WO2007039391A1 - Diagnoseverfahren und vorrichtung für die steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Thomas Breitbach
Achim Friedel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D2041/227—Limping Home, i.e. taking specific engine control measures at abnormal conditions

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.
  • a method and a device for controlling an internal combustion engine in which, based on a lambda value, an actual variable is determined and compared with a desired value is known, for example, from DE 102 21 376. There, based on the comparison between the actual value and the desired value, a correction value for a control variable, in particular for an air mass signal and / or a fuel mass signal, is determined and stored.
  • an error is detected based on the comparison of two correction values.
  • an old, stored correction value is compared with a new correction value.
  • an error is detected when the correction value changes by more than a threshold since a previous determination. That is, in particular, it is checked whether the correction value has changed by more than a threshold since its last determination. This can cause an abrupt the correction value can be reliably detected. It is particularly advantageous if a time condition is taken into account, that is to say that the threshold value is predefined as a function of the time since the last determination or that the change in the correction value is weighted with time. Whereby only the time during which the internal combustion engine is operated is considered.
  • Errors in the area of Einspitzkomponenten, such as the injectors are detected particularly safe. It is particularly advantageous if an emergency driving operation is initiated in the event of a detected fault. This can for example be realized by the fact that the internal combustion engine is operated with significantly reduced power. It is particularly advantageous if the correction values are documented in the event of a detected error. This allows an inadmissible intervention in the controller to be detected and documented.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a diagram of the method according to the invention.
  • the internal combustion engine is designated. This is associated with at least one controller 110.
  • the actuator 110 By means of the actuator 110, the amount of air supplied to the internal combustion engine and / or the amount of fuel supplied to the internal combustion engine can be adjusted. It is preferably provided that an actuator 110 is assigned to each cylinder of the internal combustion engine. FIG. 1 shows only one of these actuators. This applies in particular to the actuators that influence the fuel metering.
  • the control signal A which is applied to the controller 110, is predetermined by a controller 120.
  • the controller 120 usually takes into account the driver's request and further operating parameters of the internal combustion engine, operating parameters of the vehicle and / or environmental conditions.
  • At least one sensor 130 is arranged on the internal combustion engine 100.
  • This sensor 130 provides a signal LI which characterizes the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the controller 120 provides a signal LS that characterizes the setpoint of a controller 140.
  • the controller, the signal LS of the controller 120 with respect to the setpoint and output signal LI of the sensor 130 is supplied as an actual value.
  • the controller 140 presets a correction value KN, with which a correction 150 is applied.
  • the correction value KN is preferably stored as a function of the operating state of the internal combustion engine.
  • the output KA of the correction 150 reaches the node 155 at the second input of the output signal of the controller 120 and at whose output the drive signal A for the actuator 110 is applied.
  • the controller 120 provides the output signal A depending on the operating condition and the driver's request and the actuator adjusts the amount of air or fuel to be supplied to the engine.
  • the lambda value of the exhaust gas is detected.
  • This lambda value indicates the actual lambda value LI of the exhaust gas.
  • the controller 120 presets the setpoint LS, which corresponds to the desired lambda value for this operating state. With ideal control, these values agree.
  • the individual components are subject to tolerances, this has the consequence that with the same drive signal different amounts of fuel and / or air quantities are metered. This in turn means that the actual lambda value LI deviates from the desired lambda value LS.
  • the controller 140 depending on the comparison between the actual and the desired lambda value, provides the correction value in such a way that the actual value approaches the desired value.
  • this correction value K is stored in a memory in the correction 150.
  • this correction value is determined and stored only in certain operating states. This makes it possible to use this correction value in other operating conditions and there also to perform a corresponding correction.
  • FIG. 1 is chosen merely by way of example; instead of the lambda value, other variables can also be supplied to the controller 140.
  • the injected or injected fuel quantity can be calculated and compared with the corresponding desired value of the control.
  • variables or quantities derived from the lambda signal and calculated using the lambda signal can also be supplied to the controller 140.
  • the amount of fuel can be increased and thus the power output of the internal combustion engine can be increased.
  • Such a manipulation can lead to engine damage.
  • Such unauthorized interventions are reliably detected by the inventive method described below.
