DE60021895T2

DE60021895T2 - Onboard-Diagnoseeinrichtung für ein Saugkanalsteuerventil

Info

Publication number: DE60021895T2
Application number: DE60021895T
Authority: DE
Inventors: Chris Black Swan Close Belton; Darren Vincent; Paul John Loughborough King
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-11-11
Also published as: EP1205651A1; EP1205651B1; DE60021895D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnoseüberwachung eines Ansaugsystems eines Motors.
Fahrzeughersteller müssen die in ihren Märkten gültigen Emissionsvorschriften erfüllen. Für einige Märkte ist es erforderlich, eine Onboard-Diagnosemöglichkeit (OBD) bereitzustellen, um Merkmale zu überwachen, die eine Auswirkung auf Abgasemissionen haben können. Falls bei einem überwachten Merkmal das Vorhandensein eines Fehlers festgestellt wird, wird ein Fehlermerker gesetzt, um den Fehler während der späteren Wartung des Fahrzeugs anzuzeigen. Unter gewissen Fehlerbedingungen ist es auch erforderlich, dem Benutzer einen Fehler anzuzeigen, damit er weiß, daß er das Fahrzeug zwecks Korrektur zu einem Händler bringen sollte. Eine solche visuelle Anzeige erfolgt oft in der Form einer "Motorprüfleuchte" oder einer "Funktionsstörungsanzeigeleuchte" (MIL).
Die Bereitstellung eines Motors mit einem Ansaugsystem, das mindestens ein Saugkanalsteuerungsdrosselventil beinhaltet, ist bekannt, und eine solche Anordnung ist in den US-Patenten 5,740,778 und 5,634,445 beschrieben. Für Systeme, wie beispielsweise dieses System, ist es erwünscht, eine Onboard-Diagnose-(OBD)-Anordnung bereitzustellen, um den Betrieb solcher Saugkanalsteuerventile zu überwachen. Im US-Patent 6,135,085 ist eine Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Ansaugsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, das eine Antriebssteuervorrichtung für ein in einem Luftsaugkanal vorgesehenes Drallsteuerventil sowie eine Fehlerdiagnosevorrichtung zur Diagnostizierung eines Fehlers des Drallsteuerventils umfaßt. Darüber hinaus ist im US-Patent 5,755,201 eine Fehler diagnosevorrichtung für ein Ansaugluftdrosselventil beschrieben.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Diagnoseüberwachung des Betriebs eines Ansaugsystems eines Motors bereitzustellen, um ohne zusätzliche Hardware zwischen Normal- und Fehlerbedingungen einer Saugkanalventilsteuerung unterscheiden zu können.
Die vorliegende Erfindung stellt demzufolge ein Verfahren zur Diagnostizierung des Betriebs eines Ansaugsystems gemäß Anspruch 1 bereit.
Der Motor kann einen Mehrreihenmotor mit einem Saugkanalsteuerventil umfassen, das mindestens innerhalb eines Ansaugtrakts einer jeden von mehreren Reihen vorgesehen ist, und das Verfahren kann das Schließen des Saugkanalsteuerventils an einer der Reihen beinhalten, während gerade eine Diagnoseroutine am Saugkanalsteuerventil der anderen Reihen durchgeführt wird.
Der Motor kann einen Mehrreihenmotor mit einem einem Auslaß einer jeden von mehreren Reihen zugeordneten Abgassensor umfassen, und das Verfahren kann folgendes beinhalten:

i) Berechnen eines Differenzwertes zwischen Abgasrückkoppelungssignalen einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe für einen Normalzustand und einen Fehlerzustand;
ii) Bestimmen eines absoluten Differenzwertes zwischen dem Differenzwert und einem Referenzwert; und
iii) Bestimmen eines Normal-/Fehler-Beurteilungswertes anhand des absoluten Differenzwertes.

