DE10001583A1 - Verfahren und Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines Gasströmungssteuerorgans, insbesondere einer Drallkappe, bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines Gasströmungssteuerorgans, insbesondere einer Drallkappe, bei einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines Gasströmungssteuerungsorgans bei einer Brennkraftmaschine wird die Motorlaufunruhe der Brennkraftmaschine erfaßt und es wird mindestens ein die Motorlaufunruhe repräsentierendes Laufunruhesignal gebildet. Dann wird durch Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans eine Änderung der Stellung des Gasströmungssteuerorgans versucht. Es erfolgt eine Erfassung des Laufunruhesignals als Fuktion der durch die Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans beabsichtigten Änderung der Stellung des Gasströmungssteuerorgans. Daraus kann ein für die Funktion des Gasströmungssteuerorgans aussagekräftiges Funktionssignal abgeleitet werden. Die erfindungsgemäße Diagnose eines Gasströmungssteuerorgans durch Auswertung der Motorlaufunruhe erlaubt bei Motorsteuerungen, die Einrichtungen zur Bildung von Laufunruhewerten ohnehin besitzen, eine derartige Diagnose ohne gesonderte Sensorik zur Funktionsüberwachung. Das Verfahren eignet sich besonders zur Funktionsüberwachung von Drallklappen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine
Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines Gasströ
mungssteuerorgans, insbesondere einer Drallklappe,
bei einer Brennkraftmaschine.
Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen mit Kraft
stoff-Direkteinspritzung wird für eine optimierte
Verbrennung in den Brennkammern der einzelnen Zy
linder eine optimierte Gemischbildung bzw. Gemisch
verteilung in der Brennkammer angestrebt. Ein ent
scheidender Beitrag hierzu kann durch eine geeignet
gerichtete Luftströmung in die Brennkammern geleis
tet werden. Art und Verlauf der Luftströmung werden
beim Ansaugvorgang wesentlich durch die Ansaugkanä
le und die Art der Einströmung der Luft in den Zy
linder beeinflußt. Die optimale Art und Stärke der
gerichteten Luftbewegung im Zylinder hängt von ver
schiedenen Faktoren ab und Abweichungen vom Optimum
können zu unterschiedlichen Problemen führen. Eine
zu niedrige Luftbewegung kann beispielsweise zu ei
ner schlechten Luftausnutzung, zu einer unvollstän
digen Verbrennung oder zu Verbrennungsaussetzern
führen. Bei einer zu starken Luftverwirbelung kann
es z. B. bei Diesel-Brennkraftmaschinen zu steigen
der Rauchemission kommen, da bei gleicher Ein
spritzdauer der Kraftstoff in bereits verbrannte
Luftbereiche eingespritzt wird.
Da die Ansaugkanäle eine definierte Geometrie be
sitzen, ergeben sich bei herkömmlichen Ansaugsyste
men über den gesamten Drehzahlbereich und bei ver
schiedenen Lastzuständen ähnliche Luftströmungsver
hältnisse. Zur Optimierung der Luftströmung und da
mit zur Optimierung der Verbrennung werden daher im
Ansaugsystem stromaufwärts der Zylinder als Gas
strömungssteuerorgane sogenannte Drallklappen ein
gesetzt. Dabei handelt es sich um ansteuerbare, be
wegliche Steuerorgane, die Art und Stärke der Luft
strömung in den Brennraum beeinflussen und insbe
sondere zu Verwirbelungen bzw. Drallbildung führen.
Durch betriebspunktabhängige Ansteuerung von Drall
klappen, beispielsweise mit einem Steppermotor,
kann die Luftströmung optimiert werden. Die Drall
klappenstellung kann z. B. in einem Kennfeld der Motorsteuerung
als Funktion der Motordrehzahl und der
Motorlast bzw. der Füllung abgelegt sein.
Bei Defekten im Bereich von Drallklappen oder von
deren Ansteuerung können diese die vorgesehenen
Funktion nicht optimal erfüllen, so daß es zu Be
triebsstörungen kommen kann, die auf nicht opti
mierte Lufteinströmung in die Zylinder zurückgehen.
Beispielsweise kann es, wie erwähnt, zu unvollstän
digen Verbrennungen bzw. Verbrennungsaussetzern
kommen, die zu einer Abgasverschlechterung führen.
Die Erkennung von Defekten im Bereich von Drall
klappen und/oder von deren Ansteuerung ist daher
wünschenswert.
Auch im Abgastrakt der Brennkraftmaschine, d. h.
stromabwärts der Zylinder, können Gasströmungssteu
erorgane vorgesehen sein. Durch derartige, meist
als Abgasklappen bezeichnete Steuerorgane kann der
Abgasgegendruck beeinflußt werden, der auf die
Verbrennungsvorgänge in den Zylindern zurückwirken
kann.