  • the lambda control is preferably active in full-load operation and is designed as an adaptive learning function. That is, in full load operation, the correction values K are determined and stored in the correction 150. In this case, the correction value is determined based on the deviation of the actual value from the desired value.
  • These correction values or learned values are used in normal operation for correcting the injection quantity and / or the air quantity. Normally, the injection quantities or the air quantities change only relatively slowly due to tolerances or drift phenomena of the individual components, so that the correction values also change only slightly. On the other hand, if a strong change occurs within a short time, this is interpreted as an undesirable change caused, for example, by a fault, a fault and / or an unwanted manipulation. Such a change can for example be caused by a failure of an injector. Such a
  • both cases can be reliably detected and the vehicle can be transferred to a safe operating state.
  • To- the correction values are stored in the control unit during later read-out as proof of a manipulation performed.
  • the time course of the correction values is checked for plausibility. If the correction values change suddenly in the sense of an increasing injection quantity, it can be assumed that the system has been damaged or tampered with. This is preferably done only if an increase occurs at several operating points.
  • FIG. 2 shows the procedure according to the invention with reference to a flowchart.
  • the setpoint LS is determined by the controller 120.
  • the actual value LI is determined. This sensor is preferably provided by the sensor 130 or the actual value is calculated on the basis of the sensor signal.
  • the new correction value KN is calculated.
  • the difference D between the new correction value KN and a correction value KA calculated at an earlier point in time is formed.
  • this difference D is weighted with a time value T.
  • the subsequent query 250 checks whether the difference D is greater than a threshold value S. If this is not the case, the program continues with the usual control program in step 260.
  • step 270 If this is the case, that is to say a correction value has changed substantially, appropriate measures take place in step 270. It can be provided that an emergency driving operation is initiated, in which the internal combustion engine is operated with significantly reduced power. In extreme cases, this can lead to the internal combustion engine being shut down. Additionally or alternatively it can be provided that the correction values, in particular the old and the new correction value, are stored in a non-erasable memory. That is, by storing the correction values, a possible intervention, in particular its time, is documented.
  • Step 240 represents a particularly advantageous embodiment and may also be omitted. If the correction values are determined regularly at specific time intervals, this step can be omitted. That is, in a simplified embodiment, it is only checked whether the correction value K changes significantly between two determinations. Particularly advantageous is the embodiment shown in step 240 in which a temporal weighting takes place. This is done, for example, by weighting the change D with the time since the last detection of the correction value. In the In the simplest embodiment, the change is divided by the time T. Alternatively, it can also be provided that a greater change is permitted at longer time intervals than at short intervals of the determination of the correction values.
  • Another embodiment provides that errors are only recognized when the correction values abruptly change at several operating points.

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem ausgehend von einem Lambdawert eine Ist-Größe (LI) ermittelt und mit einer Sollgröße (LS) verglichen wird. Ausgehend von dem Vergleich wird ein Kor- rekturwert (KN) für eine Steuergröße (A) ermittelt und abgespeichert. Ein Fehler wird erkannt, wenn sich der Korrekturwert abrupt ändert.

Description

Beschreibung
Titel
DIAGNOSEVERFAHREN UND VORRICHTUNG FÜR DIE STEUERUNG EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bei dem ausgehend von einem Lambdawert eine Ist-Größe ermittelt und mit einer Sollgröße verglichen wird, ist beispielsweise aus der DE 102 21 376 bekannt. Dort wird ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Ist- und dem Sollwert ein Korrekturwert für eine Steuergröße, insbesondere für ein Luftmassensignal und/oder ein Kraftstoffmassensignal ermit- telt und abgespeichert.
Bei der Steuerung von Brennkraftmaschinen sind Komponenten, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden, auf Fehler zu überwachen. Fehler, bei denen erhöhte Emissionen oder eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine aufgrund einer erhöhten Kraftstoffzufuhr gelten als besonders problematisch.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ausgehend von dem Vergleich zweier Korrekturwerte ein Fehler erkannt wird. Insbesondere wird ein alter, abgespeicherter Korrekturwert mit einem neuen Korrekturwert verglichen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass be- stimmte Fehler plötzlich auftreten und damit zu einer abrupten Änderung des Korrekturwerts führen.