Die Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
1 eine schematische Darstellung einer Diagnoseeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Darstellung weiterer Details der Diagnoseeinrichtung der 1;
3 eine Nahdarstellung eines Teils der Diagnoseeinrichtung der 1 und 2; und die
4, 5, 6 und 7 grafische Darstellungen von Betriebsprinzipien der Erfindung der 1 bis 3.
Wie aus den Figuren ersichtlich, hat ein Fahrzeug 10 einen Mehrreihenmotor in der Form eines V8-Verbrennungsmotors 12, der eine erste Reihe A und eine zweite Reihe B umfaßt. Die Reihe A enthält die ungeradzahligen Zylinder 1, 3, 5, 7 und die Reihe B die geradzahligen Zylinder 2, 4, 6, 8. Der Motor 12 umfaßt weiterhin ein Ansaugsystem 14, um die Zylinder 1–8 mit Ladeluft zu versorgen.
Das Ansaugsystem 14 beinhaltet einen Einlaßkrümmer 16 mit zu den Zylindern 1–8 führenden Doppeleinlaßtrakten 21–28, wobei die Doppeleinlaßtrakte 21–28 jeweils einen individuellen ungedrosselten Einlaßtrakt (Kanal 1) und einen sekundären Abschalttrakt (Kanal 2) umfassen. Jeweils eines der Steuerventile 31–38 des Kanals 2 befindet sich in den Abschalttrakten 210–280 des Kanals 2, und die Ventile 31–38 werden von zugeordneten Betätigern A1–A4, B1–B4 bewegt. Die Betätiger A1–A4, B1–B4 werden von einer Steuerungsvorrichtung in der Form eines Motormanagementsystems (EMS) 40 gesteuert und bewegen die Steuerventile 31–38 des Kanals 2 zwischen offenen und geschlossenen Gruppenpositionen (31, 33, 35, 37), (32, 34, 36, 38) in Übereinstimmung mit ihren jeweiligen Reihen A, B.
Der Motor 12 umfaßt weiterhin an jeder Reihe A, B einen Auslaß 42, 44, der so ausgeführt ist, daß er Abgase von den Zylindern (1, 3, 5, 7); (2, 4, 6, 8) ihrer jeweiligen Reihe A, B ableitet. Jeder Auslaß 42, 44 trägt einen jeweiligen Abgassensor in der Form eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(AFR)-Sensors 52, 54, der für das EMS 40 ein Abgasrückkoppelungssignal in der Form eines AFR-Signals bereitstellt, das die Zusammensetzung des Abgases in seiner Nähe anzeigt.
Das EMS 40 beinhaltet ein Computerspeichermedium 46 mit einem codierten Computerprogramm zur Durchführung einer Onboard-Diagnose-(OBD)-Routine, um festzu stellen, ob im Betrieb von einem oder mehreren der Steuerventile 31–38 des Kanals 2 ein Fehler vorliegt. Wenn ein solcher Fehler diagnostiziert wird, bewirkt das EMS 40 das Aufleuchten einer Funktionsstörungsanzeigeleuchte (MIL) und setzt einen internen Fehlermerker, damit während der Wartung eine Diagnose durchgeführt wird.
Die OBD-Routine wird nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf die 4 bis 7 ausführlicher beschrieben.
Die Steuerventile 31–38 des Kanals 2 werden unter Steuerung durch das EMS 40 von den Betätigern A1–A4, B1–B4 zwischen geschlossenen und offenen Positionen in Reihengruppen (31, 33, 35, 37,), (32, 34, 36, 38) bewegt, um die Trakte 210–280 des Kanals 2 in äquivalenten Gruppen (210, 230, 250, 270), (220, 240, 260, 280) in Übereinstimmung mit ihren zugeordneten Reihen A, B wahlweise einzuschalten und abzuschalten.
Wenn ein Steuerventil 31–38 des Kanals 2 aus einer geschlossenen Position hin zu einer offenen Position bewegt wird, wird sein zugeordneter Trakt 210–280 des Kanals 2 freigegeben. Das nach unten erfolgende Einströmen der Füllung in den neu freigegebenen Trakt 210–280 bewirkt, daß das AFR-Signal den Fettgemischwert (DR) für einen kurzen Zeitraum ablenkt, d.h. hin zu einem fetten Ablesewert. Eine solche typische Ablenkung des Fettgemischwertes (DR) ist insbesondere aus 4 ersichtlich.
Wenn ein Steuerventil 31–38 des Kanals 2 aus einer offenen Position hin zu einer geschlossenen Position bewegt wird, wird sein zugeordneter Trakt 210–280 des Kanals 2 in einer ähnlichen, jedoch umgekehrten Weise verschlossen. Durch das Abschneiden des nach unten erfolgenden Einströmens in den neu verschlossenen Trakt 210–280 wird bewirkt, daß das AFR-Signal den Magergemischwert (DL) für einen kurzen Zeitraum ablenkt, d.h. hin zu einem mageren Ablesewert. Eine solche typische Ablenkung des Magergemischwertes (DL) ist insbesondere aus 5 ersichtlich.
