DE60316667T2

DE60316667T2 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose des betriebszustands eines verbrennungsmotor-abgasrückführventils

Info

Publication number: DE60316667T2
Application number: DE60316667T
Authority: DE
Inventors: Stephane Bourret; Laurent Leprieur; Olivier Meurisse
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: FR2836517A1; JP2005522613A; ES2290469T3; US20050145231A1; EP1478838B1; FR2836517B1; US7100585B2; DE60316667D1; EP1478838A1; JP4277687B2; WO2003071121A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose des Betriebszustands eines Abgasrückführungsventils eines Verbrennungsmotors sowie eine entsprechende Diagnosevorrichtung.
Die Kraftfahrzeuge, und insbesondere die Kraftfahrzeuge vom Typ Diesel, sind oft mit einem Abgasrückführungskreis ausgestattet, der dazu bestimmt ist, die Abgase wieder in den Ansaugkrümmer des Motors zurückzuspeisen.
Es ist nämlich bekannt, dass eine solche Rückführung es ermöglicht, die Stickstoffoxidemissionen des Motors zu verringern, die besonders schädliche chemische Arten sind. Die Menge an Stickstoffoxid ist eng mit der Zusammensetzung des Reaktionsgemischs in den Zylindern des Motors aus Luft, aus Brennstoff, und dem Vorhandensein von Inertgasen verbunden.
Indem eine Abgasrückführung vorgesehen wird, werden in die Zylinder des Motors die Inertgase eingespeist, die es ermöglichen, die Menge an vom Motor erzeugtem Stickstoffoxid zu verringern.
Diese Rückführung kann aber in nicht vernachlässigbarer Weise die Menge an Rauch in den Abgasen erhöhen, wenn sie nicht korrekt geregelt ist, und insbesondere, wenn die Menge an rückgeführten Abgasen zu groß ist.
Außerdem muss unter manchen Bedingungen, insbesondere, wenn der Fahrer des Fahrzeugs eine freie Beschleunigung fordert, die Abgasrückführung unterbrochen werden.
So ist der Abgasrückführungskreis mit einem Regelventil für den Fluss von rückgeführten Gasen versehen. Ein elektronischer Rechner, der die Aufgabe hat, die in die Zylinder des Motors einzuspeisende Kraftstoffmenge zu verwalten, steuert das Regelventil, um den Prozentsatz der rückgeführten Gase zu regulieren.
Üblicherweise wird die Diagnose oder die Kontrolle des einwandfreien Betriebs des Abgasrückführungsventils durchgeführt, indem Frischluftdurchsatz-Sollwerte, die vom elektronischen Rechner geliefert werden, mit Messwerten verglichen werden, die von einem entsprechenden Luftdurchsatzmessgerät geliefert werden, oder in einer Variante, indem der Positionssollwert des Rückführungsventils, der vom Rechner geliefert wird, mit einer von einem Messpotentiometer gemessenen Position verglichen wird.
Es wird angenommen, dass eine Fehlfunktion auftritt, wenn die Abweichung zwischen einem gemessenen Wert und einem entsprechenden Sollwert größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert.
In dieser Hinsicht kann auf die Druckschrift FR 2 753 488 Bezug genommen werden.
Bei der Überwachung des einwandfreien Betriebs des Rückführungsventils ausgehend von einem Vergleich zwischen einem vom Rechner gelieferten Frischluftdurchsatz-Sollwert und einem von einem Luftdurchsatzmessgerät gemessenen entsprechenden Wert kann diese Technik zu falschen Erfassungen führen.
Wenn der Rechner nämlich das Schließen des Ventils erfordert, wird der Frischluftdurchsatz-Sollwert groß, und wenn dieser Sollwert innerhalb des Rechners unzureichend kartografiert ist, kann der gemessene Luftdurchsatz diesen Sollwert nicht erreichen. Daraus folgt eine bleibende Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Wert des gemessenen Luftdurchsatzes, was vom Rechner als eine Blockierung des Ventils in der offenen Position interpretiert wird.
