DE102012112627A1

DE102012112627A1 - Abnormalitätsdiagnosevorrichtung für ein Verbrennungsmotorsteuersystem

Info

Publication number: DE102012112627A1
Application number: DE102012112627A
Authority: DE
Inventors: Yusuke MAJIMA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2013133714A; JP5459302B2; US20130160536A1; DE102012112627B4; US8756984B2

Abstract

Bei einem Zustand, bei welchem ein Verbrennungsmotor (10) läuft, spritzt eine Kraftstoffeinspritzdüse (17) keinen Kraftstoff ein, und bei welchem eine Kraftstoffpumpe (43) keinen Kraftstoff ausstößt, so dass der Kraftstoffdruck in einer gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung (42) konstant gehalten wird, berechnet eine ECU (60) ein tatsächliches Drehmoment basierend auf einer tatsächlichen Motordrehzahl (NE) und stellt fest, ob das tatsächliche Drehmoment relativ zu einem vorgegebenen Bezugsdrehmoment zunimmt oder abnimmt. Überdies wird bei dem gleichen Zustand wie vorstehend erläutert ein Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung ermittelt. Auf der Basis von Veränderungen des tatsächlichen Drehmoments und des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung (42) stellt die ECU (60) fest, ob eine Unregelmäßigkeit auftritt und identifiziert eine Art der Unregelmäßigkeit.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung für ein Steuersystem eines Verbrennungsmotors.
HINTERGRUND
Die JP-2007-32540A beschreibt, dass eine augenblickliche Drehzahl (augenblickliche NE) einer Verbrennungskraftmaschine auf der Basis eine Kurbelwinkelsignals gemessen wird, das von einem Kurbelwinkelsensor übertragen wird, und dass ein tatsächliches Drehmoment der Maschine basierend auf der gemessenen, augenblicklichen NE abgeschätzt wird. Überdies können auf der Basis des geschätzten tatsächlichen Drehmoments des Motors verschiedene Arten von Unregelmäßigkeiten festgestellt werden.
Beispielsweise kann, wenn einem Dieselmotor Biokraftstoff zugeführt wird und unverbrannter Biokraftstoff in das Kurbelgehäuse fließt, das Motoröl durch den unverbrannten Biokraftstoff verdünnt werden, was eine Situation verursachen kann, in der Motoröl in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors gelangt. In dieser Situation wird das Motoröl in der Brennkammer verbrannt, so dass das tatsächliche Drehmoment des Motors über das ursprünglich vermutete Drehmoment ansteigt. Somit kann auf der Basis einer Zunahme des tatsächlichen Drehmoments festgestellt werden, ob im Steuersystem des Verbrennungsmotors eine Fehlfunktion auftritt. Auch wenn eine Fehlfunktion auftritt, bei der eine Kraftstoffeinspritzdüse unbeabsichtigt Kraftstoff einspritzt, steigt das tatsächliche Drehmoment des Motors über das ursprünglich vermutete Drehmoment an. Somit kann auf der Basis einer Zunahme des tatsächlichen Drehmoments festgestellt werden, ob im Steuersystem des Verbrennungsmotors eine Fehlfunktion auftritt.
Obwohl auf der Basis des tatsächlichen Drehmoments festgestellt werden kann, ob eine Fehlfunktion beim Steuersystem des Verbrennungsmotors auftritt, ist es nicht möglich festzustellen, welche Art von Fehlfunktion im Steuersystem des Verbrennungsmotors auftritt. Das heißt, in beiden Fällen einer Fehlfunktion, bei welcher Motoröl in eine Brennkammer des Motors fließt und bei welcher eine Kraftstoffeinspritzdüse eine Fehlfunktion aufweist, steigt das tatsächliche Drehmoment an. Obwohl festgestellt werden kann, dass eine Fehlfunktion auftritt, ist es unmöglich, festzustellen, welcher der Fälle einer Fehlfunktion vorliegt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung für ein Steuersystem eines Verbrennungsmotors zu schaffen, das in der Lage ist, die Art der Anomalie im Steuersystem eines Verbrennungsmotors zu identifizieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung besitzt eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung einen Drehmomentermittlungsabschnitt. Der Drehmomentermittlungsabschnitt berechnet ein tatsächliches Drehmoment auf der Basis einer augenblicklichen Drehzahl eines Verbrennungsmotors unter einer vorgegebenen Bedingung, bei welcher der Verbrennungsmotor läuft, eine Kraftstoffeinspritzdüse keinen Kraftstoff einspritzt und eine Kraftstoffpumpe keinen Kraftstoff ausstößt, so dass der Kraftstoffdruck im Sammler konstant gehalten ist. Der Drehmomentermittlungsabschnitt stellt weiter fest, ob das tatsächliche Drehmoment um einen vorgegebenen Betrag oder mehr relativ zu einem vorbestimmten Bezugsdrehmoment zunimmt oder abnimmt.
