DE10001583C2 - Verfahren und Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines Gasströmungssteuerorgans, insbesondere einer Drallkappe, bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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 die Zy­ linder beeinflußt. Die optimale Art und Stärke der gerichteten Luftbewegung im Zylinder hängt von ver­ schiedenen Faktoren ab, und Abweichungen vom Opti­ mum können zu unterschiedlichen Problemen führen. Eine zu niedrige Luftbewegung kann beispielsweise zu einer schlechten Luftausnutzung, zu einer un­ vollständigen Verbrennung oder zu Verbrennungsaus­ setzern führen. Bei einer zu starken Luftverwirbe­ lung kann es z. B. bei Diesel-Brennkraftmaschinen zu steigender Rauchemission kommen, da bei gleicher Einspritzdauer 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 Schrittmotor kann die Luftströmung optimiert werden. Die Drallklap­ penstellung kann z. B. in einem Kennfeld der Mo­ torsteuerung als Funktion der Motordrehzahl und der Motorlast bzw. der Füllung abgelegt sein.

Bei Defekten im Bereich von Drallklappen oder deren Ansteuerung können diese die vorgesehene Funktion nicht optimal erfüllen, so dass es zu Betriebsstö­ rungen kommen kann, die auf eine nicht optimierte Luft­ einströmung in die Zylinder zurückgehen. Beispiels­ weise kann es, wie erwähnt, zu unvollständigen Verbrennungen bzw. Verbrennungsaussetzern kommen, die zu einer Abgasverschlechterung führen. Die Er­ kennung von Defekten im Bereich von Drallklappen und/oder von deren Ansteuerung ist daher wünschens­ wert.

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 US 5 960 769 offenbart eine Steuervorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beziehungsweise mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8. Insbesondere offenbart diese Druckschrift spezielle. Mittel zum Erfassen eines Ist-Öffnungswinkels eines verstellbaren Drallelements und zum Vergleich mit einem entsprechenden Soll-Öffnungswinkel.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstig re­ alisierbares Verfahren zur Funktionsüberwachung von Gasströmungssteuerorganen, insbesondere von Drall­ klappen, bei Brennkraftmaschinen bereitzustellen.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine entspre­ chende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Einrich­ tung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

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 der Stellung des Gasströmungssteuerorgans. Das Laufunruhesignal wird also speziell in der zeitlichen Umgebung der Ansteuerung des Gasströ­ mungssteuerorgans beobachtet. Dabei kann es insbe­ sondere auch so sein, daß sich trotz Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans keine signifikante Laufunruheänderung ergibt. Abhängig davon, ob und in welcher Weise sich das Laufunruhesignal nach ei­ ner Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans än­ dert, 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 C1, der DE 40 09 285 A1, der DE 41 00 527 A1 und der DE 41 38 765 A1 offenbart, deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme zum Gegenstand der Anmeldung gemacht wird. Insbe­ sondere können zur Auswertung des zeitlichen Ver­ laufs der Drehbewegung der Kurbel- oder Nockenwelle sogenannte Segmentzeiten erfaßt werden, was im Zu­ sammenhang mit dem Ausführungsbeispiel noch erläu­ tert wird. Bekanntlich werden Laufunruhewerte, ins­ besondere auch unter Beobachtung von Segmentzeiten, unter anderem für die Verbrennungsaussetzererken­ nung gebildet, wie es beispielsweise aus der DE 196 10 215 A1 bekannt ist. Im übrigen werden Laufunru­ hewerte auch bei Systemen zur Zylindergleichstel­ lung gebildet, worunter hier insbesondere die Gleichstellung oder Angleichung zylinderindividueller Drehmomentbeiträ­ ge verstanden wird, wie es z. B. in der DE 198 28 279 A1 offenbart ist. Bzgl. der Laufunruhewertbil­ dung soll auch die Offenbarung dieser Dokumente ausdrücklich 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 auf andere Weise und ggf. ohne Differenzbildung, beispielsweise mit Hilfe einer anderen 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 Ausführungsform 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 eine elektronische 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 A1 wird ausdrücklich Bezug 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 Schrittmotors. Die Ansteuerung kann insgesamt rela­ tiv kurz andauern, beispielsweise weniger als eine Sekunde.

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 ruhedifferenzsiglans 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 Drall­ klappe, bei einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten:
Erfassung der Motorlaufunruhe der Brennkraftmaschi­ ne unter Bildung mindestens eines die Motorlaufun­ ruhe repräsentierenden Laufunruhesignals;
Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans zur Ände­ rung der Stellung des Gasströmungssteuerorgans,
gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
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.

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.

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 Durchführung des Verfahrens gemäß den Patentansprüchen 1-7 zur Funktions­ überwachung eines Gasströmungssteuerorgans bei einer Brennkraftmaschine 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, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung des Laufunruhe­ signals als Funktion der Ansteuerung des Gas­ strömungssteuerorgans vorgesehen sind.

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.

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.