Außerdem kann diese Technik Nicht-Erkennungen einer Fehlfunktion erzeugen. Wenn nämlich eine freie Beschleunigung vom Fahrer gefordert wird, erfordert der Rechner ein Abschalten der Regelung der Menge von rückgeführten Gasen, und dann wird keine Regelung bezüglich der Abgasrückführung durchgeführt. Wenn dann das Ventil nicht korrekt geschlossen ist, ist der Rechner nicht in der Lage, eine solche Fehlfunktion zu erkennen.
Dies ist ebenfalls der Fall bei einer Blockierung des Ventils in der offenen Position. In diesem Fall fällt das vom Motor gelieferte Drehmoment ab. Der Fahrer kann dann eine freie Beschleunigung anfordern, um diesen Drehmomentabfall zu kompensieren. Wenn diese Beschleunigungsanforderung erfolgt, ehe die Diagnose durchgeführt wurde, wird die Fehlfunktion nicht erkannt.
Bei der Überwachung des einwandfreien Betriebs des Abgasrückführungsventils ausgehend von der Kontrolle der Position dieses Ventils erfordert die Verwendung eines Potentiometers zur Messung der Position des Ventils ein Lernen der geschlossenen Position des Ventils wegen der Herstellungstoleranzen der Ventile und der Messpotentiometer, wobei die Herstellungstoleranzen des Ventils im Vergleich mit derjenigen des Potentiometers relativ groß sind. Außerdem wird dieses Lernen durch die Temperaturempfindlichkeit des Potentiometers und des Ventilkörpers erforderlich, was zu einer Veränderung der Positionsmessungen des Ventils in Abhängigkeit von der Temperatur führt.
Ein solches Lernen wird im Allgemeinen bei jedem Start des Motors, ehe eine Öffnung des Ventils erlaubt wird, und ehe irgendeine Regelung durchgeführt wird, und dann bei jedem Schließen des Ventils durchgeführt, um die Entwicklung der Position entsprechend dem geschlossenen Ventil in Abhängigkeit von der Temperatur zu berücksichtigen.
Obwohl die Kontrolle des einwandfreien Betriebs des Ventils ausgehend von einem Vergleich zwischen einem Positionsmesswert des Ventils und einem Positionssollwert es ermöglicht, die Gefahren falscher Erkennungen insofern zu minimieren, als die maximale Schließposition des Ventils leicht erfasst werden kann, weist diese Technik größere Nachteile betreffend die Nicht-Erkennungen von Fehlfunktionen auf, da die globale Reaktionszeit der Vorrichtung als Antwort auf einen Schließbefehl des Ventils unter der Diagnosezeit einer Fehlfunktion liegen kann.
Es ist also das Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
So wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Diagnose des Betriebszustands eines Abgasrückführungsventils eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, das die Erfassung eines Messwerts einer Bezugsposition des Rückführungsventils in einem vorbestimmten Zeitpunkt entsprechend einer normalerweise geschlossenen Position des Ventils, eine Berechnung der Differenz zwischen dem erfassten Bezugswert und einem Bezugswert, der während eines vorher durchgeführten Diagnosezyklus erfasst wurde, und einen Vergleich der berechneten Differenz mit einem Erkennungsschwellwert der Öffnung des Ventils aufweist.
So wird bei jeder Erfassung der geschlossenen Position des Ventils überprüft, dass dieses tatsächlich geschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird nach dem Schritt der Erfassung des Bezugswerts außerdem die Differenz zwischen dem während eines aktuellen Diagnosezyklus erfassten Bezugswert und einem Bezugswert berechnet, der einem gleichen neuen Rückführungsventil entspricht, und die berechnete Differenz wird mit einem Erkennungsschwellwert einer Fehlfunktion des Ventils verglichen.
Vorzugsweise wird der einem gleichen neuen Rückführungsventil entsprechende Bezugswert beim ersten Start des Motors erfasst.
Vorzugsweise weisen die Erkennungsschwellwerte einer Öffnung und einer Fehlfunktion je einen ersten Term, der in Abhängigkeit von der Temperatur variabel ist, und einen zweiten Term auf, der einem von der Temperatur unabhängigen Erkennungsschwellwert entspricht.
Gemäß einem anderen Merkmal dieses Verfahrens sind die Schwellwerte in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors variabel.
