DE4135651C2

DE4135651C2 - Abgasrückführungsvorrichtung mit Fehlerdiagnose

Info

Publication number: DE4135651C2
Application number: DE4135651A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Ohuchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: US5154156A; JPH04175450A; JP2586205B2; DE4135651A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsvorrichtung zur Steuerung der Rückführung eines Teils des Abgases eines Verbrennungsmotors zurück in den Verbrennungsmotor mit Fehlerdiagnose.

Aus der US 4 715 348 ist eine Abgasrückführungsvorrichtung mit Fehlerdiagnose bekannt, bei welcher die Fehlerdiagnose dann durchgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor im normalen Betriebszustand befindet. In diesem normalen Betriebszustand wird ein Differenzwert auf der Grundlage eines Druckwertes bei eingeschalteter Abgasrückführung und eines Druckwertes bei ausgeschalteter Abgasrückführung ermittelt. Wenn jedoch sich der Verbrennungsmotor in einem instabilen Betriebszustand befindet, werden andere Druckwerte verwendet. Zunächst wird der Druckwert in dem Zustand ermittelt, in welchem die Abgasrückführung ein erstes Mal eingeschaltet ist, und dann ein Druckwert in dem Zustand, in welchem die Abgasrückführung ein zweites Mal eingeschaltet ist, und hieraus der Mittelwert berechnet. Aus diesem Mittelwert und dem Druckwert bei ausgeschalteter Abgasrückführung wird dann, in dem instabilen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, ein Differenzwert ermittelt.

Aus der WO 86/04645 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung bestimmter Betriebskenngrößen von Verbrennungsmotoen bekannt. Hierbei erfolgt eine Steuerung durch den Druck und die Drehzahl. Zur Eliminierung des Einflusses der rückgeführten Abgasmenge auf die spezielle Art der Lasterfassung werden zwei Druckwerte bestimmt, nämlich der Druckwert mit eingeschalteter und der Druckwert ohne eingeschaltete Abgasrückführung, für jeden Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Auf der Grundlage dieser beiden Druckwerte wird eine Information über die dem Verbrennungsmotor zugeführte Frischluft sowie über die zurückgeführte Abgasmenge erhalten. Auf diese Weise soll eine exakte Kraftstoffzumischung gewährleistet werden und darüber hinaus eine adaptive Regelung der Abgasrückführungsrate erhalten werden. Hierbei kann eine Mittelwertbildung über mehrere Meßwertpaare erfolgen, um hierdurch mögliche Fehlerquellen aufgrund dynamischer Vorgänge eliminieren zu können. Um Langzeitdriften aufgrund von Alterung und Verschmutzung beispielsweise des Abgasrückführungsventils korrigieren zu können, kann eine adaptive Anpassung der für die Abgasrückführmenge verantwortlichen, Betriebsparameter abhängigen Steuerwerte erfolgen.

Wie in der voranstehend aufgeführten Druckschrift angegeben ist, werden in der DE 34 08 215 A1 Einzelheiten eines derartigen adaptiven Regelverfahrens beschrieben.

Hierbei sind eine Einrichtung und ein Verfahren zur Regelung von Betzriebsparametern eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Kennlinienfelddaten werden für eine schnelle Regelung von Maschinenvariablen verwendet, welche die Betriebsparameter beeinflussen, und die Kennlinienfelddaten werden durch eine Regeleinrichtung korrigiert, welche von zumindest einer Maschinenvariablen abhängt. Die Einrichtung und das Verfahren lassen sich in unterschiedlichen Systemen einsetzen, beispielsweise bei Systemen zum Regeln des Brennstoff/Luftgemisches, zur Zündzeitpunktregelung, oder zur Abgasrückführung. Der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Systems verwendet ein Kennlinienfeld, dessen Eingangsgrößen im einfachsten Fall die Drehzahl und die Drosselklappenstellung des Verbrennungsmotors sind, wobei zunächst relativ grobe Anfangswerte in das Kennlinienfeld geladen werden, und dann im Betrieb eine laufende Anpassung stattfindet. Das Kennlinienfeld kann in verschiedene Bereiche unterteilt sein, wobei für die Bereiche ein bestimmtes Regelkonzept vorgesehen werden kann, welche einen Bereich so an die jeweiligen Anforderungen angepaßt, daß ein "lernendes" Kennlinienfeld vorliegt. Beispielsweise können Kennlinienfeldwerte für eine Vorsteuerung der Einspritzzeit unverändert bleiben, wobei jedoch über die überlagerte Regelung multiplikative oder auch additive Korrekturen an den Ausgangsgrößen des Kennlinienfelds angebracht werden können. Die Kennlinienfeldwerte an sich lassen sich jedoch durch die überlagerte Regelung nicht ändern. Statt der Parameter Drosselklappenstellung und Drehzahl sind auch andere Parameter denkbar, wie beispielsweise der Ansaugrohrdruck, die Luftmenge, die Luftmasse oder die Abgastemperatur als Eingangsgrößen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der in der erstgenannten Druckschrift vorgeschlagenen Abgasrückführungsvorrichtung, eine derartige Abgasrückführungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche den Belastungszustand des Verbrennungsmotors besser berücksichtigt.