Die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung schließt weiter einen Druckveränderungsermittlungsabschnitt ein, der eine Änderung des Kraftstoffdrucks im Sammler unter der vorgegebenen Bedingung feststellt. Des weiteren schließt die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung einen Abnormalitätsermittlungsabschnitt ein, der feststellt, ob eine Abnormalität auftritt und der eine Art der Abnormalität auf der Basis eines Ermittlungsergebnisses des Drehmomentermittlungsabschnitts und der durch den Druckveränderungsermittlungsabschnitt festgestellten Änderung des Kraftstoffdrucks im Sammler identifiziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden ersichtlicher aus der folgenden, detaillierten, auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung. In dieser zeigen
1 eine schematische Ansicht eines Steuersystem eines Dieselmotors;
2A und 2B Wellenformdiagramme, die jeweils eine Motordrehzahl NE und eine Änderung ΔNE der Motordrehzahl darstellen;
3A und 3B Wellenformdiagramme, die jeweils eine Änderung ΔNE der Motordrehzahl beim Auftreten einer Abnormalität darstellen;
4A und 4B Zeitdiagramme, die jeweils ein Motordrehmoment und einen Kraftstoffdruck im Falle eines normalen Steuersystems und eines abnormalen Steuersystems darstellen; und
5 ein Ablaufdiagramm, das ein Abnormalitätsdiagnoseverfahren darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Abnormalitätsdiagnosevorrichtung bei einem Steuersystem vorgesehen, das mit einer mit einer gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung (common rail) ausgestatteten Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Mehrzylinderfahrzeugdieselmotors versehen ist. Seine detaillierte Ausgestaltung wird unten beschrieben. Die 1 ist ein das Steuersystem zeigendes schematisches Schaltbild.
Ein Vierzylinderdieselmotor 10 besitzt einen Zylinderblock 11, in dem eine Zylinder 12 ausgebildet ist, in dem hin- und hergehend ein Kolben 13 beweglich ist. Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 13 dreht eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle. Ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 15 sind jeweils mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung verbunden. Über das Einlassventil 14 wird Frischluft in eine Brennkammer 16 eingeleitet und Abgas wird aus der Brennkammer 16 über das Auslassventil 15 abgeführt. Außerdem ist der Motor 10 mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 17 versehen, die Kraftstoff in die Brennkammer 16 einspritzt.
Ein Einlassrohr 21 ist mit der Einlassöffnung und ein Auslassrohr 22 mit der Auslassöffnung verbunden. Ein Luftfilter 23 ist am weitesten stromauf im Einlassrohr angeordnet. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 25 zum Abfangen von Partikeln (PM) im Abgas und ein NOx-Okklusions-Reduzierungskatalysator (NOx-Katalysator) 26 zur NOx-Reinigung sind im Auslassohr 22 angeordnet. Eine (nicht gezeigte) EGR-(Abgasrückführungs-)Vorrichtung zur Rückführung eines Teils des Abgases ist zwischen dem Einlassrohr 21 und dem Auslassrohr 22 vorgesehen.
Ein Turbolader 30 ist zwischen dem Einlassrohr 21 und dem Auslassrohr 22 vorgesehen. Der Turbolader 30 besitzt einen Verdichterimpeller 31 und ein Turbinenrad 32, die miteinander durch eine Welle 33 verbunden sind. Ein Zwischenkühler 35 zur Kühlung der verdichteten Luft ist stromab vom Verdichterimpeller 31 im Einlassrohr 21 angeordnet.
Eine gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung (common rail) 42 steht mit der Kraftstoffeinspritzdüse 17 über ein Hochdruckkraftstoffrohr 41 in Strömungsverbindung. Die gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung 42 ist mit einer Kraftstoffpumpe 43 verbunden, die ihr unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuführt. Die Kraftstoffpumpe wird vom Motor 10 angetrieben. Die Kraftstoffpumpe 43 ist mit einem Saugsteuerventil (SCV) versehen, das dessen Ausgabemenge einstellt.
Die gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung 42 ist mit einem Druckfühler 44 versehen, der einen tatsächlichen Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 ermittelt. Die gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung 42 ist auch mit einem Druckminderventil 45 zur Reduzierung des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 versehen. Das Druckminderventil 45 ist ein normalerweise geschlossenes Magnetventil, das erregt wird, wenn der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 einen Zielwert überschreitet. Wenn das Druckminderventil 45 geöffnet ist, wird der Druck in der gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung abgesenkt.