Die Erfindung stellt ein kostengünstig realisierba
res Verfahren zur Funktionsüberwachung von Gasströ
mungssteuerorganen, insbesondere von Drallklappen,
bei Brennkraftmaschinen bereit. Die Implementierung
des Verfahrens bei Brennkraftmaschinen, deren Steu
erung Einrichtungen zur Überwachung und ggf. Beein
flussung der Motorlaufruhe aufweisen, ist ohne zu
sätzliche Sensoren oder andere Hardwarekomponenten
realisierbar.
Gemäß der Erfindung wird eine Erfassung der Motor
laufunruhe der Brennkraftmaschine unter Bildung
mindestens eines die Motorlaufunruhe repräsentie
renden Laufunruhesignals durchgeführt. Zur Funkti
onsüberprüfung wird durch ggf. nur kurzzeitige An
steuerung des Gasströmungssteuerorgans eine Ände
rungen der Stellung des Gasströmungssteuerorgans
versucht und/oder bewirkt. Es erfolgt eine Erfas
sung des Laufunruhesignals als Funktion der Ansteu
erung des Gasströmungssteuerorgans, d. h. als Funk
tion der Änderung der Stellung des Gasströmungs
steuerorgans bzw. als Funktion eines Versuchs zur
Änderung Stellung des Gasströmungssteuerorgans. Das
Laufunruhesignal wird also speziell in der zeitli
chen Umgebung der Ansteuerung des Gasströmungssteu
erorgans beobachtet. Dabei kann es insbesondere
auch so sein, daß sich trotz Ansteuerung des Gas
strömungssteuerorgans keine signifikante Laufunru
heänderung ergibt. Abhängig davon, ob und in wel
cher Weise sich das Laufunruhesignal nach einer An
steuerung des Gasströmungssteuerorgans ändert, kann
auf die Funktionsfähigkeit des Gasströmungssteuer
organs bzw. von dessen Ansteuerung oder auf Störun
gen in diesem Bereich geschlossen werden.
Demnach schlägt die Erfindung vor, durch Beobach
tung der Motorlaufunruhe im Umfeld einer vorzugs
weise ausschließlich zu Testzwecken mit dem Ziel
einer Stellungsänderung durchgeführten Ansteuerung
eines Gasströmungssteuerorgans auf die Funktionsfä
higkeit des Gasströmungssteuerorgans zu schließen.
Dabei wird z. B. im Falle der Drallklappe von der
Überlegung ausgegangen, daß eine verschlechterte
Verbrennung, wie sie aufgrund eines Drallklappende
fektes auftreten kann, in der Regel auch zu einem
Anstieg der Motorlaufunruhe führen wird. Wird nun
der zeitliche Verlauf der Motorlaufunruhe speziell
im Hinblick auf den Zeitpunkt der Drallklappenan
steuerung beobachtet, so können bestimmte Laufunru
heänderungen oder das Ausbleiben von erwarteten
Laufunruheänderungen als Hinweis auf eine intakte
Funktion der Drallklappensteuerung bzw. als Hinweis
auf Defekte bei der Drosselklappenbetätigung gewer
tet werden. Analoge Überlegungen gelten für Abgas
klappen.
Der Begriff "Laufunruhe" im Sinne dieser Anmeldung
bezieht sich auf Winkelbeschleunigungsänderungen
der Kurbelwelle, die sich durch die Verbrennungsvorgänge
in den einzelnen Zylindern der Brennkraft
maschine ergeben können. Die Laufunruhe geht also
auf Drehmomentenstreuungen zwischen den Zylindern
der Brennkraftmaschine zurück. Diese Laufunruhe
läßt sich beispielsweise durch eine Auswertung der
Drehzahlschwankungen an der Kurbelwelle (oder der
Nockenwelle) ermitteln.
Zur Umsetzung der Erfindung kann jedes geeignete
Verfahren zur Beobachtung der Motorlaufunruhe ge
nutzt werden. Bevorzugte Verfahren, die durch Aus
wertung von Drehzahlschwankungen ein Maß für die
Motorlaufunruhe bilden, sind in der
DE 40 01 333, der DE 40 09 285, der DE 41 00 527
und der DE 41 38 765 offenbart, deren diesbezügli
cher Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Ge
genstand der Anmeldung gemacht wird. Insbesondere
können zur Auswertung des zeitlichen Verlaufs der
Drehbewegung der Kurbel- oder Nockenwelle sogenann
te Segmentzeiten erfaßt werden, was im Zusammenhang
mit dem Ausführungsbeispiel noch erläutert wird.
