrennungskammer 2 verdichtet worden ist, steuert die ECU 14 die Zündvorrichtung 13 in vorbestimmten Zeitpunkten an, so daß die Primärwicklung der Zündspule 11 elektrisch erregt und dementsprechend von der Sekundärwicklung der Spule 11 eine hohe Spannung negativer Polarität an die Mittelelektrode der Zündkerze 3 angelegt wird. Damit erfolgt eine elektrische Entladung in Form eines Funkens zwischen der Mittelelektrode und der geerdeten Elektrode und damit ein Zünden der komprimierten Kraftstoff/Luft-Mischung in der Verbrennungskammer 2 zur Auslösung der Explosionsverbrennung. Üblicherweise wird der Zündzeitpunkt so gesteuert, daß die Zündung bei einem Kurbelwinkel dicht am oberen Totpunkt (TDC) erfolgt, das heißt bei einem Kurbelwinkel von annähernd 0°.

Nach der Verbrennung oder Explosion steigt der Zylinderdruck P in der Verbrennungskammer 2 auf einen hohen Wert an. Dabei wird er laufend vom Drucksensor 10 erfaßt. Erfolgt aber keine Explosion oder tritt eine Fehlzündung auf, bleibt der Zylinderdruck auf einem relativ niedrigen Niveau. Natürlich nimmt der Zylinderdruck P beim Spitzenkurbelwinkel R_Pmax den Maximalwert Pmax an. Um jedoch das maximale Ausgangsdrehmoment zu erzielen ist es wünschenswert, daß der Spitzenkurbelwinkel R_Pmax mit der optimalen Position R_R zusammenfällt (das heißt, bei 15° nach dem oberen Totpunkt).

Auf der Basis des vom Drucksensor 10 erfaßten Zylinderdruckes erfolgt die Zündzeitgabe-Rückkopplungssteuerung in der in Fig. 15 dargestellten Weise. Im einzelnen wird in Schritt S101 der Zylinderdruck P durch den Drucksensor 10 erfaßt, woraufhin der Spitzenkurbelwinkel R_Pmax, bei dem der Zylinderdruck P den Maximalwert Pmax erreicht, durch die Motorreglereinheit 14 auf der Basis der Sensorausgangswellenform bestimmt wird, die für die Anderung des Zylinderdruckes P (wie in Fig. 14 dargestellt) kennzeichnend ist.

Anschließend wird in Schritt S102 der Unterschied bzw. die Abweichung ΔR_P des Spitzenkurbelwinkels R_Pmax aus der Optimalposition R_R wie folgt berechnet:

R_P=R_R-R_Pmax.

Als nächstes wird in Schritt S102 die Abweichung R_P mit einem Rückkopplungsgewinn-Korrekturkoeffizienten K ( 1) multipliziert, um rechnerisch eine Zündzeitgabekorrekturgröße ΔR_ig gemäß der folgenden Gleichung zu ermitteln:

ΔR_ig=K × ΔR_P.

Schließlich wird in Schritt S103 die Rückkopplungssteuergröße zur Steuerung der Zündzeitgabe rechnerisch durch die ECU 14 auf der Basis der Korrekturgröße ΔR_ig wie folgt bestimmt:

R_ig=R_MAP+ΔR_ig;

wobei R_MAP einen Wert der Zündzeitgabe darstellt, der zuvor in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors oder anderer Faktoren aus einer Liste oder Tabelle entnommen wurde.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß der Drucksensor 10 aus einem metallischen Diaphragma bzw. einer Membrane, die an der dem Druck im Zylinder ausgesetzten Seite angeordnet ist, und einer piezoelektrischen Schaltung zur Erzeugung des erfaßten Zylinderdruckes P in Gestalt eines elektrischen Signals besteht. Wenn also ein Defekt wie etwa ein Kurzschluß, eine Unterbrechung, ein Drahtbruch, oder dergleichen (im folgenden als "kleiner Fehler" bezeichnet) in der Schaltung des Drucksensors 10 auftritt, besitzt der erfaßte Zylinderdruck P einen anormalen Wert, mit der späteren Folge, daß die in Fig. 15 dargestellte Rückkopplungssteuerung am zügigen und korrekten Arbeiten gehindert wird. Sollte andererseits eine Verletzung des Metalldiaphragmas bzw. der Membran auftreten (im folgenden als "schwerer Fehler" bezeichnet und vom vorerwähnten "kleinen Fehler" zu unterscheiden), wird nicht nur die Rückopplungssteuerung wirkungslos gemacht, sondern es kann auch eine unerwünschte Situation in der Weise auftreten, daß brennbares Gas in der Verbrennungskammer 2 durch das druckempfindliche Diaphragma in das Innere des Drucksensors 10 eindringt und damit den Schaden im Drucksensor verschlimmert. Darüber hinaus kann auch ein unerwünschtes Ereignis, wie die Leckage von brennbarem Gas durch den beschädigten Drucksensor 10 in die Umgebung, eintreten.

Somit wird aufgrund der obigen Ausführungen deutlich, daß das bekannte Verbrennungsmotorsteuergerät nicht in der Lage ist, derartige Versager des Drucksensors 10 zu erfassen. Es ist der Motorreglereinheit mit anderen Worten unmöglich, den Zylinderdruck im Falle eines Versagens des Drucksensors korrekt zu erfassen, was wiederum eine fehlerhafte Steuerung der Zündzeitgabe aufgrund der falschen Erfassung des Zylinderdruckes zur Folge hat.

In Anbetracht des beschriebenen Standes der Technik besteht das Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, die erwähnten Probleme durch Schaffung eines Verfahrens zur Erfassung des Versagens im Drucksensor auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Zylinderdruckes zu überwinden, um dadurch eine fehlerhafte Rückkopplungssteuerung des Motorbetriebes und andere Nachteil zu verhindern bzw. zu vermeiden, die sonst durch das Versagen des Sensors herbeigeführt würden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Gerätes zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Um das genannte Ziel sowie weitere im Laufe der Beschreibung deutlich werdende Ziele zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensors geschaffen, der seinerseits in Verbindung mit einem Zylinder eines Verbrennungsmotors zur Erfassung des Druckes im Zylinder vorgesehen ist.

Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Erfassen des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor zur Lieferung des Zylinderdruckwertes; Einstellen eines höchstzulässigen Wertes und eines kleinstzulässigen Wertes für den Zylinderdruck; Vergleichen des (erfaßten) Zylinderdruckes mit dem höchstzulässigen Wert; Vergleichen des (erfaßten) Zylinderdruckes mit dem kleinstzulässigen Wert; und Entscheiden, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, falls der Zylinderdruck den höchstzulässigen Wert überschreitet oder falls der Zylinderdruck niedriger als der kleinstzulässige Druck wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensors bei einem Verbrennungsmotor geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Erfassen des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor jeweils bei einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel, um einen ersten und einen zweiten Zylinderdruckwert zu liefern; Einstellen eines höchstzulässigen Wertes für den ersten Zylinderdruck und eines kleinstzulässigen Wertes für den zweiten Zylinderdruck; Vergleichen des ersten erfaßten Zylinderdruckes mit dem höchstzulässigen Wert; Vergleichen des zweiten erfaßten Zylinderdruckes mit dem kleinstzulässigen Wert; und Entscheiden, daß ein Defekt im Drucksensor vorliegt, wenn der erste erfaßte Zylinderdruck den höchstzulässigen Wert überschreitet oder wenn der zweite erfaßte Zylinderdruck niedriger als der kleinstzulässige Wert ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensors bei einem Verbrennungsmotor geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Erfassen des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor jeweils bei einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel, um einen ersten und einen zweiten Zylinderdruckwert zu liefern; Bestimmen des Unterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten erfaßten Zylinderinnendruckes; Einstellen eines Schwellwertes als Bezugsgröße für den genannten Unterschied; Vergleichen des Unterschiedes mit dem Schwellenwert; und Entscheiden, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, falls der Unterschied kleiner als der Schwellenwert ist.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensors bei einem Verbrennungsmotor geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Erfassen des Druckes im Zylinder beim Arbeitshub des Zylinders mit Hilfe des Drucksensors, um den Zylinderdruckwert zu liefern; Erfassen des Spitzenkurbelwinkels entsprechend dem Spitzenwert des Zylinderdruckes; Ermitteln der Spitzenpositionsinformation auf der Basis des Spitzenkurbelwinkels; Einstellen eines höchstzulässigen Wertes und eines kleinstzulässigen Wertes für die Spitzenpositionsinformation; Vergleichen des Spitzenpositionswertes mit dem höchstzulässigen Wert; Vergleichen der Spitzenpositionswertes mit dem kleinstzulässigen Wert; und Entscheiden, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, falls der Spitzenpositionswert über dem maximal zulässigen Wert liegt oder falls die Spitzenpositionsinformation unterhalb des kleinstzulässigen Wertes liegt.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens des in Verbindung mit einem Zylinder des Motors vorgesehenen Drucksensors geschaffen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Fehlers im Drucksensor auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Druckes in dem genannten Zylinder; und Festsetzen eines Motorsteuerparameters, falls entschieden wird, daß ein Defekt im Drucksensor aufgetreten ist.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens im Drucksensor geschaffen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Fehlers im Drucksensor auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Druckes in dem genannten Zylinder; Festsetzen eines Motorsteuerparameters, falls entschieden wird, daß ein Defekt im Drucksensor aufgetreten ist; Treffen einer Entscheidung darüber, ob der genannte Defekt ein schwerer Fehler ist; und Unterbrechen der Steuerung des betreffenden Zylinders, falls entschieden wird, daß der Defekt schwerer Fehler ist.

Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens des Drucksensors geschaffen, das folgende Schritte aufweist: Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Fehlers im Drucksensor auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Druckes in dem genannten Zylinder; und Steuern des Motorsteuerparameters in der Weise, daß der Druck im Zylinder unter ein vorbestimmtes Niveau herabgesetzt wird, falls entschieden wird, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsteuergerät zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren geschaffen, wobei das Gerät folgende Mittel aufweist:
Mittel zum Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Versagens des Drucksensors auf der Basis des Druckes des vom Drucksensor erfaßten Druckes im Zylinder; und
Mittel zum Steuern des Motorsteuerparameters in der Weise, daß der Druck im Zylinder unter ein vorbestimmtes Niveau abgesenkt wird, falls entschieden wird, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist.

Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

Zunächst sei der wesentliche Gegenstand der Figuren kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozedur zur Erfassung des Sensorversagens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem aktuellen Zylinderdruck (P₀) und dem erfaßen Zylinderdruck (P) im Rahmen des erlaubten Zylinderdruckbereiches dar;

Fig. 3 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung typischer Änderungen jeweils des höchstzulässigen Wertes P_Fmax und des kleinstzulässigen Wertes P_Fmin in Abhängigkeit von der Last dar, mit dem Zweck zu zeigen, wie ein Bezugswert zum Fällen der Entscheidung über das Auftreten eines Versagers im Drucksensor gefunden werden muß;

Fig. 4 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozedur zur Erfassung des Drucksensorversagens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 5 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Art und Weise dar, in der sich der Zylinderdruck (P) in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel (R) ändert;

Fig. 6 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozedur zur Erfassung des Auftretens eines Versagens des Drucksensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozedur zur Erfassung des Drucksensorversagens gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 8 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Veränderung des Zylinderdruckes (P) während des Verbrennungshubes dar;

Fig. 9 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Art und Weise dar, in welcher die Entscheidung über ein Drucksensorversagen gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung erfolgen kann;

Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozedur zur Steuerung der Zündzeitgabe gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 11 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Motorsteuerungsprozedur gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 12 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer Motorsteuerungsprozedur gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung dar;

Fig. 13 veranschaulicht schematisch die Struktur eines herkömmlichen Verbrennungsmotors mit einem mikrocomputergestützten Motorsteuersystem;

Fig. 14 stellt ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung der Art und Weise dar, in der sich der Zylinderdruck in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel verändert; und

Fig. 15 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer herkömmlichen Prozedur zur Rückkopplungssteuerung der Zündzeitgabe dar.

