DE102012213389B4 - Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1 bis Z4), denen jeweils ein Einspritzventil (18) zugeordnet ist, einem Abgastrakt (4), der einen Abgaskatalysator (21), eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator (21) angeordnete Lambdasonde (42) und eine stromabwärts des Abgaskatalysators (21) angeordnete Abgasklappe (24) umfasst, wobei – eine Zuordnungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal (MS1) der Lambdasonde (42) zylinderindividuelle Lambdasignale (LAM_I) zu ermitteln und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen (LAM_I) Lambdaabweichungssignale (D_LAM_I) für die jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zu ermitteln, bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale (LAM_I) gemitteltes Lambdasignal (LAM_MW), – ein Beobachter vorgesehen ist, der ein Sensormodell der Lambdasonde (42) umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale (D_LAM_I) eingangsseitig zugeführt werden und davon abhängig auf den jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_I) ermittelt werden, die repräsentativ sind für Abweichungen einer Gemischcharakteristik des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) von einer vorgegebenen Gemischcharakteristik, wobei die Zuordnungseinheit und/oder der Beobachter dazu ausgebildet sind, eine Signalabtastung (SAMP) auszuführen, die abhängt von einer angesteuerten Stellung der Abgasklappe, – eine Diagnoseeinheit vorgesehen ist, die zum Erkennen eines möglichen Fehlers im Bereich der Abgasklappe dazu ausgebildet ist, zeitlich korrelierend zu einer angesteuerten Veränderung der Stellung der Abgasklappe zu prüfen, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_I) oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert (THD) verändern und zwar innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer (TD) und abhängig von der Prüfung einen Diagnosewert (DIAG) zu ermitteln.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine einen Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde umfasst. In dem Abgastrakt ist ferner stromabwärts des Abgaskatalysators eine Abgasklappe angeordnet.
• Im Hinblick auf zunehmend strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schallemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, ist es erforderlich, entsprechende Maßnahmen vorzusehen, die dies gewährleisten. So kann beispielsweise diesbezüglich ein Beitrag geleistet werden durch eine geeignete Konstruktion der Brennkraftmaschine. Unterstützend werden zu diesem Zweck auch so genannte Abgasklappen eingesetzt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise die Abgasklappe in eine Schließstellung gebracht, insbesondere bei kleineren Drehzahlen, um einen Durchlassquerschnitt des Abgastrakts zu verringern. Dadurch kann ein niederfrequentes Dröhnen bei kleinen Drehzahlen verhindert werden. Bei höheren Drehzahlen wirkt sich der kleine Durchlassquerschnitt jedoch negativ auf das Motorverhalten aus, da der Abgasdruck mit zunehmendem Abgasmassenstrom ansteigt.
• Aus der DE 101 44 674 A1 ist ein Überprüfen einer Funktion einer Abgasklappe beschrieben. Um deren Funktion überprüfen zu können, wird die bei geöffneter Drosselklappe eingesaugte Luft gemessen und mit einem Modellwert verglichen. Für die Fehlerdiagnose an der Abgasklappe wird die Messung bei hoher Drehzahl durchgeführt.
• Aus der DE 10 2008 058 008 B3 ist eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bekannt, die eine Zuordnungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist abhängig von dem Messsignal einer Lambdasonde zylinderindividuelle Lambdasignale zu ermitteln und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen Lambdaabweichungssignale für die jeweiligen Zylinder zu ermitteln. Ferner ist ein Beobachter vorgesehen, der ein Sensormodell der Lambdasonde umfasst, der so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale eingangsseitig zugeführt werden und auf den jeweiligen Zylinder bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen repräsentativ sind für Abweichungen der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des jeweiligen Zylinders von einer vorgegebenen Charakteristik. Ferner ist eine Parameterdetektionseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen und in Reaktion darauf einen Detektionsparameter zu ermitteln, und abhängig von dem Detektionsparameter zu ermitteln, ob die Lambdasonde fehlerfrei oder fehlerhaft ist.