Deshalb ist es besonders vorteilhaft wenn ein Fehler erkannt wird, wenn sich der Korrekturwert seit einer vorhergehenden Ermittlung um mehr als einen Schwellenwert ändert. Das heißt insbesondere wird überprüft, ob der Korrekturwert sich seit seiner letzten Er- mittlung um mehr als einen Schwellenwert geändert hat. Dadurch kann eine abrupte An- derung des Korrekturwertes sicher erkannt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei eine Zeitbedingung berücksichtigt wird, das heißt, dass der Schwellenwert abhängig von der Zeit seit der letzten Ermittlung vorgegeben wird oder dass die Änderung des Korrekturwerts mit der Zeit gewichtet wird. Wobei lediglich die Zeit, während der die Brennkraftmaschine betrieben wird, berücksichtigt wird.
Durch eine solche Vorgehensweise können insbesondere unzulässige Eingriffe in die Steuerung erkannt werden, die zu einer Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine aufgrund einer erhöhten Einspritzmenge führen.
Besonders sicher werden Fehler im Bereich der Einspitzkomponenten, wie beispielsweise der Injektoren erkannt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einem erkannten Fehler ein Notfahrbetrieb eingeleitet wird. Dieser kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Brennkraftmaschine mit deutlich verringerter Leistung betrieben wird. Besonders vor- teilhaft ist es, wenn bei einem erkannten Fehler, die Korrekturwerte dokumentiert werden. Damit kann ein unzulässiger Eingriff in die Steuerung erkannt und dokumentiert werden.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Figur 2 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der Figur 1 sind wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm dargestellt. Mit 100 ist die Brennkraftmaschine bezeichnet. Dieser ist wenigstens ein Steller 110 zugeordnet. Mittels des Stellers 110 kann die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge und/oder die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge eingestellt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass jedem Zylinder der Brennkraftmaschi- ne ein Steller 110 zugeordnet ist. In der Figur 1 ist lediglich einer dieser Steller dargestellt. Dies gilt insbesondere für die Steller, die die Kraftstoffzumessung beeinflussen. Das Ansteuersignal A mit dem der Steller 110 beaufschlagt wird, wird von einer Steuerung 120 vorgegeben. Hierbei berücksichtigt die Steuerung 120 üblicherweise den Fahrerwunsch und weitere Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, Betriebskenngrößen des Fahrzeugs und/oder Umweltbedingungen. Ferner ist an der Brennkraftmaschine 100 wenigstens ein Sensor 130 angeordnet. Dieser Sensor 130 liefert ein Signal LI, das die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine charakterisiert. Die Steuerung 120 liefert ein Signal LS, dass den Sollwert eines Reglers 140 charakterisiert. Dem Regler werden das Signal LS der Steuerung 120 bezüglich des Sollwerts und Ausgangssignal LI des Sensors 130 als Ist-Wert zugeführt. Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert, einer Größe, die die Sauerstoffkonzentration im Abgas charakterisiert, gibt der Regler 140 einen Korrekturwert KN vor, mit dem eine Korrektur 150 beaufschlagt wird. In der Korrektur 150 wird der Korrekturwert KN vorzugsweise abhängig vom Betriebszustand der Brenn- kraftmaschine abgespeichert. Abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine gelangt das Ausgangssignal KA der Korrektur 150 zum Verknüpfungspunkt 155 an dessen zweiten Eingang des Ausgangssignal der Steuerung 120 und an dessen Ausgang das Ansteuersignal A für den Steller 110 anliegt.