Bekanntlich werden Laufunruhewerte, insbesondere
auch unter Beobachtung von Segmentzeiten, unter an
derem für die Verbrennungsaussetzererkennung gebil
det, wie es beispielsweise aus der DE 196 10 215
bekannt ist. Im übrigen werden Laufunruhewerte auch
bei Systemen zur Zylindergleichstellung gebildet,
worunter hier insbesondere die Gleichstellung oder
Angleichung zylinderindividueller Drehmomentbeiträ
ge verstanden wird, wie es z. B. in der DE 198 28 279
offenbart ist. Bzgl. der Laufunruhewertbildung
soll auch die Offenbarung dieser Dokumente aus
drücklich in diese Anmeldung einbezogen sein.
Der Begriff "Gasströmungssteuerorgan" im Sinne die
ser Anmeldung umfaßt jedes geeignete Steuerorgan,
durch das die Luftströmung in den Brennraum eines
Zylinders oder die Strömungs- und Druckverhältnisse
stromabwärts der Zylinder beeinflußbar sind. Derar
tige Steuerorgane müssen nicht notwendigerweise
klappbar bzw. verschwenkbar sein, sondern können
beispielsweise auch als Schieber o. dgl. ausgebil
det sein.
Bei einer besonders einfach realisierbaren Weiter
bildung kann die Funktionsüberwachung des Gasströ
mungssteuerorgans, insbesondere der Drallklappe,
mit Hilfe einer Differenzbildung zwischen geeignet
gebildeten Laufunruhesignalen erfolgen. Hierdurch
ist eine besonders schnell reagierende Funktions
überwachung möglich. Insbesondere kann es so sein,
daß zunächst ein quasi stationärer Betrieb der
Brennkraftmaschine abgewartet und in diesem quasi
stationären Betrieb die Motorlaufunruhe erfaßt und
zur Bildung eines ersten Laufunruhesignals genutzt
wird. Zeitnah bzw. unmittelbar danach erfolgt eine
Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans mit dem
Ziel einer Änderung der Steuerorganstellung. An
schließend wird durch Erfassung der Motorlaufunruhe
ein zweites Laufunruhesignal gebildet. Aus der Dif
ferenz zwischen erstem und zweitem Laufunruhesignal
wird ein Laufunruhedifferenzsignal gebildet, dessen
Betrag mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergli
chen wird.
Liegt z. B. im Falle der Drallklappendiagnose das
Laufunruhedifferenzsignal oberhalb des Schwellen
wertes, so wird von einer funktionsfähigen Drall
klappe ausgegangen, da sich aufgrund der Drallklap
penansteuerung offenbar die Drallklappenstellung
geändert hat. Dies führt zu einer Luftströmungsän
derung und damit vorübergehend zu einer erhöhten
Laufunruhe. Wird eine derartige signifikante Lau
funruheerhöhung festgestellt, so wird vorzugsweise
ein die Funktionsfähigkeit der Drallklappensteue
rung repräsentierendes positives Funktionssignal
abgegeben.
Wird dagegen eine Unterschreitung des Schwellenwer
tes festgestellt, so wird dies als Hinweis auf eine
Funktionsstörung gewertet, da die Ansteuerung of
fenbar nicht zu einer beabsichtigten Drallklappen
stellungsänderung und damit zur vorübergehenden
Laufunruheerhöhung geführt hat. Im Falle eines vermuteten
Defekts kann ein die Funktionsstörung rep
räsentierendes negatives Funktionssignal erzeugt
werden. Dieses Störungssignal kann zur Einleitung
mindestens einer erneuten Kontrollprüfung und/oder
zur Einleitung von die Funktionsstörung behebenden
Maßnahmen genutzt werden.
Zur Diagnose können das erste und das zweite Lau
funruhesignal auch andere Weise und ggf. ohne Dif
ferenzbildung, beispielsweise mit Hilfe einer ande
ren geeigneten mathematischen Funktion, zur Bildung
eines Kombinationssignals genutzt werden, aus dem
ein Funktionssignal ableitbar ist.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß nach
einer Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans,
insbesondere der Drallklappe, zunächst in Abhängig
keit von der Stellungsänderung des Gasströmungs
steuerorgans eine Zündwinkeländerung bewirkt wird,
bevor die Auswertung der Laufunruhe, beispielsweise
durch Erfassung des zweiten Laufunruhesignals,
fortgesetzt wird. Diese bei Otto-Motoren vorteil
hafte Variante berücksichtigt, daß es beispielswei
se durch eine Erhöhung der Drallbewegung der Luft
strömung unter Umständen zu einer späteren Zündung
kommen kann. Dies wird nun durch die genannte Zünd
winkeländerung kompensiert, so daß eine ggf. nach
Änderung der Drosselklappenstellung beobachtete Erhöhung
der Motorlaufunruhe nicht ursächlich auf ei
ne ungünstige Zündwinkeleinstellung zurückgehen
kann.