Nunmehr wird die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten oder typischen Ausführungsformen derselben und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Erfassung des Drucksensorversagens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Weiter stellt Fig. 2 ein Kurvendiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem aktuellen Zylinderdruck P_o und dem erfaßten Zylinderdruck P dar (das Sensorausgangsspannungssignal stellt den Zylinderinnendruck dar). In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugssymbol P₁ den unteren Grenzwert des zulässigen Bereiches des Zylinderdruckes P, während das Symbol P₂ den oberen Grenzwert desselben kennzeichnet. Darüber hinaus stellt das Symbol P_Fmin den für die untere Grenze P₁ eingestellten kleinstzulässigen Wert dar, während das Symbol P_Fmax den für die obere Grenze P₂ eingestellten höchstzulässigen Wert darstellt. Übrigens kann der Verbrennungsmotor, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, den gleichen Aufbau wie der in Fig. 13 dargestellte Motor besitzen, ausgenommen, daß ein Teil des im Motorregler ECU 14 abzuwickelnden Programms so umgestaltet bzw. modifiziert wird, daß die Lehre der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden kann.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 zusammen mit Fig. 13 die Prozedur zur Erfassung des Drucksensorversagens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Gemäß Fig. 1 wird zunächst eine Entscheidung darüber getroffen, ob sich der Verbrennungsmotor in einem Zustand befindet der es erlaubt, das Programm zur Erfassung des Drucksensorversagens durchzuführen oder nicht (Schritt S1). Falls in Schritt S1 das Entscheidungsergebnis negativ ausfällt (NEIN), womit angedeutet wird, daß sich der Motor in einem Übergangszustand oder in einem instabilen Zustand befindet, der die Durchführung der Fehlererfassungsprozedur verbietet, erfolgt ein Rücksprung zum Anfang des Programms. Im Falle, daß sich der Motor in einem für die Durchführung des Programms zur Erfassung des Sensorversagens geeigneten Beharrungszustand befindet, erfaßt in Schritt S2 der Drucksensor 10 den Zylinderdruck P. Dabei muß das vom Drucksensor 10 gelieferte Zylinderdrucksignal P einen Spannungswert (bzw. eine Größe) besitzen, die dem aktuellen Zylinderdruck P₀ proportional ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Wertebereich, den der Zylinderinnendruck P₀ im normalen Betriebszustand des Zylinders umfassen kann, normalerweise von etwa 0.2 atm bis etwa 50 atm reicht, während beim Auftreten von Fehlzündungen der Bereich des Zylinderdruckes annähernd zwischen etwa 0 und etwa 2 atm liegt.

Anschließend werden in Schritt S3 für den oberen Grenzwert und für den unteren Grenzwert des Zylinderdruckes P jeweils ein höchstzulässiger Wert P_Fmax und ein kleinstzulässiger Wert P_Fmin gesetzt. In diesem Falle kann der kleinstzulässige Wert P_Fmin auf einen Druck von 0,1 atm eingestellt werden, während der höchstzulässige Wert P_Fmax auf einen Wert im Bereich von etwa 70 bis 100 atm eingestellt werden kann, wobei Änderungen des unteren Grenzwertes P₁ und des oberen Grenzwertes P₂ berücksichtigt werden, die den Bereich des zulässigen Zylinderdruckes begrenzen.

Bei praktischen Anwendungen ändert sich jedoch das Niveau des Zylinderdruckes P in Abhängigkeit vom Lauf- oder Betriebszustand des Motors (wie etwa dem Öffnungsgrad des Drosselventils). Deshalb ist es wünschenswert, den höchstzulässigen Wert P_Fmax und den kleinstzulässigen Wert P_Fmin in Abhängigkeit vom Lauf- bzw. Betriebszustand des Motors zu ändern.

Zu diesem Zweck können die Mittel zur Erfassung des Motorbetriebszustandes in die ECU 14 integriert sein, um so die Einstellung des höchstzulässigen Wertes P_Fmax und des tiefstzulässigen Wertes P_Fmin entsprechend in Übereinstimmung mit dem Motorladezustand (bzw. dem Laufzustand) einzustellen. Fig. 3 zeigt das Kurvendiagramm zur Veranschaulichung typischer Änderungen jeweils des höchstzulässigen Werte P_Fmax und des tiefstzulässigen Wertes P_Fmin in Abhängigkeit von der Änderung der Motorbelastung. Wie ersichtlich, ändern sich die zulässigen Werte P_Fmax und P_Fmin proportional zur Änderung der Motorbelastung.

Dann wird in Schritt S4 der Fig. 1 der erfaßte Zylinderdruck P mit dem höchstzulässigen Wert P_Fmax verglichen. Stellt sich heraus, daß P P_Fmax ist, wird in Schritt S5 entschieden, daß der mit dem Zylinder verbundene Drucksensor 10, dessen Druck erfaßt werden soll, einen Defekt aufweist.

Falls andererseits der Vergleichsschritt S4 zum Ergebnis führt, daß P < P_Fmax ist, wird in Schritt S6 der Zylinderdruck P mit dem kleinstzulässigen Wert P_Fmin verglichen. Stellt sich dabei heraus, daß P P_Fmin ist, wird in Schritt S5 entschieden, daß der Drucksensor 10 des betreffenden Zylinders einen Defekt aufweist.

Wenn sich andererseits in Schritt S6 herausstellt, daß P < P_Fmin und somit P_Fmin < P < P_Fmax ist, wird in Schritt S7 entschieden, daß der Drucksensor 10 des betreffenden Zylinders, dessen Innendruck erfaßt wird, normal arbeitet.

Ist beispielsweise die Ausgangsleitung und/oder die geerdete Leitung des Drucksensors 10 gebrochen (das heißt, daß der Fall des Drahtbruchdefektes vorliegt), überschreitet das vom Drucksensor 10 gelieferte Zylinderdrucksignal P den höchstzulässigen Wert P_Fmax. Somit kann ein auf Drahtbruch beruhendes Sensorversagen diskriminatorisch identifiziert werden. Weiter nimmt im Falle eines Kurzschlußfehlers in der Sensorausgangsleitung das vom Drucksensor 10 gelieferte Zylinderdrucksignal P den Wert Null an, was offensichtlich ein kleinerer Wert als der tiefstzulässige Wert P_Fmin ist. Daher kann auch ein Kurzschlußfehler des Drucksensors identifiziert werden.

Auf diese Weise wird im Falle, daß das vom Drucksensor 10 ausgegebene Zylinderdrucksignal einen anormalen Wert anzeigt, entschieden, daß der betreffende Drucksensor 10 einen Defekt aufweist, während der normale bzw. störungsfreie Zustand des Drucksensors 10 dadurch erkannt wird, daß das vom Sensor ausgegebene Drucksignal P in den zulässigen Bereich fällt.

Bei dieser Lage können in bezug auf einen Zylinder mit Drucksensor, dessen Versagen durch das oben beschriebene Verfahren festgestellt worden ist, vorsichtshalber verschiedene Maßnahmen zum Schutze des Motors gegen den Eintritt in die weiter oben erwähnten unerwünschten Betriebszustände bzw. -situationen getroffen werden.

