WO2002020969A1 - Verfahren und elektronische steuereinrichtung zur diagnose der gemischbildung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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internal combustion
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Gholamabas Esteghlal
Dieter Lederer
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for diagnosing
  • US Pat. No. 4,584,982 describes an adaptation with different adaptation variables in different areas of the load / speed spectrum of an internal combustion engine. The different adaption sizes are aimed at the compensation of different errors. Three types of errors can be distinguished according to cause and effect: Errors in a hot film air mass meter have a multiplicative effect on the fuel metering. Leakage air effects have an additive effect per unit of time and error in compensating the retarding of the injection valves, they have an additive effect per injection.
  • emissions-related errors should be recognized with on-board means and, if necessary, an error lamp should be activated.
  • the mixture adaptation is also used for fault diagnosis. If, for example, the corrective action of the adaptation is too great, this indicates an error.
  • the diagnosis of the fuel supply system is linked to the mixture adaptation. This can only run with active lambda control, in particular not in operating modes in which lambda is only controlled (such as in shift operation with gasoline direct injection (BDE), in uncontrolled lean operation with BDE and intake manifold injection).
  • active lambda control in particular not in operating modes in which lambda is only controlled (such as in shift operation with gasoline direct injection (BDE), in uncontrolled lean operation with BDE and intake manifold injection).
  • the engine In shift operation, the engine is operated with a strongly stratified cylinder charge and a large excess of air in order to achieve the lowest possible fuel consumption.
  • the stratified charge is achieved by a late fuel injection, which ideally leads to
  • the combustion chamber is divided into two zones:
  • the first zone contains a combustible air-fuel mixture cloud on the spark plug. It is surrounded by the second zone, which consists of an insulating layer of air and residual gas.
  • the potential for optimizing consumption results from the possibility of operating the engine largely unthrottled while avoiding gas exchange losses. Shift operation is preferred at a comparatively low load.
  • Cylinder filling operated.
  • the homogeneous cylinder charge results from early fuel injection during the intake process. As a result, there is more time available for mixture formation until combustion.
  • the potential of this operating mode for performance optimization results, for example, from the use of the entire combustion chamber volume for filling with a combustible mixture.
  • the motor temperature must have reached the switch-on temperature threshold and the La bda probe must be ready for operation.
  • the current values of load and speed must be determined in certain
  • the invention aims to increase the period in which the engine can be operated in a shift-optimal manner.
  • Switching to homogeneous operation for diagnosis reduces the fuel consumption of direct petrol injection, since homogeneous operation is less economical than shift operation.
  • Switching to homogeneous operation unnecessarily increases fuel consumption when there is no fault. It should be avoided as far as possible without worsening the discovery of emissions-related errors.
  • This desired effect is achieved with a method for diagnosing mixture formation in internal combustion engines with combustion chambers and with tank ventilation, in which the diagnosis is coupled to a mixture adaptation that only runs when the lambda control is active and in which outside the active lambda control an indication of a mixture or Probe error is detected by forming a suspected error with active tank ventilation and inactive mixture adaptation when a measure of the influence of tank ventilation on the mixture composition, which is formed under the assumption of an intact system, assumes implausible values, and when this suspicion exists, the mixture adaptation is requested in order to verify or falsify the suspicion if necessary.
  • the internal combustion engine is operated with direct gasoline injection into the combustion chambers.
  • Another measure provides that if there is an indication of a mixture or probe error (suspected error) during shift operation, a switchover to diagnostic operation for verification or falsification of the suspected error occurs in homogeneous operation.
  • Another measure provides for use with a control device for controlling a tank ventilation system (12) and further functions for achieving efficient combustion of the fuel / air mixture in the combustion chamber, the tank ventilation system 12 having an activated carbon filter 15 which is connected to the tank via corresponding lines or connections, the ambient air and the intake manifold of the internal combustion engine, and has a tank vent valve 16 arranged in the line to the intake manifold.
  • a pilot control value rk is formed for a fuel metering signal for fuel injection into at least one of the combustion chambers as a function of at least the rotational speed n and a signal ml about the amount of air sucked in by the internal combustion engine, with a mismatch of the amount of fuel to the amount of air in the signal Us maps an exhaust gas probe, from which a controller 2.3 forms a control manipulated variable fr, which reduces the mismatch by multiplying it with the pilot control value rk.
  • Another measure provides for the formation of an adaptation intervention fra on the fuel metering signal formation by forming an average value frm of the control manipulated variable fr and by correcting the fuel metering signal formation with an adaptation intervention variable fra based on the mean value mentioned.
  • Another measure provides that, in shift operation, there is no mixture adaptation, but tank ventilation does.
  • the influence of the regeneration gas with active tank ventilation on the aggregation of the total fuel / air ratio is derived from the signal of a lambda sensor, from which the
  • a further development provides that if the loading of the regeneration gas of the TE is outside a plausible range, the suspicion of error is set.
  • the invention also relates to an electronic control device for carrying out the method according to the above methods and further developments for the diagnosis of mixture formation.
  • the invention thus represents a method for diagnosing the mixture formation in internal combustion engines with tank ventilation, the diagnosis being coupled to the mixture adaptation and being able to run only when the lambda control is active.
  • the mixture adaptation therefore does not run, in particular, in operating modes of the internal combustion engine in which lambda is only controlled.