Es wird außerdem der während des laufenden Diagnosezyklus erfasste Bezugswert für einen späteren Diagnosezyklus gespeichert, wenn ein korrektes Schließen des Ventils und ein Nichtvorhandensein einer Fehlfunktion während dieses Diagnosezyklus erkannt wurde.
Erfindungsgemäß wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Diagnose des Betriebszustands eines Abgasrückführungsventils eines Verbrennungsmotors für die Anwendung eines wie oben definierten Verfahrens vorgeschlagen.
Diese Vorrichtung weist Mittel zur Messung der Position des Ventils auf, die mit einer zentralen Verarbeitungseinheit verbunden sind, um an diese letztere einen Messwert der Bezugsposition des Ventils zu liefern, wobei die Zentraleinheit Mittel zur Berechnung der Differenz zwischen dem Bezugswert und einem Bezugswert, der während eines vorher durchgeführten Diagnosezyklus erfasst wurde, und Mittel zum Vergleich der berechneten Differenz mit einem Erkennungsschwellwert des Öffnens des Ventils aufweist.
Gemäß einem anderen Merkmal dieser Vorrichtung weist die Zentraleinheit Mittel zur Berechnung der Differenz zwischen dem Bezugswert und einem Bezugswert, der einem gleichen neuen Rückführungsventil entspricht, und Mittel zum Vergleich der berechneten Differenz mit einem Erkennungsschwellwert einer Fehlfunktion des Ventils auf.
Zum Beispiel weisen die Mittel zur Messung der Position des Ventils ein Messpotentiometer auf.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die nur als nicht einschränkendes Beispiel zu verstehen ist und sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors, der mit einem Abgasrückführungskreis ausgestattet und mit einer Diagnosevorrichtung des Betriebszustands des Ventils des Rückführungskreises gemäß der Erfindung versehen ist; und
2 ein Ablaufdiagramm, das die Hauptphasen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens veranschaulicht.
In 1 ist schematisch die allgemeine Struktur eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs dargestellt, der mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
Im betrachteten Ausführungsbeispiel ist der Motor 10 mit vier Zylindern 12 in Reihe versehen.
Die Zylinder 12 werden über einen Ansaugverteiler 14 mit Luft gespeist, der selbst über eine mit einem Luftfilter (nicht dargestellt) versehene Leitung 16 und über einen Turbolader 18 zur Aufladung des Motors mit Luft gespeist wird.
Ein Auspuffkrümmer 20 sammelt die von der Verbrennung stammenden Abgase und führt diese über den Turbolader und über eine Auspuffleitung 22 nach außen ab.
Der Abgasrückführungskreis, der einen Teil des Luftversorgungskreises des Motors und einen Teil des Abgaskreislaufs enthält, dient dazu, einen Teil der Abgase in den Ansaugkrümmer 14 rückzuspeisen, um insbesondere die Menge von erzeugtem Stickstoffoxid zu reduzieren und gleichzeitig die Bildung von Rauch in den Abgasen zu vermeiden.
Dieser Rückführungskreis weist hauptsächlich ein Abgasrückführungsventil auf, das mit dem allgemeinen Bezugszeichen 24 bezeichnet ist.
Außerdem ist der Motor 10 mit einem Rechner 26 versehen, der geeignet programmiert ist, um den Betrieb des Motors 10 zu kontrollieren, insbesondere, um die Regelung seiner Betriebsparameter sowie die Diagnose des Betriebs des Rückführungsventils 24 durchzuführen.
Zu diesem Zweck ist die Zentraleinheit 26 an eine Gruppe von Sensoren angeschlossen, wie zum Beispiel insbesondere ein Ladedrucksensor 28, ein Sensor 30 der Luftzufuhrtemperatur im Ansaugkrümmer 14, und ein Durchflusssensor 32, der die Versorgungsleitung 16 bestückt.
Die Diagnose des Betriebszustands des Rückführungsventils 24 ist mit einem Messpotentiometer (nicht dargestellt) versehen, das es ermöglicht, die Winkelverschiebung des Ventils, wenn es sich um eine Klappe handelt, oder die lineare Verschiebung dieses Ventils, wenn es sich um einen Schieber handelt, zwischen seiner offenen Position und seiner geschlossenen Position zu messen.