Die beschriebenen Merkmale und weitere Merkmale der
Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsformen in
Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt in Form eines
schematischen Ablaufdiagrammes eine bevorzugte Aus
führungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Funktionsüberwachung einer Drallklappe.
Das anhand von Fig. 1 erläuterte Verfahren zur Di
agnose einer Drallklappe ist in Form geeigneter
Software und/oder Hardware in einer elektronischen
Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine imple
mentiert, bei der es sich im Beispiel um einen Ot
to-Motor mit Benzin-Direkteinspritzung handelt. Das
Steuergerät ist neben anderen Funktionen auch dazu
ausgebildet, eine Verbrennungsaussetzererkennung
auf Grundlage von Laufunruhewerten der Brennkraft
maschine bereitzustellen. Auf die diesbezügliche
Offenbarung der DE 196 10 215 wird ausdrücklich Be
zug genommen.
Die erzeugten Laufunruhesignale LUT repräsentieren
reale, zylinderindividuelle Winkelbeschleunigungs
beiträge der einzelnen Zylinder zum Gesamtdrehmo
ment und werden aus der Auswertung des zeitlichen
Verlaufs der Drehbewegung der Kurbel- oder Nocken
welle mit Hilfe sogenannter Segmentzeiten erfaßt.
Segmentzeiten sind die Zeiten, in denen die Kurbel-
oder Nockenwelle einen vorbestimmten Winkelbereich
überstreicht, der einem bestimmten Zylinder zuge
ordnet ist. Je gleichmäßiger der Motor läuft, desto
geringer fallen die Unterschiede zwischen den Seg
mentzeiten der einzelnen Zylinder aus. Aus den ge
nannten Segmentzeiten läßt sich ein Maß für die
Laufunruhe des Motors bilden.
In Schritt S1 wird bestimmt, ob in der Steuerein
richtung eine Berechnung von Laufunruhesignalen LUT
aktiv ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, er
folgt ein Abbruch des Verfahrens, anderenfalls er
folgt in Schritt S2 durch Beobachtung des zeitli
chen Verhaltens geeigneter Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine eine Bestimmung dahingehend, ob
der momentane Betrieb der Brennkraftmaschine eine
erfindungsgemäße Drallklappendiagnose ermöglicht
bzw. für diese Bestimmung günstig ist. In Schritt
S2 können als geeignete Eingangsparameter zur An
zeige derartiger günstiger Betriebsbedingungen insbesondere
solche Betriebsgrößensignale ausgewertet
werden, die eine Unterscheidung zwischen einem qua
si stationären Betrieb der Brennkraftmaschine, bei
spielsweise bei konstanter Last, und einem instati
onären Betrieb der Brennkraftmaschine, beispiels
weise bei Lastwechseln, ermöglichen. Sofern ungüns
tige Betriebsbedingungen vorliegen, erfolgt ein Ab
bruch des Diagnoseverfahrens, anderenfalls wird
Schritt S3 des Verfahrens eingeleitet.
Die einleitenden Schritte S1 und S2 bieten somit
eine Filterfunktion, die sicherstellt, daß nachfol
gende Verfahrensschritte nur dann durchlaufen wer
den, wenn aussagekräftige Eingangssignale erzeugbar
sind, die eine zuverlässige Drallklappendiagnose
erlauben.
Sofern günstige Eingangsbedingungen vorliegen, er
folgt im Schritt S3 in einer geeigneten Spei
chereinrichtung eine vorzugsweise digitale Speiche
rung des momentanen Laufunruhesignals LUT als ers
tes Laufunruhesignal LUT1. Die momentane Laufunru
he-Testgröße LUT bei günstigen Betriebsbedingungen
wird also für weitere Berechnungen festgehalten.
Im zeitlich auf den Schritt S3 folgenden Schritt S4
erfolgt eine Ansteuerung der Drallklappe mit dem
Ziel einer Änderung der Drallklappenstellung um einen
geeigneten Betrag, beispielsweise durch Ansteu
erung eines mit der Drallklappe gekoppelten Step
permotors. Die Ansteuerung kann insgesamt relativ
kurz andauern, beispielsweise weniger als eine Se
kunde.
Diese Drallklappenansteuerung wird unabhängig von
einer für den sonstigen Betrieb der Brennkraftma
schine vorgenommenen kennfeldgestützten Drallklap
penansteuerung ausschließlich zu Testzwecken, also
zur Durchführung des hier beschriebenen Diagnose
verfahrens vorgenommen.