  • the method is characterized in that, outside of the active lambda control, an indication of a mixture or probe fault is also recognized in stratified or lean operation, in particular with BDE, but in principle also in lean operation with intake manifold injection. For this purpose, a suspected fault is formed when the tank ventilation is active and the mixture adaptation is not active. If a measure of the influence of the tank ventilation on the
  • Mixture composition that is formed assuming an intact system assumes implausible values, the mixture adaptation is requested in order to verify the suspicion if necessary.
  • the setting of a suspected error for the mixture in the TE is particularly advantageous in BDE engines, since it enables fault detection in both shift and homogeneous operation and thus enables the GA to be activated.
  • the GA in turn requires active lambda control, ie homogeneous operation, so it cannot be activated in shift operation and therefore cannot detect an error. Switching to homogeneous operation for diagnostic purposes only takes place if there is reason to suspect an error. An undesirable restriction of shift operation is avoided.
  • the 1 in FIG. 1 represents the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the inflow of air to the combustion chamber is controlled via an inlet valve 2.
  • the air is sucked in via a suction pipe 3.
  • the amount of intake air can be varied via a throttle valve 4, which is controlled by a control unit 5.
  • the control unit is supplied with signals about the driver's torque request, for example about the position of an accelerator pedal 6, a signal about the engine speed n from a speed sensor 7 and a signal about the amount ml of the intake air from an air flow meter 8 and a signal Us about the Exhaust gas composition and / or exhaust gas temperature supplied by an exhaust gas sensor 16.
  • Exhaust gas sensor 16 can be, for example, a lambda sensor, the Nernst voltage of which
  • the exhaust gas is passed through at least one catalytic converter 15, in which pollutants from the exhaust gas are converted and / or temporarily stored.
  • control unit 5 From these and possibly further input signals via further parameters of the internal combustion engine such as intake air and coolant temperature and so on, the control unit 5 forms output signals for setting the throttle valve angle alpha by means of an actuator 9 and for actuating one
  • Fuel injection valve 10 through which fuel is metered into the combustion chamber of the engine.
  • the Control unit controls the triggering of the ignition via an ignition device 11.
  • the throttle valve angle alpha and the injection pulse width ti are essential, coordinated manipulated variables for realizing the desired torque.
  • Another important manipulated variable for influencing the torque is the angular position of the ignition relative to the piston movement.
  • the determination of the manipulated variables for setting the torque is the subject of DE 1 98 51 990, which is to be included in the disclosure to this extent.
  • control unit controls a tank ventilation 12 and further functions to achieve efficient combustion of the fuel / air mixture in the combustion chamber.
  • the gas force resulting from the combustion is converted into a torque by pistons 13 and crank mechanism 14.
  • the tank ventilation system 12 consists of an activated carbon filter 18, which communicates with the tank 20, the ambient air 17 and the intake manifold of the internal combustion engine via corresponding lines or connections, a tank ventilation valve 19 being arranged in the line to the intake manifold.
  • the activated carbon filter 18 stores evaporating fuel in the tank 20.
  • the tank ventilation valve 19 is activated by the control unit 5
  • air is drawn from the environment 17 through the activated carbon filter, which releases the stored fuel into the air. This also as
  • Tank ventilation mixture or also referred to as regeneration gas fuel-air mixture influences the Composition of the mixture supplied to the internal combustion engine as a whole.
  • the proportion of fuel in the mixture is also determined by metering fuel via the fuel metering device 10, which is adapted to the amount of air drawn in.
  • the fuel drawn in via the tank ventilation system can correspond closely to a proportion of approximately one third to half of the total fuel.
  • Fig. 2 illustrates the formation of a
  • Fuel metering signal based on the signals from FIG. 1 and the functioning of an adaptation.
  • FIG. 2 shows the formation of the fuel metering signal.
  • Block 2.1 represents a map which is addressed by the speed n and the relative air filling rl and in which pilot control values rk for the formation of the fuel metering signals are stored.
  • the relative air filling rl is related to a maximum filling of the combustion chamber with air and thus to a certain extent indicates the fraction of the maximum combustion chamber or cylinder filling. It is essentially formed from the signal ml, rk corresponds to the fuel quantity assigned to the air quantity rl.
  • Block 2.2 shows the known multiplicative lambda control intervention.
  • a mismatch in the amount of fuel to the amount of air is shown in the signal Us of the exhaust gas probe.
  • a controller 2.3 forms the control manipulated variable fr, which reduces the mismatch via the intervention 2.2.
  • the metering signal for example a trigger pulse width for the injection valves, can already be formed from the signal corrected in this way in block 2.4.
  • Block 2.4 thus represents the conversion of the relative and corrected fuel quantity into a real control signal taking into account fuel pressure, injector geometry, etc.
  • Blocks 2.5 to 2.9 represent the known operating parameter-dependent mixture adaptation, which can have a multiplicative and / or additive effect.
  • the circle 2.9 should represent these 3 possibilities.
  • the switch 2.5 is opened or closed by the means 2.6, the means 2.6 being supplied with operating parameters of the internal combustion engine, such as temperature T, air mass ml and speed n. Means 2.6 in connection with the switch 2.5 thus enables an activation of the three mentioned adaptation options depending on the operating parameter range.
  • the formation of the adaptation intervention fra on the fuel metering signal formation ⁇ is illustrated by blocks 2.7 and 2.8. With switch 2.5 closed, block 2.7 forms the mean value frm of the control variable fr. Deviations of the mean value frm from the neutral value 1 are transferred from block 2.8 to the adaptation intervention variable fra.