Überdies ist das Steuersystem mit einem Ermittlungsabschnitt versehen, der verschiedene Betriebszustände des Fahrzeugs und des Motors 10 feststellt. Insbesondere schließt der Ermittlungsabschnitt einen Drehzahlsensor 51 ein, der eine Drehzahl der Kurbelwelle feststellt, und einen Beschleunigungssensor 52, der die Stellung eines Fahrpedals feststellt. Der Drehzahlsensor 51 ist ein Abrufsensor (pickup sensor), der Impulssignale (NE-Impulse) zur Motordrehzahl ausstößt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der NE-Impuls alle 30°CA (Kurbelwinkel) ausgegeben.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 60 schließt einen Mikrocomputer ein, der eine CPU, ein ROM, ein RAM und ein EEPROM besitzt. Im ROM sind mehrere Steuerprogramme gespeichert. Die ECU 60 empfängt verschiedene Ermittlungssignale von den obigen Sensoren und anderen Sensoren. Die ECU 60 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge und eine Kraftstoffeinspritzzeit basierend auf der Information über den Motorbetriebszustand einschließlich der Motordrehzahl, der Fahrpedalposition und dergleichen. Dann gibt die ECU 60 ein Einspritzsteuersignal an die Einspritzdüse 17 aus.
Die ECU 60 steuert den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 entsprechend dem tatsächlichen Motorbetriebszustand. Insbesondere berechnet die ECU 60 einen Zielkraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 auf der Basis der Motordrehzahl und der Fahrpedalposition und stellt die Ausgabemenge der Kraftstoffpumpe 43 derart ein, dass der vom Drucksensor 44 ermittelte, tatsächliche Kraftstoffdruck mit dem Zielkraftstoffdruck übereinstimmt. Das heißt, die ECU 60 führt eine Kraftstoffdruck-Feedback-Steuerung aus.
Es sollte beachtet werden, dass die Motordrehzahl NE sich entsprechend der Verbrennung in jedem Zylinder ändert. Eine Zunahme und eine Abnahme der Motordrehzahl NE werden in Übereinstimmung mit jedem Hub in einem Verbrennungszyklus wiederholt. Wie in 2A gezeigt, ist die Zündfolge bei vier Zylindern: erster Zylinder (#1), dritter Zylinder (#3), vierter Zylinder (#4) und zweiter Zylinder [#2). Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt alle 180°CA der Kurbelwelle. Bei einem Verbrennungszyklus (Arbeitsspiel) eines einzelnen Zylinders nimmt die Motordrehzahl NE mit der Kraftstoffverbrennung zu und dann nimmt die Motordrehzahl NE aufgrund einer auf die Kurbelwelle einwirkenden Last ab. Die in 2A gezeigte Motordrehzahl NE wird auf der Basis einer Zeitperiode berechnet, die von der Kurbelwelle 17 benötigt wird, um sich um einen speziellen Winkel (30°CA) zu drehen. Diese Motordrehzahl NE wird als die augenblickliche Motordrehzahl bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird angesichts der Änderung der Motordrehzahl NE bei jedem Zylinder das tatsächliche Drehmoment für jeden Zylinder entsprechend der Änderung der Motordrehzahl NE abgeschätzt.
Insbesondere wird die diskrete Fourier-Transformation in Bezug auf die Motordrehzahl NE ausgeführt, wodurch die Änderung der Motordrehzahl NE berechnet wird. Dann wird basierend auf der Änderung der Motordrehzahl NE das tatsächliche Drehmoment eines jeden Zylinders berechnet. In diesem Falle wird gemäß der folgenden Formel (1) die diskrete Fourier-Transformation in Bezug auf die tatsächliche Motordrehzahl NE (NE-Wellenform) durchgeführt, wodurch ein realer Teil Re und ein imaginärer Teil Im der Fourierreihe Crow berechnet werden.
Bei der obigen Formel (1) bezeichnet „CNT” die Anzahl der Winkelzähler (angle counter), die bei einem Berechnungszyklus von NE (30°CA) aufwärts gezählt wird. „Δ” bezeichnet den Berechnungszyklus von NE (30°CA Zyklus). Es sollte beachtet werden, dass Crow_Re und Crow_Im aufeinanderfolgend bei einem Rotationszyklus der Kurbelwelle hochgezählt werden.
Außerdem werden die berechneten Crow_Re und Crow_Im in eine Formel (2) eingebracht, wodurch eine Amplitude Arow_Re und ein Phasenwinkel θrow einer Komponentenwellenform (component waveform) des Verbrennungszyklus „T” berechnet werden.