Eine entsprechende Vorgehensweise ist beispielsweise in der DE 102 21 376, beschrieben. Die Steuerung 120 gibt das Ausgangssignal A abhängig vom Betriebszustand und dem Fahrerwunsch vor und der Steller stellt die der Brennkraftmaschine zuzuführende Luftmenge bzw. Kraftstoffmenge ein. Mittels des Sensors 130 wird der Lambdawert des Abgases erfasst. Dieser Lambdawert gibt den tatsächlichen Lambdawert LI des Abgases an. Die Steuerung 120 gibt den Sollwert LS vor, der dem für diesen Betriebszustand gewünschten Lambdawert entspricht. Bei einer idealen Steuerung stimmen diese Wert ü- berein. Üblicherweise sind die einzelnen Komponenten mit Toleranzen behaftet, dies hat zur Folge, dass bei gleichem Ansteuersignal unterschiedliche Kraftstoffmengen und/oder Luftmengen zugemessen werden. Dies führt wiederum dazu, dass der tatsächliche Lambdawert LI von dem gewünschten Lambdawert LS abweicht. Der Regler 140 gibt abhängig von dem Vergleich zwischen dem tatsächlichen und dem gewünschten Lambdawert den Korrekturwert derart vor, dass sich der Ist-Wert dem Sollwert annähert.
Vorzugsweise ist dieser Korrekturwert K in einem Speicher in der Korrektur 150 abgelegt. Üblicherweise wird dieser Korrekturwert nur in bestimmten Betriebszuständen ermittelt und abgespeichert. Dadurch ist es möglich, diesen Korrekturwert auch in anderen Betriebszuständen zu verwenden und dort ebenfalls eine entsprechende Korrektur durchzuführen. - A -
Die Ausfuhrungsform der Figur 1 ist lediglich beispielhaft gewählt, anstelle des Lamb- dawerts können auch andere Größen der Regelung 140 zugeführt werden. So kann beispielsweise ausgehend von dem Lambdawert und der Luftmenge die eingespritzte bzw. die einzuspritzende Kraftstoffmenge berechnet und dieses mit dem entsprechenden SoIl- wert der Steuerung verglichen werden. Dass heißt, es können auch aus dem Lambdasig- nal abgeleitete Größen oder Größen, die unter Verwendung des Lambdasignals berechnet wurden, der Regelung 140 zugeführt werden.
Durch Manipulation und/oder Fehler in der Steuerung kann die Kraftstoffmenge erhöht und damit die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine erhöht werden. Solch eine Manipulation kann zu Motorschäden führen. Solche unerlaubten Eingriffe werden mit dem im Folgenden beschriebenen erfmdungsgemäßen Verfahren sicher erkannt.
Die Lambdaregelung ist vorzugsweise im Volllastbetrieb aktiv und ist als adaptive Lern- funktion ausgebildet. Das heißt, im Volllastbetrieb werden die Korrekturwerte K ermittelt und in der Korrektur 150 abgespeichert. Dabei wird der Korrekturwert ausgehend von der Abweichung des Istwertes von dem Sollwert ermittelt. Diese Korrekturwerte bzw. Lernwerte werden im Normalbetrieb zur Korrektur der Einspritzmenge und/oder der Luftmenge verwendet. Üblicherweise verändern sich die Einspritzmengen bzw. die Luftmen- gen, auf Grund von Toleranzen oder Drift-Erscheinungen der einzelnen Komponenten nur relativ langsam, sodass sich die Korrekturwerte ebenfalls nur geringfügig verändern. Tritt dagegen innerhalb kurzer Zeit eine starke Veränderung auf, so wird dies als eine unerwünschte Veränderung interpretiert, die beispielsweise durch eine Störung, einen Fehler und/oder eine ungewünschte Manipulation verursacht ist. Eine solche Veränderung kann beispielsweise durch einen Ausfall eines Einspritzventils entstehen. Ein solcher
Ausfall wird beispielsweise durch eine Beschädigung eines mechanischen Teils des Injektors oder anderen Komponenten verursacht, die zu einer schlagartigen Veränderung der Einspritzmenge führen. Solche Veränderungen müssen sicher erkannt werden, da diese zu einer erhöhten Leistungsabgabe des Motors, Motorschäden und/oder zu einer erhöh- ten Emission von Schadstoffen, insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Partikeln, führen können. Wird die Steuerung mit dem Ziel der Leistungssteigerung manipuliert, so führt dies ebenfalls zu einer plötzlichen Änderung der Lernwerte.
Durch eine zeitliche Überwachung der Korrekturwerte lassen sich beide Fälle sicher er- kennen und das Fahrzeug kann in einen sicheren Betriebszustand überführt werden. Zu- dem werden die Korrekturwerte im Steuergerät abgespeichert beim späteren Auslesen als Nachweis für eine vorgenommene Manipulation verwendet.
