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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Differenzdrucksensoren in Luftzuführungssystemen von Verbrennungsmotoren. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zur Diagnose von in Luftkanälen von Verbrennungsmotoren verbauten Differenzdrucksensoren.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2006 054 043 A1 sind in Verbrennungsmotoren verbaute Differenzdrucksensoren bekannt. Drücke sind thermodynamische Größen und können in Verbrennungsmotoren zu Temperatur- und/oder Massenerfassungen von durch eine Frischluftansauganlage und/oder durch eine Abgasausstoßanlage strömenden Gasen herangezogen werden. Diese werden in der Regel von einer Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors verwendet, um für einen bestimmten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors eine optimale Kraftstoffmenge in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzuspritzen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Diagnose eines in einem Luftkanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Differenzdrucksensors gemäß Anspruch 1 sowie eine Steuervorrichtung und ein Fahrzeug mit der Steuervorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Diagnose eines in einem Luftkanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Differenzdrucksensors angegeben, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Vorgeben eines Toleranzbereiches für ein Ausgangssignal des Differenzdrucksensors, innerhalb dessen eine vorbestimmte Druckdifferenz interpretiert werden soll; und
- – Ignorieren eines Fehlers, bei dem das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors aus dem Toleranzbereich fällt, wenn zum einen eine vorbestimmte Betriebssituation, in der an den Differenzdrucksensor die vorbestimmte Druckdifferenz als angelegt gilt, und zum anderen ein Stördruck in dem Luftkanal erfasst wird.
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Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Sensor in der Regel einer zu messenden physikalischen Größe ein definiertes elektrisches Signal zuordnet, so dass aus dem vom Sensor ausgegebenen elektrischen Signal umgekehrt ein Wert der zu messenden physikalischen Größe erkannt werden kann. Aufgrund von Toleranzen, die beispielsweise der Erfassung der physikalischen Größe selbst oder der anschließenden Aufbereitung des elektrischen Signals geschuldet sein können, gibt der Sensor jedoch nicht für einen bestimmten Wert der physikalischen Größe exakt einen bestimmten elektrischen Signalwert aus, der elektrische Signalwert liegt vielmehr innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs.
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Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Sensors kann an den Sensor die physikalische Größe mit einem definierten Wert angelegt und verifiziert werden, ob der Sensor innerhalb des Toleranzbereiches einen auf diesen definierten Wert erwarteten elektrischen Signalwert ausgibt oder nicht.
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Im Rahmen des angegebenen Verfahrens erkennt die Erfindung jedoch, dass ein Differenzdrucksensor in einem Luftkanal eines Verbrennungsmotors verschiedenen Störungen ausgesetzt sein kann. Ist die Störung bekannt, die die Funktion des Differenzdrucksensors beeinflusst und kann die Störung abgestellt werden, dann ist nicht der Differenzdrucksensor fehlerhaft. Eine eventuell fehlschlagende Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Differenzdrucksensors kann daher ignoriert werden.