Die Aufgabe wird durch eine Abgasrückführungsvorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Abgasrückführungsvorrichtung (AGR-Vorrichtung) gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt das Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinrichtung dar, welche eine Fehlerdiagnoseeinrichtung steuert;

Fig. 3 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar zur Beschreibung des Verlaufs einer Kenngröße der Ansaugluftleitung entsprechend dem Vorliegen oder Nichtvorliegen einer AGR-Durchflußgröße in der Abgasrückführungsvorrichtung;

Fig. 4 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Druckdifferenz der Abgasrückführungs-Steuereinrichtung und dem AGR-Verhältnis dar; und

Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Beschreibung der Betriebsweise der Fehlerdiagnoseeinrichtung dar.

Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der Abgasrückführungs-Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - einen Verbrennungsmotor (Motor); 3 - eine Luftansaugleitung; 4 - ein Einlaßsammelrohr; 5 - eine Einspritzvorrichtung; 6 - einen als Belastungszustandserfassungseinrichtung dienenden Drucksensor; 7 - ein Drosselventil; 8 - einen Drosselöffnungsgradsensor; 11 - ein Rückführungsventil; 12 - ein Betätigungsglied für die Durchtrittsquerschnittssteuerung (im folgenden als AGR-Magnetspule bezeichnet); 13 - eine Zündspule; 14 - eine Zündvorrichtung; 15 - eine Abgasleitung; 20 - eine Batterie; 21 - einen Zündschlüsselschalter; 22 - eine elektronische Steuereinheit; 23 - eine Warnlampe, und 25 - ein ADW-Ventil.

Gemäß Fig. 1 ist der Drucksensor 6 ein Halbleiterdrucksensor, der den Ansaugluftdruck zur Messung der von der Ansaugluftleitung 3 durch das Einlaßsammelrohr 4 in den Motor 1 angesaugten Luftmenge erfaßt. Die Einspritzvorrichtung 5 ist stromaufwärts des Drosselventils 7 angeordnet und besorgt die Kraftstoffeinspritzung. Der Drosselöffnungssensor 8 ist mit dem Drosselventil 7 zur Erfassung des Öffnungsgrades des Drosselventils verbunden. Die Zündspule 13 bewirkt die Zündung durch ein von der Zündvorrichtung 14 geliefertes Signal und übermittelt das erzeugte Zündsignal an die elektronische Steuereinheit 22.

Das Rückführungsventil 11 ist ein Vakuumservoventil, das in einem Abgasrückführungsdurchtrittskanal angeordnet ist, welcher die Luftansaugleitung 3 mit der Abgasleitung 15 verbindet. Die AGR-Magnetspule 12 ist zwischen die Membrankammer des Rückführungsventils 11 und die Ansaugluftleitung 3 geschaltet und steuert durch ein von der elektronischen Steuereinheit 22 geliefertes Signal den Unterdruck des in der Membrankammer des Rückführungsventils 11 vorhandenen Gases. Der Durchtrittsquerschnitt des Rückführungsventils 11 ist durch den Unterdruck in der Membrankammer veränderbar.