Zeitnah zur Ansteuerung der Drallklappe erfolgt im
Schritt S5 die Erfassung des durch die Laufunru
heerfassungseinrichtung bereitgestellten aktuellen
Laufunruhesignales LUT als zweites Laufunruhesignal
LUT2 sowie eine Speicherung des zweiten Laufunruhe
signals LUT2 in einem geeigneten Speicher, der z. B.
auch schon das Signal LUT1 enthalten kann. Die Er
fassung des zweiten Laufunruhesignals erfolgt
zweckmäßig so zeitnah zur Drallklappenansteuerung
(Schritt S4), daß eine möglicherweise auftretende,
ursächlich auf eine Drallklappenstellungsänderung
zurückgehende Laufunruheänderung, insbesondere Lau
funruheerhöhung, noch nicht wieder durch die Mo
torsteuerung ausgeregelt ist.
Die in den Verfahrensschritten S3 und S5 festgehal
tenen aktuellen Laufunruhewerte LUT1 bzw. LUT2 un
mittelbar vor bzw. unmittelbar nach einer Ansteue
rung der Drallklappe zur Änderung der Drallklappen
stellung dienen der Erfassung des Laufunruhesignals
als Funktion der durch die Ansteuerung beabsichtig
ten Änderung der Stellung der Drallklappe und ins
besondere der Erfassung einer möglicherweise als
Folge der Drallklappenstellungsänderung auftreten
den Laufunruheänderung.
Bei der gezeigten Ausführungsform des Verfahrens
wird im zeitlich nachfolgenden Schritt S6 aus dem
ersten Laufunruhesignal LUT1 und dem zweiten Lau
funruhesignal LUT2 ein Laufunruhedifferenzsignal
DILUT gebildet, das dem Betrag bzw. dem vorzeichen
unabhängigen Absolutwert der Differenz zwischen
LUT1 und LUT2 entspricht.
In der Steuerung ist, beispielsweise in einer Spei
chereinrichtung, ein fest vorgegebener oder vorgeb
barer Schwellenwert S für Laufunruhewerte vorhan
den, der ein Maß für eine gewisse Schwankung von
Laufunruhewerten darstellen kann, die z. B. aufgrund
unvermeidbarer realer Laufunruhefluktuation immer
vorhanden sind. Der Schwellwert S wird zweckmäßig
so bemessen, daß unvermeidliche Laufunruheschwan
kungen im weitgehend störungsfreien Betrieb zuverlässig
unterhalb des Schwellenwertes liegen. Dann
kann davon ausgegangen werden, daß Laufunruhediffe
renzen oberhalb des Schwellenwertes auf reale phy
sikalische Ursachen zurückgehen, die eine Abwei
chung vom optimalen Verbrennungsablauf im Motor
verursachen.
Da das Laufunruhedifferenzsignal DILUT die mögli
cherweise auftretenden Änderungen des Laufunruhe
zustandes direkt im Zusammenhang mit der Ansteue
rung der Drallklappe wiederspiegelt, gibt also ein
in Schritt S7 durchgeführter Vergleich des Laufun
ruhedifferenzsignals DILUT mit dem Schwellenwert S
ein Maß dafür, ob die Drallklappe bzw. die Drall
klappensteuerung funktionstüchtig ist, oder ob De
fekte im Bereich von Drallklappe bzw. Drallklap
pensteuerung vorliegen
Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs des Laufunru
hedifferenzsignales DILUT mit dem Schwellenwert S
in Schritt S7 wird nun das Ergebnis der Drallklap
pendiagnose ermittelt. Kommt es nach der Drallklap
penansteuerung (Schritt S4) zu einer signifikanten
Erhöhung der Motorlaufunruhe, so wird das Diffe
renzsignal DILUT größer als der Schwellenwert S
sein. Denn die Drallklappe wurde aus ihrer für den
aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine er
mittelten, optimalen Stellung herausbewegt, so daß
die Luftströmung in die Zylinder nicht mehr optimal
ist, was die Motorlaufunruhe erhöht. Ergibt also
der Vergleich in Schritt S7, daß DILUT < S, so wird
in Schritt S8 ein positives Funktionssignal "DK+"
mit der Bedeutung "Drallklappe ist in Ordnung" ab
gegeben.
Liegt dagegen das Laufunruhedifferenzsignal DILUT
trotz der Ansteuerung der Drallklappe zur Änderung
der Drallklappenstellung (Schritt S4) unterhalb des
Schwellenwertes, so wird in Schritt S9 ein als Stö
rungssignal interpretierbares negatives Funktions
signal "DK-" mit der Bedeutung "Klappe defekt" ab
gegeben, denn es ist davon auszugehen, daß die
Drallklappe nicht richtig bedient werden kann.