Die Art der Reaktion, d.h. DR, DL, wie aus den 4 und 5 ersichtlich, bildet die Basis der von den Anmelderinnen erfundenen Diagnoseroutine, um festzustellen, ob der oder jeder zugeordnete Kanal 2 gegenüber der Luftströmung im wesentlichen freigegeben oder im wesentlichen blockiert ist.
In einem Fall, in dem sich das zugeordnete Steuerventil 31–38 des Kanals 2 trotz entsprechender Steuerung nicht öffnet oder schließt, wird im Sensorsignal im wesentlichen keine Ablenkung für den jeweiligen Zylinder oder die jeweilige Zylinderreihe beobachtet, und eine solche Situation ist insbesondere in 7 dargestellt.
Um zu bewerten, ob im Kanaldeaktivierungssystem für die Reihe A ein Fehler vorliegt, wenn die Steuerventile 31–38 des Kanals 2 geöffnet werden, werden alle Steuerventile 32, 34, 36, 38 des Kanals 2 für die Reihe B während eines Überwachungszeitraums der Diagnoseroutine geschlossen, und alle Steuerventile 31, 33, 35, 37 des Kanals 2 für die Reihe A werden aus einer geschlossenen Position hin zu einer offenen Position bewegt, d.h. sie werden zusammen freigegeben. Dieses Vorgehen wird in umgekehrter Reihenfolge wiederholt, um zu diagnostizieren, ob beim Öffnen der Kanalsteuerventile 32, 34, 36, 38 der Reihe B ein Fehler auftritt, d.h. alle Trakte 220, 240, 260, 280 des Kanals 2 für die Reihe B werden freigegeben, während alle Trakte 210, 230, 250, 270 des Kanals 2 für die Reihe A während des Abschnitts einer Diagnoseroutineüberprüfung der Reihe B im wesentlichen verschlossen bleiben. Ein erfolgreiches Öffnen kann somit überprüft werden, indem auf Ablenkungen des Fettgemischwertes im Rückkoppelungssignal vom AFR-Sensor 52, 54, der der gerade einer Diagnose unterzogenen Reihe A, B zugeordnet ist, geachtet wird.
Um ein erfolgreiches Schließen zu überprüfen, werden alle Steuerventile 32, 34, 36, 38 des Kanals 2 für die Reihe B während eines Überwachungszeitraums der Diagnoseroutine geschlossen, und alle Steuerventile 31, 33, 35, 37 des Kanals 2 für die Reihe B werden aus einer offenen Position hin zu einer geschlossenen Position bewegt, d.h. sie werden zusammen verschlossen. Dieses Vorgehen wird in umgekehrter Reihenfolge wiederholt, um zu diagnostizieren, ob beim Schließen der Steuerventile 32, 34, 36, 38 des Kanals 2 für die Reihe B ein Fehler auftritt, d.h. alle Trakte 220, 240, 260, 280 des Kanals 2 für die Reihe B werden verschlossen, während alle Trakte 210, 230, 250, 270 des Kanals 2 für die Reihe A während des Abschnitts der Diagnoseroutineüberprüfung der Reihe B im wesentlichen verschlossen bleiben. Ein erfolgreiches Schließen kann somit überprüft werden, indem auf Ablenkungen des Magergemischwertes im Rückkoppelungssignal vom AFR-Sensor 52, 54, der der gerade einer Diagnose unterzogenen Reihe A, B zugeordnet ist, geachtet wird.
Um Ablenkungen im AFR-Signal von den unterschiedlichen Reihen A, B zu berücksichtigen, wird ein Vergleich zwischen den AFR-Signalen ihrer jeweiligen Sensoren 52, 54 vorgenommen, um einen Differenzwert zwischen den Rückkoppelungssignalen von den zwei Reihen A, B zu entwickeln. Ein typischer Vergleich für einen Normalzustand und einen Fehlerzustand ist insbesondere aus den 6 bzw. 7 ersichtlich. In 6 ist eine erfolgreiche Öffnungssituation entsprechend derjenigen in 4 dargestellt, es versteht sich jedoch, daß eine Schließsituation einer umgekehrten Form der 6 ähneln und daher der in 5 dargestellten Situation entsprechen würde. Die in 7 beispielhaft dargestellte Fehlersituation würde für Fehler beim Öffnen oder Schließen keinen großen Unterschied aufweisen, weil in jeder Situation im wesentlichen keine Ablenkung auftreten würde.
In Teil (a) der 6 ist erkennbar, daß, wenn kein Fehler vorliegt, eine Ablenkung des Fettgemischwertes im AFR-Signal für die betroffene Reihe A; B kurz nach dem Öffnen ihrer zugeordneten Steuerventile (31, 33, 35, 37); (32, 34, 36, 38) des Kanals 2 erfolgt. Wenn keine Ablenkung erfolgt, wird dies durch die AFR- Signalspur reflektiert, und das Ergebnis wird als ein Fehlerzustand diagnostiziert, wie beispielhaft in Teil (a) der 7 dargestellt.
Der Vergleich wird realisiert durch:

i) Berechnen der Differenz zwischen den von den Sensoren 52, 54 erhaltenen AFR-Signalen [dargestellt in (b) der 6 und 7 für einen Normalzustand bzw. einen Fehlerzustand];
ii) Filtern des AFR-Signals durch Halten des letzten Differenzwertes, der vor dem Freigeben des Kanals 2 oder eines jeden dieser Kanäle, die gerade einer Diagnose unterzogen werden, berechnet wurde; und
iii) Bestimmen, während einer vorgeschriebenen Überwachungszeit, des Wertes der absoluten Differenz zwischen dem Differenzwert nach (i) und dem Referenzwert nach (ii), wie aus Teil (c) der 6 und 7 ersichtlich.

Die Kulmination von (iii) führt zu einem Endwert, der verwendet wird, um die Normal-/Fehler-Beurteilungswerte zu bestimmen, wie in Teil (d) der 6 bzw. 7 dargestellt.
Die Anmelderinnen haben festgestellt, das es nützlich ist, einen Satz Eingangsbedingungen zu definieren, um die Zeit der Durchführung der Diagnoseroutine zu optimieren. Während einer normalen Durchführung unter Rückkoppelungssteuerung in einer geschlossenen Schleife kann es beispielsweise erwünscht sein, eine Kompensationsroutine zu realisieren, um die Übergangsdifferenzen bei der Kraftstoffzufuhr während des Öffnens und Schließens der Steuerventile 31–38 des Kanals 2 zu berücksichtigen, und eine solche Kompensationsroutine sollte etwa während der Zeit, wenn gerade die Onboard-Diagnoseroutine mit Deaktivierung des Kanals 2 läuft, vorzugsweise aufgehoben oder deaktiviert werden. Des weiteren sollte die Routine vorzugsweise durchgeführt werden, wenn der Motor gerade im wesentlichen unter Dauerzustandsbedingungen läuft und im wesentlichen völlig warm ist. Es kann sich, während die Diagnoseroutine dieser Erfindung durchgeführt wird, als nützlich erwei sen, weitere sekundäre Systeme, beispielsweise Systeme wie die Klimaanlage, zu deaktivieren, die plötzlich den Motor belasten könnten, wenn sie während der OBD eingeschaltet würden.
Während der von den Anmelderinnen im Rahmen der Erfindung durchgeführten Entwicklungsarbeiten wurde festgestellt, daß ein kleiner Anteil der AFR-Signal-Reaktionen von den Reihen A, B durch Geräusche beeinträchtigt werden konnte. Um dies zu berücksichtigen, sollte das Vergleichsverfahren der Erfindung mehrmals wiederholt werden, um eine Reihe von Ergebnissen für die vorgenannten Schritte (i) bis (iii) zu erhalten, und anschließend der Durchschnittswert ermittelt werden. Dieser Durchschnittswert sollte dann mit einem konstanten Wert, der anhand von Tests während der Entwicklung ermittelt werden kann, verglichen werden, um zu unterscheiden, ob der oder jeder relevante Kanal 2 freigegeben ist und somit die Normal- und/oder Fehlerbeurteilungswerte ermittelt werden können.
Die Anmelderinnen haben auch festgestellt, daß die Ablenkungen DR, DL unter zwei besonderen Umständen größer werden. Einer besteht in einer Erhöhung der Ablenkungsamplitude bei verringerter Fahrzeuggeschwindigkeit. Der andere besteht in einer Erhöhung der Ablenkungsamplitude bei niedriger Motordrehzahl, geringer Luftströmung und niedriger Motorbelastung sowie bei kleineren Drosselklappenwinkeln (sowohl zum Öffnen als auch Schließen der Steuerventile 31–38 des Kanals 2).
Indem ein Abgasrückkoppelungssignal verwendet wird, das dem EMS 40 häufig bereits als Teil einer Kraftstoffzufuhr in einer geschlossenen Schleife zur Verfügung steht, kann die OBD-Strategie dieser Erfindung zwischen Normal- und Fehlerbedingungen eines Kanaldeaktivierungssystems ohne zusätzliche Hardware unterscheiden, wie es beispielsweise der Fall sein würde, wenn ein Potentiometer eingesetzt werden würde, um die Bewegung der Ventile 31–38 zu ermitteln.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat hinsichtlich des Schutzbereichs der Erfindung keinen einschränkenden Charakter. Diese OBD-Strategie kann beispielsweise in einer sehr ähnlichen Form für V-Motoren, ab einem V-Zweizylinder, oder für andere Konfigurationen von Mehrreihenmotoren, beispielsweise für W-Motoren, angewendet werden. Während die beschriebene spezifische Ausführungsform einen V-Motor mit einem Einzelluftspeicheransaugsystem betrifft, kann sie auch für ein Doppelluftspeichersystem angewendet werden, in dem das EMS einfach davon ausgeht, daß alle Kanäle an einer Reihe permanent verschlossen sind. In einer ähnlichen Weise wie bei der Doppelluftspeicherausführung kann die Diagnoseeinrichtung auch für einen Reihenzylinder- oder einen Einzylindermotor angewendet werden.