Die elektronische Steuereinheit 22 empfängt die jeweiligen Signale des Drucksensors 6, des Drosselöffnungsgradsensors 8 und der Zündspule 13 und steuert den Durchtrittsquerschnitt des Rückführungsventils 11. Dementsprechend erhält die elektronische Steuereinheit 22 eine Steuergröße für die AGR-Magnetspule 12 zwecks Steuerung der AGR-Menge und steuert die AGR-Magnetspule 12 an.

Fig. 2 stellt ein detailliertes Blockschaltbild der elektronischen Steuereinheit 22 dar. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Mikrocomputer, der aus folgenden Komponenten besteht: der Bestimmungseinrichtung (Zentraleinheit) 200 (CPU), die eine Steuergröße der AGR-Magnetspule 12, oder dergleichen, entsprechend vorbestimmten Programmen berechnet; dem Freilaufzähler 201 zum Messen der Umdrehungsperiode des Motors 1; dem Taktgeber 202, der durch Takten das Taktverhältnis des an die AGR-Magnetspule angelegten Treibersignals mißt; dem A/D-Umsetzer 203 zur Umsetzung eines analogen Eingangssignals in ein Digitalsignal; der Speichereinrichtung (RAM) 205, die als Arbeitsspeicher dient; dem ROM 206, der die Programme speichert; dem Ausgangsport 207 zum Ausgeben des Treibersignals; und dem Sammelbus 208 oder dergleichen. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet eine erste Eingabeschnittstellenschaltung, die ein primärseitiges Zündsignal der Zündspule 13 in Form bringt und es dann als Unterbrechungssignal an den Mikrocomputer 100 liefert. Wenn das Unterbrechungssignal erzeugt ist, liest die Zentraleinheit 200 (CPU) den Wert des Zählers 201 ab, berechnet die Periode der Motorumdrehungszahl aus der Differenz zwischen dem aktuell abgelesenen Wert und dem zuvor abgelesenen Wert, der im RAM 205 gespeichert ist. Weiter bezeichnen die Bezugszeichen 102 - eine zweite Eingabeschnittstellenschaltung, welche die entsprechenden Signale des Drucksensors 6, des Drosselventilöffnungsgradsensors 8, etc., empfängt und an den A/D-Umsetzer 203 liefert; und 104 - eine Ausgabeschnittstellenschaltung, welche das Treiberausgangssignal des Ausgangsports 207 verstärkt und an die AGR-Magnetspule 12 liefert.

Fig. 3 stellt ein Erläuterungsdiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem AGR-Steuersignal und dem Ansaugluftleitungsdruck dar. Allgemein wird gemäß Fig. 3 die Druckdifferenz des Einlaßverzweigungsrohres 4, das heißt die Druckdifferenz zwischen dem Druckwert im Falle, daß die AGR-Magnetspule 12 betätigt wird und eine AGR-Durchflußmenge vorhanden ist, und einem Druckwert im Falle, daß die AGR-Magnetspule 12 nicht betätigt wird und demgemäß keine AGR-Durchflußmenge vorhanden ist, gleich einem vorbestimmtem Wert oder größer, und zwar unter der Voraussetzung, daß der AGR-Durchflußwert übermäßig groß oder passend ist. Wenn jedoch die AGR-Durchflußmenge übermäßig klein ist, wird die Druckdifferenz des Einlaßverzweigungsrohres 4 klein.

Fig. 4 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Druckdifferenz im Einlaßverzweigungsrohr 4 und dem AGR-Verhältnis (%) dar. Die ausgezogene Gerade A und die strichpunktierte Gerade B geben Belastungszustände des Verbrennungsmotors wieder. Wenn das AGR-Verhältnis im vorbestimmten Bereich von 5 bis 15% liegt, und wenn der Belastungszustand des Motors entsprechend der voll ausgezogenen Geraden A verläuft, wird die Druckdifferenz des Einlaßverzweigungsrohres 4 für die AGR-Verhältnisse von 15% und 5% groß. Im Gegensatz dazu wird der Differenzabschnitt der Druckdifferenz des Einlaßverzweigungsrohres 4 (B′′-B′) klein, wenn der Belastungs zustand des Motors entsprechend der strichpunktierten Geraden B verläuft. Daher ändert sich die Beziehung zwischen dem Druckwert des Einlaßverzweigungsrohres 4 und dem AGR-Verhältnis in Abhängigkeit vom Belastungszustand des Motors. Bei der vorliegenden Erfindung wird als Differenzwert die Druckdifferenz im Einlaßverzweigungsrohr 4 erfaßt. Der erfaßte Wert wird entsprechend dem Belastungszustand korrigiert. Sollte der Korrekturwert außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen, wird festgestellt, daß die Steuereinrichtung fehlerhaft funktioniert.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der Fehlerdiagnoseeinrichtung anhand des Flußdiagramms der Fig. 5 im einzelnen beschrieben.

