DE10125166A1

DE10125166A1 - Verfahren zur Diagnose eines externen Abgasrückführungssystems

Info

Publication number: DE10125166A1
Application number: DE10125166A
Authority: DE
Inventors: Jens Drueckhammer; Heinz J Theuerkauf; Dirk Lichtenthaeler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines externen Abgasrückführungssystems einer Brennkraftmaschine. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass ein freier Durchlassquerschnitt einer Abgasrückführungsleitung, und somit ein Abgasmassenstrom der Abgasrückführung, anhand bekannter momentaner Betriebsparameter der Brennkraftmaschine geschätzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines externen Abgasrückführungssystems.

Abgasrückführungssysteme an Brennkraftmaschinen sind bekannt. Hierbei wird ein Teil des Abgases der Verbrennungskraftmaschine dem Verbrennungsprozess erneut zugeführt. Über eine ein Abgasrückführungsventil umfassende Abgasrückführungsleitung kann ein dem Verbrennungsprozess zugeführter Abgasmassenstrom eingestellt werden. Dieser Abgasmassenstrom wird im wesentlichen durch einen freien Durchlassquerschnitt der Abgasleitung und eine Ansteuerung des Abgasrückführungsventils bestimmt.

Wenn sich der effektive Querschnitt der Abgasrückführung durch Anlagerungen, Verschmutzungen, Beschädigungen oder sonstige Fehler reduziert, fließt ein geringerer Abgasmassenstrom durch die Abgasrückführung (nachfolgend auch AGR) ins Saugrohr. Dadurch ändert sich das Verhalten des Motors hinsichtlich Moment- und Abgasverhalten. Ein dadurch verursachter Anstieg der Abgasemissionen kann zu einer Überschreitung der gesetzlich vorgeschriebenen Abgasemissionen führen.

Bei bekannten Steuergeräten wird für die Diagnose der Abgasrückführung sowohl ein Luftmassensensor als auch ein Saugrohrdrucksensor benötigt. Für die Diagnose werden die Adaptionsfaktoren der AGR-Steuerung ausgewertet. Die Adaption wird auf der Basis einer Zustandsregelung mit Beobachter durchgeführt. Die beobachtete Größe dabei ist der Saugrohrdruck.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose einer externen Abgasrückführung zu schaffen, bei dem statt eines Saugrohrdrucksensors und eines Luftmassenmessers lediglich ein Luftmassensensor oder ein Saugrohrdrucksensor notwendig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, das einfach und zuverlässig funktioniert, mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem physikalischen Effekt, dass die Öffnung eines intakten AGR-Ventils eine Erhöhung des Saugrohrdrucks und eine damit verbundene Erhöhung der Gesamtluftmasse in den Brennräumen zur Folge hat. Die Frischluftmasse im Brennraum erhöht sich dabei in Abhängigkeit von den Gemischverhältnissen während der vorhergehenden Arbeitsspiele aber nur geringfügig.

Dieser Effekt wird dahingehend ausgenutzt, dass zum einen die Frischluftmasse aus den Daten der Einspritzregelung geschätzt wird und zum anderen die Gesamtluftmasse in den Brennräumen aus dem Saugrohrdruck und anderen Motorgrößen und Umgebungsbedingungen geschätzt wird. Die Differenz zwischen der geschätzten Gesamtluftmasse und der geschätzten Frischluftmasse in den Brennräumen ergibt einen Schätzwert für die durch die externe Abgasrückführung rückgeführte Luftmenge.

Somit lässt sich mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise die Größe eines effektiven Querschnitts der Abgasrückführung und somit die Funktion der externen Abgasrückführung ohne die Verwendung eines Luftmassensensors abschätzen. Eventuelle Fehler des externen Abgasrückführungssystems werden sicher erkannt.

Gemäß Anspruch 2 wird die geschätzte Abgasrückführmenge mit der für den jeweiligen Betriebszustand des Motors und die jeweilige Stellung des Abgasrückführstellers zu erwartenden Abgasrückführmenge verglichen. Dabei können neben dem Modell einer intakten Abgasrückführung auch die Modelle von Abgasrückführungen mit unterschiedlich stark reduziertem Querschnitt als Vergleichswerte herangezogen werden. Aus dem Vergleich der geschätzten Rückführmenge mit den verschiedenen Vergleichsmodellen wird jeweils ein effektiver Querschnitt der Abgasrückführung geschätzt.