• In der DE 101 34 555 A1 ist zum genauen Schätzen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in jedem Zylinder einer Brennkraftmaschine für einen gewählten Betriebsmodus ein System beschrieben umfassend ein Abtastdaten-Wählmodul mit einem Modell, das ein Verhalten eines Abgaskrümmers beschreibt wobei das Abtastdaten-Wählmodul abgetastete Datenwerte eines Luft/Kraftstoff-Sensors auf Basis zumindest einer Motordrehzahl, der Motorlast und des gewählten Betriebsmodus auswählt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis jedes Zylinders aus der gewählten Abtastung auf der Basis des Modells und des Beobachters für den jeweiligen Betriebsmodus des Motors schätzt.
• Aus der DE 102 36 318 A1 ist eine Abgasklappe bekannt zum Verschließen eines Abgaskanals mit einer vom Abgasstrom unmittelbar angeströmten Verschlussplatte mit einem Strömungsumkehrelement am Schließbereich der Verschlussplatte.
• Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen Beitrag leistet zu einer einfachen Diagnose einer Abgasklappe.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist. Die Brennkraftmaschine hat ferner einen Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator, eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde und eine stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnete Abgasklappe umfasst. Eine Zuordnungseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal der Lambdasonde zylinderindividuelle Lambdasignale zu ermitteln und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen Lambdaabweichungssignale für die jeweiligen Zylinder zu ermitteln bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale gemitteltes Lambdasignal. Ferner ist ein Beobachter vorgesehen, der ein Sensormodell der Lambdasonde umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale eingangsseitig zugeführt werden und davon abhängig auf den jeweilige Zylinder bezogene Beobachterausgangsgrößen ermittelt werden, die repräsentativ sind für die Abweichungen einer Gemischcharakteristik des jeweiligen Zylinders von einer vorgegebenen Gemischcharakteristik. Die Gemischcharakteristik des jeweiligen Zylinders ist beispielsweise eine Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des jeweiligen Zylinders. Sie kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise auch eine Luftcharakteristik des jeweiligen Zylinders sein. Die Zuordnungseinheit und/oder der Beobachter sind dazu ausgebildet, eine Signalabtastung auszuführen, die abhängt von einer angesteuerten Stellung der Abgasklappe. Dabei kann beispielsweise ein Bezugspunkt, wie ein vorgegebener Kurbelwellenwinkel und/oder eine dazu korrelierend ermittelte Größe und/oder ein Abtastintervall abhängen von der angesteuerten Stellung der Abgasklappe.
• Ferner ist eine Diagnoseeinheit vorgesehen, die zum Erkennen eines möglichen Fehlers im Bereich der Abgasklappe dazu ausgebildet ist, zeitlich korrelierend zu einer angesteuerten Veränderung der Stellung der Abgasklappe zu prüfen, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert verändern und zwar innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer und abhängig von der Prüfung dann einen Diagnosewert zu ermitteln.
• Auf diese Weise kann einfach ein Beitrag geleistet werden, einen möglichen Fehler im Bereich der Abgasklappe zu erkennen, insbesondere ohne dass eine Lagerückmeldung durch beispielsweise einen entsprechenden Lagesensor von der Abgasklappe erforderlich ist. Darüber hinaus können so auch bereits vorhandene Komponenten beziehungsweise regelmäßig vorhandene Funktionalität im Rahmen einer Lambdaregelung und insbesondere einer zylinderindividuellen Lambdaregelung eingesetzt werden und so mit einfachen Mitteln eine Fehlererkennung durchgeführt werden.