An dieser Stelle sei jedoch bemerkt, daß der Zylinderdruck P zwischen dem Einlaß- bzw. Ansaughub und dem Arbeitshub deutlich unterschiedliche Werte bzw. Niveaus annehmen kann. Daher führt der einfache Vergleich des Zylinderdruckes P mit dem zulässigen Druckbereich nicht immer zu einer wirklich zuverlässigen Entscheidung über das Vorliegen eines Defektes. Um die Zuverlässigkeit der Sensorversagerentscheidung zu erhöhen, kann vorgesehen werden, die Zylinderdruckpegel P bei verschiedenen Kurbelpositionen mit entsprechenden zulässigen Werten zu vergleichen.

Nunmehr soll eine zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Erfassung des Drucksensorversagens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, bei der die Erfassung des Versagens des Drucksensors 10 auf der Basis einer Mehrzahl von Zylinderdrücken P erfolgt, die bei einer Vielzahl unterschiedlicher Kurbelwinkel erfaßt wurden.

Fig. 4 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Erfassung des Drucksensorversagens gemäß der zweiten Ausführungform der Erfindung dar. Bei diesem Verfahren sind die Schritte S2, S5 und S7 die gleichen wie die durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten Schritte in Fig. 1.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß das Kurvendiagramm der Fig. 5 den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Zylinderdruck P und dem Kurbelwinkel R darstellt. Dabei stellt die ausgezogene Kurve die Änderung des Zylinderdruckes bei normaler Verbrennung dar, während die strichpunktierte Kurve die Änderung des Zylinderdruckes beim Auftreten von Fehlzündungen wiedergibt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, besitzt der Zylinderdruck P im allgemeinen bei normaler Verbrennung ein hohes Niveau. Im Gegensatz dazu fällt das Druckniveau P des Zylinders stark ab, wenn Fehlzündungen stattfinden, wie durch die strichpunktierte Kurve angezeigt wird. Im einzelnen wächst bei normaler Verbrennung der Zylinderdruck P steil an, nachdem der Kolben den oberen Totpunkt (TDC) durchlaufen hat. Im Gegensatz dazu führt der Kolben 4 im Falle einer Fehlzündung nur eine leerlaufende Hin- und Herbewegung aus. Dementsprechend führt eine Veränderung des Zylinderdruckes zu einer Wellenform, die deutlich sanfter und symmetrischer in bezug auf die Position des oberen Totpunktes (TDC) verläuft, wie aus der strichpunktierten Kurve hervorgeht.

In Fig. 5 ist der Kurbelwinkel R entlang der Abszisse, und der Zylinderdruck P entlang der Ordinate abgetragen. Weiter stellen die Symbole R₁ und R₂ jeweils einen ersten und einen zweiten Kurbelwinkel dar, während die Symbole PR₁ und PR₂ einen ersten und einen zweiten Zylinderdruck beim ersten und zweiten Kurbelwinkel R₁ und R₂ darstellen. Das Symbol PR_Fmax stellt das höchstzulässige Niveau des ersten Zylinderdruckes PR₁ dar, während das Symbol PR_Fmin das tiefstzulässige Niveau bzw. den entsprechenden Wert des zweiten Zylinderdruckes PR₂ darstellt. Weiter stellt PR den Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinderdruck PR₁ und PR₂ dar, wobei von diesem Unterschied gemäß der Erfindung bei der dritten Ausführungsform derselben Gebrauch gemacht wird, wie später beschrieben wird.

Übrigens ist der mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendete rotierende Kurbelwinkelsensor (nicht dargestellt) mit einem Schlitz zur Erzeugung eines Bezugspositionssignals in Form eines Rechteckimpulses mit ansteigender und abfallender Flanke versehen, die jeweils dem ersten und dem zweiten Kurbelwinkel R₁ und R₂ entsprechen.

Bei dieser Ausführungsform ist angenommen, daß der erste Kurbelwinkel R₁ auf den unteren Totpunkt (BDC) eingestellt ist, bei dem der Zylinderdruck P während des Ansaughubes den niedrigsten Wert annimmt. Hingegen ist der zweite Kurbelwinkel R₂ auf den oberen Totpunkt (TDC) eingestellt, bei dem während des Kompressionshubes der Zylinderdruck P seinen höchsten Wert annimmt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Kurbelwinkel R₁ und R₂ auf beliebige andere passende Positionen eingestellt werden können.

Da der erste Zylinderdruck PR₁ im Bereich zwischen 0.2 atm und 1 atm liegt, beträgt der höchstzulässige Wert PR_Fmax, der höher als der Ansaugluftdruck im maximalen Ladezustand des Motors eingestellt sein muß, 2 atm. Da andererseits der zweite Zylinderdruck PR₂ im Bereich zwischen 2 atm und 3 atm liegt, beträgt der kleinstzulässige Wert PR_Fmin, der niedriger als der Ansaugluftdruck im Minimumladezustand des Motors eingestellt sein muß, etwa 1 atm.

Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 in Verbindung mit den Fig. 5 und 13 beschrieben.

Im Motorbetriebszustand, bei dem das Verfahren zur Entscheidung über das Drucksensorverfahren durchgeführt wird, wird in Schritt S11 der Zylinderdruck PR₁ zunächst beim ersten Kurbelwinkel R₁ erfaßt, worauf dann der Schritt S12 folgt, bei dem der Zylinderdruck PR₂ beim zweiten Kurbelwinkel R₂ erfaßt wird.

Anschließend wird in Schritt S13 der höchstzulässige Wert PR_Fmax für den ersten Zylinderdruck PR₁ eingestellt. Entsprechend wird der tiefstzulässige Wert PR_Fmin in Schritt S14 für den zweiten Zylinderdruck PR₂ eingstellt. Als nächstes wird in Schritt S15 der beim ersten Kurbelwinkel R₁ auftretende erste Zylinderdruck PR₁ mit dem höchstzulässigen Wert PR_Fmax verglichen. Ergibt der Vergleich, daß PR₁ PR_Fmax ist, wird in Schritt S5 entschieden, daß der zugehörige Drucksensor 10 einen Defekt aufweist.

Im Gegensatz dazu wird im Falle, daß der in Schritt S15 durchgeführte Vergleich ergibt, daß PR₁ < PR_Fmax ist, in Schritt S16 der zweite Zylinderdruck PR₂ mit dem tiefstzulässigen Wert PR_Fmin verglichen. Ergibt dieser Vergleich, daß PR₂ < PR_Fmin ist, wird in Schritt S5 entschieden, daß im zugehörigen Drucksensor 10 ein Defekt vorliegt.

Stellt sich andererseits im Vergleich mit Schritt S16 heraus, daß PR₂ < PR_Fmin ist, wird in Schritt S7 entschieden, daß der Drucksensor 10 normal arbeitet.

