DE60014803T2

DE60014803T2 - Abgasrückführungsfehlererkennungssystem

Info

Publication number: DE60014803T2
Application number: DE60014803T
Authority: DE
Inventors: David Karl Livonia Bidner; Douglas Raymond Plymouth Martin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: EP1076170A2; EP1076170A3; DE60014803D1; US6164270A; EP1076170B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuersystem mit der Fähigkeit, Störungen des Abgasrückführungssystems (AGR) zu erkennen, insbesondere solche, die durch sich anhäufende Ablagerungen oder durch andere Verstopfungen der AGR-Leitungen oder -Kanäle entstehen.
AGR-Systeme werden seit über einem Vierteljahrhundert in Fahrzeugmotoren eingesetzt. Solche Anlagen haben sich weiterentwickelt von bloßen unterdruckbetätigten Systemen zu neueren Vorrichtungen, die über Schrittmotoren oder Linear-Elektromagnete oder auch andere Vorrichtungen betätigt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Gesetzliche Vorschriften fordern, das Motorsteuerungen in modernen Kraftfahrzeugen in der Lage sein müssen, regelmäßig einen AGR-Ventil-Diagnoseprozeß zu starten, um eine unzureichende Funktion des AGR-Systems erkennen zu können. Eine solche unzureichende Funktion könnte durch Ablagerungen von Verbrennungsrückständen entstehen, oder durch Fehler in der Verkabelung oder an anderen mittragenden Untersystemen, die zum Betreiben des AGR-Ventils erforderlich sind. Im typischen Falle sammeln sich Ablagerungen auf der stromabwärtigen (kühleren) Seite der AGR-Leitung an. Die unverbrannten Kraftstoff- oder Ölkomponenten mit hohem Molekulargewicht in den Abgasen, die zu solchen Ablagerungen führen, bleiben zwar normalerweise in der Dampfphase auf der stromaufwärtigen Seite des AGR-Ventils, manchmal aber kondensieren sie beim Durchlaufen der Anlage.
Die US-Patentschriften 5,317,909 , 5,474,051 , 5,513,616 und 5,635,633 lehren eine AGR-Ventil-Diagnosemethode zur Erkennung von Verstopfungen, bei welchen das AGR-Ventil aus seiner normalen Arbeitsstellung heraus abwechselnd vollständig geschlossen und dann wieder bis in die normale Betriebsstellung geöffnet wird, d. h. bis in eine Position, die die Motorsteuerung anhand von Motorbetriebsvariablen bestimmt hat. Die unter diesen beiden Bedingungen in der Nähe des stromabwärtigen Auslasses des AGR-Ventils im System erzielten Drücke werden verglichen. Besteht nur wenig Einschnürung, dann liegt die Druckdifferenz zwischen dem AGR-Ventil in der normal geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung in einem vorgegebenen Bereich und ist relativ klein im Vergleich mit dem Verstopfungszustand. Diese bekannte AGR-Ventil-Diagnosemethode arbeitet in normalen Situationen, wo die Verstopfung nur allmählich zunimmt, zufriedenstellend. Wenn es aber plötzlich zu einer vollständigen Verstopfung des Systems kommt, z. B. aus solchen Gründen wie ein Totalausfall der AGR-Leitung, oder weil große Ablagerungsflocken die Öffnung auf einmal versperren, oder auch wegen künstlicher Verstopfung bei einem Emissionsabnahmeprüflauf, dann würde die Druckdifferenz zwischen der normal geöffneten und der geschlossenen AGR-Ventilstellung im normalen Bereich liegen und somit fälschlich die Unversehrtheit des Systems anzeigen.
Die US-Patentschriften 5317909 , 5474051 , 5513616 und 5635633 lehren außerdem, wie eine gültige Prüfung durchzuführen ist, d. h. zu überprüfen, daß die Motorbetriebsbedingungen im Verlauf des AGR-Ventil-Diagnosevorganges hinreichend stabil sind.