• So wird in diesem Zusammenhang insbesondere die Erkenntnis genutzt, dass im Falle einer fehlerhaften Abgasklappe, was auch ihre Ansteuerung oder ihren Antrieb umfasst, durch die Abhängigkeit des Abtastintervalls von der angesteuerten Stellung der Abgasklappe eine unerwartete Änderung einer oder mehrerer der Beobachter-Ausgangsgrößen oder einer oder mehrerer von ihr abhängenden Kenngrößen auftritt und dies somit als Fehlerindikator genutzt werden kann. Dabei ist die vorgegebene Zeitdauer und der vorgegebene Schwellenwert geeignet vorgegeben und kann beispielsweise durch Versuche ermittelt werden. Er kann insbesondere so vorgegeben werden, dass eine im Wesentlichen sprunghafte Veränderung der genannten Größen zuverlässig detektiert werden kann.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet, im Falle eines Erkennens eines Fehlerverdachts im Rahmen der Prüfung zeitlich korrelierend zu der angesteuerten Veränderung der Abgasklappe ein weiteres Ansteuern zum Verändern der Abgasklappe zu unterbinden und dann in einem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zusätzlich zu prüfen, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als der vorgegebenen Schwellenwert verändern und zwar innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer und danach abhängig von der zusätzlichen Prüfung den Diagnosewert zu ermitteln.
• Auf diese Weise kann der Diagnosewert besonders zuverlässig ermittelt werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen und unter Berücksichtigung des vorgegebenen Störmusters die Prüfung beziehungsweise die zusätzliche Prüfung durchzuführen. Auf diese Weise kann auch in einem Fall, in dem das tatsächliche Verhalten der Einspritzventile komplett gleichgestellt ist, ein Fehler der Abgasklappe besonders zuverlässig erkannt werden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
• 2 ein erstes Blockschaltbild eines ersten Teils der Steuervorrichtung,
• 3 ein zweites Blockschaltbild eines zweiten Teils der Steuervorrichtung und
• 4 ein Ablaufdiagramm eines Programms.
• Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und je Zylinder Z1 bis Z4 ein Ansaugrohr 7, das hin zu dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
• Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18, das als Direkt-Einspritzventil angeordnet ist, und eine Zündkerze 19, die dem jeweiligen Zylinder Z1 zugeordnet sind. Zusätzlich kann jeweils ein Indirekt-Einspritzventil in dem Ansaugrohr 7 angeordnet sein. Im Falle des Vorhandenseins sowohl eines Direkt-Einspritzventils als auch eines Indirekt-Einspritzventils kann je nach Betriebsmodus der Brennkraftmaschine entweder nur mittels des Direkt-Einspritzventils oder nur mittels des Indirekt-Einspritzventils oder mittels einer Kombination aus beiden Kraftstoff für die jeweilige Verbrennung in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine zugemessen werden.
• In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Ferner ist in dem Abgastrakt 4 beispielsweise ein weiterer Abgaskatalysator 23 angeordnet, der beispielsweise als NOX-Katalysator ausgebildet sein kann.
• Ferner ist eine Abgasklappe 24 vorgesehen, die stromabwärts des Abgaskatalysators 21 und des weiteren Abgaskatalysators 23 angeordnet ist und die derart angesteuert wird, dass Schallemissionen geeignet begrenzt werden.
• Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 25 ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
• Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdruck-Sensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird. Ferner ist ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, welcher eine Kühlmitteltemperatur TCO erfasst.
• Ferner ist eine Lambdasonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 oder in dem Abgaskatalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders und stromaufwärts der Lambdasonde 42 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1. Die Lambdasonde 42 kann so in dem Abgaskatalysator angeordnet sein, dass sich ein Teil des Katalysatorvolumens stromaufwärts der Lambdasonde 42 befindet. Die Lambdasonde 42 ist insbesondere als Breitbandsonde ausgebildet, die auch als lineare Lambdasonde bezeichnet wird. Grundsätzlich kann die Lambdasonde 42 auch als Sprungsonde ausgebildet sein, die auch als binäre Lambdasonde bezeichnet wird.
