DE3819016A1 - System zum erfassen anormaler betriebszustaende eines verbrennungsmotors - Google Patents

System zum erfassen anormaler betriebszustaende eines verbrennungsmotors

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Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Erfassen anormaler Betriebszustände eines Verbrennungsmotors, z. B. für Kraftfahrzeuge, insbesondere betrifft die Erfindung ein System zum Erfassen von anormalen Betriebszuständen durch Abweichungen von Lernkoeffizienten.
Bei einem Typ von elektronischen Kraftstoffeinspritzsteuerungen wird die Kraftstoffmenge, die in den Motor einzuspritzen ist, in Abhängigkeit von den Motorbetriebsvariablen bestimmt, beispielsweise in Abhängigkeit vom Luftdurchsatz, der Motordrehzahl und der Motorbelastung. Die Kraftstoffmenge wird durch eine Einspritzimpulsbreite bestimmt. Eine Basiseinspritzimpulsbreite T p kann gemäß nachstehender Beziehung erhalten werden:
T p = K × Q/N,
wobei Q die Luftmassenströmung ist, N die Motordrehzahl bezeichnet und K eine Konstante ist.
Die gewünschte Einspritzimpulsbreite T i wird erhalten, indem man die Basiseinspritzimpulsbreite T p mit den Motorbetriebsvariablen korrigiert.
Bei einem Selbstlern-Steuerungssystem kann die gewünschte Einspritzimpulsbreite oder Sollwert-Einspritzimpulsbreite gemäß der nachstehenden Beziehung berechnet werden:
T i = T p × (COEF) × a × K a ,
wobei COEF ein Koeffizient ist, der erhalten wird durch Addition von verschiedenen Korrektur- oder Kompensationskoeffizienten, wie z. B. Koeffizienten bezüglich der Kühlmitteltemperatur, der Drosselklappenöffnung, der Motorlast usw.; α ein Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient eines O₂-Meßfühlers in einer Abgasleitung ist; und K a ein Selbstlern-Korrekturkoeffizient ist, der nachstehend als Lernkoeffizient bezeichnet wird. Die Koeffizienten, wie z. B. der Kühlmitteltemperaturkoeffizient und der Motorlastkoeffizient werden durch Nachschlagetabellen in Abhängigkeit von abgetasteten Informationen erhalten. Der Wert des Lernkoeffizienten K a wird gemäß der Motorlast aus einem RAM abgeleitet.
Um diese Informationen zu erhalten, sind verschiedene Meßfühler im bzw. am Motor vorgesehen. Diese Meßfühler haben die Eigenschaft, daß ihre Ausgangscharakteristiken im Laufe der Zeit sich verändern bzw. schlechter werden. Wenn daher das Kraftstoff- Luft-Mischungsverhältnis von einem Sollwert des Kraftstoff- Luft-Mischungsverhältnisses stark abweicht, da die Qualität des Meßfühlers abnimmt, wird dementsprechend eine Warnung für eine Anormalität oder Störung des Motors an den Fahrer des Fahrzeugs gegeben.
Die JP-OS 55-112 695 beschreibt ein Diagnosesystem, bei dem die Anzahl des Auftretens eines Anormalitätssignale von einem Meßfühler gezählt wird, und wenn die Anzahl eine vorgegebene Anzahl überschreitet, wird eine Warnung gegeben.
Da jedoch bei einem Motor das Ausgangssignal eines Meßfühlers in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen stark schwankt, steht ein derartiges System in der Praxis nicht zur Verfügung.
Andererseits sind bei einem Selbstlern-Steuerungssystem sämtliche Lernkoeffizienten in Form einer Nachschlagetabelle angeordnet, die in Abhängigkeit von der Motorlast eine Vielzahl von Zeilen und Spalten aufweist. Die Koeffizienten in Abteilungen an den Kreuzungen der Zeilen und Spalten werden zu Beginn auf den gleichen Wert gesetzt, nämlich die Zahl "1". Dies wird durch den Umstand erreicht, daß das Kraftstoffzuführungssystem so ausgelegt sein soll, daß es ohne den Koeffizienten K a die genaueste Kraftstoffmenge liefert.