  • the control manipulated variable fr initially approaches 1.05 due to a mismatch in the precontrol.
  • the deviation 0.05 from the value 1 is transferred from block 2.8 to the value fra of the adaptation intervention.
  • fra then goes to 1.05, with the result that fr goes back to 1.
  • the adaptation ensures that mismatches in the pilot control do not have to be corrected every time the operating point changes.
  • This adaptation of the adaptation size fra is carried out at high temperatures of the internal combustion engine, for example above a cooling water temperature of 70 ° Celsius with switch 2.5 then closed; Once adjusted, fra also acts on the formation of the fuel metering signal when switch 2.5 is open.
  • the solution according to the invention is based on the fact that, in shift operation, there is no mixture adaptation, but tank ventilation does.
  • the tank ventilation serves to equalize the pressure between the fuel tank and the environment, which is required, for example, when the fuel evaporates more due to heating or a decrease in the ambient pressure.
  • the input variables of this calculation are the measured intake air quantity, the fuel quantity allocated via the injection valves and the out the control duty cycle for the tank ventilation valve and other boundary conditions.
  • Regeneration gas amount a certain oxygen concentration in the exhaust gas.
  • the desired load is obtained by calculation.
  • This fuel component is the controlled variable of the tank ventilation, which is regulated to a setpoint to be specified as a function of the operating point. For example, 30% of the total amount of fuel should flow through the tank vent valve at a certain operating point, while the other 70% should be injected via fuel injection valves.
  • this proportion of fuel is limited to predetermined limit values as a function of the total amount of fuel, for example to 50%. If there is no error, these limit values are not reached.
  • a mixture or probe error outside the tank ventilation is interpreted as a loading of the regeneration gas when the tank ventilation is active. The actual load then does not match the calculated load. In this case the specified limit values can be reached. If, at the same time, the mixture control factor is not within a predetermined range around its normal position, this is interpreted as an indication of a mixture or probe fault and the fault is suspected. As soon as one of the limit values is reached, further opening of the tank ventilation valve is actively prevented.
  • the mixture control factor is the factor for the mixture deviation formed in the tank ventilation phase (control factor of the lambda control multiplied by the ratio of the actual lambda value to the lambda setpoint). From the deviation of this factor from its neutral value (one), the loading of the regeneration gas is adapted and thus the fuel share of the tank ventilation in the total fuel.
  • the mixture adaptation is requested. To activate it, switch to an operating mode with active lambda control, i.e. with BDE to homogeneous operation, and the tank ventilation is switched off. This ensures that an existing mixture error is adapted; if the adaptation values run against limit values, an error is entered. The previous suspicion is verified.
  • the suspected error is reset after the mixture has been adapted.

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren und eine elektronische Steuereinrichtung zur Diagnose der Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren mit Tankentlüftung, wobei die Diagnose an die Gemischadaption gekoppelt ist und nur bei aktiver Lambdaregelung laufen kann, insbesondere also nicht in Betriebsarten des Verbrennungsmotors, in denen Lambda nur gesteuert wird, bei welchem Verfahren außerhalb der aktiven Lambdaregelung ein Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler erkannt wird, indem ein Fehlerverdacht bei aktiver Tankentlüftung und nicht aktiver Gemischadaption gebildet wird, wenn ein Maß für den Einfluss der Tankentlüftung auf die Gemischzusammensetzung, das unter der Annahme eines intakten Systems gebildet wird, unplausible Werte annimmt, und bei dem dann, wenn dieser Verdacht vorliegt, die Gemischadaption angefordert wird, um den Verdacht ggf. zu verifizieren.

Description

VERFAHREN UND ELEKTRONISCHE STEUEREINRICHTUNG ZUR DIAGNOSE DER GEMISCHBILDUNG E INER BRENNKRAFTMASCHINE
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der
Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren mit Tankentlüftung.
Es ist bereits bekannt, bei der Regelung des
Kraftstoff/Luftverhältnisses für Verbrennungsmotoren eine Vorsteuerung mit einer Regelung zu überlagern. Weiter ist bekannt, aus dem Verhalten der Regelstellgröße weitere Korrekturgrößen abzuleiten um Fehlanpassungen der Vorsteuerung an veränderte Betriebsbedingungen zu kompensieren. Diese Kompensation wird auch als Adaption bezeichnet. Die US 4 584 982 beschreibt beispielsweise eine Adaption mit unterschiedlichen Adaptionsgrößen in verschiedenen Bereichen des Last/DrehzahlSpektrums eines Verbrennungsmotors . Die verschiedenen Adaptionsgrößen richten sich auf die Kompensation unterschiedlicher Fehler. Nach Ursache und Wirkung lassen sich drei Fehlerarten unterscheiden: Fehler eines Heißfilmluftmassenmessers wirken sich multiplikativ auf die Kraftstoffzumessung aus. Lecklufteinflüsse wirken additiv pro Zeiteinheit und Fehler bei der Kompensation der Anzugsverzögerung der Einspritzventile wirken additiv pro Einspritzung.
Nach gesetzlichen Vorschriften sollen abgasrelevante Fehler mit On Board Mitteln erkannt werden und gegebenenfalls soll eine Fehlerlampe aktiviert werden. Die Gemischadaption wird auch zur Fehlerdiagnose genutzt. Ist beispielsweise der Korrektureingriff der Adaption zu groß, deutet dies auf einen Fehler hin.
