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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnoseüberwachung eines Ansaugsystems
eines Motors.
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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).
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung stellt demzufolge ein Verfahren zur Diagnostizierung
des Betriebs eines Ansaugsystems gemäß Anspruch 1 bereit.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
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1 eine
schematische Darstellung einer Diagnoseeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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2 eine
Darstellung weiterer Details der Diagnoseeinrichtung der 1;
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3 eine
Nahdarstellung eines Teils der Diagnoseeinrichtung der 1 und 2;
und die
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4, 5, 6 und 7 grafische Darstellungen
von Betriebsprinzipien der Erfindung der 1 bis 3.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
OBD-Routine wird nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf die 4 bis 7 ausführlicher
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.