Die 2B zeigt eine Wellenform einer Änderung der Motordrehzahl NE (ΔNE), die erhalten wird, indem die diskrete Fourier-Transformation in Bezug auf die Motordrehzahl NE (NE-Wellenform) ausgeführt wird. Eine Amplitude (Differenz zwischen einem Spitzenwert und einem Tiefstwert) der NE-Änderung ((ΔNE) entspricht der Amplitude Arow, die gemäß der obigen Formel (2) berechnet ist. Außerdem ist die Amplitude Arow dem tatsächlichen Drehmoment in jedem Zylinder äquivalent.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird basierend auf dem tatsächlichen Drehmoment (Amplitude Arow) festgestellt, ob im Steuersystem eine Abnormalität auftritt. Insbesondere kann die Drehmomentkomponente des Verbrennungszyklus in eine durch Kraftstoffverbrennung erzeugte Verbrennungskomponente (Verbrennungsdrehmoment) und eine Nicht-Verbrennungskomponente (Nicht-Verbrennungs-Drehmoment) klassifiziert werden. Das Nicht-Verbrennungs-Drehmoment schließt ein Trägheitsdrehmoment des Motors 10 ein und ein Kompressionsdrehmoment, das durch eine Luftkompression in der Brennkammer 16 erzeugt wird. Falls angenommen wird, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 17 keinen Kraftstoff einspritzt, während der Motor 10 läuft, wird nur ein Nicht-Verbrennungs-Drehmoment erzeugt. Das Nicht-Verbrennungs-Drehmoment kann vorab als Bezugsgröße berechnet werden. Durch Vergleich des tatsächlichen Drehmoments und des Nicht-Verbrennungs-Drehmoments kann zwischen ihnen ein Abweichungsbetrag erhalten werden. Basierend auf dem erhaltenen Abweichungsbetrag kann eine Abnormalitätsdiagnose durchgeführt werden. Wenn beispielsweise das tatsächliche Drehmoment zunimmt, selbst obwohl kein Kraftstoff eingespritzt wird, kann eine Zunahme des tatsächlichen Drehmoments durch den obigen Vergleich festgestellt werden, so dass festgestellt werden kann, dass im Steuersystem eine Abnormalität auftritt.
Ursachen der Abnormalität können jedoch nicht festgestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Abnormalitätsdiagnose auf der Basis einer Veränderung des Kraftstoffdrucks unter einer spezifizierten Bedingung durchgeführt, wobei angenommen wird, dass zusätzlich dazu, dass die Veränderung des tatsächlichen Drehmoments mit keiner Kraftstoffeinspritzung erfolgt, der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 konstant gehalten wird (kein Kraftstoff wird in die gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung eingeleitet oder aus ihr abgeführt). Somit kann auf der Basis der Art der Veränderung des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 diagnostiziert werden, welche Art von Abnormalität in jedem Falle auftritt, selbst falls das tatsächliche Drehmoment sich relativ zum Bezugswert ohne Kraftstoffeinspritzung in jedem Falle erhöht oder abnimmt.
Abnormalitäten, die identifiziert werden können, sind die folgenden Abnormalitäten #1–#6.
Abnormalität #1: Motoröl fließt in eine Brennkammer.
Abnormalität #2: Motoröl fließt in einen Einlasskanal.
Abnormalität #3: Die Kraftstoffeinspritzdüse 17 spritzt Kraftstoff nicht korrekt ein.
Abnormalität #4: Der Kraftstoffverlust tritt in einem Hochdruckkanal auf.
Abnormalität #5: Die Kraftstoffpumpe 43 gibt den Kraftstoff nicht korrekt aus.
Abnormalität #6: Der Motor 10 weist eine Abnormalität seiner Reibung auf.
Insbesondere bei der obigen Abnormalität #1 fließt das Motoröl durch einen Zwischenraum zwischen dem Zylinder und dem Kolben im Zylinderblock 11 in die Brennkammer 16. Bei der Abnormalität #2 wird das Motoröl aufgrund einer Fehlfunktion des Turboladers 30 mit der Ansaugluft vermischt und das Motoröl fließt in die Brennkammer 16. Bei der Abnormalität #3 spritzt die Kraftstoffeinspritzdüse 17 unbeabsichtigt den Kraftstoff aufgrund einer Fehlfunktion der Kraftstoffeinspritzdüse 17 oder der ECU 60 ein. Bei der Abnormalität #4 entweicht Kraftstoff unter Hochdruck aufgrund einer Fehlfunktion des Kraftstoffhochdruckrohrs 41, der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 oder des Druckminderventils 45 nach außen. Bei der Abnormalität #5 entlässt die Kraftstoffpumpe 43 aufgrund einer Fehlfunktion unbeabsichtigt Kraftstoff. Bei der Abnormalität #6 erhöht sich die Reibung im Motor 10 aufgrund einer Verknappung des Motoröls oder einer Abnahme seiner Viskosität.
Bezugnehmend auf die 3A bis 3C sowie 4A und 4B werden die Veränderungen des tatsächlichen Drehmoments und des Kraftstoffdrucks hinsichtlich jeder Abnormalität #1 bis #6 beschrieben. Die 3A bis 3C zeigen die Veränderung der Motordrehzahl NE relativ zu einem Bezugswert. Eine durchgehende Linie zeigt eine tatsächliche NE-Veränderung (ΔNE) und eine unterbrochene Linie stellt eine Bezugs-NE-Veränderung (ΔNE) dar. Die 4A zeigt eine Drehmomentveränderung. Eine unterbrochene Linie stellt ein Bezugsdrehmoment dar und drei ausgezogene Linien stellen tatsächliche Drehmomente mit Abnormalitäten dar. Die 4B zeigt eine Veränderung des Kraftstoffdrucks ohne Abnormalität, und durchgehende Linien zeigen den Kraftstoffdruck mit Abnormalität.