• Ferner kann auch eine weitere Lambdasonde 43 vorgesehen sein, die stromabwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS2 charakteristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der zweiten Abgassonde 43 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Abgaskatalysators 21. Die weitere Lambdasonde ist bevorzugt eine Sprungsonde.
• Je nach Ausgestaltung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzlich Sensoren vorhanden sein.
• Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Direkt-Einspritzventil 18, das Indirekt-Einspritzventil oder die Zündkerze 19 oder die Abgasklappe 24.
• Neben dem Zylinder Z1 sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. So können beispielsweise drei, vier, sechs oder acht Zylinder vorhanden sein.
• Anhand des Blockschaltbilds der 2 ist ein erster relevanter Teil der Steuervorrichtung 25 mit Blöcken dargestellt.
• Eine Zuordnungseinheit umfasst Blöcke B1 und B3. Dem Block B1 wird das von der Lambdasonde 42 abgegebene Messsignal MS1 zugeleitet. Der Block B1 ist dazu ausgebildet, eine Signalabtastung des Messsignals MS1 durchzuführen. Die Signalabtastung erfolgt insbesondere in Korrelation zu der Drehzahl N der Kurbelwelle 8 und abhängig von einer angesteuerten Stellung der Abgasklappe 24. Darüber hinaus kann auch ein Abgasmassenstrom hierbei berücksichtigt werden. Dabei erfolgt die Signalabtastung derart, dass möglichst genau eine erwartete Gaslaufzeit des jeweiligen Abgaspaketes, das einem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 zuzuordnen ist, berücksichtigt wird. Durch die tatsächliche Stellung der Abgasklappe 24 wird insbesondere ein Abgasgegendruck beeinflusst, der sich wiederum auf die Gaslaufzeit auswirkt.
• Ferner erfolgt in dem Block B1 im Rahmen der Signalabtastung SAMP eine Zuordnung des in dem jeweiligen Zeitpunkt aktuellen Messsignals MS1 der Lambdasonde 42 zu einem jeweiligen zylinderindividuellen Lambdasignal LAM_I. In diesem Zusammenhang bezeichnet ”I” jeweils einen Platzhalter für den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4. Dies gilt generell auch bei noch nachfolgend eingeführten Bezugszeichen. In dem Block B3 wird ein gemitteltes Lambdasignal LAM_MW mittels Mittelwertbildung aller zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_I ermittelt. Ferner wird abhängig von dem jeweiligen zylinderindividuellen Lambdasignal LAM_I und dem gemittelten Lambdasignal LAM_MW ein jeweiliges zylinderindividuelles Lambdaabweichungssignal D_LAM_I ermittelt.
• Die Blöcke B1 und B3 bilden so eine Zuordnungseinheit.
• Das jeweils aktuelle ermittelte zylinderindividuelle Lambdaabweichungssignal D_LAM_I wird einem Block B5 zugeführt, der einen Beobachter umfasst, wobei das Zuführen zu einer Subtrahierstelle SUB1 erfolgt. In der Subtrahierstelle SUB1 wird eine Differenz zu einem Modell-Lambdaabweichungssignal D_LAM_MOD ermittelt, das das Ausgangssignal eines Sensormodells ist. Diese Differenz wird dann in einem Verstärker K verstärkt und anschließend einem Block B7 zugeführt, der ebenfalls einen Umschalter umfasst und der insbesondere synchron zu dem des Blocks B1 umgeschaltet wird und somit eine Signalabtastung SAMP repräsentiert. Ausgangsseitig des Blocks B7 ist dieser je nach seiner Schaltstellung mit einem Block B9, einem Block B11 oder einem Block B13 gekoppelt. Die Blöcke B9, B11 und B13 umfassen jeweils ein I-Glied, das heißt ein integrierendes Glied, das die an seinem Eingang anliegenden Signale integriert. Die Ausgangsgröße des jeweiligen Blocks B9, B11, B13 ist repräsentativ für eine Abweichung einer Gemischcharakteristik des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 von einer vorgegebenen Gemischcharakteristik und stellt eine Beobachterausgangsgröße OBS_I dar, die repräsentativ ist für die Abweichung der Gemischcharakteristik des Zylinders Z1 bis Z4 von der vorgegebenen Gemischcharakteristik. Die Ausgangsgröße des jeweiligen Blocks B9, B11, B13 ist so beispielsweise repräsentativ für eine Abweichung der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils 18 des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik und stellt die Beobachterausgangsgröße OBS_I dar, die repräsentativ ist für die Abweichung der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des Zylinders Z1 bis Z4 von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik. Beispielsweise kann die vorgegebene Einspritzcharakteristik eine mittlere Einspritzcharakteristik aller Einspritzventile 18 der Zylinder Z1 bis Z4 sein.