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Im Sinne des angegebenen Verfahrens können Fehler des Differenzdrucksensors auf jede beliebige Weise ignoriert werden. Es ist nicht notwendig, dass der Fehler dabei selbst erfasst wird. So kann der Fehler zwar erfasst und danach verworfen werden, es ist aber auch möglich, unter der Voraussetzung, dass der Stördruck erfasst ist, eine eventuelle Prüfung des Differenzdrucksensors auf einen Fehler hin erst gar nicht zuzulassen.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist der Luftkanal Teil eines Niederdruck-Abgasrückführkanals in dem Verbrennungsmotor.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist der Stördruck ein durch eine Abgasabsauganlage in den Luftkanal eingebrachter Unterdruck. Eine derartige Störung ist ausschließlich temporär und kann gesichert als Fehler des Differenzdrucksensors ausgeschlossen werden, weil eine derartige Absauganlage in der Regel an das Fahrzeug zu Testzwecken beispielsweise zu einer Abgasuntersuchung angeschlossen wird. Ist der Luftkanal dabei der Niederdruck-Abgasrückführkanal in dem Verbrennungsmotor, so wird der durch die Absauganlage eingebrachte Unterdruck direkt an diesen Niederdruck-Abgasrückführkanal angelegt, so dass dieser Unterdruck die mit dem Differenzdrucksensor zu messenden Differenzdrücke im Niederdruck-Abgasrückführkanal für die Zeit während der Tests mit der Absauganlage verfälscht.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens liegt der Stördruck an einen weiteren Luftkanal an, der vom Luftkanal abzweigt, wobei der Stördruck vorliegt, wenn sich das Ausgangssignal mit einem Öffnungsgrad eines vom Luftkanal abzweigenden Luftkanals ändert. Der Öffnungsgrad kann beispielsweise durch einen Querschnitt des Luftkanals beeinflussende Stellglieder, wie Ventile oder Klappen verändert werden. Das Stellglied ist besonders bevorzugt eine Abgasklappe, die in einem Abgastrakt als weiteren Luftkanal angeordnet ist. Alternativ kann das Stellglied auch eine Frischluftdrossel vor einem Verdichter oder ein 3-Wege-Ventil auf einer Abgas- oder Frischluftseite sein. Der Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass der oben genannte Unterdruck, der an den vom Luftkanal abzweigenden Luftkanal angelegt ist, von der vorbestimmten Betriebssituation unabhängig ist. Es ist also egal, ob der Verbrennungsmotor läuft oder ob er stillsteht, der Differenzdrucksensor müsste bei Vorliegen des Stördruckes in jedem Fall bei einem an den weiteren Luftkanal angelegten Stördruck einen sich ändernden Differenzdruck im Luftkanal erfassen, wenn der Öffnungsgrad des weiteren Luftkanals durch das Stellglied verändert wird.
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Bevorzugt kann der Differenzdruck dabei über einem den Öffnungsgrad des Luftkanals beeinflussenden Stellglied abfallen. Das Stellglied kann in diesem Fall ein Ventil oder eine Klappe sein.
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Besonders bevorzugt wird die Abhängigkeit des Ausgangssignals vom Öffnungsgrad des vom Luftkanal abzweigenden Luftkanals mit wenigstens zwei verschiedenen Öffnungsgraden des Luftkanals über der zu messenden Druckdifferenz von vollständig geöffnet und vollständig geschlossen geprüft. In gleicher Weise kann auch bei einem vollständig geöffneten Luftkanal kein Druck im Luftkanal aufgebaut werden. Daher sollte der Luftkanal leicht verschlossen, aber dennoch noch durchlässig für ein den Luftkanal durchströmendes Gas sein, das den Druck aufbaut.
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In einer anderen Weiterbildung liegt die vorbestimmte Betriebssituation, in der an den Differenzdrucksensor die vorbestimmte Druckdifferenz als angelegt gilt, vor, wenn der Luftkanal massenstromfrei ist. Damit werden keine anderen Drücke im Luftkanal aufgebaut, so dass die vorbestimmte Druckdifferenz als Null angenommen werden kann. Diese vorbestimmte Druckdifferenz von Null kann dann nur durch den Stördruck von Null verändert werden.
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In einer besonderen Weiterbildung gilt der Luftkanal als massenstromfrei, wenn eine Drehzahl des Verbrennungsmotors Null ist. Auf diese Weise kann die vorbestimmte Betriebssituation ohne weitere sensortechnische Maßnahmen erfasst werden.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung gilt die Drehzahl des Verbrennungsmotors als Null, wenn der Verbrennungsmotor eine vorbestimmte Zeit still steht. Auf diese Weise kann ein eingeschwungener Zustand des Luftsystems des Verbrennungsmotors angenommen werden, bei dem gesichert auch keine Restgase aus einer Brennkammer des Verbrennungsmotors über den Luftkanal bewegt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere Recheneinheit, zur Diagnose eines in einem Luftkanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Differenzdrucksensors vorgesehen, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist:
- – einen Toleranzbereich für ein Ausgangssignal des Differenzdrucksensors, innerhalb dessen eine vorbestimmte Druckdifferenz interpretiert werden soll, vorzugeben; und
- – einen Fehler, bei dem das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors aus dem Toleranzbereich fällt zu ignorieren, wenn zum einen eine vorbestimmte Betriebssituation, in der an den Differenzdrucksensor die vorbestimmte Druckdifferenz als angelegt gilt, und zum anderen ein Stördruck in dem Luftkanal erfasst wird.