Bei den obigen Abnormalitäten #1 bis #3 wird das tatsächliche Drehmoment gegenüber dem Bezugswert erhöht. Das heißt, bei den Abnormalitäten #1 und #2 tritt eine Zunahme des Drehmoments aufgrund einer Verbrennung des Motoröls auf. Bei der Abnormalität #3 tritt eine Zunahme des Drehmoments aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffs auf. Es sollte beachtet werden, dass die Zunahme des Drehmoments bei einem Teil der Zylinder bei der obigen Abnormalität #1 und die Zunahme des Drehmoments zugleich bei allen Zylindern bei der Abnormalität #2 auftritt. Das heißt, wie in 3A gezeigt, nimmt, wenn obige Abnormalität #1 auftritt, eine Amplitude (tatsächliches Drehmoment) der tatsächlichen NE relativ zu einer Bezugsamplitude (Bezugsdrehmoment) bei einem Teil der Zylinder zu (#3). Wenn die obige Abnormalität #2 auftritt, nimmt, wie in 3B gezeigt, die Amplitude (tatsächliches Drehmoment) der tatsächlichen NE relativ zu einer Bezugsamplitude (Bezugsdrehmoment) bei allen Zylindern zu (#1 bis #4). Außerdem besteht, wie in 4A gezeigt, eine Differenz der Drehmomentänderung zwischen der obigen Abnormalität #1 und der obigen Abnormalität #2. Während bei den obigen Abnormalitäten #1 und #2 der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 konstant gehalten wird, nimmt der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 bei der obigen Abnormalität #3 ab, wie in 4B gezeigt. Gemäß dem Obigen können alle Abnormalitäten #1 bis #3 identifiziert werden.
Bei den obigen Abnormalitäten #1 und #5 nimmt, obwohl keine Veränderung des tatsächlichen Drehmoments des Motors 10 vorliegt, bei der Abnormalität #4 der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 ab und bei der Abnormalität #5 der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 zu, wie in 4B gezeigt. Deshalb kann jede der Abnormalitäten #4 und #5 identifiziert werden.
Bei den obigen Abnormalitäten #3 und #4 wird, obwohl der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung abnimmt, das tatsächliche Drehmoment des Motors 10 bei der Abnormalität #3 erhöht und das tatsächliche Drehmoment des Motors 10 bei der Abnormalität #4 nicht erhöht, wie in 4A gezeigt. Deshalb kann jede der Abnormalitäten #3 und #4 identifiziert werden. Wenn die Abnormalität #3 auftritt, ist es wahrscheinlich, dass die Verfahrensweise mit Drehmomentsteigerung (torque increase mode) davon abhängt, ob die Abnormalität in einem Teil der Zylinder oder in allen Zylindern auftritt.
Wenn die Abnormalität #6 auftritt, wird der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 konstant gehalten und das tatsächliche Drehmoment des Motors 10 nimmt relativ zum Bezugswert ab, wie in 4A gezeigt. Dadurch kann die obige Abnormalität #6 identifiziert werden.
Die 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Abnormalitätsdiagnoseverfahren zeigt. Die ECU 60 führt in vorgegebenen Intervallen wiederholt das Verfahren durch.
Beim Schritt S11 stellt er Computer fest, ob der Motor 10 sich in einem Nicht-Einspritz-Zustand befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Kraftstoffabsperrung durchgeführt, wenn das Fahrpedal nicht betätigt ist und die Motordrehzahl NE nicht geringer ist als eine vorgegebene Kraftstoffabsperrdrehzahl. Wenn die Kraftstoffabsperrung durchgeführt wird, wird festgestellt, dass der Motor 10 sich im Nicht-Einspritz-Zustand befindet. Wenn die Antwort JA ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S12 fort. Ist die Antwort NEIN, endet das Verfahren.
Beim Schritt S12 sind die Aktion der Pumpe 43 und des Druckminderventils 45 gestoppt. Weil im Nicht-Einspritz-Zustand die Pumpe 43 und das Druckminderventil 45 abgeschaltet sind, strömt kein Kraftstoff in die gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung 42 und kein Kraftstoff aus dieser. Somit wird der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 konstant gehalten.
Beim Schritt S13 berechnet der Computer ein tatsächliches Drehmoment für jeden Zylinder im Verbrennungszyklus. In diesem Falle wird die Amplitude Arow als das tatsächliche Drehmoment für jeden Zylinder gemäß den Formeln (1) und (2) berechnet.
Dann berechnet beim Schritt S14 der Computer eine Drehmomentabweichung ΔT zwischen dem beim Schritt S14 berechneten tatsächlichen Drehmoment und einem vorgegebenen Bezugsdrehmoment (Drehmomentabweichung ΔT = tatsächliches Drehmoment – Bezugsdrehmoment). Das Bezugsdrehmoment ist definiert als ein idealer Wert des tatsächlichen Drehmoments im Verbrennungszyklus bei einem Zustand, in welchem kein Kraftstoff in den Motor 10 eingespritzt wird. Das Bezugsdrehmoment wird vorab im Speicher der ECU 60 gespeichert.