Zunächst ermittelt das Programm, ob die AGR-Magnetspule 12 in Betrieb ist. Wenn eine AGR-Durchflußmenge vorhanden ist, was durch die Aussage JA bestätigt wird, wird in Schritt 301 bestimmt, ob die Änderung der Motorumdrehungszahl Ne einem vorbestimmten Wert entspricht oder darunter liegt. Falls die Änderung der Motorumdrehungszahl dem vorbestimmten Wert entspricht oder darunter liegt, wird in Schritt 302 das Signal des Drosselöffnungsgradsensors 8 erfaßt und entschieden, ob die Änderung des Drosselöffnungsgrades Θ einem vorbestimmten Wert entspricht oder kleiner ist. Falls die Änderung des Drosselöffnungsgrades Θ dem vorbestimmten Wert entspricht oder kleiner ist, befindet sich der Motor in einen stabilen Zustand und die AGR-Magnetspule 12 ist in Betrieb. In Schritt 303 wird der Druckwert Pb_EIN (erster Ansaugluft- Druckwert) des Einlaßverzweigungsrohres 4 für den Fall erfaßt, daß die AGR-Magnetspule 12 in Betrieb ist, und der Druckwert wird abgespeichert. In Schritt 307 schaltet das Programm die AGR-Magnetspule 12 ab, um den Druck der Einlaßrohrverzweigung für den Fall zu erhalten, daß die AGR-Durchflußmenge den Wert 0 aufweist. In Schritt 305 wird der zweite Ansaugluft-Druckwert Pb_AUS des Einlaßverzweigungsrohres für den Fall erfaßt, daß die AGR-Magnetspule 12 ausgeschaltet ist, und gespeichert.

Auf diese Weise werden der tatsächliche Druckwert Pb_EIN des Einlaßverzweigungsrohres im Falle, daß eine AGR-Durchflußmenge vorhanden ist, und der Druckwert Pb_AUS des Einlaßverzweigungsrohres im Falle erfaßt, daß keine AGR-Durchflußmenge vorhanden ist. In Schritt 306 wird auf der Basis der genannten Werte als Differenzwert die Druckdifferenz (Pb_EIN-Pb_AUS) berechnet. In Schritt 307 wird der Belastungszustand des Motors aus dem Druck Pb_AUS des Einlaßverzweigungsrohres bestimmt. Entsprechend wird die berechnete Druckdifferenz gemäß dem Belastungszustand des Verbrennungsmotors korrigiert, und es wird die obige Druckdifferenz (Pb_EIN-Pb_AUS) entsprechend dem Wert des Druckes Pb_AUS des Einlaßverzweigungsrohres korrigiert.