Es ist jedoch so, daß nicht alle Kraftfahrzeuge so hergestellt werden können, daß sie eine Funktion haben, die zu exakt gleichen Ergebnissen führt. Dementsprechend werden die Koeffizienten K a durch einen Selbstlernvorgang bei jedem Kraftfahrzeug aktualisiert, wenn es tatsächlich benutzt wird. Wenn eine Anormalität in dem Motor auftritt, werden die Lernkoeffizienten durch die Aktualisierung stark geändert. Wenn ein Koeffizient in einer Abteilung einen vorgegebenen Grenzbereich überschreitet, wird die Abteilung als anormale Abteilung registriert. Wenn die Anzahl von registrierten anormalen Abteilungen eine vorgegebene Anzahl überschreitet, so wird festgestellt, daß das Kraftstoff- Luft-Mischungsverhältnis-Steuerungssystem anormal wird. Für diese Störung bzw. Anormalität wird eine Warnung erzeugt, und der Wert des jeweiligen Koeffizienten wird auf einen Wert für die Betriebssicherheit gesetzt.
Es gibt einen üblichen Fahrzustandsbereich, in welchem das Kraftfahrzeug üblicherweise betrieben wird, und übliche Abteilungen liegen in dem üblichen Fahrzustandsbereich. Dementsprechend werden die üblichen Abteilungen häufig aktualisiert, so daß bei ihnen die Tendenz besteht, daß sie eher als andere Abteilungen als anormale Abteilungen registriert werden. Wenn die vorgegebene Anzahl von anormalen Abteilungen für die Abtastung der Anormalitäts- oder Störungszustandes größer ist als die Anzahl von üblichen Abteilungen, so werden die Koeffizienten in anderen Abteilungen als den üblichen Abteilungen selten aktualisiert. Infolgedessen verzögert sich die Feststellung der Anormalität bzw. Störung.
Wenn andererseits die Anzahl von anormalen Abteilungen kleiner ist als die Anzahl von üblichen Abteilungen, wird das System trotz geringer Abweichungen als anormal bzw. gestört angesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System zum Erfassen anormaler Betriebszustände anzugeben, bei dem ein anormaler oder gestörter Zustand eines Motors mit anormalen Koeffizienten in den üblichen Abteilungen exakt festgestellt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird ein System zum Erfassen anormaler Betriebszustände eines Verbrennungsmotors angegeben, der mit einem Kraftstoffeinspritzsystem versehen ist. Das System weist folgendes auf: eine Tabelle, die mit einer Vielzahl von Abteilungen versehen ist, die jeweils einen Koeffizienten speichern; eine Abtasteinrichtung zum Feststellen des Betriebszustandes des Motors und zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals in Abhängigkeit von dem Zustand; einen Rechner zur Erzeugung einer Basiseinspritzimpulsbreite in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen; eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Basiseinspritzimpulsbreite mit einem Koeffizienten, der aus der Tabelle abgeleitet wird, und mit dem Rückkopplungssignal; eine Aktualisierungseinrichtung zum Aktualisieren der Koeffizienten in der Tabelle mit Werten in Abhängigkeit von dem Rückkopplungssignal; und eine Einrichtung zum Feststellen von anormalen Koeffizienten.