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme bekannter AGR-Diagnoseabläufe, indem sie nicht nur die Druckdifferenz am AGR-Ventil zwischen der normal geöffneten Ventilstellung und der geschlossenen Ventilstellung bewertet, um zu ermitteln, ob das System zwischen zwei Schwellenwerten liegt, die einen noch hinnehmbaren Verstopfungsgrad anzeigen, sondern auch den Druck bei in der Öffnungsstellung befindlichem AGR-Ventil mit noch einem dritten Schwellenwert vergleicht. Nähert sich der bei offenem AGR-Ventil gemessene Druck dem Abgasdruck, dann deutet dies auf eine starke Verstopfung und damit einen Fehler im System hin.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Motorsteuerung für einen Kraftfahrzeugmotor mit einem Einlaßsystem und einem Auslaßsystem gestellt, die mehrere Sensoren zur Messung von Motorbetriebsparametern beinhaltet, sowie ein AGR-Ventil, das eine kontrollierte Menge an Abgasen vom Auslaßsystem in das Einlaßsystem des Motors zurückströmen läßt. Eine in Wirkverbindung mit den Sensoren stehende Motorsteuerung betätigt das AGR-Ventil zu Diagnosezwecken so, daß es das AGR-Ventil für einen kurzen Zeitraum schließt. Die Drücke auf der stromabwärtigen Seite des AGR-Ventils jeweils in der normal geöffneten und in der geschlossenen Periode des Ventils werden dann verglichen. Die Differenz der Drücke zwischen dem Zustand bei offenem und demjenigen bei geschlossenem Ventil sollte größer als ein Schwellenwert 1 und kleiner als ein Schwellenwert 2 sein, um einen annehmbaren Mengenstrom anzuzeigen, d. h. eine minimale Verstopfung. Ist die Druckdifferenz dagegen hoch, d. h. übersteigt sie einen vorgegebenen Schwellenwert 2, dann zeigt sie damit einen Verstopfungszustand in der stromabwärtigen Leitung an, der über den vertretbaren Grenzen liegt. Die Analyse der Druckdifferenz allein identifiziert fehlerfrei nur solche Situationen, bei denen es allmählich zu Verschlechterungen kommt, und zwar bei typischen AGR-Ventil-Diagnoseintervallen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, daß durch die Prüfung, ob der Druck in derjenigen Phase der AGR-Ventildiagnose, in der das AGR-Ventil offen ist, nicht einen dritten Schwellenwert überschreitet, auch solche Situationen erkannt werden, in denen eine rasche oder drastische Zunahme der Verstopfung vorliegt.
Trifft eine beliebige der folgenden Bedingungen zu: 1) die Druckdifferenz ist kleiner als der Schwellenwert 1; 2) die Druckdifferenz ist größer als der Schwellenwert 2; oder 3) der Druck in der Einschaft-Phase übersteigt den Schwellenwert 3, wird der AGR-Diagnoseprozeß zur Fehlerbestätigung noch einmal wiederholt; gültig ist der Test, wenn sichergestellt ist, daß die Motorbetriebsbedingungen im Meßzeitraum hinreichend konstant waren; und wenn der Fehler erneut bestätigt ist und der Test gültig ist, wird in der Motorsteuerung ein Merker gesetzt, der eine Störung des AGR-Systems anzeigt.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Motors mit einem Steuersystem und Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Graphen des Druckes auf der stromabwärtigen Seite des AGR-Ventils, sowohl bei der normal geöffneten als auch bei geschlossener AGR-Ventilposition, sowie der Druckdifferenz als Funktion einer Verstopfung; und
3 ein Flußdiagramm, welches den Betrieb eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 1 dargestellt ist, erhält der Motor 56 Luft und Kraftstoff aus einem Einlaßsystem 50, wobei der Luftmengenstrom über eine Drosselklappe 52 gesteuert wird, und wobei die Verbrennungsprodukte den Motor über das Auslaßsystem 60 verlassen. Ein über eine Steuerung 78 gesteuertes AGR-Ventil 64 regelt den AGR-Strom vom Auslaßsystem 60 durch die stromaufwärtige AGR-Leitung 62, durch das AGR-Ventil 64 und dann durch die stromabwärtige AGR-Leitung 70 in das System 50. Ein Drucksensor 68, der erfindungsgemäß zur Fehlererkennung eingesetzt wird, ist in der stromabwärtigen Leitung 70 des AGR-Ventils 64 angeordnet. Der Ausgang des Drucksensors 68 wird der Steuerung 78 über eine Leitung 74 zugeführt.
In der stromabwärtigen Leitung 70 vom AGR-Ventil 64 her kann es zur Kondensation von unverbrannten Kraftstoff- oder Ölkomponenten mit hohem Molekulargewicht kommen, oder von Nebenprodukten derselben, und so zu einer Verstopfung 72 führen. Die Motorsteuerung 82 ist mit einer Fehleranzeigelampe 80 verbunden, die im Falle einer Fehlererkennung den Betreiber auf eine Fehlerbedingung und auf die Notwendigkeit von Wartungsarbeiten hinweist. Mehrere Sensoren 82 messen die verschiedenen Motorbetriebsparameter wie z. B. die Motorkühlwassertemperatur, den Luftmassestrom, die Drosselklappenstellung, den Zündzeitpunkt und andere, dem Fachmann geläufige und angesichts der vorliegenden Offenbarung denkbare Parameter. Die Steuerung 78 ist der Art von Motorsteuerungen, die ebenfalls dem Fachmann geläufig und angesichts der vorliegenden Offenbarung denkbar sind.