Weiter bestimmt das Programm in Schritt 308, ob die korrigierte Druckdifferenz, das heißt der korrigierte Differnezwert, in einem vorbestimmten Bereich liegt. Liegt der korrigierte Differenzwert außerhalb des vorbestimmten Bereiches, wird in Schritt 309 die AGR-Magnetspule 12 eingeschaltet, so daß die AGR stattfindet, deren Größe der vorherigen Größe entspricht. In Schritt 310 wird die AGR-Steuereinrichtung als normal funktionierend festgestellt; es wird eine Normalitätsmarke gesetzt und in Schritt 311 wird die Warnlampe 23 abgeschaltet. Falls der korrigierte Differenzwert außerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt und das Programm in Schritt 308 dementsprechend die Aussage NEIN liefert, wird in Schritt 312 das Funktionieren der AGR-Steuereinrichtung als anormal festgestellt, eine Anormalitätsmarke gesetzt, und in Schritt 313 die Warnlampe 23 eingeschaltet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der der Ladezustand des Motors, durch den bereits erfaßten Druck Pb_AUS des Ansaugverzweigungsrohres bestimmt. Auf der Basis dieses Ladezustandes des Motors wird die Druckdifferenz (Pb_EIN- Pb_AUS) korrigiert. Jedoch kann auch aus dem Druck Pb_EIN des Ansaugverzweigungsrohres der Ladezustand des Motors aus diesem Wert bestimmt werden. Weiter kann die Korrektur auf der Basis eines Funktionswertes erfolgen, der die Beziehung zwischen der Motorumdrehungszahl und dem Drosselöffnungsgrad oder dem gemessenen Wert der Ansaugluftmenge wiedergibt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird bei der Fehlerdiagnose der Abgasrückführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Differenzwert zwischen dem ersten und dem zweiten Ansaugluft-Druckwert ermittelt. Der Differenzwert wird auf der Basis eines dieser beiden Druckwerte korrigiert. Weiter kann auch im Rahmen der Erfindung der Differenzwert auf der Basis eines Funktionswertes korrigiert werden, der die Beziehung zwischen der Motorumdrehungszahl und dem Drosselöffnungsgrad oder dem Meßwert der Ansaugluftmenge wiedergibt. Daher kann man gemäß der Erfindung den Fehlerzustand, verursacht durch die Zunahme der AGR-Durchflußmenge, aufgrund der Verschlechterung von Teilen des Rückführungsventils der Abgasrückführungsvorrichtung oder durch die Abnahme der AGR-Durchflußmenge infolge einer Verstopfung des Ventils präzise diagnostizieren, und zwar entsprechend dem Belastungszustand des Verbrennungsmotors.

Claims

1. Abgasrückführungsvorrichtung zur Steuerung der Rückführung eines Teils des Abgases eines Verbrennungsmotors zurück in den Verbrennungsmotor mit Fehlerdiagnose, umfassend:

- eine Rückführungsleitung zur Rückführung des Abgases des Verbrennungsmotors in eine Luftansaugleitung (3);
- ein Rückführungsventil (11) zur Steuerung der Durchflußmenge des durch die Rückführungsleitung strömendes Abgases;
- eine Einrichtung (12, 22) zur Steuerung des Durchtrittsquerschnittes des Rückführungsventils (11);
- eine Belastungszustands-Erfasungseinrichtung (6) zur Erfassung des Belastungszustandes des Verbrennungsmotors;
- eine Speichereinrichtung (205) zum Abspeichern eines ersten Ansaugluft-Druckwertes (Pb_EIN), der erfaßt wird, wenn sich das Rückführungsventil (11) in einem Zustand großer Öffnungsweite befindet, und eines zweiten Ansaugluft-Druckwertes (Pb_AUS), der erfaßt wird, wenn sich das Rückführungsventil (11) in seinem geschlossenen Zustand befindet;
- eine Berechnungs- und Korrektureinrichtung (200) zum Berechnen eines Differnezwertes (Pb_EIN-Pb_AUS) zwischen dem ersten Druckwert (Pb_EIN) und dem zweiten Druckwert (Pb_AUS), und zum Korrigieren des Differenzwertes auf der Basis des Belastungszustands des Verbrennungsmotors;
- eine Bestimmungseinrichtung (200) zur Entscheidung darüber, obv der korrigierte Differenzwert in einem vorbestimmten Bereich liegt; und
- eine Alarmvorrichtung (22, 23), die einen Alarm auslöst, wenn die Bestimmungseinrichtung (200) feststellt, daß der korrigierte Differenzwert außerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.

2. Abgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungszustand des Verbrennungsmotors auf der Grundlage entweder des ersten Druckwertes (Pb_EIN) oder des zweiten Druckwertes (Pb_AUS) ermittelt wird.

3. Abgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungszustand des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einmes Meßwertes für die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge ermittelt wird.

4. Abgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungszustand des Verbrennungsmotors auf der Grundlage eines Funktionswertes ermittelt wird, welcher die Beziehung der Drehzahl des Verbrennungsmotors zum Drosselöffnungsgrad oder zum Meßwert für die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge angibt.