Die Einrichtung zum Feststellen von anormalen Koeffizienten weist folgendes auf: Eine erste Einrichtung zum Bestimmen einer Anzahl von Aktualisierungszeiten, die größer ist als eine vorgegebene erste Anzahl von Zeiten, und zum Erzeugen eines ersten Signals; eine zweite Einrichtung, die auf das erste Signal anspricht, um den Umstand festzustellen, daß eine Anzahl von Abteilungen, in denen der jeweilige Koeffizient außerhalb des vorgegebenen Grenzbereiches liegt, größer ist als eine vorgegebene zweite Anzahl, und um ein zweites Signal zu erzeugen; eine dritte Einrichtung, die auf das zweite Signal anspricht, um den Umstand festzustellen, daß ein Koeffizient, der den Grenzbereich in einer bestimmten Abteilung überschreitet, eine Anzahl von Malen oder Zeiten aktualisiert worden ist, die größer ist als eine vorgegebene Anzahl, und um ein Anormalitäts- oder Störungssignal zu erzeugen; sowie eine Halteeinrichtung, die auf das Störungssignal anspricht, um sämtliche Koeffizienten in der Tabelle auf einem Standardwert zu halten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die bestimmte Abteilung in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen vorgegeben, und die dritte Einrichtung erzeugt das Anormalitäts- oder Störungssignal dann, wenn der Koeffizient nacheinander häufiger aktualisiert worden ist als die vorgegebene Anzahl von Zeiten oder Malen. Das System umfaßt ferner eine Warnanzeige, die auf das Anormalitäts- oder Störungssignal anspricht und die Störung anzeigt.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems; und in
Fig. 4 eine Nachschlagetabelle, in der Lernkoeffizienten abgespeichert sind.
Wie der schematischen Darstellung in Fig. 1 zu entnehmen ist, wird ein Verbrennungsmotor 1 eines Fahrzeugs mit Luft versorgt, die durch einen Luftfilter 2, ein Ansaugrohr 3, eine Drosselklappe 4 und einen Ansaugkrümmer 6 strömt. Ein Luftmengenströmungsmesser 11 ist in einem Bypass 8 stromabwärts vom Luftfilter 2 vorgesehen. Der Luftmengenströmungsmesser 11 weist einen Hitzdraht 10, um die Menge der Ansaugluft im Ansaugrohr 3 zu messen, und einen Temperaturkompensatorstecker 9 auf. Ein Ausgangssignal des Luftmengenströmungsmessers 11 wird einer elektronischen Steuerung 17 zugeführt, die einen Mikrocomputer aufweist.
In einer Abgasleitung 7 sind ein Sauerstoff- oder O₂-Meßfühler 13 und ein katalytischer Wandler bzw. ein Katalysator 12 vorgesehen. Ein Drosselklappenstellungsmeßfühler 14 ist in der Nähe der Drosselklappe 4 vorgesehen, um ein Drosselklappenstellungssignal R zu erzeugen. An einem Wasserkühlmantel 1 a des Motors 1 ist ein Kühlmitteltemperaturmeßfühler 15 vorgesehen, der ein Temperatursignal Tw erzeugt. Ein Kurbelwinkelmeßfühler 16 ist in der Nähe einer Scheibe 16 a montiert, die an einem Kurbelwelle 1 b des Motors 1 befestigt ist, um die Motordrehzahl abzutasten. Ausgangssignale von diesen Meßfühlern 13, 14, 15 und 16 werden an die Steuerung 17 angelegt. Die Steuerung 17 bestimmt eine Impulsbreite für Kraftstoff, der mit Einspritzdüsen 5 eingespritzt wird.
Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Steuerung 17 weist einen Basiseinspritzimpulsbreitenrechner 18 auf, der ein Luftströmungssignal Q, welches die Ansaugluftmenge beim Luftmengenströmungsmesser 11 repräsentiert, und ein Motordrehzahlsignal N von dem Kurbelwinkelmeßfühler 16 erhält, um eine Basiseinspritzimpulsbreite Tp zu berechnen.
Das Ausgangssignal Tp wird an einen Ausgangseinspritzimpulsbreitenrechner 19 angelegt, in welchem eine Ausgangseinspritzimpulsbreite Ti berechnet wird, indem man die Basiseinspritzimpulsbreite Tp gemäß den Motorbetriebszuständen in der nachstehend beschriebenen Weise korrigiert. Ein Rückkopplungs- Korrekturmengenrechner 20 ist vorgesehen, um einen Rückkopplungskorrekturwert g zu berechnen, und zwar in Abhängigkeit von einem Rückkopplungssignal von dem O₂-Meßfühler 13.