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Die angegebene Vorrichtung ist beliebig derart weiterbar, dass es eines der angegebenen Verfahren gemäß den Unteransprüchen ausführen kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine angegebene Vorrichtung.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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Die Erfindung betrifft auch Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der über eine Frischluftansauganlage mit Frischluft versorgt wird und über eine Abgasausstoßanlage verbranntes Abgas ausstößt; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines angegebenen Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Abgasausstoßanlage 4 und einer Frischluftansauganlage 6 zur Zuführung von Frischluft in den Verbrennungsmotor 2. Die Frischluftansauganlage 6 umfasst in der Zeichnung von links nach rechts gesehen einen Lufteinlass 8, einen Luftfilter 10, einen Heissfilmluftmassenmesser 12, eine Verzweigung 14, ein Verdichter 16, einen Kühler 18, ein Ventil 20 und eine Verzweigung 22. Dabei bedeutet ein Luftweg vom Lufteinlass 8 bis zum Verdichter 16 einen ersten Abschnitt 24, in dem die Frischluft ein vergleichsweise niedrigen Druck aufweist und ein Luftweg vom Verdichter 16 bis zum Verbrennungsmotor 2 einen zweiten Abschnitt 26, in dem die Frischluft einen vergleichsweise hohen Druck aufweist.
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Die Abgasausstoßanlage 4 im oberen Bereich der 1 enthält in der Zeichnung von rechts nach links eine Verzweigung 28, eine Abgasturbine 30, einen Oxidationskatalysator 32, einen Partikelfilter 34, eine Verzweigung 36, eine Abgasklappe 38 und einen Schalldämpfer 40. Dabei bedeutet ein Abgasweg vom Verbrennungsmotor 2 bis zu der Abgasturbine 30 einen Abschnitt 42, in dem ein Abgas einen vergleichsweise hohen Druck aufweist und ein Abgasweg von der Abgasturbine 30 bis zu dem Schalldämpfer 40 einen Abschnitt 44, in dem ein Abgas einen vergleichsweise niedrigen Druck aufweist. Es versteht sich, dass der Druck des Abgases längs des Abschnitts 44 auch schrittweise über die Abgasturbine 30, den Oxidationskatalysator 32 und den Partikelfilter 34 abgebaut werden kann, entsprechend den in diesen Elementen auftretenden Strömungswiderständen.
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Im linken Bereich der 1 befindet sich zwischen der Verzweigung 36 der Abgasausstoßanlage 4 und der Verzweigung 14 der Frischluftansauganlage 6 eine Niederdruck-Abgasrückführung 46. Die Niederdruck-Abgasrückführung 46 umfasst eine Einrichtung 48 sowie ein Niederdruck-Abgasrückführventil 50.
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Im rechten Bereich der 1 befindet sich zwischen der Verzweigung 28 der Abgasausstoßanlage 4 und der Verzweigung 22 der Frischluftansauganlage 6 eine Hochdruck-Abgasrückführung 52. Die Hochdruck-Abgasrückführung 52 umfasst eine Einrichtung 54 und ein Hochdruck-Abgasrückführventil 56. Die Einrichtungen 48 bzw. 52 umfassen vorliegend je einen nicht näher erläuterten Abgasrückführungskühler mit einem Bypass und einem Ventil.