Erfindungsgemäß wird der zeitliche Verlauf der Korrekturwerte auf Plausibilität geprüft. Verändern sich die Korrekturwerte sprunghaft im Sinne einer steigenden Einspritzmenge kann von einer Beschädigung des Systems oder einer Manipulation desselben ausgegangen werden. Vorzugsweise erfolgt dies nur, wenn ein Anstieg an mehreren Betriebspunkten auftritt.
In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Flussdiagramms dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird von der Steuerung 120 der Sollwert LS bestimmt. Im anschließenden Schritt 210 wird der Istwert LI ermittelt. Vorzugsweise wird dieser von dem Sensor 130 bereit gestellt bzw. es wird ausgehend von dem Sensorsignal der Ist-Wert berechnet. Anschließend in Schritt 220 wird der neue Korrekturwert KN be- rechnet. Im anschließenden Schritt 230 wird die Differenz D zwischen dem neuen Korrekturwert KN und einem zu einem früheren Zeitpunkt berechneten Korrekturwert KA gebildet. Im anschließenden Schritt 240 wird diese Differenz D mit einer Zeitgröße T gewichtet. Die anschließende Abfrage 250 überprüft, ob die Differenz D größer als ein Schwellwert S ist. Ist dies nicht der Fall, so setzt das Programm in Schritt 260 mit dem üblichen Steuerprogramm fort. Ist dies der Fall, das heißt ein Korrekturwert hat sich wesentlich geändert, so erfolgen in Schritt 270 entsprechende Maßnahmen. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Notfahrbetrieb eingeleitet wird, bei dem die Brennkraftmaschine mit deutlich verminderter Leistung betrieben wird. Im Extremfall kann dies dazu führen, dass die Brennkraftmaschine stillgelegt wird. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Korrekturwerte insbesondere der alte und der neue Korrekturwert in einem nicht löschbaren Speicher abgespeichert werden. Das heißt durch die Abspeicherung der Korrekturwerte wird ein möglicher Eingriff, insbesondere sein Zeitpunkt, dokumentiert.
Der Schritt 240 stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung vor/dar und kann auch weggelassen werden. Werden die Korrekturwerte regelmäßig in bestimmten Zeitabständen ermittelt, so kann dieser Schritt entfallen. Dass heißt bei einer vereinfachten Ausführung wird nur geprüft, ob sich der Korrekturwert K zwischen zwei Ermittlungen wesentlich ändert. Besonders vorteilhaft ist die in Schritt 240 dargestellte Ausführungsform bei dem eine zeitliche Wichtung erfolgt. Diese erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Ände- rang D mit der Zeit seit der letzten Erfassung des Korrekturwerts gewichtet wird. In der einfachsten Ausfuhrungsform wird die Änderung durch die Zeit T dividiert. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass bei größeren Zeitabständen, eine größere Änderung zugelassen wird als bei kurzen Abständen der Ermittlung der Korrekturwerte.
Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform sieht vor, dass erst dann auf Fehler erkannt wird, wenn die Korrekturwerte sich an mehreren Betriebspunkten abrupt ändern.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von einem Lambdawert eine Ist-Größe (LI) ermittelt und mit einer Sollgröße (LS) verglichen wird und dass ausgehend von dem Vergleich ein Korrekturwert (KN) für eine Steuer- große (A) ermittelt und abgespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn sich der Korrekturwert abrupt ändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler erkannt wird, wenn sich der Korrekturwert seit einer vorhergehenden Ermittlung um mehr als einen Schwellenwert (S) ändert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein unzulässiger Eingriff in die Steuerung erkannt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler im Bereich von
Einspritzkomponenten erkannt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erkannten Fehler ein Notfahrbetrieb eingeleitet wird und/oder dass bei einem erkannten Fehler die Korrekturwerte dokumentiert werden.
6. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die ausgehend von einem Lambdawert eine Ist-Größe (LI) ermitteln und mit einer Sollgröße (LS) vergleichen und die ausgehend von dem Vergleich einen Korrekturwert (KN) für eine Steuergröße (A) ermitteln und abspeichern, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die einen Fehler erkennen, wenn sich der Korrekturwert abrupt ändert.
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