DE10043859A1 - Verfahren zur Diagnose der Gemischbildung - Google Patents

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren 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, DOLLAR A bei welchem Verfahren außerhalb der aktiven Lambdaregelung ein Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler erkannt wird, DOLLAR A 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, DOLLAR A und bei dem dann, wenn dieser Verdacht vorliegt, die Gemischadaption angefordert wird, um den Verdacht ggf. zu verifizieren.

Description

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 BDE, im nicht geregelten Magerbetrieb bei BDE und bei Saugrohreinspritzung).

Für die Adaption wird daher in den Homogenbetrieb umgeschaltet und die Gemischadaption aktiviert.

Aus der DE 198 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 Motortemperatur die Einschalttemperaturschwelle erreicht haben und die Lambdasonde 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 Verbrauchsvorteil der Benzindirekteinspritzung, da der Homogenbetrieb verbrauchsungünstiger ist als der 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 Wirkung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.

Im einzelnen stellt die Erfindung ein Verfahren zur Diagnose der Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren mit Tankentlüftung vor,
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,
welches Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass außerhalb der aktiven Lambdaregelung eine Hinweis auf einen Gemisch- oder Sondenfehler auch im Schicht- oder Magerbetrieb, insbesondere bei BDE, grundsätzlich aber auch im Magerbetrieb bei Saugrohreinspritzung 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.

Vorteile

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 Fehlererkennung 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 Drehmomentwunsch 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 12 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 198 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 Tankentlüftungsanlage 12 besteht aus einem Aktivkohlefilter 15, der über entsprechende Leitungen beziehungsweise Anschlüsse mit dem Tank, der Umgebungsluft und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors kommuniziert, wobei in der Leitung zum Saugrohr ein Tankentlüftungsventil 16 angeordnet ist.

Der Aktivkohlefilter 15 speichert im Tank 5 verdunstenden Kraftstoff. Bei vom Steuergerät 6 öffnend angesteuertem Tankentlüftungsventil 11 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 Gesamtkraftstoffmenge entsprechen.

Fig. 2 verdeutlicht die Bildung eines Kraftstoffzumessignals auf der Basis der Signale aus Fig. 1 und die Funktionsweise einer Adaption.

Fig. 2 zeigt die Bildung des Kraftstoffzumessignals. 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 Kraftstoff zumessignale 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. Eine 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 Zumessignal, 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 Adaptionsgröße 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 Kraftstoffzumessignals 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.

Wenn die 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. Darüberhinaus wird dieser Kraftstoffanteil auf vorbestimmte Grenzwerte in Abhängigkeit von der Gesamtkraftstoffmenge beschränkt. 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 das Gemisch 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.

Beurteilungsgröße für das Gemisch ist der in der Tankentlüftung 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 Verdeutlichung 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 gesetztem 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 (1)

1. Verfahren zur Diagnose der Gemischbildung bei Verbrennungsmotoren 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.