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Im Betrieb des Verbrennungsmotors 2 durchströmt den Luftfilter 10 und den Heissfilmluftmassenmesser 12 eine Niederdruckfrischluft 58, die an der Verzweigung 14 mit einem über die Niederdruck-Abgasrückführung 46 zurückgeführten Niederdruckabgas 60 angereichert wird. Die angereicherte Niederdruckfrischluft 62 wird im Verdichter 16 verdichtet. Die verdichtete angereicherte Niederdruckfrischluft 64 wird im Abschnitt 22 mit einem zurückgeführten Hochdruckabgas 66 angereichert und als Hochdruckfrischluft 68 dem Verbrennungsmotor 2 zur Verbrennung eines Kraftstoffes zugeführt.
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Der Verbrennungsmotor 2 stößt als Resultat der Verbrennung ein Hochdruckabgas 70 aus, von dem im Abschnitt 28 das zurückgeführte Abgas 66 abgegriffen wird. Die Menge des zurückgeführten Abgases 66 wird dabei über das Hochdruck-Abgasrückführventil 56 eingestellt. Der Rest 72 des Hochdruckabgases 70 wird in der Abgasturbine 30 zu einem Niederdruckabgas 74 entspannt. Im Abschnitt 36 wird vom Niederdruckabgas 74 das zurückgeführte Niederdruckabgas 60 abgegriffen, während der Rest 76 des Niederdruckabgases 74 über einen Auspuff 78 ausgestoßen wird.
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In der vorliegenden Ausführung ist an den Verbrennungsmotor 2 mit der Abgasausstoßanlage 4 und der Frischluftansauganlage 6 eine Steuervorrichtung 80 angeschlossen. Die Steuervorrichtung 80 kann Teil einer dem Fachmann bekannten Motorsteuerung sein, die die Verbrennung im Verbrennungsmotor 2 steuert. Die Steuervorrichtung 80 kann aber auch eine extra Diagnoseeinrichtung sein, die an den Komponenten des Verbrennungsmotors 2 mit der Abgasausstoßanlage 4 und der Frischluftansauganlage 6 Funktionstüchtigkeitsdiagnosen durchführt.
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Die Steuervorrichtung 80 kann beispielsweise zur Erfassung einer Druckdifferenz 82 vorgesehen sein, die über dem Niederdruck-Abgasrückführventil 50 vorherrscht. Die Steuervorrichtung 80 dient damit als Messeinrichtung. Dies geschieht durch die Erfassung eines Druckes 84 des zurückgeführten Niederdruckabgases 60 vor dem Niederdruck-Abgasrückführventil 50 und eines Druckes 86 des zurückgeführten Niederdruckabgases 60 nach dem Niederdruck-Abgasrückführventil 50. Die beiden erfassten Drücke werden in der Steuervorrichtung 80 voneinander abgezogen, was zur zu erfassenden Druckdifferenz 82 führt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die vorliegende Ausführung rein exemplarisch ist, und dass ein Drucksensor die Differenzbildung auch selbst durchführen könnte.
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Zur Diagnose, ob die Erfassung des Differenzdruckes 82 auch korrekt funktioniert, kann die Steuervorrichtung 80 in einem bekannten Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2 den Differenzdruck 82 erfassen und überprüfen, ob der erfasste Differenzdruck einem erwarteten Differenzdruck entspricht.
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Als besonders geeignet hat sich dazu die Erfassung des Differenzdruckes 82 gezeigt, wenn der Verbrennungsmotor 2 ausgeschaltet ist und daher kein zurückgeführtes Niederdruckabgas 60 durch das Niederdruck-Abgasrückführventil 50 strömen dürfte. In diesem Fall ist zu erwarten, dass der Differenzdruck 82 gleich Null ist. Um Messfehler und andere Schwankungen bei der Erfassung des Differenzdruckes zu berücksichtigen, kann ein Toleranzbereich definiert werden, innerhalb dem der Differenzdruck 82 liegen muss, wenn der Verbrennungsmotor 2 ausgeschaltet ist.