Durch Vergleichen einer Vielzahl von Zylinderdrücken, wie beispielsweise PR₁ und PR₂ bei verschiedenen Kurbelwinkeln wie beispielsweise R₁ und R₂ mit den jeweils zutreffenden Werten PR_Fmax und PR_Fmin kann, wie oben beschrieben, eine Entscheidung über das Versagen des Drucksensors 10 unter Berücksichtigung der Änderung des Zylinderdruckes P in Abhängigkeit von der Kurbelwinkelposition getroffen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Entscheidung über das Versagen des Drucksensors erheblich verbessert wird. Darüber hinaus kann aufgrund der Tatsache, daß der Zylinderdruck P während des Kompressionshubes vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt kaum Abweichungen im relativen Sinne erfährt, die Erfassung des Druckes mit erhöhter Stabilität erfolgen.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 in Verbindung mit den Fig. 5 und 13 eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der die Entscheidung über das Versagen des Drucksensors auf der Basis des Unterschiedes ΔPR (Fig. 5) zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinderdruck PR₁ und PR₂ getroffen wird.

Fig. 6 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Prozedur zur Durchführung der Erfassung des Drucksensorversagens gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur stimmen die Schritte S1, S11, S12, S5 und S7 mit den oben beschriebenen und mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Schritten überein.

In einem Motorbetriebszustand, bei dem das Verfahren zur Entscheidung über das Drucksensorversagen durchgeführt werden kann, werden der erste und der zweite Zylinderdruck PR₁ und PR₂ vom Ausgang des Drucksensors 10 (Schritte S4 und S12) beim ersten und zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel R₁ und R₂ jeweils abgenommen, woraufhin in Schritt S21 der Unterschied ΔPR zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinderdruck PR₁ und PR₂ rechnerisch bestimmt wird.

Anschließend wird in Schritt S22 ein Schwellenwert TH für den Unterschied ΔPR eingestellt, woraufhin in Schritt S23 der Druckunterschied ΔPR mit dem Schwellenwert TH verglichen wird. Stellt sich heraus, daß ΔPR TH ist, wird entschieden, daß der zugehörige Drucksensor 10 einen Defekt aufweist (Schritt S5). Ist jedoch ΔPR < TH, wird entschieden, daß der zugehörige Drucksensor 10 normal arbeitet (Schritt S7).

Durch Treffen der Fehlerentscheidung auf der Basis des Druckunterschiedes ΔPR in der beschriebenen Weise können die im Ausgangssignal des Drucksensors 10 enthaltenen Versetzungs- bzw. Gegen- und Driftkomponenten ausgemerzt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Drucksensorfehlerentscheidung weiter erhöht wird.

Weiter kann durch Verändern des Schwellenwertes TH in Abhängigkeit vom Motorlaufzustand auf der Basis der Durchsicht einer zu diesem Zweck zuvor erstellten Tabelle die Fehlererfassung des Drucksensors 10 mit höherer Zuverlässigkeit durchgeführt werden. In diesem Falle nimmt der Druckunterschied ΔPR in dem Maße größer, wie die Motorbelastung wächts. Daher muß der Schwellenwert auf einen entsprechend größeren Wert eingestellt werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der die Erfassung des Drucksensorversagens auf der Basis einer Spitzenpositionsinformation (eines Wertes des Zylinderdruckes) erfolgt. In diesem Falle ist nur beispielshalber angenommen, daß die Erfassung des Drucksensorversagens auf der Basis der Spitzenpositionsinformation durchgeführt wird, die als Korrekturwert in der Zündzeitgabe-Rückkopplungssteuerung benutzt wird, welche zylinderweise durchgeführt wird.

Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Prozedur zur Durchführung der Erfassung des Drucksensorversagens gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung dar. In dieser Figur stimmen die Schritte S1, S2, S5 und S7 mit den früher beschriebenen Schritten überein.

Im Zusammenhang mit Fig. 7 zeigt Fig. 8 eine Kurve zur Veranschaulichung der Änderung des Zylinderdruckes P während des Verbrennungshubes. In dieser Figur stellt das Symbol R_Pmax den Spitzenkurbelwinkel bei einer Kurbelposition dar, bei der der Zylinderdruck P den Spitzenwert Pmax erreicht hat, während das Symbol R_R den optimalen Spitzenkurbelwinkel bzw. die optimale Winkelposition darstellt.

Weiter veranschaulicht das Diagramm der Fig. 9 die Art und Weise, in der die Fehlererfassung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird. In dieser Figur ist die Zeit t entlang der Abszisse abgetragen, während die als Korrekturgröße R_P benutzte Spitzenpositionsinformation entlang der Ordinate abgetragen ist, wobei die Symbole R_Fmax und R_Fmin jeweils den höchstzulässigen Wert und den tiefstzulässigen Wert der Korrekturgröße R_P darstellen. Weiter stellt die voll ausgezogene Kurve den Korrekturwert R_P für den Normalzustand dar, während die gestrichelte Kurve den gleichen Wert bei Versagen des Drucksensors darstellt. Im übrigen stellen die schraffierten Bereiche Zonen dar, bei denen ein Versagen des Drucksensors gegeben ist.

In einem Motorbetriebszustand, bei dem die Motorreglereinheit ECU die Erfassung des Drucksensorversagens durchführen kann, wird in Schritt S2 der Zylinderdruck P mindestens einmal im Verlaufe des Arbeitshubes erfaßt. Dann folgt Schritt S31, bei dem der Spitzenkurbelwinkel R_Fmax entsprechend dem Spitzenwert Pmax des Zylinderdruckes erfaßt wird.

Im Anschluß daran wird in Schritt S32 die Spitzenpositionsinformation (der Korrekturbetrag der Zündzeitgabe) R_P rechnerisch auf der Basis des Spitzenkurbelwinkels R_Pmax bestimmt, woraufhin in Schritt S33 der höchstzulässige Wert R_Fmax und der kleinstzulässige Wert R_Fmin für die Spitzenpositionsinformation bzw. den Korrekturbetrag O_P eingestellt wird.

Da die Spitzenpositionsinformation R_P den bei der Rückkopplungsteuerung zur Kontrolle des Zündzeitpunktes R_ig ins Spiel kommenden Korrekturwert darstellt, derart, daß die nachfolgende Gleichung

R_Pmax=R_R (=15° nach dem TDC)

erfüllt wird, kann in diesem Falle die Spitzenpositionsinformation R_P durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

R_P=K(R_R-R_Pmax),

wobei K einen Rückkopplungsgewinn-Korrekturkoeffizienten darstellt, der solange mit einem bestimmten Wert eingestellt werden kann, wie folgende Bedingung erfüllt wird: K 1.