• Darüber hinaus kann die Gemischcharakteristik auch alternativ oder zusätzlich eine Luftcharakteristik sein, so z. B. ein Luftmassenwert. Abweichungen können in diesem Zusammenhang hervorgerufen sein durch Störungen im Luftpfad und/oder der Abgasklappe.
• In der 2 sind Pfade in Bezug auf jeweils drei verschiedene Zylinder Z1 bis Z4 dargestellt. Dies ist jedoch als lediglich exemplarisch zu verstehen und kann auch mehr oder weniger sein je nachdem wie viele Zylinder Z1 bis Z4 der jeweiligen Lambdasonde 42 zugeordnet sind.
• Darüber hinaus ist in einem Block B15 ein weiterer Umschalter vorgesehen, dem die Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_I eingangsseitig zugeführt sind und dessen Umschalter synchron zu denjenigen der Blöcke B1 und B7 umgeschaltet wird und dessen Ausgangssignal Eingangsgröße eines Blocks B17 ist.
• Der Block B17 umfasst ein Sensormodell der Lambdasonde 42. Dieses Sensormodell ist beispielsweise in Form eines PT1-Gliedes realisiert, kann jedoch auch noch weitere Elemente umfassen. Es umfasst als Parameter beispielsweise einen Verstärkungsfaktor und einen Anstiegszeitparameter. Ausgangsseitig des Blocks B17 wird dann als Ausgang des Sensormodells das Modell-Lambdaabweichungssignal D_LAM_MOD erzeugt.
• Die jeweiligen Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_I sind zylinderindividuellen Lambdareglern zugeführt, die jeweils in einem Block B19, B21, B23 ausgebildet sind. Die zylinderindividuellen Lambdaregler können beispielsweise einen Integralanteil aufweisen. Die Ausgangssignale der jeweiligen zylinderindividuellen Lambdaregler in den Blöcken B19, B21, B23 sind zylinderindividuelle Reglerstellsignale RW_I. Ferner können auch abhängig von den jeweiligen zylinderindividuellen Reglerstellsignalen RW_I auch entsprechende zylinderindividuelle Adaptionswerte AD_I ermittelt werden, wie dies anhand der schematisch angedeuteten weiteren Blöcke im Anschluss an die Blöcke B19, B21 beziehungsweise B23 dargestellt ist. In entsprechenden Summierstellen werden jeweilige zylinderindividuelle Korrekturwerte LAM_FAC_I abhängig von den jeweiligen zylinderindividuellen Reglerstellsignalen RW_I und zylinderindividuellen Adaptionswerten AD_I ermittelt.
• In dem Blockschaltbild gemäß der 3 ist ein zweiter Teil der Steuervorrichtung 25 dargestellt. In einem Block B27 ist ein Lambdaregler vorgesehen, dessen Führungsgröße ein für alle Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine vorgegebenes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ist, das als Sollwert LAM_SP des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses bezeichnet wird. Die Regelgröße des Lambdareglers ist insbesondere das gemittelte Lambdasignal LAM_MW. Die Stellgröße des Lambdareglers ist ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC_ALL. Der Lambdaregler hat somit die Aufgabe, dass betrachtet über alle Zylinder Z1 bis Z4 der Brennkraftmaschine das vorgegebene Luft-/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
• In einem Block B29 wird eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF abhängig von einem Luftmassenstrom MAF in den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 und gegebenenfalls abhängig von der Drehzahl N und dem für alle Zylinder vorgegebenen Sollwert LAM_SP des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. In einer Multiplizierstelle M1 wird eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR durch Multiplizieren der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF, des Lambdaregelfaktors LAM_FAC_ALL und des jeweiligen zylinderindividuellen Korrekturwertes LAM_FAC_I ermittelt und zwar bezogen auf den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 und das jeweilige Einspritzventil 18.