Claims

Verfahren zur Diagnoseüberwachung des Betriebs eines Ansaugsystems (14), das einen Krümmer (16) mit mehreren Ansaugtrakten (210–280) zum Durchleiten von Ladeluft hin zu Zylindern (1–8) eines Motors (12) sowie ein durch einen Betätiger (A1–A4, B1–B4) bewegtes Kanalsteuerventil (31–38) umfaßt, das sich innerhalb einer der Ansaugtrakte (210–280) befindet, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Abgasrückkoppelungssignals beinhaltet, das die Zusammensetzung von mindestens einem Teil eines Abgases des Motors (12) sowie das Durchführen einer Diagnoseroutine unter Verwendung des Abgasrückkoppelungssignals beinhaltet, um festzustellen, ob im Betrieb des Kanalsteuerventils (31–38) ein Fehler (MIL) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseroutine das Senden eines Befehls an den Betätiger (A1–A4, B1–B4) beinhaltet, um das Kanalsteuerventil (31–38) hin zu einer offenen/geschlossenen Position aus einer im wesentlichen geschlossenen/offenen Position zu bewegen und anhand einer über einen kurzen Zeitraum erfolgenden vorbestimmten Fettgemisch-/Magergemischablenkung im Abgasrückkoppelungssignal zu bestimmen, ob sich das Kanalsteuerventil (31–38) kürzlich hin zur offenen/geschlossenen Position aus einer geschlossenen/offenen Position, wie befohlen, bewegt hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Motor (12) einen Mehrreihenmotor, insbesondere in V-Form, mit dem Kanalsteuerventil (31–38) umfaßt, das sich innerhalb von mindestens einem Ansaugtrakt (210–280) einer jeden von mehreren Reihen (A, B) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Schließen des Ka nalsteuerventils an einer der Reihen (A, B) während der Diagnoseroutine beinhaltet, während die Diagnoseroutine am Kanalsteuerventil an der anderen der Reihen (A, B) unter Verwendung des der anderen der Reihen (A, B) zugeordneten Abgasrückkoppelungssignals durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Mehrreihenmotor, insbesondere in V-Form, einen einem Auslaß (42, 44) einer jeden der mehreren Reihen (A, B) zugeordneten Abgassensor (52, 54) hat, wobei das Verfahren folgendes beinhaltet: i) Berechnen eines Differenzwertes zwischen Abgasrückkoppelungssignalen der einen der Reihen (A, B) und der anderen der Reihen (A, B) für einen Normalzustand und einen Fehlerzustand; ii) Bestimmen eines absoluten Differenzwertes zwischen dem Differenzwert und einem Referenzwert; und iii) Bestimmen des Normal-/Fehler-Beurteilungswertes anhand des absoluten Differenzwertes.