Die Zentraleinheit 26 weist gespeicherte Erkennungsschwellwerte der Öffnung des Ventils sowie Erkennungsschwellwerte von Fehlfunktionen auf und enthält alle Softwareprogramme, die es ihr ermöglichen, einerseits eine Steuerung des Ventils durchzuführen, um eine optimierte Menge von rückgeführten Gasen zu erhalten, und andererseits eine Kontrolle des Schließens des Ventils oder eine Erkennung einer Blockierung beim Öffnen dieses Ventils und allgemein eine Erkennung von Betriebsfehlern durchzuführen, wie dies nun beschrieben werden wird.
Unter Bezugnahme nun auf 2, in der ein Diagnosezyklus des Betriebs des Ventils dargestellt ist, führt die Zentraleinheit 26 nämlich in einem ersten Schritt 34 die Erfassung eines Messwerts der Position des Rückführungsventils in einer Betriebeszone durch, in der das Ventil normalerweise geschlossen ist.
Wie oben angegeben, wird dieser Diagnosezyklus bei jedem Start des Motors oder bei jedem Schließen des Ventils durchgeführt.
Dann wird dieser Bezugswert, der vom Messpotentiometer geliefert wird, mit dem das Ventil versehen ist, in einem Zeitpunkt erfasst, in dem man erwartet, dass das Ventil geschlossen ist. Er wird im Zeitpunkt des Starts des Motors erfasst, ehe jede Öffnungssteuerung des Ventils erlaubt wird, und nach jedem Schließbefehl des Ventils, um die Dehnungen des Ventilkörpers und des Potentiometers zu kompensieren, die unter der Wirkung der Temperatur der Abgase erzeugt werden.
Im folgenden Schritt 38 wird eine Erkennung der Blockierung des Ventils in der offenen Position durchgeführt, oder in anderen Worten, es wird kontrolliert, ob die Bezugsposition einer geschlossenen Position des Ventils entspricht.
Hierzu führt die Zentraleinheit 26 eine Berechnung der Differenz zwischen dem während des aktuellen Diagnosezyklus erfassten Bezugswert und einem Bezugswert durch, der während eines vorher durchgeführten und der Abwesenheit einer Fehlfunktion entsprechenden Diagnosezyklus erfasst wurde.
Während dieses Schritts wird die so berechnete Differenz mit einem Erkennungswert einer Ventilöffnung verglichen.
Wenn der Wert der berechneten Differenz höher ist als dieser Schwellwert, wird im folgenden Schritt 40 bestimmt, dass das Ventil blockiert ist, und es wird ein Fehlersignal ausgegeben.
Es ist anzumerken, dass vorzugsweise der für die Erkennung der Blockierung der Öffnung des Rückführungsventils 24 verwendete Schwellwert einen ersten Term, der in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgase variabel ist, sowie einen zweiten Term aufweist, der von der Temperatur unabhängig ist.
Wenn nach diesem Diagnoseschritt 38 angenommen wird, dass das Ventil tatsächlich geschlossen ist, wird im folgenden Schritt 42 eine zweite Diagnose durchgeführt, um die Verschmutzung des Ventils festzustellen oder allgemein jede Betriebsstörung des Ventils zu erkennen.
Hierzu führt der Rechner 26 eine Berechnung der Differenz zwischen dem während dieses Diagnosezyklus erfassten Bezugswert und einem Mess-Bezugswert durch, der dem gleichen neuen oder gereinigten Ventil entspricht. Vorzugsweise wird dieser Mess-Bezugswert beim ersten Start des Motors erfasst.
Er führt dann einen Vergleich dieser berechneten Differenz mit einem zweiten Erkennungsschwellwert einer Verschmutzung des Ventils durch.
Wenn die berechnete Differenz höher ist als dieser Schwellwert, wird dann im folgenden Schritt 44 ein Fehlersignal ausgegeben, um anzuzeigen, das das Rückführungsventil verschmutzt ist.
Es ist anzumerken, dass der Schwellwert, der verwendet wird, um diese zweite Diagnose durchzuführen, ebenfalls vorzugsweise aus einem ersten in Abhängigkeit von der Temperatur variablen Term und einem zweiten Term besteht, der einem temperaturunabhängigen Erkennungsschwellwert entspricht.