Dann stellt beim Schritt S15 der Computer fest, ob der tatsächliche Kraftstoffdruck konstant gehalten wurde, nachdem er konstant geworden war. Ist die Antwort beim Schritt S15 JA, schreitet das Verfahren zum Schritt S16 fort. Ist die Antwort beim Schritt S15 NEIN, schreitet das Verfahren zum Schritt S22 fort.
Beim Schritt S16 stellt der Computer fest, ob die Drehmomentabweichung ΔT größer ist als eine festgelegte Schwelle „K1” (K1 > 0) oder gleich dieser. Ist die Antwort JA, schreitet das Verfahren zum Schritt S17 fort, bei dem der Computer feststellt, ob die Zunahme des tatsächlichen Drehmoments in einem Teil der Zylinder oder in allen Zylindern auftritt.
Wenn die Zunahme des tatsächlichen Drehmoments in einem Teil der Zylinder stattfindet, schreitet das Verfahren zum Schritt S18 fort. Der Computer stellt fest, dass die Abnormalität #1 auftritt, bei der das Motoröl in die Brennkammer fließt. In diesem Moment stellt der Computer einen Zylinder fest, in dem die Drehmomentzunahme auftritt, wodurch der eine Abnormalität aufweisende Zylinder identifiziert werden kann. Indessen schreitet das Verfahren zum Schritt S19 fort, wenn die Zunahme des tatsächlichen Drehmoments in allen Zylindern auftritt. Der Computer stellt fest, dass die Abnormalität #2 auftritt, bei der das Motoröl in den Einlasskanal fließt.
Wenn beim Schritt S16 die Antwort NEIN ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S20 fort, bei dem der Computer feststellt, ob die Drehmomentabweichung ΔT geringer ist, als eine festgelegte Schwelle K2 (K2 < 0) oder dieser gleich. Ist die Antwort JA, schreitet das Verfahren zum Schritt S21 fort. Der Computer stellt fest, dass die Abnormalität #6 auftritt, bei welcher der Motor 10 eine Abnormalität bei seiner Reibung aufweist.
Wenn die Antwort beim Schritt S15 NEIN ist, das heißt, wenn eine Veränderung des Kraftstoffdrucks auftritt, schreitet das Verfahren zum Schritt S22 fort, bei welchem der Computer feststellt, ob der Kraftstoffdruck abnimmt. Wenn beim Schritt S22 die Antwort JA ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S23 fort, bei welchem der Computer feststellt, ob da tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment konstant geblieben ist. Wenn beim Schritt S23 die Antwort JA ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S24 fort. Der Computer stellt fest, dass die Abnormalität #4 auftritt, bei der die Kraftstoffleckage in einem Hochdruckkanal auftritt. Wenn die Antwort beim Schritt S23 NEIN ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S25 fort, bei dem der Computer feststellt, ob die Drehmomentabweichung ΔT größer ist als die festgesetzte Schwelle K1 oder gleich dieser. Wenn die Antwort JA ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S26 fort. Der Computer stellt fest, dass die Abnormalität #3 auftritt, bei der die Kraftstoffeinspritzdüse 17 Kraftstoff nicht korrekt einspritzt.
Wenn beim Schritt S22 die Antwort NEIN ist, das heißt, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt, schreitet das Verfahren zum Schritt S27 fort, bei dem der Computer feststellt, ob das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment konstant geblieben ist. Wenn beim Schritt S27 die Antwort JA ist, schreitet das Verfahren zum Schritt S28 fort. Der Computer stellt fest, dass die Abnormalität #5 auftritt, bei der die Kraftstoffpumpe 43 den Kraftstoff nicht korrekt ausstößt.
Bei jedem der Schritte S18, S19, S21, S26 und S28 wird das Diagnoseergebnis in einem Backup-Speicher (beispielsweise EEPROM) der ECU 60 als Diagnosewert gespeichert. Dadurch kann auf der Basis der Diagnosewerte eine Ursache der Abnormalität identifiziert werden und gemäß der Abnormalität eine genaue Instandsetzung durchgeführt werden. Falls einige Teile durch neue Teile ersetzt werden sollten, kann die Anzahl der Teile so gering wie möglich gehalten werden. Überdies kann entsprechend der Ursache der Abnormalität eine Bearbeitung genau und zuverlässig durchgeführt werden.
Wenn bei Schritt S15 die Antwort Ja und bei den Schritten S16 und S20 die Antwort NEIN ist, stellt der Computer fest, dass das Steuersystem keine Abnormalität aufweist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können folgende Vorteile erzielt werden.