Unter Berücksichtigung des Korrekturbetrages R_P ist der aus der Rückkopplungssteuerung resultierende Zündzeitpunkt R_ig durch folgende Gleichung gegeben:

R_ig=R_MAP+R_P;

wobei R_MAP einen Zündzeitgabewert darstellt, der zuvor unter Berücksichtigung des Motorbetriebszustandes und anderer relevanter Faktoren bei gleichzeitiger Durchsicht einer Liste bzw. Tabelle bestimmt wurde.

In gleicher Weise werden der höchstzulässige Wert R_Fmax und der kleinstzulässige Wert R_Fmin für die Spitzenpositionsinformation (Korrekturbetrag der Zündzeitgabe) R_P auf Werte eingestellt, die vom Motorbetriebszustand abhängen, wie Fig. 3 zeigt.

Als nächstes wird in Schritt S34 die Spitzenpositionsinformation R_P mit dem höchstzulässigen Wert R_Fmax verglichen. Falls die Spitzenpositionsinformation (der Korrekturbetrag der Zündzeitgabe) R_P größer als der höchstzulässige Wert R_Pmax ist, wird entschieden, daß der betreffende Drucksensor 10 defekt ist (Schritt S5).

Im Gegensatz dazu wird im Falle, daß die Spitzenpositionsinformation R_P kleiner als der höchstzulässige Wert R_Pmax ist, die Spitzenpositionsinformation mit dem kleinstzulässigen Wert R_Fmin verglichen (Schritt S35). Falls die Spitzenpositionsinformation R_P kleiner als der kleinstzulässige Wert R_Pmin ist, wird entschieden, daß der betreffende Drucksensor 10 defekt ist (Schritt S5).

Demgegenüber wird der Zustand des Drucksensors 10 als normal beurteilt, wenn die Spitzenpositionsinformation R_P größer als der kleinstzulässige Wert R_Fmin ist (Schritt S7).

Wenn die auf der Basis des Spitzenkurbelwinkels R_Pmax bestimmte Spitzenpositionsinformation (Korrekturbetrag der Zündzeitgabe) R_P aus einem vorbestimmten zulässigen Bereich herausfällt, der durch den höchstzulässigen Wert R_Fmax und dem kleinstzulässigen Wert R_Fmin begrenzt ist, wird auf die beschriebene Weise entschieden, daß der betreffende Drucksensor 10 von einem Defekt aufweist.

Im Falle der oben beschriebenen vierten Ausführungsform der Erfindung wird der Korrekturbetrag des Zündzeitpunktes als Spitzenpositionsinformation R_P benutzt. Es sei jedoch bemerkt, daß beim Treffen der Entscheidung über das Drucksensorversagen auch der Spitzenkurbelwinkel R_Pmax als Spitzenpositionsinformation R_P für den direkten Vergleich mit einem zulässigen zuvor erstellten Druckbereich verwendet werden kann.

Weiter kann bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Routine zur Erfassung des Drucksensorversagens auf der Basis des einzelnen Zylinders durchgeführt werden, um individuell das Auftreten eines Defektes im Drucksensor 10 bei jedem einzelnen Zylinder zu erfassen.

Die vorliegende Erfindung lehrt auch, daß mögliche Unannehmlichkeiten und fehlerhafte Rückkopplungssteuerungen aufgrund eines Drucksensorversagens dadurch verhindert werden, daß die Motorsteuerparameter adäquat entsprechend dem Ergebnis der Entscheidung über das Auftreten eines Defektes im Zylinderdrucksensor kontrolliert werden.

Fig. 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die auf die Verhinderung einer fehlerhaften Zündzeitgabesteuerung gerichtet ist.

Gemäß Fig. 10 wird in Schritt S100 entschieden, ob der Drucksensor 10 einen Defekt aufweist oder nicht, wobei auf eines der weiter oben beschriebenen Fehlererfassungsverfahren zurückgegriffen wird. Solange der Drucksensor normal arbeitet, werden die der weiter oben, und unter Bezugnahme auf Fig. 16 beschriebenen Rückkopplungssteuerroutine entsprechenden Schritte S101 bis S103 durchgeführt. Wenn andererseits entschieden wird, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, wird die Rückkopplungssteuerung nicht durchgeführt, sondern statt dessen die Zündzeitgabe R_ig auf einen Tabellenwert R_MAP (Schritt S104) festgesetzt. Damit kann die Möglichkeit einer fehlerhaften Zündzeitgabesteuerung ausgeschlossen werden.

Es sei jedoch bemerkt, daß die Fähigkeit zur Verhinderung der fehlerhaften Rückkopplungssteuerung des Motorparameters (beispielsweise des Zündzeitpunktes), wie oben beschrieben, nicht bedeutet, daß das Auftreten einer unerwünschten Betriebssituation aufgrund eines schweren Fehlers des Drucksensors 10, wie oben beschrieben, vermieden werden kann.

Nachfolgend sei das Zündzeitgabesteuerverfahren unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 11 beschrieben, das aufgrund der Erfassung eines schweren Versagens des Drucksensors 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.

In Fig. 11 entsprechen die Schritte S200 und S201 den in Fig. 10 dargestellten Schritten S100 und S101. Im übrigen sind Schritte, die bei Konstatierung des Normalzustandes des Drucksensors ausgeführt werden müssen, in Fig. 11 fortgelassen.

Wie bereits beschrieben, wird im Falle der Entscheidung in Schritt S200, daß der Drucksensor 10 einen Defekt aufweist, ein Steuerparameter (beispielsweise die Zündzeitgabe R_ig) entsprechend einem Tabellenwert R_MAP festgesetzt. Anschließend wird in Schritt S202 entschieden, ob das Versagen ein schwerer Fehler ist oder nicht.

In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck "schwerer Fehler" ein physikalisches bzw. mechanisches Versagen des Drucksensors, wie beispielsweise eine Verletzung oder Beschädigung der Metallmembrane bzw. des Diaphragmas bedeuten, das Bestandteil des Drucksensors 10 ist, was zum Auslecken von Brenngasen oder zu einer ähnlichen unerwünschten Situation führen kann. Dieser Typ des schweren Fehlers kann auf der Basis einer Verringerung der Explosionsenergie aufgrund anormaler Verbrennung, oder einer starken Veränderung des durch einen Winkelgeschwindigkeitssensors erfaßten Ausgangsdrehmomentes, oder eines Temperaturanstiegs erfaßt werden, der durch einen in Kombination mit dem Drucksensor 10, oder dergleichen, vorgesehenen Temperatursensor festgestellt wird.