Ein Mischungsverhältnis-Korrekturkoeffizientenrechner 28 erzeugt einen Korrekturkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Motordrehzahlsignal N, dem Drosselklappenstellungssignal R und dem Temperatursignal Tw. Ein Detektor 21 für den Spitze-Spitze- Wert wird mit einem Ausgangssignal des O₂-Meßfühlers 13 und mit dem Rückkopplungskorrekturwert vom Rechner 20 versorgt und erzeugt ein Signal des Spitze-Spitze-Wertes.
Die Steuerung 17 umfaßt weiterhin einen Lernkoeffizientenrechner 22 und eine Lernkoeffiziententabelle 23, die an die Rechner 19 und 22 mit Bus-Leitungen angeschlossen ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Lernkoeffiziententabelle 23 eine dreidimensionale Tabelle mit einer Vielzahl von Abteilen (8×8 = 64), die jeweils einen Lernkoeffizienten Ka speichern. Die Unterteilung dieser Abteile erfolgt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N und der Basiseinspritzimpulsbreite Tp, welche die Motorlast repräsentieren.
Der Lernkoeffizientenrechner 22 berechnet einen arithmetischen Mittelwert LMD der Maximum- und Minimumwerte im Ausgangssignal des Detektors 21 für den Spitze-Spitze-Wert und berechnet einen neuen Lernkoeffizienten Kn gemäß der nachstehenden Beziehung:
Kn = Ka + M · Δ LMD,
wobei Δ LMD eine Differenz des LMD-Wertes gegenüber einem Sollwert in der Rückkopplungssteuerung ist und M eine Konstante bezeichnet.
Ferner stellt der Rechner 22 eine entsprechende Abteilung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N und der Basiseinspritzimpulsbreite Tp fest und aktualisiert den Koeffizienten Ka in der festgestellten Abteilung mit dem neuen Koeffizienten Kn, wenn ein stabiler Zustand des Motorbetriebszustandes während vorgegebener Zyklen des Ausgangssignals vom O₂-Meßfühler 13 anhält.
Der Ausgangseinspritzimpulsbreitenrechner 19 berechnet die Ausgangseinspritzimpulsbreite Ti auf der Basis der Ausgangssignale der Rechner 18, 20 und 28 und des aktualisierten Koeffizienten, der aus der Lernkoeffiziententabelle 23 abgeleitet wird. Diese Ausgangseinspritzimpulsbreite Ti wird über einen Treiber 24 den Einspritzdüsen 5 zugeführt.
Gemäß der Erfindung ist ein Detektor 25 für anormale Koeffizienten 25 vorgesehen, der an die Lernkoeffiziententabelle 23 über einen Bus angeschlossen ist, um die entsprechenden Abteilungen in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N und der Basiseinspritzimpulsbreite Tp festzustellen und um ein Anormalitätssignal bzw. ein Störungssignal in der nachstehend beschriebenen Weise zu erzeugen. Das Störungssignal wird einer Warnanzeige 27 über einen Treiber 26 geliefert.
Der Betriebsablauf zur Feststellung von Anormalitäten bzw. Störungen wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert. Es gibt eine vorgegebene Anzahl Nx für die Gesamtsumme von Aktualisierungszeiten, einen vorgegebenen Grenzbereich ALP für den Wert des Lernkoeffizienten, eine vorgegebene Anzahl Ny für aktualisierte Abteilungen sowie eine vorgegebene Anzahl von Zeiten Nz für die Summe von aufeinanderfolgenden Aktualisierungszeiten in einer Abteilung. Die Anzahl der Aktualisierungszeiten wird mit einem Zähler bei jeder Aktualisierung eines Koeffizienten in der Tabelle gezählt.