Die Diagnose des Kraftstoffversorgungssystems ist an die Gemischadaption gekoppelt . Diese kann nur bei aktiver Lambdaregelung laufen, insbesondere also nicht in Betriebsarten, in denen Lambda nur gesteuert wird (wie z.B. im Schichtbetrieb bei Benzindirekteinspritzung (BDE) , im nicht geregelten Magerbetrieb bei BDE und Saugrohreinspritzung) .
Für die Adaption wird daher in den Homogenbetrieb umgeschaltet und die Gemischadaption aktiviert.
Aus der DE 1 98 50 586 ist ein Motorsteuerungsprogramm bekannt, das die Umschaltung zwischen Schichtbetrieb und Homogenbetrieb steuert .
Im Schichtbetrieb wird der Motor mit einer stark geschichteten Zylinderladung und hohem Luftüberschuß betrieben, um einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Die geschichtete Ladung wird durch eine späte Kraftstoffeinspritzung erreicht, die im Idealfall zur
Aufteilung des Brennraums in zwei Zonen führt: Die erste Zone enthält eine brennfähige Luft-Kraftstoff-Gemischwolke an der Zündkerze. Sie wird von der zweiten Zone umgeben, die aus einer isolierenden Schicht aus Luft und Restgas besteht. Das Potential zur Verbrauchsoptimierung ergibt sich aus der Möglichkeit, den Motor unter Vermeidung von Ladungswechselverlusten weitgehend ungedrosselt zu betreiben. Der Schichtbetrieb wird bei vergleichsweise niedriger Last bevorzugt .
Bei höherer Last, wenn die Leistungsoptimierung im Vordergrund steht, wird der Motor mit homogener
Zylinderfüllung betrieben. Die homogene Zylinderfüllung ergibt sich aus einer frühen Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugvorganges . Als Folge steht bis zur Verbrennung eine größere Zeit zur Gemischbildung zur Verfügung. Das Potential dieser Betriebsart zur Leistungsoptimierung ergibt sich zum Beispiel aus der Ausnutzung des gesamten Brennraumvolumens zur Füllung mit brennfähigem Gemisch.
Hinsichtlich der Adaption existieren mehrere Einschaltbedingungen:
So muß beispielsweise die Mo ortemperatur die Einschalttemperaturschwelle erreicht haben und die La bdasonde muß betriebsbereit sein. Weiter müssen die aktuellen Werte von Last und Drehzahl in bestimmten
Bereichen liegen, in denen jeweils gelernt wird. Dies ist beispielsweise aus der US 4 584 982 bekannt. Weiterhin muß Homogenbetrieb vorliegen.
Die Erfindung zielt darauf, den Zeitraum, in dem der Motor verbrauchsoptimal im Schichtbetrieb gefahren werden kann, zu vergrößern. Die Umschaltung auf Homogenbetrieb zur Diagnose verringert den Verbrauchs orteil der Benzindirekteinspritzung, da der Homogenbetrieb verbrauchsungünstiger ist als der Schichtbetrieb. Eine Umschaltung in den Homogenbetrieb erhöht den Kraftstoffverbrauch daher dann, wenn kein Fehler vorliegt, unnötig. Sie soll soweit wie möglich vermieden werden, ohne die Entdeckung abgasrelevanter Fehler zu verschlechtern.
Diese gewünschte Wirkung wird mit einem Verfahren zur Diagnose der Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren mit Brennräumen und mit Tankentlüftung erzielt, bei dem die Diagnose an eine Gemischadaption gekoppelt ist, die nur bei aktiver Lambdaregelung läuft und bei dem außerhalb der aktiven Lambdaregelung ein Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler erkannt wird, indem ein Fehlerverdacht bei aktiver Tankentlüftung und nicht aktiver Gemischadaption dann gebildet wird, wenn ein Maß für den Einfluss der Tankentlüftung auf die Gemischzusammensetzung, das unter der Annahme eines intakten Systems gebildet wird, unplausible Werte annimmt, und bei dem dann, wenn dieser Verdacht vorliegt, die Gemischadaption angefordert wird, um den Verdacht ggf. zu verifizieren oder falsifizieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Verbrennungsmotor mit Benzindirekteinspritzung in die Brennräume betrieben wird.
Eine weitere Weiterbildung zeichet sich dadurch aus, daß der Verbrennungsmotor wenigstens in einer ersten Betriebsart mit geschichteter Gemischverteilung in den Brennräumen
(Schichtbetrieb) und einer zweiten Betriebsart mit homogener Gemischverteilung in den Brennräumen (Homogenbetrieb) betrieben wird und daß die Erkennung eines Hinweises auf einen Gemisch- oder Sondenfehler (Fehlerverdacht) außerhalb der aktiven Lambdaregelung im Schichtbetrieb stattfindet.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, daß bei im Schichtbetrieb erkanntem Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler (Fehlerverdacht) eine Umschaltung zu Diagnosezwecken zur Verifizierung oder Falsifizierung des Fehlerverdachtes in den Homogenbetrieb erfolgt .
Eine weitere Maßnahme sieht eine Verwendung mit einem Steuergerät zur Steuerung einer Tankentlüftungsanlage (12) sowie weiterer Funktionen zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches im Brennraum vor, wobei die Tankentlüftungsanlage 12 einen Aktivkohlefilter 15, der über entsprechende Leitungen beziehungsweise Anschlüsse mit dem Tank, der Umgebungsluft und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors verbunden ist, und ein in der Leitung zum Saugrohr angeordnetes Tankentlüftungsventil 16 aufweist.