Während der Motor läuft, spritzt die Kraftstoffeinspitzdüse 17 keinen Kraftstoff ein und die Kraftstoffpumpe 43 gibt keinen Kraftstoff aus, so dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 konstant gehalten wird, das tatsächliche Drehmoment wird basierend auf der tatsächlichen Motordrehzahl NE (augenblickliche Motordrehzahl) berechnet und der Computer stellt fest, ob das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment um den festgesetzten Betrag zunimmt oder abnimmt. Zudem ermittelt der Computer die Änderung des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 und stellt auf der Basis der Änderung des Kraftstoffdrucks in der gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung 42 fest, ob eine Abnormalität auftritt und welche Art von Abnormalität auftritt. Somit kann, selbst wenn das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment zunimmt oder abnimmt, mit keiner Kraftstoffeinspritzung in jedem Falle, auf der Basis der Änderungsart des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 diagnostiziert werden, welche Art von Abnormalität in jedem Falle auftritt. Demzufolge kann die Art der Abnormalität identifiziert werden und im Steuersystem können geeignete Instandsetzungen ausgeführt werden.
Jede der obigen Abnormalitäten #1 bis #6 kann jeweils durch Verwendung der der allgemeinen Abnormalitätsdiagnoseparameter identifiziert werden. Die Abnormalitätsdiagnose kann wirkungsvoll durchgeführt werden.
[Andere Ausführungsform]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann zum Beispiel in der folgenden Weise ausgeführt werden.
Bei der obigen Ausführungsform wird die diskrete Fourier-Transformation in Bezug auf die Motordrehzahl NE durchgeführt, wodurch die Änderung der Motordrehzahl NE berechnet wird. Dann wird auf der Basis der Änderung der Motordrehzahl NE das tatsächliche Drehmoment eines jeden Zylinders berechnet. Das heißt, eine Änderungskomponente der Motordrehzahl NE wir als ein augenblickliches Drehmoment NEflt mittels eines Bandpassfilters (BPF) extrahiert. Die auf der Basis des Ermittlungssignals (NE-Impuls) des Motordrehzahlsensors 51 berechnete Motordrehzahl NE schließt Störungen und Ermittlungsfehler ein. Der Ermittlungswert der Motordrehzahl NE streut relativ zur tatsächlichen Motordrehzahl. Der BPF entfernt Hochfrequenzkomponenten und Niederfrequenzkomponenten, wodurch das augenblickliche Drehmoment NEflt keine Streuung aufweist. Die Ermittlungsperiode des NE-Impulses ist 6°CA. Dieses augenblickliche Drehmoment NEflt(i) wid durch die folgende Formel (3) ausgedrückt. NEflt(i) = k1·NE(i) + K2·NE(i – 1) + K3·NE(i – 2) + k4·NEflt(i – 1) + k5·NEflt(i – 2) (3)
In dieser Formel (3) ist NE(i) ein tatsächlicher Abfragewert der Motordrehzahl, und NE(i – 1) und NE(i – 2) sind vorhergehende Abfragwerte. NEflt(i – 1) und NEflt(i – 2) sind vorhergehende tatsächliche Drehmomente. „k1” bis „k5” sind Konstanten.
Die obige Formel (3) wird durch Diskretisierng einer durch die folgende Formel (4) dargestellten Transferfunktion G(s) erhalten.
wobei ξ einen Attenuationskoeffizienten bezeichnet und ω eine Responsefrequenz.
Die Responsefrequenz ω ist definiert als eine Verbrennungsfrequenz des Motors 10. Darauf basierend werden auch die Konstanten „k1” bis „k5” definiert. Die Verbrennungsfrequenz ist eine Winkelfrequenz, die die Anzahl der Verbrennungen pro Winkeleinheit anzeigt. Im Falle eines Vierzylindermotors ist der Verbrennungszyklus 180°CA und seine inverse Zahl ist als die Verbrennungsfrequenz definiert.
Das auf genblickliche Drehmoment NEflt eines jeden Zylinders wird während einer vorgegebenen Periode von einem oberen Totpunkt (TDC) integriert. Basierend auf dem integrierten augenblicklichen Drehmoment wird das Zylinderdrehmoment NEtrq in Bezug auf jeden Zylinder berechnet. Der vorgegebene Integrationsbereich ist definiert vom TDC bis zum ATDC 90°CA. Alternativ ist der vorgegebene Integrationsbereich definiert vom TDC bs zum ATDC 180°CA. Der vorgegebene Integrationsbereich kann in Bezug auf jeden Zylinder definiert sein. Das Berechnungsverfahren für das Zylinderdrehmoment wird beim Schritt S13 ausgeführt.
Selbst bei einer Gestaltung, bei der das Zylinderdrehmoment NEtrq berechnet wird, kann der Computer feststellen, ob eine Abnormalität auftritt und welcher Art sie ist, auf der Basis der Veränderungen des Drehmoments und des Kraftstoffdrucks unter der Bedingung, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 17 keinen Kraftstoff einspritzt und die Kraftstoffpumpe 43 keinen Kraftstoff ausstößt, so dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung 42 konstant gehalten wird, während der Motor läuft.