Nach dem Start wird bei einem Schritt 101 festgestellt, ob die Anzahl von Aktualisierungszeiten die vorgegebene Zahl Nx überschreitet. Wenn die Anzahl der Aktualisierungszeiten kleiner ist als die Anzahl Nx, verläßt das Programm die Routine und geht zum Ende. Wenn die Aktualisierung die vorgegebene Anzahl Nx überschreitet, wenn auch nur in einer Abteilung der Tabelle, so geht das Programm zu einem Schritt 102 weiter.
Beim Schritt 102 wird festgestellt, ob die Anzahl von Abteilungskoeffizienten, welche den Grenzbereich ALP überschreiten, die vorgegebene Anzahl Ny überschreitet. Der Grenzbereich ALP beträgt beispielsweise ±20% des Ausgangswertes, so daß K zwischen 0,8 und 1,2 liegt. Wenn die Anzahl der Abteilungen größer ist als die Anzahl Ny, so geht das Programm zu einem Schritt 103 weiter, wo der vorliegende Motorbetriebszustand aus der Motordrehzahl N und der Basiseinspritzimpulsbreite Tp ermittelt wird.
Bei einem Schritt 104 wird eine Abteilung in der Tabelle festgestellt, die dem abgetasteten Motorbetriebszustand entspricht. Bei einem Schritt 105 wird festgestellt, ob die Anzahl von Aktualisierungszeiten bei der festgestellten Abteilung die vorgegebene Anzahl Nx überschreitet. Wenn die Anzahl kleiner ist als die vorgegebene Anzahl Nx, so wird ein Nz-Zähler für die Anzahl Nz bei einem Schritt 111 zurückgesetzt.
Wenn die Anzahl größer ist als die Anzahl Nx wird festgestellt, ob der Wert des Koeffizienten in der ermittelten Abteilung außerhalb des Grenzbereiches ALP liegt, und zwar bei einem Schritt 106. Wenn das Ergebnis JA lautet, wird festgestellt, ob der Koeffizient in der ermittelten Abteilung nacheinander eine Anzahl von Malen aktualisiert worden ist, die größer ist als die vorgegebene Anzahl von Zeiten Nz (Nz<2).
Wenn die Anzahl der Aktualisierungszeiten kleiner ist als die Anzahl Nz, so wird der Nz-Zähler bei einem Schritt 112 um Eins weitergezählt. Wenn der Koeffizient nacheinander häufiger aktualisiert worden ist als die Anzahl Nz, so wird ein Anormalitäts- oder Störungssignal von dem Detektor 25 für anormale Koeffizienten erzeugt, und zwar bei einem Schritt 108. Ferner wird bei einem Schritt 109 diese Anormalität oder Störung über die Warnanzeige 27 angegeben. Zur gleichen Zeit liefert der Detektor 25 für anormale Koeffizienten bei einem Schritt 110 ein Haltesignal für den Lernkoeffizientenrechner 22, der so arbeitet, daß er sämtliche Koeffizienten in der Lernkoeffiziententabelle auf dem Standardwert Eins hält, so daß Ka = 1 gilt.
Da gemäß der Erfindung die Anzahl von Aktualisierungsmalen insgesamt vorgegeben ist, während danach ein Koeffizient in einer bestimmten Abteilung als Angabe für eine Anormalität ermittelt wird, wird diese Abtastung exakt durchgeführt.