Es ist ebenfalls anzumerken, dass die oben angegebenen Schwellwerte, um die Diagnose des Betriebszustands des Ventils durchzuführen, vorzugsweise aus Schwellwerten bestehen, die in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Motors variabel sind, insbesondere was den zweiten Term betrifft.
Der erste Term kann ausgehend von einer Temperaturmessung der rückgeführten Abgase und dann einer Verarbeitung erarbeitet werden, die in der Zentraleinheit 26 durchgeführt wird.
In einer Variante, als Alternative zur Verwendung dieses ersten in Abhängigkeit von der Temperatur variablen Terms, ist es ebenfalls möglich, eine Verarbeitung des erfassten Bezugswerts in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgase durchzuführen.
Nach diesem zweiten Diagnoseschritt 42, wenn erkannt wird, dass das Rückführungsventil tatsächlich geschlossen ist und dass sein Betrieb korrekt ist, wird der Bezugswert des laufenden Zyklus in der Zentraleinheit für eine Verwendung in einem späteren Diagnosezyklus gespeichert.
Im folgenden Schritt 46 wird eine Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von einem von der Zentraleinheit 26 gelieferten Sollwert durchgeführt.
Wie oben angegeben, wird bei jedem Schließen des Ventils die Erfassung eines neuen Mess-Bezugswerts durchgeführt.
Nach jedem vom Rechner ausgegebenen Schließbefehl des Ventils geht die Prozedur nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, die der Schließzeit des Ventils entspricht (Schritt 48), wieder zum oben erwähnten Schritt 34 zurück.

Claims

Verfahren zur Diagnose des Betriebszustands eines Abgasrückführungsventils eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass es die Erfassung eines Messwerts einer Bezugsposition des Rückführungsventils in einem vorbestimmten Zeitpunkt entsprechend einer normalerweise geschlossenen Position des Ventils, eine Berechnung der Differenz zwischen dem erfassten Bezugswert und einem Bezugswert, der während eines vorher durchgeführten Diagnosezyklus erfasst wurde, und einen Vergleich der berechneten Differenz mit einem Erkennungsschwellwert der Öffnung des Ventils aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt der Erfassung des Bezugswerts die Differenz zwischen dem während eines aktuellen Diagnosezyklus erfassten Bezugswert und einem Bezugswert berechnet wird, der einem gleichen neuen Rückführungsventil entspricht, und der berechnete Wert mit einem Erkennungsschwellwert einer Fehlfunktion des Ventils verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einem gleichen neuen Rückführungsventil entsprechende Bezugswert beim ersten Start des Motors erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsschwellwerte einer Öffnung und einer Fehlfunktion je einen ersten Term, der in Abhängigkeit von der Temperatur variabel ist, und einen zweiten Term aufweisen, der einem von der Temperatur unabhängigen Erkennungsschwellwert entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors variabel sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der während des laufenden Diagnosezyklus erfasste Bezugswert für einen späteren Diagnosezyklus gespeichert wird, wenn ein korrektes Schließen des Ventils und ein Nichtvorhandensein einer Fehlfunktion während dieses Diagnosezyklus erkannt wurde.
Vorrichtung zur Diagnose des Betriebszustands eines Abgasrückführungsventils eines Verbrennungsmotors für die Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Messung der Position des Ventils aufweist, die mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (26) verbunden sind, um an diese letztere einen Messwert der Bezugsposition des Ventils zu liefern, wobei die Zentraleinheit (26) Mittel zur Berechnung der Differenz zwischen dem Bezugswert und einem Bezugswert, der während eines vorher durchgeführten Diagnosezyklus erfasst wurde, und Mittel zum Vergleich der berechneten Differenz mit einem Erkennungsschwellwert des Öffnens des Ventils aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (26) Mittel zur Berechnung der Differenz zwischen dem Bezugswert und einem Bezugswert, der einem neuen Rückführungsventil entspricht, und Mittel zum Vergleich der berechneten Differenz mit einem Erkennungsschwellwert einer Fehlfunktion des Ventils aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Messung der Position des Ventils ein Messpotentiometer aufweisen.