Bei der obigen Ausführungsform wird das Bezugsdrehmoment berechnet. Jedoch kann das tatsächliche Drehmoment in einem normalen Zustand als das Bezugsdrehmoment eingestellt werden, wenn das Fahrzeug ausgeliefert wird. Auch in diesem Falle kann der Computer feststellen, dass eine Abnormalität auftritt, wenn das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment ansteigt oder abnimmt.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform die Diagnose in Bezug auf sechs Abnormalitäten ausgeführt wird, kann die Diagnose in Bezug auf einen Teil der Abnormalitäten ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-32540 A [0002]

Claims

Abnormalitätsdiagnosevorrichtung für ein Steuersystem eines Verbrennungsmotors, das mit einer Kraftstoffpumpe (43) versehen ist, die einen Hochdruckkraftstoff ausstößt, einen Sammler (42), welcher darin den Hochdruckkraftstoff sammelt, und eine Kraftstoffeinspitzdüse (17), die den in dem Sammler (42) gesammelten Hochdruckkraftstoff in den Verbrennungsmotor (10) einspritzt, wobei die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung bei einem Verbrennungszyklus ein tatsächliches durch den Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment auf der Basis einer augenblicklichen Drehzahl des Verbrennungsmotors (10) berechnet, und wobei die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung eine Diagnose des Steuersystems des Verbrennungsmotors auf der Basis des berechneten tatsächlichen Drehmoments durchführt, und wobei die Abnormalitätsdiagnosevorrichtung umfasst: einen Drehmomentermittlungsabschnitt (60), der das tatsächliche Drehmoment basierend auf der augenblicklichen Drehzahl des Verbrennungsmotors (10) unter einer vorgegebenen Bedingung berechnet, bei der der Verbrennungsmotor (10) läuft, die Kraftstoffeinspitzdüse (17) keinen Kraftstoff einspritzt und die Kraftstoffpumpe (43) keinen Kraftstoff ausstößt, so dass der Kraftstoffdruck im Sammler (42) konstant gehalten ist, und der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) feststellt, ob das tatsächliche Drehmoment um den vorgegebenen Betrag oder mehr relativ zu einem vorgegebenen Bezugsdrehmoment zunimmt oder abnimmt; ein Druckveränderungsermittlungsabschnitt (60), welcher eine Veränderung des Kraftstoffdrucks im Sammler (42) unter der vorgegebenen Bedingung feststellt; und ein Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60), welcher feststellt, ob eine Abnormalität auftritt, und eine Art der Abnormalität basierend auf einem Ermittlungsergebnis des Drehmomentermittlungsabschnitts (60) und der vom Druckveränderungsermittlungsabschnitt (60) festgestellten Veränderung des Kraftstoffdrucks im Sammler (42) identifiziert.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher: der Verbrennungsmotor (10) mehrere Zylinder aufweist; der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) das tatsächliche Drehmoment für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors (10) unter der vorgegebenen Bedingung berechnet; der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass eine Abnormalität auftritt, wenn der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass das tatsächliche Drehmoment relativ zu dem Bezugsdrehmoment um den vorgegebenen Betrag oder mehr zunimmt; und der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) weiter feststellt, dass Motoröl in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors (10) fließt, wenn in einem Teil der Zylinder eine Zunahme des tatsächlichen Drehmoments erzeugt wird.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass eine Abnormalität auftritt, wenn der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment um den vorgegebenen Betrag oder mehr zunimmt; und der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) weiter feststellt, dass Motoröl in einen Einlasskanal des Verbrennungsmotors (10) fließt, wenn in einem Teil der Zylinder eine Zunahme des tatsächlichen Drehmoments erzeugt wird.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei welcher: der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass eine Abnormalität auftritt, wenn der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment um den vorgegebenen Betrag oder mehr zunimmt; und der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) weiter feststellt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse (17) den Kraftstoff nicht korrekt einspritzt, wenn der Kraftstoffdruck im Sammler (42) abgenommen hat.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher: der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass eine Abnormalität auftritt, wenn der vom Druckveränderungsermittlungsabschnitt (60) festgestellte Kraftstoffdruck im Sammler (42) abgenommen hat; und der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) weiter feststellt, dass eine Kraftstoffleckage in einem Hochdruckkanal einschließlich des Sammlers (42) auftritt, wenn der Drehmomentermittlungsabschnitts (60) feststellt, dass sich das tatsächliche Drehmoment nicht verändert.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher: der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass eine Abnormalität auftritt, wenn der vom Druckveränderungsermittlungsabschnitt (60) festgestellte Kraftstoffdruck im Sammler (42) zugenommen hat; und der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) weiter feststellt, dass die Kraftstoffpumpe (43) den Kraftstoff nicht korrekt ausstößt, wenn der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass das tatsächliche Drehmoment nicht verändert ist.
Abnormalitätsdiagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher: der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass eine Abnormalität auftritt, wenn der Drehmomentermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass das tatsächliche Drehmoment relativ zum Bezugsdrehmoment um den vorgegebenen Betrag oder mehr abnimmt; und der Abnormalitätsermittlungsabschnitt (60) feststellt, dass der Verbrennungsmotor (10) bei seiner Reibung eine Abnormalität aufweist, wenn der Kraftstoffdruck im Sammler (42) konstant gehalten wird.