In 2 sind die vom Drucksensor 68 unter Testbedingungen gesammelten Druckdaten dargestellt, wenn zunehmend engere Drosseln an der Stelle 72 eingesetzt werden. Wenn die schwächste Drossel eingesetzt ist, wie in 2 dargestellt ist, ist die vom Sensor 68 gemessene Differenz der Gasdrücke (P_diff) einmal bei offenem AGR-Ventil 64 und einmal bei geschlossenem AGR-Ventil klein. Wenn dann zunehmend kleinere Drosselöffnungen in die Leitung 70 eingesetzt werden, so daß eine allmähliche Zustopfung der Leitung simuliert wird, dann steigt die Differenz zwischen den Drücken jeweils bei offenem und geschlossenem AGR-Ventil allmählich an. Mit weiter zunehmendem Verstopfungsgrad (der für den Testbedarf durch immer engere Drosseln im System simuliert wird), beginnt die Differenz P_diff zwischen den beiden Drücken, plötzlich scharf anzusteigen und überschreitet den als Schwelle 2 in 2 gekennzeichneten Schwellenwert. Tritt die Verstopfung allmählich auf, läßt ein Vergleich des Druckes mit der Schwelle 2 Verstopfungsprobleme erkennen. In dem Bereich der höchsten Drosselung in 2 dagegen, d. h. in dem Zustand der größten Verstopfung, fällt die Druckdifferenz wieder unter den Schwellenwert 2. Somit ist dieser Zustand nicht mehr unterscheidbar von dem Fall unwesentlicher Verstopfung (im linken Teil in 2). Diese Situation tritt in dem Falle ein, wo der Verstopfungszustand deutlich von einem hinnehmbaren Pegel auf einen fast vollständig verstopften Zustand ansteigt, und zwar innerhalb des Zeitraumes, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Iterationen des AGR-Ventil-Diagnoseprozesses verstreicht.
2 veranschaulicht des weiteren, daß der vom Drucksensor 68 in demjenigen Abschnitt des Diagnoseprozesses gemessene Druck, in dem das AGR-Ventil offen war, d. h. P_on, ansteigt, wenn die Drosselung hoch ist. Der vorliegenden Erfindung zufolge wird damit ein "Durchgehenlassen" eines fehlerhaften Systems dadurch verhindert, daß der gemessene Druck P_on mit einer Schwelle 3 verglichen wird, d. h. einem dritten Schwellenwert, der nur dann zutrifft, wenn das Ventil offen ist. Dieser Vergleich geht wie nachstehend beschrieben vor.
3 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebes eines Diagnoseprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Motorsteuerung 78 bestimmt, wann sie in den AGR-Ventil-Diagnoseprozeß 8 einsteigt. In diesem Zusammenhang wählt die Motorsteuerung 78 einen Motorbetriebszustand aus, in dem das AGR-Ventil wenigstens teilweise geöffnet ist. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Diagnoseprozesses 8 für das AGR-Ventil 64 werden Daten mehrfach gesammelt und dann ein Mittelwert gebildet. Die Schleife beginnt in Block 10, so daß die Blöcke 12 bis 20 n-mal durchlaufen werden. Bei Block 12 wird der Druck auf der stromabwärtigen Seite des AGR-Ventils 64 im Speicher der Steuerung 78 als P_on abgelegt. Als nächstes wird das AGR-Ventil 64 in Block 14 geschlossen. Einen bestimmten vorgegebenen Zeitraum nach dem Schließen des Ventils und der Stabilisierung des Drucksignals wird der Druck auf der stromabwärtigen Seite des AGR-Ventils 64 bei Block 16 im Speicher als P_off ("abgeschaltet") abgelegt. Dann wird in Block 18 das AGR-Ventil 64 in seine normale Betriebsstellung zurückgestellt. Bei Block 20 wird P_diff als P_on-P_off berechnet. Die Schritte 12 bis 20 werden n-mal wiederholt, und n Werte für P_on, P_off und P_diff werden in Block 21 ausgemittelt. Als nächstes wird in Block 22 P_diff mit P_thresh2 ("Schwelle 2") verglichen, und P_off wird mit P_thresh3 ("Schwelle 3") verglichen. Ist entweder P_thresh1 > P_diff > P_thresh2 oder P_off > P_thresh3, wird ein Fehlerzustand erkannt, und dieser Fehlerzustand muß in Block 26 noch einmal bestätigt werden. Wenn nicht, ist das System in Block 24 angenommen, und der Diagnoseprozeß wird gemäß den Vorgaben der Motorsteuerung 78 wiederholt. Wird dagegen ein Fehler erkannt, wird der Test in Block 28 validiert bzw. auf Gültigkeit geprüft, indem bestimmt wird, ob die Motorbetriebsbedingungen während des AGR-Ventil-Diagnosevorganges ausreichend stabil waren. Ist die Antwort bei Block 28 "nein" (ungültig), wird der Diagnoseprozeß bei Block 30 erneut durchgeführt. Ist die Antwort bei Block 28" ja" (gültig), dann wird ein Fehlercode in der Motorsteuerung 78 gesetzt, und eine entsprechende Fehlerkontrolleuchte 80 im Fahrgastraum leuchtet auf.