In Falle eines vermuteten Defekts, d. h. bei Erzeu
gung eines Störungssignals "DK-", wird vorzugsweise
der beschriebene Prüfzyklus als Antwort auf das
(interne) Störungssignal noch mindestens ein weite
res Mal, insbesondere noch mehrmals, z. B. insgesamt
fünf Mal, wiederholt, um zufällige Schwankungen von
DILUT zuverlässig von tatsächlich auf Defekte zu
rückgehenden Störungen unterscheiden zu können
(Schritt S10). In diesem Fall (Wiederholung) wird
nur dann ein externes Störungssignal nach außen ab
gegeben, wenn auch bei Wiederholungen des Prüfzyk
lus' ein Defekt festgestellt und dementsprechend
ein Störungssignal "DK-" (Schritt S9) abgegeben
wird. Das nach außen abgegebene externe Störungs
signal kann z. B. zur Ansteuerung einer Warnleuchte
und/oder zu einem entsprechenden Eintrag in einen
Diagnosespeicher genutzt werden. Durch die Wieder
holung im Fehlerfall (Schritt S10) können Fehlalar
me vermieden werden.
Die Verfahrensschritte der Diagnose werden zweckmä
ßig automatisch, d. h. ohne Bedienereinfluß, zu be
stimmten Zeitpunkten und/oder in bestimmten Zeitin
tervallen vorgenommen, um eine Fehlererkennung
zeitnah zum Auftreten eines Defektes zu ermögli
chen. Beispielsweise kann das Diagnoseverfahren je
desmal dann eingeleitet werden, wenn nach einem Mo
torstart die Betriebstemperatur der Brennkraftma
schine einen bestimmten Wert erreicht.
Nach Beendigung der Diagnose, die in weniger als
einer Sekunde abgeschlossen sein kann, wird die
Drallklappe wieder in ihre ursprüngliche Stellung
(vor Testansteuerung in Schritt S4) zurückgesetzt.
Auch diese Stellungsänderung kann in analoger Weise
zu Testzwecken genutzt werden.
Physikalisch ist es so, daß bei einer höheren bzw.
stärkeren Drallbewegung der einströmenden Luft spä
ter gezündet wird. Durch die stärkere Drallbewegung
läuft die Verbrennung schneller ab, es reicht also
eine spätere Zündung für die Energieumsetzung aus.
Wenn im Normalbetrieb die Drallklappe (kennfeldge
stützt) angesteuert wird, so wird normalerweise
durch die Motorsteuerung auch der Zündwinkel wie
oben beschrieben geändert. Bei dieser Vorgehenswei
se wird durch die Zündwinkeländerung versucht, im
mer eine optimale Verbrennung zu erhalten.
Unter Berücksichtigung der automatischen Zündwin
keländerung kann das Diagnoseverfahren derart ab
laufen, daß nach der Drallklappenansteuerung noch
eine automatische Änderung des Zündwinkel entspre
chend der applizierten Werte abgewartet bzw. durch
geführt wird, bevor die Erfassung des zweiten Lauf
unruhewertes erfolgt und damit die Auswertung der
Laufunruhe fortgesetzt und vollendet wird.
Diese Weiterbildung basiert u. a. auf folgenden Ü
berlegungen. Es ist praktisch so, daß der Messef
fekt (Erhöhung der Laufunruhe bei Drallklappenan
steuerung) sich erhöht, wenn es nicht zu einer au
tomatischen Änderung des Zündwinkel kommt, wenn al
so z. B. der Zündwinkel bei der Ausgangsstellung (zu
Beginn der Drallklappenverstellung) stehen bliebe
und nicht verstellt würde. Würde beispielsweise bei
einer Steuerung bzw. bei einem Verfahren mit auto
matischer Zündwinkelverstellung der Drall reduziert,
so würde der Zündwinkel in Richtung Frühzün
dung gehen, da die Verbrennung länger dauert. Auf
grund der Verbrennungsverschlechterung käme es zu
einer Erhöhung der gewissen, nicht zu großen Diffe
renz der Laufunruhewerte. Wird dagegen bei einer
Steuerung bzw. einem Verfahren ohne automatische
Zündwinkelverstellung der Drall (bei unverändertem
Zündwinkel) reduziert, so dauert die Verbrennung
länger. Dadurch ist keine optimale Energieumsetzung
möglich. Dies führt zu einer deutlich höheren Dif
ferenz der Laufunruhewerte als bei der beschriebe
nen Variante mit automatischer Zündwinkelanpassung.
Zweckmäßig wird also bei einer Drallklappenänderung
der Zündwinkel so verstellt, daß eine Dralländerung
sich stärker auf die Verbrennungsqualität auswirkt
und damit eine höhere Laufunruhe aufgrund der
Drallklappenänderung entsteht.