• In einem Block B31 wird abhängig von der jeweiligen korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR ein jeweiliges Stellsignal S_SIG für das jeweilige Einspritzventil 18 ermittelt und dieses dann mit diesem angesteuert. Neben der in dem Blockschaltbild der 3 dargestellten Struktur sind für jeden weiteren Zylinder Z1 bis Z4 entsprechende Strukturen BZ2 bis BZ4 vorgesehen. Eine Stellsignaleinheit umfasst insbesondere die Blöcke B19 bis B31.
• Ein Block B33 repräsentiert die Brennkraftmaschine.
• Ein Block B35 repräsentiert eine Diagnoseeinheit. Die Diagnoseeinheit ist dazu ausgebildet, zeitlich korrelierend zu einer angesteuerten Veränderung der Stellung der Abgasklappe zu prüfen, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_I oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert THD verändern und zwar innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer TD und abhängig von der Prüfung einen Diagnosewert DIAG zu ermitteln. Die Kenngrößen umfassen so neben den eigentlichen Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_I auch die jeweiligen zylinderindividuellen Reglerstellsignale RB_I und/oder die jeweiligen zylinderindividuellen Adaptionswerte AD_I und/oder die jeweiligen zylinderindividuellen Korrekturwerte LAM_FAC_I. Die Diagnoseeinheit wird im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms eines Programms gemäß der 4 noch näher erläutert.
• Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.
• In einem Schritt S3 wird geprüft, ob eine angesteuerte Veränderung AN_AK der Stellung der Abgasklappe vorhanden ist. Ist die Bedingung des Schrittes S3 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S3 erneut, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeit fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S3 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S5 geprüft, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_I um mehr als den vorgegebenen Schwellenwert THD verändert haben und zwar innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer TD. Dabei können in dem Block D1 auch alternativ oder zusätzlich die oben genannten abhängigen Kenngrößen herangezogen werden.
• Ist die Bedingung des Schrittes S5 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung, gegebenenfalls nach der vorgegebenen Wartezeitdauer, erneut in dem Schritt S3 fortgesetzt.
• Ist die Bedingung des Schrittes S5 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S7 ein weiteres Ansteuern zum Verändern der Abgasklappe 7 unterbunden. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise ein Desaktivierungsmerker DEAK gesetzt. Es wird anschließend in einem Schritt S9 und zwar insbesondere in einem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, zusätzlich geprüft, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_I oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als den vorgegebenen Schwellenwert THD verändern und zwar innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer TD. Der vorgegebene Betriebsbereich ist bevorzugt so gewählt, dass in diesem ohne das Unterbinden ein Ansteuern der Abgasklappe und zwar für eine angesteuerte Veränderung AN_AK der Stellung der Abgasklappe 24 erfolgt. Ist die Bedingung des Schrittes S9 erfüllt, so wird in einem Schritt S13 ein Diagnosewert DIAG mit einem Fehlerwert ERR belegt.
• Falls die Bedingung in dem Schritt S5 erfüllt ist, kann in einer alternativen Ausgestaltung auch die Bearbeitung direkt in dem Schritt S13 fortgesetzt werden.
• Ist die Bedingung des Schrittes S9 hingegen nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S11 fortgesetzt, in dem auf eine sonstige Fehlerursache überprüft wird, wie beispielsweise einem Fehler der Lambdasonde 42 oder im Bereich des jeweiligen Einspritzventils 18.
• Optional kann bei der Bearbeitung der Schritte S3 bis S9, gegebenenfalls nach Erfüllung einer vorgegebenen Bedingung, ein vorgegebenes Störmuster PAT aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufgeprägt werden.
• Das Vorgehen kann grundsätzlich auch im Rahmen eines Bandendetests oder eines Tests in einer Serviceeinrichtung, wie einer Werkstatt, eingesetzt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Ansaugtrakt