Claims

Verfahren zur Überwachung der Unversehrtheit eines AGR-Systems in einem Kraftfahrzeugmotor mit einem AGR-Ventil (64) und einer AGR-Leitung (62, 70) zur Leitung von Abgasen zu und von besagtem AGR-Ventil (64), folgende Schritte beinhaltend: Messen des Gasdruckes in besagter AGR-Leitung an einer Stelle stromunterhalb des AGR-Ventils (64), jeweils wenn sich das AGR-Ventil in einer offenen Stellung befindet, und wenn sich das AGR-Ventil in einer geschlossenen Stellung befindet; Bestimmen der Gasdruckdifferenz zwischen dem gemessenen Gasdruck bei offenem AGR-Ventil und dem gemessenen Gasdruck bei geschlossenem AGR-Ventil; und in dem Falle, daß die Gasdruckdifferenz entweder kleiner als ein erster Schwellenwert oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist, oder in dem weiteren Falle, daß der gemessene Gasdruck bei geschlossenem AGR-Ventil größer als ein dritter Schwellenwert ist, Setzen eines Merkers, der anzeigt, daß der Betrieb des AGR-Systems gestört ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Gasdruck in der AGR-Leitung periodisch im normalen Betrieb eines Fahrzeuges gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Werte für die besagten Schwellenwerte den Meßwerten eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter(s) entsprechend angepaßt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin, wenn eine Betriebsstörung des AGR-Systems erkannt wird, die Messungen wiederholt werden, um den Fehler zu bestätigen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin, wenn eine Betriebsstörung des AGR-Systems erkannt wird, eine Gültigkeitsprüfung durchgeführt wird, um festzustellen, ob der Motorbetrieb über den gesamten Verlauf der Messungen hinreichend stabil ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin besagte dritte Schwelle als barometrischer Druck minus eine Konstante berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zahl der Schleifen, über welche der besagte gemessene Gasdruckwert bei offenem AGR-Ventil, der besagte gemessene Gasdruckwert bei geschlossenem AGR-Ventil und die besagte gemessene Gasdruckwertdifferenz gesammelt und ausgemittelt werden, zwischen 5 und 20 liegt.
System zur Überwachung der Unversehrtheit eines AGR-Systems in einem Kraftfahrzeugmotor, folgendes beinhaltend: eine AGR-Leitung (62, 70) und Ventileinheit mit einem AGR-Ventil (64), einer stromaufwärtigen AGR-Leitung (62), welche sich zwischen einer Auslaßleitung (60) und dem AGR-Ventil (64) erstreckt, und einer stromabwärtigen AGR-Leitung (70), welche sich zwischen dem AGR-Ventil (64) und einem in Betriebsverbindung mit dem Motor stehenden Einlaßsystem (50) erstreckt; eine Motorsteuerung (78) zum Empfang von Eingängen von mehreren Motorsensoren (82) und zur Betätigung wenigstens des AGR-Ventils (64); einen Gasdrucksensor (68), der in die stromabwärtige AGR-Leitung (70) eingebaut ist, zur Erzeugung eines Signales mit einem zum Gasdruck innerhalb der stromabwärtigen AGR-Leitung (70) korrelierten Wert, wobei besagter Gasdrucksensor (68) mit besagter Motorsteuerung (78) verbunden ist; und einen in besagter Steuerung (78) angeordneten Prozessor zur abwechselnden Öffnung und Schließung des AGR-Ventils (64) und zur Speicherung der besagten Werte des Gasdruckes in der stromabwärtigen AGR-Leitung (70), wenn besagtes AGR-Ventil (64) offen ist, und wenn besagtes AGR-Ventil geschlossen ist; die Berechnung der Differenz der besagten Gasdrücke; und die Bestimmung, daß das AGR-System gestört ist, entweder in dem Falle, daß die Differenz zwischen den Gasdrücken kleiner als der erste Schwellenwert ist, oder daß die Differenz zwischen den Gasdrücken größer als der zweite Schwellenwert ist, oder aber in dem weiteren Falle, daß der Gasdruck bei geöffnetem AGR-Ventil den dritten Schwellenwert übersteigt.