Eine analoge Verfahrensführung ist für die Diagnose
von Abgasklappen möglich, also solchen Gasströ
mungssteuerorganen, die stromabwärts der Zylinder
im Abgastrakt vorgesehen sein können und über die
z. B. der Abgasgegendruck im Bereich der Auslaßven
tile der Zylinder beeinflußbar ist.
Abgasklappen können bekanntlich im Abgasstrang un
tergebracht und z. B. elektrisch ansteuerbar sein.
Bei niederer Motorlast wird der Querschnitt des Abgaskanals
durch (teilweises) Schließen der Klappe
verringert. Dadurch wird das Ladungswechselgeräusch
gut gedämpft. Bei höherer Last ist das Ladungswech
selgeräusch von untergeordneter Bedeutung, ent
scheidend ist hier das Strömungsgeräusch, das vom
Gasstrom erzeugt wird. Hier wird dann die Abgas
klappe geöffnet und damit der Strömungsquerschnitt
des Abgaskanals vergrößert.
Die Ansteuerung der Abgasklappe verändert den Ab
gasgegendruck, was wiederum Einfluß auf die
Verbrennungsqualität hat. Der Abgasgegendruck ver
ändert z. B. die interne Abgasrückführung. Bei
spielsweise strömt bei einem höheren Gegendruck
mehr Abgas zurück in den Brennraum. Entsprechend
kann eine
Erhöhung des Gegendrucks zu einer Erhöhung der Mo
torlaufunruhe führen, weil mehr Abgas im Brennraum
bleibt bzw. in diesen gelangt.
Daher kann auch zur Diagnose der Funktionsfähigkeit
von Abgasklappen analog zur beschriebenen Drall
klappendiagnose verfahren werden. Demnach schlägt
die Erfindung auch vor, durch Beobachtung der Mo
torlaufunruhe im Umfeld einer ausschließlich zu
Testzwecken durchgeführten Ansteuerung einer Abgas
klappe mit dem Ziel einer Stellungsänderung auf die
Funktionsfähigkeit der Abgasklappe zu schließen.
Die beschriebene Diagnose der Funktionsfähigkeit
von Drallklappen und/oder Abgasklappen durch Aus
wertung der Motorlaufunruhe kann ohne Einbau geson
derterer Hardwarekomponenten, wie z. B. geeigneter
Sensoren, bei jeder Motorsteuerung implementiert
werden, die Einrichtungen zur Ermittlung der Motor
laufunruhe und damit zur Bildung von Laufunruhe
signalen LUT aufweist. Diese Einrichtungen sind
häufig ohnehin für andere Zwecke, beispielsweise
zur Verbrennungsaussetzererkennung und/oder zur Zy
lindergleichstellung o. dgl., vorhanden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Gas
strömungssteuerorgans, insbesondere einer
Drallklappe, bei einer Brennkraftmaschine mit
folgenden Schritten:
Erfassung der Motorlaufunruhe der Brennkraft maschine unter Bildung mindestens eines die Motorlaufunruhe repräsentierenden Laufunruhe signals;
Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans zur Änderung der Stellung des Gasströmungssteuer organs;
Erfassung des Laufunruhesignals als Funktion der Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans.
Erfassung der Motorlaufunruhe der Brennkraft maschine unter Bildung mindestens eines die Motorlaufunruhe repräsentierenden Laufunruhe signals;
Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans zur Änderung der Stellung des Gasströmungssteuer organs;
Erfassung des Laufunruhesignals als Funktion der Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Erfassung eines Laufunruhesignals in einem quasi stationären Betriebszustand der Brenn kraftmaschine vor der Ansteuerung des Gasströ mungssteuerorgans zur Bildung eines ersten Laufunruhesignals;
Erfassung eines Motorlaufunruhesignals nach der Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans zur Bildung eines zweiten Laufunruhesignals;
Bildung eines Kombinationssignals mit dem ers ten Laufunruhesignal und dem zweiten Laufunru hesignal zur Ableitung eines die Funktionsfä higkeit des Gasströmungssteuerorgans repräsen tierenden Funktionssignals.
Erfassung eines Laufunruhesignals in einem quasi stationären Betriebszustand der Brenn kraftmaschine vor der Ansteuerung des Gasströ mungssteuerorgans zur Bildung eines ersten Laufunruhesignals;
Erfassung eines Motorlaufunruhesignals nach der Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans zur Bildung eines zweiten Laufunruhesignals;
Bildung eines Kombinationssignals mit dem ers ten Laufunruhesignal und dem zweiten Laufunru hesignal zur Ableitung eines die Funktionsfä higkeit des Gasströmungssteuerorgans repräsen tierenden Funktionssignals.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bildung des Funktionssignals
folgende Schritte umfaßt:
Bildung eines Laufunruhedifferenzsignals mit Hilfe einer Differenz zwischen dem ersten Laufunruhesignal und dem zweiten Laufunruhe signal;
Vergleich des Laufunruhedifferenzsignals, ins besondere eines Betrages des Laufunruhediffe renzsignales, mit einem Schwellenwert;
Bildung des Funktionssignals aufgrund des Er gebnisses des Vergleichs.