Gemäß einer anderen Weiterbildung wird ein Vorsteuerwert rk für ein Kraftstoffzumesssignal zur Kraftstoffeinspritzung in wenigstens einen der Brennräume in Abhängigkeit von wenigstens der Drehzahl n und einem Signal ml über die von dem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge gebildet, wobei sich eine Fehlanpassung der Kraftstoffmenge an die Luftmenge im Signal Us einer Abgassonde abbildet, aus dem ein Regler 2.3 eine Regelstellgröße fr formt, die durch eine multiplikative Verknüpfung mit dem Vorsteuerwert rk die Fehlanpassung verringert. Eine weitere Maßnahme sieht eine Bildung eines Adaptionseingriffs fra auf die Kraftstoffzumeßsignalbildung durch Bildung eines Mittelwerts frm der Regelstellgröße fr und durch Korrektur der Kraftstoffzumeßsignalbildung mit einer auf dem genannten Mittelwert basierenden Adaptionseingriffsgröße fra vor.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, daß im Schichtbetrieb zwar keine Gemischadaption, wohl aber eine Tankentlüftung stattfindet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird der Einfluß des Regeneriergases bei aktiver Tankentlüftung auf die Zusammense zung des Gesamt-Kraftstoff/Luftverhältnisses aus dem Signal einer Lambdasonde abgeleitet, daraus die
Kraftstoffkonzentration (= Beladung) des Regeneriergases gelernt (adaptiert) , und der über das TEV eingeleitete Kraftstoffanteil wird mit folgenden Eingangsgrößen berechnet : - Abgassondensignal
- gemessene Ansaugluftmenge,
- über die Einspritzventile zugemessene Kraftstoffmenge
- aus dem Ansteuertastverhältnis für das Tankentlüftungsventil und weiteren Randbedingungen ableitbare Regeneriergasmenge.
Eine weitere Weiterbildung sieht vor, daß dann, wenn die Beladung des Regeneriergases der TE außerhalb eines plausiblen Bereichs liegt, der Fehlerverdacht gesetzt wird.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den oben genannten Verfahren und Weiterbildungen zur Diagnose einer Gemischbildung dar.
Damit stellt die Erfindung ein Verfahren zur Diagnose der Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren mit Tankentlüftung dar, wobei die Diagnose an die Gemischadaption gekoppelt ist und nur bei aktiver Lambdaregelung laufen kann. Die Gemischadaption läuft damit insbesondere nicht in Betriebsarten des Verbrennungsmotors, in denen Lambda nur gesteuert wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass außerhalb der aktiven Lambdaregelung ein Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler auch im Schicht- oder Magerbetrieb, insbesondere bei BDE, grundsätzlich aber auch im Magerbetrieb bei Saugrohreinspritzung erkannt wird. Dazu wird ein Fehlerverdacht bei aktiver Tankentlüftung und nichtaktiver Gemischadaption gebildet . Wenn dabei ein Maß für den Einfluss der Tankentlüftung auf die
Gemischzusammensetzung, das unter der Annahme eines intakten Systems gebildet wird, unplausible Werte annimmt, wird die Gemischadaption angefordert, um den Verdacht ggf. zu verifizieren.
Das Setzen eines Fehlerverdachts für das Gemisch in der TE ist insbesondere bei BDE-Motoren vorteilhaft, da es sowohl im Schicht- als auch im Homogenbetrieb eine Fehle erkennung und damit die Aktivierung der GA ermöglicht . Die GA benötigt ihrerseits eine aktive Lambdaregelung, d.h. Homogenbetrieb, kann also im Schichtbetrieb nicht aktiviert werden und somit keinen Fehler erkennen. Eine Umschaltung auf Homogenbetrieb nur zu Diagnosezwecken erfolgt nur bei begründetem Verdacht auf einen Fehler. Eine unerwünschte Einschränkung des Schichtbetriebes wird damit vermieden. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug zu den Figuren erläutert.
Fig 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung.
Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert den Brennraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors. Über ein Einlaßventil 2 wird der Zustrom von Luft zum Brennraum gesteuert . Die Luft wird über ein Saugrohr 3 angesaugt. Die Ansaugluftmenge kann über eine Drosselklappe 4 variiert werden, die von einem Steuergerät 5 angesteuert wird. Dem Steuergerät werden Signale über den Drehmomentwünsch des Fahrers, bspw. über die Stellung eines Fahrpedals 6, ein Signal über die Motordrehzahl n von einem Drehzahlgeber 7 und ein Signal über die Menge ml der angesaugten Luft von einem Luftmengenmesser 8 zugeführt und ein Signal Us über die AbgasZusammensetzung und/oder Abgastemperatur von einem Abgassensor 16 zugeführt. Abgassensor 16 kann beispielsweise eine Lambdasonde sein, deren Nernstspannung den
Sauerstoffgehalt im Abgas angibt . Das Abgas wird durch wenigstens einen Katalysator 15 geführt, in dem Schadstoffe aus dem Abgas konvertiert und/oder vorübergehend gespeichert werden.
Aus diesen und ggf . weiteren Eingangssignalen über weitere Parameter des Verbrennungsmotors wie Ansaugluft- und Kühlmitteltemperatur und so weiter bildet das Steuergerät 5 AusgangsSignale zur Einstellung des Drosselklappenwinkels alpha durch ein Stellglied 9 und zur Ansteuerung eines
Kraftstoffeinspritzventils 10, durch das Kraftstoff in den Brennraum des Motors dosiert wird. Außerdem wird durch das Steuergerät die Auslösung der Zündung über eine Zündeinrichtung 11 gesteuert.