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In 1 ist jedoch eine Situation dargestellt, in dem der Verbrennungsmotor 2 an einer Abgasabsauganlage 88 angeschlossen ist. Diese Abgasabsauganlage 88 saugt den Rest 76 des Niederdruckabgases 74 aus dem Auspuff 78 mittels eines Absaugmotors 90 ab und bringt so einen Druck in die Abgasausstoßanlage 4 ein, der die Messung des Differenzdrucks 82 verfälscht. Um zu vermeiden, dass die oben genannte Überprüfung, ob der erfasste Differenzdruck dem erwarteten Differenzdruck entspricht, zu einer unbeabsichtigten Fehlermeldung führt, wird in der vorliegenden Ausführung vorgeschlagen, eventuelle Ergebnisse der Überprüfung zu verwerfen oder die Überprüfung erst gar nicht durchzuführen.
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Zur Feststellung, ob an die Abgasausstoßanlage 4 eine Abgasabsauganlage 88 angeschlossen ist, wird in der vorliegenden Ausführung vorgeschlagen, einen zeitlichen Verlauf des Differenzdruckes 82 zu betrachten, wenn verschiedene Stellglieder in der Abgasausstoßanlage betätigt werden.
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Zunächst stellt die Steuervorrichtung 80 durch Ansteuerung des Niederdruck-Abgasrückführventil 50 sicher, dass dort auch der Differenzdruck 82 abfallen kann. Ist das Niederdruck-Abgasrückführventil 50 vollständig geöffnet, kann der Differenzdruck 82 nicht aufgebaut werden, weshalb eine Stellung des Niederdruck-Abgasrückführventils 50 zwischen leicht geöffnet und vollständig geschlossen gewählt werden sollte.
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Danach variiert die Steuervorrichtung 80 die Abgasklappe 38. Durch die Variation der Abgasklappe 38 dürfte sich bei stillstehendem Verbrennungsmotor 2 als oben genannten Betriebszustand keine Veränderung in der Druckdifferenz 82 zeigen, da keine Drücke in der Niederdruck-Abgasrückführung 46 aufgebaut werden können. Demgegenüber werden diese Drücke durch die Abgasabsauganlage 88 in die Niederdruck-Abgasrückführung 46 eingebracht, weshalb sich auch bei variierender Abgasklappe 38 der Differenzdruck ändert. In diesem Fall sollten Funktionstätigkeitsprüfungen zur Erfassung des Differenzdruckes verworfen oder nicht durchgeführt werden.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines angegebenen Verfahrens 90 zeigt.
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Zunächst wird in Schritt 92 ein Toleranzbereich 94 für die Druckdifferenz 82 vorgegeben, wenn der Verbrennungsmotor 2 ausgeschaltet ist.
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In Schritt 96 wird überprüft, ob der Verbrennungsmotor 2 ausgeschaltet ist, indem geprüft wird, ob eine Drehzahl 98 des Verbrennungsmotors 2 gleich Null ist. Ist die Drehzahl 98 gleich Null, so wird in Schritt 100 eine vorbestimmte Zeit gewartet um sicher einen eingeschwungenen Zustand am Verbrennungsmotor 2 zu erreichen.
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Anschließend wird in Schritt 102 die Druckdifferenz 82 in der oben beschriebenen Weise erfasst und in Schritt 104 mit dem Toleranzbereich 94 verglichen. Fällt die Druckdifferenz 82 nicht in den Toleranzbereich 94 wird ein Fehler 106 erzeugt, der nur ausgegeben wird, wenn in der oben beschriebenen Weise keine Abgasabsauganlage 88 an den Auspuff 78 angeschlossen ist. Dazu wird in Schritt 108 die Ausgabe einer Routine 110 geprüft, die in der oben beschriebenen Weise feststellt, ob die Abgasabsauganlage 88 an den Auspuff 78 angeschlossen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006054043 A1 [0002]