Falls in Schritt S202 entschieden wird, daß der Drucksensor 10 einen schweren Fehler aufweist, wird die Steuerung des Zylinders, zu dem der Sensor 10 gehört, abgeschaltet, um den Zylinder in den Leerlaufzustand zu versetzen (Schritt S203).

Zu diesem Zweck kann die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder eingestellt oder die Zündsteuerung für den Zylinder abgeschaltet oder alternativ der Betrieb aller Zylinder (d. h. der gesamte Motorbetrieb) beendet werden.

In diesem Zusammenhang kann in Schritt S201 anstelle der Einstellung des Steuerparameters (Zündzeitpunkt) für den Zylinder mit seinem als defekt erfaßten Drucksensor 10 auf den Tabellenwert R_MAP, wie oben beschrieben, der betreffende Zylinder oder der Motor durch Unterbinden des Hochlastbetriebes auch gegen Verletzungen oder Beschädigungen geschützt werden.

Fig. 12 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Maximalwert Pmax des Zylinderdruckes P nach Erfassen des Versagens des zugehörigen Drucksensors 10 unterdrückt wird.

Gemäß Fig. 12 wird im Falle, daß in Schritt S300 der normale Betriebszustand des Drucksensors 10 festgestellt wird, die Zündzeitgabe R_ig durch die Rückkopplungssteuerung unter Verwendung des Korrekturbetrages ΔR_ig gesteuert, wie weiter oben beschrieben wurde (Schritt S301).

Wird andererseits ein Versagen des Drucksensors 10 ermittelt, wird die Zündzeitgabe R_ig um einen vorbestimmten Betrag R_F des Tabellenwertes R_MAP verzögert, um so in Schritt S302 auf einen Wert entsprechend der Formel R_ig = R_MAP-R_F festgesetzt zu werden.

Im allgemeinen steigt der Maximalwert Pmax des Zylinderdruckes P an, wenn der Zündzeitpunkt R_ig vorverlegt wird, während er abnimmt, wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird. Durch Steuern der Verzögerung der Zündzeitgabe R_ig in Schritt S302 kann also der Zylinderdruck P auf ein niedrigeres Niveau herabgedrückt werden.

Natürlich ist das Verfahren zur Herabsetzung des Zylinderdruckes P nicht auf die Steuerung zwecks Verzögerung des Zündzeitpunktes beschränkt. Es kann auch jede andere Methode angewandt werden, mit der der Hochlastmotorbetrieb, wie etwa ein Überlastungsbetrieb, verhindert wird. Zu diesem Zweck können als Maßnahmen beispielshalber das Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemisches, das Absenken des Luftzufuhrdruckes, die Reduktion das Druckventils auf einen vorbestimmten Öffnungswinkel, die Begrenzung der Motorumdrehungszahl auf einen kleineren als den vorbestimmten Wert, oder dergleichen, erwähnt werden, welche die gleichen Wirkungen erzielen.

Bei der bisherigen Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde davon ausgegangen, daß es sich bei dem Motorsteuerparameter um den Zündzeitpunkt R_ig handelt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung in gleicher Weise auch unter Benutzung anderer Steuerparameter durchgeführt werden kann, wie etwa der Kraftstoffeinspritzmenge oder von Parametern mit gleichen Wirkungen.

Da die Programmroutine zur Erfassung des Sensorversagens auf Zylinderbasis durchgeführt wird, kann das Versagen individuell für den mit jedem einzelnen Zylinder verbundenen Drucksensor 10 ermittelt werden. Es ist daher möglich, aufgrund der Erfassung eines Fehlers oder eines Versagens eines beliebigen Drucksensors den Motorbetrieb abzubrechen oder alternativ die Zündsteuerung, die Kraftstoffeinspritzsteuerung, etc., zu unterbinden, oder den Zylinderdruck nur für denjenigen Zylinder zu unterdrücken, bei dem ein Drucksensorversagen erfaßt wurde.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensor, der in Verbindung mit einem Zylinder eines Verbrennungsmotors zur Erfassung des Zylinderinnendruckes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor zur Lieferung des Zylinderdruckwertes;
Einstellen eines höchstzulässigen Wertes und eines kleinstzulässigen Wertes für den Zylinderdruck;
Vergleichen des Zylinderdruckes mit dem höchstzulässigen Wert;
Vergleichen des Zylinderdruckes mit dem kleinstzulässigen Wert; und
Entscheiden, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, falls der Zylinderdruck den höchstzulässigen Wert überschreitet oder falls der Zylinderdruck niedriger als der kleinstzulässige Druck wird.

2. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der höchstzulässige Wert und der kleinstzulässige Wert in Abhängigkeit vom Ladezustand des Motors eingestellt werden.

3. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den höchstzulässigen Wert überschreitende Zylinderdruck einen ersten Drucksensordefekttyp anzeigt, während der den kleinstzulässigen Druck unterschreitende Zylinderdruck einen zweiten Drucksensordefekttyp anzeigt, der gegenüber dem ersten Drucksensordefekttyp durch Unterscheiden identifiziert werden kann.

4. Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensor, der in Verbindung mit einem Zylinder eines Verbrennungsmotors zur Erfassung des Zylinderinnendruckes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor jeweils bei einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel, um einen ersten und einen zweiten Zylinderdruckwert zu liefern;
Einstellen eines höchstzulässigen Wertes für den ersten Zylinderdruck und eines kleinstzulässigen Wertes für den zweiten Zylinderdruck;
Vergleichen des ersten Zylinderdruckes mit dem höchstzulässigen Wert;
Vergleichen zweiten Zylinderdruckes mit dem kleinstzulässigen Wert; und
Entscheiden, daß ein Defekt im Drucksensor vorliegt, wenn der erste Zylinderdruck den höchstzulässigen Wert überschreitet oder wenn der zweite Zylinderdruck niedriger als der kleinstzulässige Wert wird.

5. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kurbelwinkel auf den unteren Totpunkt des Zylinders eingestellt wird, bei dem der Zylinderdruck während des Ansaughubes des Zylinders am niedrigsten wird, während der zweite Kurbelwinkel auf den oberen Totpunkt des Zylinders eingestellt wird, bei dem der Zylinderinnendruck während des Kompressionshubes des Zylinders am größten wird.

6. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der höchstzulässige Wert und der kleinstzulässige Wert für den ersten und den zweiten Zylinderdruck in Abhängigkeit von der Größe der dem Motor auferlegten Belastung eingestellt werden.

7. Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensors, der in Verbindung mit einem Zylinder eines Verbrennungsmotors zur Erfassung des Zylinderinnendruckes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor jeweils bei einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Kurbelwinkel, um einen ersten und einen zweiten Zylinderdruckwert zu liefern;
Bestimmen des Unterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinderinnendruckes;
Einstellen eines Schwellwertes als Bezugsgröße für den genannten Unterschied;
Vergleichen des Unterschiedes mit dem Schwellenwert; und
Entscheiden, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, falls der Unterschied kleiner als der Schwellenwert ist.

8. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kurbelwinkel auf den unteren Totpunkt des Zylinders eingestellt wird, bei dem der Zylinderdruck während des Ansaughubes des Zylinders am niedrigsten wird, während der zweite Kurbelwinkel auf den oberen Totpunkt des Zylinders eingestellt wird, bei dem der Zylinderinnendruck während des Kompressionshubes des Zylinders am größten wird.

9. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Größe der dem Motor auferlegten Last geändert wird.

10. Verfahren zur Erfassung des Versagens eines Drucksensor, der in Verbindung mit einem Zylinder eines Verbrennungsmotors zur Erfassung des Zylinderinnendruckes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen des Druckes im Zylinder beim Arbeitshub des Zylinders mit Hilfe des Drucksensors, um den Zylinderdruckwert zu liefern;
Erfassen des Spitzenkurbelwinkels entsprechend dem Spitzenwert des Zylinderdruckes;
Ermitteln der Spitzenpositionsinformation auf der Basis des Spitzenkurbelwinkels;
Einstellen eines höchstzulässigen Wertes und eines kleinstzulässigen Wertes für die Spitzenpositionsinformation;
Vergleichen der Spitzenpositionsinformation mit dem höchstzulässigen Wert;
Vergleichen der Spitzenpositionsinformation mit dem kleinstzulässigen Wert; und
Entscheiden, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist, falls die Spitzenpositionsinformation über dem maximal zulässigen Wert liegt oder falls die Spitzenpositionsinformation unterhalb des kleinstzulässigen Wertes liegt.

11. Verfahren zur Erfassung eines Drucksensorversagens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenpositionsinformation eine Größe zum Korrigieren der Zündzeitgabe des betreffenden Zylinders durch Rückkopplung darstellt.

12. Verfahren zur Steuerung des Betriebes eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens des Drucksensors, der in Verbindung mit einem Zylinder des Motors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Fehlers des Drucksensors auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Druckes in dem genannten Zylinder; und
Festsetzen eines Motorsteuerparameters, falls entschieden wird, daß ein Defekt im Drucksensor aufgetreten ist.

13. Motorsteuerverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorsteuerparameter die Zündzeitgabe für den genannten Zylinder ist.

14. Motorsteuerverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorsteuerparameter die Kraftstoffeinspritzzeitgabe für den betreffenden Zylinder ist.

15. Motorsteuerverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung über das Auftreten eines Versagens im Drucksensor in Übereinstimmung mit einem der in den Ansprüchen 1 bis 12 angegebenen Verfahren erfolgt.

16. Verfahren zur Steuerung des Betriebes eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens des Drucksensors, der in Verbindung mit einem Zylinder des Motors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Fehlers des Drucksensors auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Druckes in dem genannten Zylinder;
Festsetzen eines Motorsteuerparameters, falls entschieden wird, daß ein Defekt des Drucksensors aufgetreten ist;
Treffen einer Entscheidung darüber, ob der genannte Defekt schwerwiegend ist; und
Unterbrechen der Steuerung des betreffenden Zylinders, falls entschieden wird, daß der Defekt schwerwiegend ist.

17. Motorsteuerverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung über das Auftreten eines Versagens des Drucksensors in Übereinstimmung mit einem der in den Ansprüchen 1 bis 12 angegebenen Verfahren erfolgt, während die Entscheidung darüber, ob der Defekt schwerwiegend ist, auf der Basis mindestens eines Faktors getroffen wird, der aus der Gruppe der Faktoren über das anormale Absinken des abgegebenen Motordrehmomentes sowie über den anormalen Temperaturanstieg des Drucksensors gewählt wird.

18. Verfahren zur Steuerung des Betriebes eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens des Drucksensors, der in Verbindung mit einem Zylinder des Motors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Fehlers des Drucksensors auf der Basis des vom Drucksensor erfaßten Druckes in dem genannten Zylinder; und
Kontrollieren des Motorsteuerparameters in der Weise, daß der Druck im Zylinder unter ein vorbestimmtes Niveau absinkt, falls entschieden wird, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist.

19. Motorsteuerverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung über das Auftreten eines Versagens des Drucksensors in Übereinstimmung mit einem der in den Ansprüchen 1 bis 12 angegebenen Verfahren erfolgt.

20. Motorsteuerverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken des Zylinderdruckes durch ein Verfahren bewirkt wird, das aus der Gruppe der Verfahren zur Verzögerung der Zündzeitgabe des betreffenden Zylinders, der Abmagerung des an den betreffenden Zylinder gelieferten Luft/Kraftstoffgemisches, der Verringerung des Druckes der in den betreffenden Zylinder geladenen Ansaugluft, der Begrenzung des Drosselöffnungsgrades unter einen vorbestimmten Wert, und der Begrenzung der Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors auf einen Wert ausgewählt wird, der kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

21. Gerät zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotors als Antwort auf das Auftreten eines Versagens des Drucksensors, der in Verbindung mit einem Zylinder des Motors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät folgende Komponenten aufweist:
Mittel zum Treffen einer Entscheidung über das Auftreten eines Versagens des Drucksensors auf der Basis des Druckes des vom Drucksensor erfaßten Druckes im Zylinder; und
Mittel zum Kontrollieren des Motorsteuerparameters in der Weise, daß der Druck im Zylinder unter in vorbestimmtes Niveau abgesenkt wird, falls entschieden wird, daß der Drucksensor einen Defekt aufweist.

22. Motorsteuergerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entscheidungsfällung einen programmierten Rechner aufweisen, der für die Ausführung eines der in den Ansprüchen 1 bis 12 angegebenen Verfahrens programmiert ist.

23. Motorsteuergerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorsteuerparameter die Zündzeitgabe des Zylinders ist, der durch den genannten Rechner gesteuert wird.