Der Drosselklappenwinkel alpha und die Einspritzimpulsbreite ti sind wesentliche, aufeinander abzustimmende Stellgrößen zur Realisierung des gewünschten Drehmomentes . Eine weitere wesentliche Stellgröße zur Beeinflussung des Drehmomentes ist die Winkellage der Zündung relativ zur Kolbenbewegung. Die Bestimmung der Stellgrößen zur Einstellung des Drehmomentes ist Gegenstand der DE 1 98 51 990, die insoweit in die Offenbarung einbezogen sein soll .
Weiterhin steuert das Steuergerät eine Tankentlüftung 12 sowie weitere Funktionen zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches im Brennraum. Die aus der Verbrennung resultierende Gaskraft wird durch Kolben 13 und Kurbeltrieb 14 in ein Drehmoment gewandelt.
Die Tankentlüftungsanläge 12 besteht aus einem Aktivkohlefilter 18, der über entsprechende Leitungen beziehungsweise Anschlüsse mit dem Tank 20, der Umgebungsluft 17 und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors kommuniziert, wobei in der Leitung zum Saugrohr ein Tankentlüftungsventil 19 angeordnet ist.
Der Aktivkohlefilter 18 speichert im Tank 20 verdunstenden Kraftstoff . Bei vom Steuergerät 5 öffnend angesteuertem Tankentlüftungsventil 19 wird Luft aus der Umgebung 17 durch den Aktivkohlefilter gesaugt, der dabei den gespeicherten Kraftstoff an die Luft abgibt. Dieses auch als
Tankentlüftungsgemisch oder auch als Regeneriergas bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflußt die Zusammensetzung des dem Verbrennungsmotor insgesamt zugeführten Gemisches. Der Kraftstoffanteil am Gemisch wird im übrigen durch eine Zumessung von Kraftstoff über die Kraftstoffzumeßvorrichtung 10 mitbestimmt, die der angesaugten Luftmenge angepaßt ist. Dabei kann der über das Tankentlüftungssystem angesaugte Kraftstoff in Extremfällen einem Anteil von ca. einem Drittel bis zur Hälfte der Gesamtkraftstoff enge entspreche .
Fig. 2 verdeutlicht die Bildung eines
Kraftstoffzumesssignals auf der Basis der Signale aus Fig. 1 und die Funktionsweise einer Adaption.
FIG. 2 zeigt die Bildung des Kraftstoffzumesssignals . Block 2.1 stellt ein Kennfeld dar, das durch die Drehzahl n und die relative Luftfüllung rl adressiert wird und in dem Vorsteuerwerte rk für die Bildung der Kraftstoffzumesssignale abgelegt sind. Die relative Luftfüllung rl ist auf eine maximale Füllung des Brennraums mit Luft bezogen und gibt damit gewissermaßen den Bruchteil der maximalen Brennraum- oder Zylinderfüllung an. Sie wird im wesentlichen aus dem Signal ml gebildet, rk entspricht der zur Luftmenge rl zugeordneten Kraftstoffmenge.
Block 2.2 zeigt den bekannten multiplikativen Lambdaregeleingriff . Eineee Fehlanpassung der Kraftstoffmenge an die Luftmenge bildet sich im Signal Us der Abgassonde ab. Aus diesem formt ein Regler 2.3 die Regelstellgröße fr, die über den Eingriff 2.2 die Fehlanpassung verringert. Aus dem so korrigierten Signal kann im Block 2.4 bereits das Zumesssignal, beispielsweise eine Ansteuerimpulsbreite für die Einspritzventile gebildet werden. Block 2.4 repräsentiert damit die Umrechnung der relativen und korrigierten Kraftstoffmenge in ein reales Ansteuersignal unter Berücksichtigung von Kraftstoffdruck, Einspritzventilgeometrie etc.
Die Blöcke 2.5 bis 2.9 repräsentieren die bekannte betriebsparameterabhängige Gemischadaption die multiplikativ und/oder additiv wirken kann. Der Kreis 2.9 soll diese 3 Möglichkeiten repräsentieren. Der Schalter 2.5 wird vom Mittel 2.6 geöffnet oder geschlossen, wobei dem Mittel 2.6 Betriebsparameter des Verbrennungsmotors wie Temperatur T, Luftmasse ml und Drehzahl n zugeführt wird. Mittel 2.6 in Verbindung mit dem Schalter 2.5 erlaubt damit eine betriebsparameterbereichsabhängige Aktivierung der drei genannten Adaptionsmöglichkeiten. Die Bildung des Adaptionseingriffs fra auf die Kraftstoffzumeßsignalbildung ■ wird durch die Blöcke 2.7 und 2.8 veranschaulicht. Block 2.7 bildet bei geschlossenem Schalter 2.5 den Mittelwert frm der Regelstellgröße fr. Abweichungen des Mittelwerts frm vom neutralen Wert 1 werden vom Block 2.8 in die Adaptionseingriffsgröße fra übernommen. Beispielsweise gehe die Regelstellgrösse fr aufgrund einer Fehlanpassung der Vorsteuerung zunächst gegen 1,05. Die Abweichung 0,05 vom Wert 1 wird vom Block 2.8 in den Wert fra des Adaptionseingriffs übernommen. Bei einem multiplikativen fra-Eingriff geht dann fra gegen 1,05 mit der Folge, dass fr wieder gegen 1 geht. Die Adaption sorgt damit dafür, dass Fehlanpassungen der Vorsteuerung nicht bei jedem Betriebspunktwechsel erneut ausgeregelt werden müssen. Diese Anpassung der Adaptionsgroße fra wird bei hohen Temperaturen des Verbrennungsmotors, beispielsweise oberhalb einer Kühlwassertemperatur von 70°Celsius bei dann geschlossenem Schalter 2.5 durchgeführt; einmal angepasst, wirkt fra aber auch bei offenem Schalter 2.5 auf die Bildung des Kraftstoffzumesssignals ein.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert darauf, dass im Schichtbetrieb zwar keine Gemischadaption, wohl aber eine Tankentlüftung stattfindet .