2

Motorblock

3

Zylinderkopf

4

Abgastrakt

5

Drosselklappe

6

Sammler

7

Saugrohr

8

Kurbelwelle

10

Pleuelstange

11

Kolben

12

Gaseinlassventil

13

Gasauslassventil

18

Einspritzventil

19

Zündkerze

21

Abgaskatalysator

23

weiterer Abgaskatalysator

24

Abgasklappe

25

Steuervorrichtung

26

Pedalstellungsgeber

27

Fahrpedal

28

Luftmassensensor

30

Drosselklappenstellungssensor

32

erster Temperatursensor

34

Saugrohrdrucksensor

36

Kurbelwellenwinkelsensor

38

zweiter Temperatursensor

42

Lambdasonde

43

weitere Lambdasonde

B1–B35

Block

K

Verstärker

SUB1

Subtrahierstelle

M1

Multiplizierstelle

MS1

Messsignal Lambdasonde

MS2

Messsignal weitere Lambdasonde

LAM_MW

gemitteltes Lambdasignal

LAM_I

zylinderindividuelle Lambdasignale

D_LAM_I

zylinderindividuelle Lambdaabweichungssignale

D_LAM_MOD

Modell-Lambdaabweichungssignal

OBS_I

Beobachter-Ausgangsgröße, die bezogen ist auf den jeweiligen Zylinder

RW_I

zylinderindividuelles Reglerstellsignal

AD_I

zylinderindividueller Adaptionswert

S_SIG

Stellsignal

LAM_FAC_I

zylinderindividueller Korrekturwert

LAM_FAC_ALL

Lambdaregelfaktor

SAMP

Signalabtastung

LAM_SP

Sollwert des L/K-Verhältnisses

MAF

Luftmassenstrom in den jeweiligen Zylinder

N

Drehzahl

MFF

Zuzumessende Kraftstoffmasse

MFF_COR

Korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse

PAT

Störmuster

AN_AK

angesteuerte Veränderung der Stellung der Abgasklappe

DIAG

Diagnosewert

ERR

Fehlerwert

THD

Schwellenwert

TD

Zeitdauer

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1 bis Z4), denen jeweils ein Einspritzventil (18) zugeordnet ist, einem Abgastrakt (4), der einen Abgaskatalysator (21), eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator (21) angeordnete Lambdasonde (42) und eine stromabwärts des Abgaskatalysators (21) angeordnete Abgasklappe (24) umfasst, wobei – eine Zuordnungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal (MS1) der Lambdasonde (42) zylinderindividuelle Lambdasignale (LAM_I) zu ermitteln und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen (LAM_I) Lambdaabweichungssignale (D_LAM_I) für die jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) zu ermitteln, bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale (LAM_I) gemitteltes Lambdasignal (LAM_MW), – ein Beobachter vorgesehen ist, der ein Sensormodell der Lambdasonde (42) umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale (D_LAM_I) eingangsseitig zugeführt werden und davon abhängig auf den jeweiligen Zylinder (Z1 bis Z4) bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_I) ermittelt werden, die repräsentativ sind für Abweichungen einer Gemischcharakteristik des jeweiligen Zylinders (Z1 bis Z4) von einer vorgegebenen Gemischcharakteristik, wobei die Zuordnungseinheit und/oder der Beobachter dazu ausgebildet sind, eine Signalabtastung (SAMP) auszuführen, die abhängt von einer angesteuerten Stellung der Abgasklappe, – eine Diagnoseeinheit vorgesehen ist, die zum Erkennen eines möglichen Fehlers im Bereich der Abgasklappe dazu ausgebildet ist, zeitlich korrelierend zu einer angesteuerten Veränderung der Stellung der Abgasklappe zu prüfen, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_I) oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert (THD) verändern und zwar innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer (TD) und abhängig von der Prüfung einen Diagnosewert (DIAG) zu ermitteln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet ist, im Falle eines Erkennens eines Fehlerverdachts im Rahmen der Prüfung zeitlich korrelierend zu der angesteuerten Veränderung der Stellung der Abgasklappe (24), ein weiteres Ansteuern zum Verändern der Stellung der Abgasklappe (24) zu unterbinden und in einem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zusätzlich zu prüfen, ob sich eine oder mehrere der Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_I) oder eine oder mehrere von ihr beziehungsweise ihnen abhängige Kenngrößen um mehr als den vorgegebenen Schwellenwert (THD) verändern und zwar innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer (TD) und abhängig von der zusätzlichen Prüfung den Diagnosewert (DIAG) zu ermitteln.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Diagnoseeinheit dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Störmuster (PAT) aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen und unter Berücksichtigung des vorgegebenen Störmusters die Prüfung beziehungsweise die zusätzliche Prüfung durchzuführen.

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