  • Bezugszeichenliste  1= Verbrennungsmotor  1 a= Wasserkühlmantel  1 b= Kurbelwelle  2= Luftfilter  3= Ansaugrohr  4= Drosselklappe  5= Einspritzdüse  6= Ansaugkrümmer  7= Abgasleitung  8= Bypass  9= Temperaturkompensatorstecker 10= Hitzdraht 11= Luftmengenströmungsmesser 12= Katalysator 13= Sauerstoffmeßfühler 14= Drosselklappenstellungsmeßfühler 15= Kühlmitteltemperaturmeßfühler 16= Kurbelwinkelmeßfühler 16 a= Scheibe 17= elektronische Steuerung 18= Basiseinspritzimpulsbreitenrechner 19= Ausgangseinspritzimpulsbreitenrechner 20= Rückkopplungs-Korrekturmengenrechner 21= Detektor für Spitze-Spitze-Wert 22= Lernkoeffizientenrechner 23= Lernkoeffiziententabelle 24= Treiber 25= Detektor für anormale Koeffizienten 26= Treiber 27= Warnanzeige 28= Mischungsverhältnis-Korrekturkoeffizientenrechner NO= NEIN YES= JA END= Ende 101= Anzahl größer als Nx 102= Anzahl der Koeffizienten außerhalb des Grenzbereiches ALP größer als Ny 103= Betriebszustände eingeben 104= Abteilung feststellen 105= Anzahl größer als Nx 106= Koeffizient außerhalb des Grenzbereiches ALP 107= Anzahl größer als Nz 108= Störungssignal abgeben 109= Warnung anzeigen 110= Koeffizienten halten 111= Nz-Zähler zurücksetzen 112= Nz-Zähler weiterzählenBasic fluel injection pulse with Tp = Basiskraftstoffeinspritzimpulsbreite TpEngine speed N = Motordrehzahl N

Claims (4)

1. System zum Erfassen anormaler Betriebszustände eines Verbrennungsmotors, der mit einem Kraftstoffeinspritzsystem versehen ist, wobei das System eine Tabelle (23) aufweist, die eine Vielzahl von Abteilungen hat, in denen jeweils ein Koeffizient gespeichert ist, gekennzeichnet durch
  • - Abtasteinrichtungen (11, 13, 14, 15, 16) zum Erfassen des Betriebszustandes des Motors (1) und zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals in Abhängigkeit vom Betriebszustand,
  • - einen Rechner (18) zur Erzeugung einer Basiskraftstoffeinspritzimpulsbreite (Tp) in Abhängigkeit von den herrschenden Motorbetriebszuständen,
  • - eine Korrektureinrichtung (20) zum Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzimpulsbreite (Tp) mit einem aus der Tabelle (23) abgeleiteten Koeffizienten und mit dem Rückkopplungssignal,
  • - mit einer Aktualisierungseinrichtung (22) zum Aktualisieren der Koeffizienten in der Tabelle (23) mit Werten in Abhängigkeit von dem Rückkopplungssignal und
  • - eine Einrichtung (25) zum Feststellen anormaler Koeffizienten, wobei diese Einrichtung folgendes umfaßt:
  • - erste Mittel (101) zum Bestimmen einer Anzahl von Aktualisierungsmalen, die größer ist als eine vorgegebene erste Anzahl (Nx) von Malen, und zum Erzeugen eines ersten Signals,
  • - zweite Mittel (102), die auf das erste Signal ansprechen, um den Umstand zu bestimmen, daß eine Anzahl von Abteilungen, in denen die jeweiligen Koeffizienten außerhalb eines vorgegebenen Grenzbereiches (ALP) liegen, größer ist als eine vorgegebene zweite Anzahl (Ny), und um ein zweites Signal zu erzeugen,
  • - dritte Mittel (107), die auf das zweite Signal ansprechen, um den Umstand festzustellen, daß ein Koeffizient, der den Grenzbereich (ALP) in einer bestimmten Abteilung überschreitet, häufiger aktualisiert worden ist als eine vorgegebene Anzahl (Nz) von Malen, und um ein Anormalitäts- oder Störungssignal zu erzeugen, und
  • - Haltlemittel (110), die auf das Störungssignal ansprechen, um sämtliche Koeffizienten in der Tabelle (23) auf einem Standardwert zu halten.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Abteilung in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen vorgegeben wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel das Anormalitäts- oder Störungssignal erzeugen, wenn der Koeffizient nacheinander mehr als eine vorgegebene Anzahl von Malen aktualisiert worden ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Warnanzeige (27) vorgesehen ist, die auf das Störungssignal anspricht und die Störung anzeigt.
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