Die Tankentlüftung dient dem Druckausgleich zwischen Kraftstoffbehälter und Umgebung, der beispielsweise bei vermehrter Ausdampfung des Kraftstoffs aufgrund von Erwärmung oder Abnahme des Umgebungsdrucks erforderlich ist. Der im Kraftstoffdampf enthaltene Kraftstoff wird in einem Aktivkohlefilter (AKF) absorbiert, das aufgrund seiner begrenzten Aufnahmekapazität regelmäßig entleert werden muss . Dies geschieht durch Zufuhr des gespeicherten Kraftstoffs (=Regeneriergas) zur Verbrennung über das Tankentlüftungsventil (TEV) .
Dabei kann auf der Basis des Einflusses des Regeneriergases auf die Zusammensetzung des Gesamt- Kraftstoff/Luftverhältnisses, die aus dem Signal einer
Lambdasonde ableitbar ist, die Kraftstoffkonzentration (=
Beladung) des Regeneriergases adaptiert und der über das TEV eingeleitete Kraftstoffanteil berechnet werden.
Eingangsgrößen dieser Berechnung sind neben dem Lambdasondensignal die gemessene Ansaugluftmenge, die über die Einspritzventile zugemessene Kraftstoffmenge und die aus dem Ansteuertastverhältnis für das Tankentlüftungsventil und weiteren Randbedingungen ableitbare Regeneriergasmenge. Eine bestimmte (bekannte) Ansaugluftmenge und eine bestimmte
(bekannte) , über die Einspritzventile zugemessene Kraftstoffmenge ergibt in Verbindung mit einer bestimmten
(bekannten) Regeneriergasmenge und einem bestimmten
(unbekanntem) Kraftstoffdampfanteil an der
Regeneriergasmenge eine bestimmte Sauerstoffkonzentration im Abgas . Bei durch Messung mit einer Abgassonde gemessener (bekannter) Sauerstoffkonzentration ergibt sich damit die gesuchte Beladung durch Berechnung.
Wenn die so ermittelte Beladung des Regeneriergases der TE außerhalb eines plausiblen Bereichs liegt, wird erfindungsgemäß ein Fehlerverdacht gesetzt .
Mit der bestimmten Beladung des Regeneriergases wird der Kraftstoffanteil der Tankentlüftung an der Gesamtkraftstoffmenge bestimmt . Dieser Kraftstoffanteil ist die Regelgröße der Tankentlüftung, die auf einen arbeitspunktabhängig vorzugebenden Sollwert geregelt wird. Beispielsweise sollen in einem bestimmten Betriebspunkt möglicherweise 30% der Gesam kraf stoffmenge über das Tankentlüftungsventil fließen, während die anderen 70% über Kraftstoffeinspritzventile eingespritzt werden.
Darüberhinaus wird dieser Kraftstoffanteil auf vorbestimmte Grenzwerte in Abhängigkeit von der Gesamtkraftstoffmenge beschränkt, bspw. auf 50%. Liegt kein Fehler vor, werden diese Grenzwerte nicht erreicht. Ein außerhalb der Tankentlüftung vorliegender Gemisch- oder Sondenfehler wird bei aktiver Tankentlüftung als Beladung des Regeneriergases interpretiert . Die tatsächliche Beladung stimmt dann nicht mit der berechneten Beladung überein. In diesem Fall können die genannten Grenzwerte erreicht werden. Liegt gleichzeitig der Gemischregelfaktor nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches um seine Normallage, so wird dies als Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler gewertet und der Fehlerverdacht gesetzt . Sobald einer der Grenzwerte erreicht wird, wird ein weiteres Öffnen des Tankentlüftungsventils aktiv verhindert.
Der Gemischregelfaktor ist der in der Tankentlüftungsphase gebildete Faktor für die Gemischabweichung (Regelfaktor der Lambdaregelung multipliziert mit dem Verhältnis des Lambda- Istwerts zum Lambda-Sollwert) . Aus der Abweichung dieses Faktors von seinem Neutralwert (Eins) wird die Beladung des Regeneriergases adaptiert und damit der Kraftstoffanteil der Tankentlüftung am Gesamtkraftstoff.