Eine Eliminierung von eventuellen Offsets durch Mittelung des geschätzten Abgasmassenstroms bei geschlossener Abgasrückführung nach Anspruch 3 trägt zur Steigerung der Genauigkeit bei.

Zur Verbesserung der Genauigkeit empfiehlt sich auch, die jeweils geschätzten effektiven Querschnitte gemäß Anspruch 4 gewichtet zu mitteln, so dass die Werte, bei denen der Unterschied zwischen einer Abgasrückführung mit reduziertem Querschnitt und einer intakten Abgasrückführung besonders groß ist, stärker gewichtet werden als solche Werte, bei denen dieser Unterschied geringer ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den folgenden Unteransprüchen. Insbesondere durch das Einsetzen von Neuro-Modellen nach Anspruch 9 kann eine automatische Parametrierung der Diagnosefunktion bei geringem numerischen Rechenaufwand zur Ausführung der Diagnose erreicht werden, so dass die erfindungsgemäße Abschätzung des Querschnitts der Abgasrückführung auf einer Motor-ECU mit geringer Rechenleistung durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht der Diagnosefunktion;

Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm des in Fig. 1 enthaltenen Diagnose- Algorithmus und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der modellgestützten Schätzung des Abgasmassenstroms _L,AGR.

Die modellgestützte Schätzung des Abgasmassenstroms in Fig. 3 und der Diagnosealgorithmus in Fig. 2 stellen Details der in Fig. 1 dargestellten Gesamtfunktion dar.

Für die Schätzung des Abgasmassenstroms gemäß Fig. 3 wird die physikalische Tatsache verwendet, dass bei konstantem Druck im Saugrohr die in das Saugrohr einströmenden Luftmassenströme und die ausströmenden Luftmassenströme gleich sind. Mit dem Luftmassenstrom in die Zylinder _L,Zyl und dem bei Gemischverhältnissen von λ ≈ 1 mit dem Frischluftmassenstrom etwa identischen Luftmassenstrom durch die Drosselklappe _L,DK gilt für den Luftmassenstrom durch das AGR-Ventil _L,AGR:

Bei Gemischverhältnissen von λ < 1 muss der durch die Abgasrückführung rückgeführte Frischluftmassenstrom noch zusätzlich in den Modellen berücksichtigt werden.

Der Frischluftmassenstrom _L,DK wird aus den über eine annähernd stationäre Phase gemittelten Werten von Drehzahl n_VM, Kraftstoffmenge r_k und Luftverhältnis λ abgeschätzt (mit 10 ist ein Modell des Frischluftmassenstroms durch die Drosselklappe bezeichnet). Hierfür kann beispielsweise ein Statisches Neuronales Netz (SNN) der folgenden Form verwendet werden:

wobei U_λ,VK die Lambdaspannung einer Lambdasonde ist, welche sich im Rohabgasstrom, also vor einem eventuell vorhandenen Katalysator, befindet.

Der Gesamtluftmassenstrom in die Brennräume _L,DK wird aus den während eines dynamischen Fahrzyklus ermittelten annähernd statischen Werten des Saugrohrdrucks p_S, der Drehzahl n_VM und dem gemessenen oder im Steuergerät simulierten Abgasdruck p_A abgeschätzt (mit 12 ist ein Modell des Gesamtluftmassenflusses in die Zylinder bezeichnet). Hierfür kann beispielsweise ein Statisches Neuronales Netz (SNN) der folgenden Form verwendet werden:

Wie Fig. 1 zeigt, werden weiterhin Modelle der Abgasrückführung bei unterschiedlichem effektiven Querschnitt der Abgasrückführung benötigt. Die jeweiligen Abgasmassenströme durch die Abgasrückführung werden aus den während eines dynamischen Fahrzyklus ermittelten statischen Werten des Saugrohrdrucks p_S, der Stellung des Abgasrückführstellgliedes α_AGR und der Drehzahl n_VM, abgeschätzt. Für die Berechnung des Abgasmassenflusses durch die externe Abgasrückführung _{L,AGR_1} bei intakter Abgasrückführung (Modell 16) mit dem Querschnitt A_{AGR_1} kann beispielsweise ein Statisches Neuronales Netz (SNN) der folgenden Form verwendet werden:

_{L,AGR_1} = SNN(p_S, α_AGR, n_VM) (4)

Für die Berechnung des Abgasmassenflusses durch die externe Abgasrückführung _{L,AGR_2} mit einer Reduzierung des effektiven Querschnitts auf einen Wert A_{AGR_2} oberhalb der zu erkennenden Fehlergrenze (Modell 18) kann beispielsweise ein Statisches Neuronales Netz (SNN) der folgenden Form verwendet werden:

_{L,AGR_2} = SNN(p_S, α_AGR, n_VM) (5)

Für die Berechnung des Abgasmassenflusses durch die externe Abgasrückführung _{L,AGR_3} mit einer Reduzierung des effektiven Querschnitts auf einen Wert A_{AGR_3} unterhalb der zu erkennenden Fehlergrenze (Modell 20) kann beispielsweise ein Statisches Neuronales Netz (SNN) der folgenden Form verwendet werden:

_{L,AGR_3} = SNN(p_S, α_AGR, n_VM) (5)

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Schätzwert für den effektiven Querschnitt der Abgasrückführung _AGR durch Vergleich (24) des geschätzten Abgasmassenstroms _L,AGR mit den Vergleichswerten _{L,AGR_1}, _{L,AGR_2} und _{L,AGR_3} ermittelt. Für den i-ten Wert können beispielsweise die folgenden Beziehungen verwendet werden:

Wie Fig. 2 zeigt, wird zur Mittelung der Schätzwerte für den effektiven Querschnitt der Abgasrückführung _AGR noch ein Gewichtungsfaktor verwendet. Der i-te Gewichtungsfaktor könnte beispielsweise folgende Form haben:

f_{d_i} = (_{L,AGR_1_i} - _{L,AGR_2_i})² (8)

Der geschätzte effektive Querschnitt _AGR kann nun durch folgende Mittelung (26) über n Werte berechnet werden:

Für die Ausgabe einer Fehlermeldung 22 gemäß Fig. 1 muss dann nur noch überprüft werden, ob der geschätzte effektive Durchmesser der Abgasrückführung _AGR oberhalb oder unterhalb eines zur Erfüllung der Abgaszielwerte notwendigen minimalen effektiven Querschnitts A_{AGR_min} liegt.

Claims

1. Verfahren zur Diagnose eines externen Abgasrückführungssystems einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein freier Durchlassquerschnitt einer Abgasrückführungsleitung, und somit ein Abgasmassenstrom der Abgasrückführung, anhand bekannter momentaner Betriebsparameter der Brennkraftmaschine geschätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die durch die Abgasrückführung strömende Abgasmenge mit aus im Steuergerät vorhandenen Größen in Abhängigkeit des Lastpunktes geschätzt wird;
b) der Abgasmassenstrom in den Lastpunkten aus (a) für ein oder mehrere Vergleichswerte des AGR-Querschnitts bestimmt wird und
c) der effektive Querschnitt der Abgasrückführung durch Vergleich der nach (a) geschätzten Abgasmenge mit den nach (b) ermittelten Werten bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert der geschätzten Abgasmassenströme bei geschlossenem AGR-Ventil zur Offsetkompensation verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die für einzelne Lastpunkte geschätzten effektiven AGR-Querschnitte ein gewichteter Mittelwert gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung der Frischluftmasse im Zylinder die eingespritzte Kraftstoffmenge und ein auf der Basis von Abgassensoren bestimmtes Luftverhältnis, und eventuell weitere Größen, verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung der Gesamtluftmasse im Zylinder der Saugrohrdruck und die Motordrehzahl, und eventuell weitere Größen, verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung des Massenflusses bei einem bestimmten effektiven AGR-Querschnitt die AGR-Ventilposition, der Saugrohrdruck und eventuell weitere Größen verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasmassenstrom für mehrere effektive Querschnitte ermittelt wird und der Verlauf des Abgasmassenstroms in Abhängigkeit des effektiven AGR-Querschnitts durch Interpolation zwischen diesen Werten ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung des effektiven AGR-Querschnitts wenigstens ein Neuronaler Approximator eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung des effektiven AGR-Querschnitts Fuzzy-Techniken eingesetzt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung des effektiven AGR-Querschnitts mathematische Approximatoren eingesetzt werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schätzung des effektiven AGR-Querschnitts tabellierte Werte verwendet werden.