Bildung eines Laufunruhedifferenzsignals mit Hilfe einer Differenz zwischen dem ersten Laufunruhesignal und dem zweiten Laufunruhe signal;
Vergleich des Laufunruhedifferenzsignals, ins besondere eines Betrages des Laufunruhediffe renzsignales, mit einem Schwellenwert;
Bildung des Funktionssignals aufgrund des Er gebnisses des Vergleichs.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, gekennzeichnet durch eine Änderung
des Zündwinkels bei der Brennkraftmaschine in
Abhängigkeit von der Ansteuerung des Gasströ
mungssteuerorgans, insbesondere einer Drall
klappe, vor Erfassung des Laufunruhesignals
als Funktion der Ansteuerung des Gasströmungs
steuerorgans.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, gekennzeichnet durch automatische
Einleitung der Verfahrensschritte zu vorgebba
ren Zeitpunkten und/oder nach vorgebbaren
Zeitabschnitten.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur
Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Drall
klappe verwendet wird, indem bei der Ansteue
rung des Gasströmungssteuerorgans mindestens
eine Drallklappe der Brennkraftmaschine ange
steuert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur
Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Abgas
klappe verwendet wird, indem bei der Ansteue
rung des Gasströmungssteuerorgans mindestens
eine Abgasklappe der Brennkraftmaschine ange
steuert wird.
8. Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines
Gasströmungssteuerorgans bei einer Brennkraft
maschine mit:
Mitteln zur Erfassung der Motorlaufunruhe der Brennkraftmaschine und zur Bildung mindestens eines die Motorlaufunruhe repräsentierenden Laufunruhesignals;
Mitteln zur Ansteuerung des Gasströmungssteu erorgans zur Änderung der Stellung des Gas strömungssteuerorgans;
Mitteln zur Erfassung des Laufunruhesignals als Funktion der Ansteuerung des Gasströmungs steuerorgans.
Mitteln zur Erfassung der Motorlaufunruhe der Brennkraftmaschine und zur Bildung mindestens eines die Motorlaufunruhe repräsentierenden Laufunruhesignals;
Mitteln zur Ansteuerung des Gasströmungssteu erorgans zur Änderung der Stellung des Gas strömungssteuerorgans;
Mitteln zur Erfassung des Laufunruhesignals als Funktion der Ansteuerung des Gasströmungs steuerorgans.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet
durch
Mittel zur Erfassung eines Laufunruhesignals in einem quasi stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine vor der Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans und zur Bildung eines ersten Laufunruhesignals;
Mittel zur Erfassung eines Motorlaufunruhe signals nach der Ansteuerung des Gasströmungs steuerorgans und zur Bildung eines zweiten Laufunruhesignals;
Mittel zur Bildung eines Kombinationssignals mit dem ersten Laufunruhesignal und dem zwei ten Laufunruhesignal zur Ableitung eines die Funktionsfähigkeit des Gasströmungssteueror gans repräsentierenden Funktionssignals, wobei vorzugsweise die Bildung des Funktionssignals folgende Schritte umfaßt:
Bildung eines Laufunruhedifferenzsignals aus einer Differenz zwischen dem ersten Laufunru hesignal und dem zweiten Laufunruhesignal;
Vergleich des Laufunruhedifferenzsignals, ins besondere des Betrages des Laufunruhediffe renzsignals, mit einem Schwellenwert.
Mittel zur Erfassung eines Laufunruhesignals in einem quasi stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine vor der Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans und zur Bildung eines ersten Laufunruhesignals;
Mittel zur Erfassung eines Motorlaufunruhe signals nach der Ansteuerung des Gasströmungs steuerorgans und zur Bildung eines zweiten Laufunruhesignals;
Mittel zur Bildung eines Kombinationssignals mit dem ersten Laufunruhesignal und dem zwei ten Laufunruhesignal zur Ableitung eines die Funktionsfähigkeit des Gasströmungssteueror gans repräsentierenden Funktionssignals, wobei vorzugsweise die Bildung des Funktionssignals folgende Schritte umfaßt:
Bildung eines Laufunruhedifferenzsignals aus einer Differenz zwischen dem ersten Laufunru hesignal und dem zweiten Laufunruhesignal;
Vergleich des Laufunruhedifferenzsignals, ins besondere des Betrages des Laufunruhediffe renzsignals, mit einem Schwellenwert.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem
Gasströmungssteuerorgan um eine Drallklappe
oder um eine Abgasklappe der Brennkraftmaschi
ne handelt.
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