Zur Verdeutlichnung sei der Fall von Leckluft betrachtet, die ein fehlerhaft zu mageres Gemisch zur Folge hat . Dies führt zu einer fortgesetzten rechnerischen Abnahme der Beladung des Regeneriergases und somit auch des Kraftstoffanteils der Tankentlüftung. Die Tankentlüftung stellt damit eine zunehmende Abweichung des Ist- vom Sollkraftstoffanteil fest und öffnet infolgedessen das Tankentlüftungsventil weiter. Somit wird der untere der genannten Grenzwerte erreicht und bei fortgesetzt zu magerem Gemisch, das nicht innerhalb eines Bereichs um seine Neutrallage steht, der Fehlerverdacht gesetzt. Um einen weiteren Störeinfluss zu verhindern, wird ein weiteres Öffnen des Tankentlüftungsventils bei Erreichen des Grenzwerts nicht zugelassen.
Bei gesetztem Fehlerverdacht wird die Gemischadaption angefordert, zu deren Aktivierung auf eine Betriebsart mit aktiver Lambdaregelung, bei BDE also auf Homogenbetrieb, umgeschaltet und die Tankentlüftung ausgeschaltet wird. Damit wird erreicht, dass ein vorhandener Gemischfehler adaptiert wird; laufen die Adaptionswerte dabei gegen Grenzwerte, so erfolgt ein Fehlereintrag. Der vorherige Verdacht ist damit verifiziert.
Bei gesetzem Fehlerverdacht ist von einem falsch adaptierten Wert der Beladung des Regeneriergases auszugehen. In diesem Fall wird nach einem betriebsbedingt erfolgten Schliessen des Tankentlüftungsventils vor dem nächsten Öffnen die Beladung auf einen Neutralwert zurückgesetzt.
Der Fehlerverdacht wird nach erfolgter Gemischadaption zurückgesetzt .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Diagnose der Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren mit Brennräumen und mit Tankentlüftung, wobei die Diagnose an eine Gemischadaption gekoppelt, die nur bei aktiver Lambdaregelung läuft, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der aktiven Lambdaregelung ein Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler erkannt wird, indem ein Fehlerverdacht bei aktiver Tankentlüftung und nicht aktiver Gemischadaption gebildet wird, wenn ein Maß für den Einfluss der Tankentlüftung auf die
Gemischzusammensetzung, das unter der Annahme eines intakten Systems gebildet wird, unplausible Werte annimmt, und bei dem dann, wenn dieser Verdacht vorliegt, die Gemischadaption angefordert wird, um den Verdacht ggf. zu verifizieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mit Benzindirekteinspritzung in die Brennräume betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor wenigstens in einer ersten Betriebsart mit geschichteter Gemischverteilung in den Brennräumen (Schichtbetrieb) und einer zweiten Betriebsart mit homogner Gemischverteilung in den Brennräumen (Homogenbetrieb) betrieben wird und daß die Erkennung eines Hinweises auf einen Gemisch- oder Sondenfehler (Fehlerverdacht) außerhalb der aktiven Lambdaregelung im Schichtbetrieb stattfindet .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei im Schichtbetrieb erkanntem Hinweis auf einen Gemischoder Sondenfehler (Fehlerverdacht) eine Umschaltung zu Diagnosezwecken zur Verifizierung oder Falsifizierung des Fehlerverdachtes in den Homogenbetrieb erfolgt .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung mit einem Steuergerät zur Steuerung einer Tankentlüftungsanlage (12) sowie weiterer Funktionen zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraf stoff/Luf gemisches im Brennraum, wobei die Tankentlüftungsanlage 12 einen Aktivkohlefilter 15, der über entsprechende Leitungen beziehungsweise Anschlüsse mit dem Tank, der Umgebungsluft und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors verbunden ist, und ein in der Leitung zum Saugrohr angeordnetes Tankentlüftungsventil 16 aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ein Vorsteuerwert rk für ein Kraftstoffzumesssignal zur Kraftstoffeinspritzung in wenigstens einen der Brennräume in Abhängigkeit von wenigstens der Drehzahl n und einem Signal ml über die von dem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge gebildet wird, wobei sich eine Fehlanpassung der Kraftstoffmenge an die Luftmenge im Signal Us einer Abgassonde abbildet, aus dem ein Regler 2.3 eine Regelstellgröße fr formt, die durch eine multiplikative Verknüpfung mit dem Vorsteuerwert rk die Fehlanpassung verringert .
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Bildung eines Adaptionseingriffs fra auf die
Kraftstoffzumeßsignalbildung durch Bildung eines Mittelwerts frm der Regelstellgröße fr und durch Korrektur der
Kraftstoffzumeßsignalbildung mit einer auf dem genannten Mittelwert basierenden Adaptionseingriffsgröße fra.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schichtbetrieb zwar keine
Gemischadaption, wohl aber eine Tankentlüftung stattfindet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß des Regeneriergases bei aktiver Tankentlüftung auf die Zusammensetzung des Gesamt-
Kraftstoff/Luftverhältnisses aus dem Signal einer Lambdasonde abgeleitet wird, daraus die
Kraftstoffkonzentration (= Beladung) des Regeneriergases gelernt (adaptiert) wird und der über das TEV eingeleitete Kraftstoffanteil mit folgenden Eingangsgrößen berechent wird:
- Abgassondensignal
- gemessene Ansaugluftmenge,
- über die Einspritzventile zugemessene Kraftstoffmenge - aus dem Ansteuertastverhältnis für das
Tankentlüftungsventil und weiteren Randbedingungen ableitbare Regeneriergasmenge.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Beladung des Regeneriergases der Tankentlüftung außerhalb eines plausiblen Bereichs liegt, der Fehlerverdacht gesetzt wird. .
11. Elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 10.
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