DE10028698A1 - Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe eines Otto-Motors, und entsprechendes Motorsteuergerät - Google Patents
Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe eines Otto-Motors, und entsprechendes MotorsteuergerätInfo
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Abstract
Das Verfahren dient zur Bestimmung einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe eines Otto-Motors. Hierbei ist vorgesehen, dass eine relative Querschnittsänderung (A'¶DK¶) der Drosselklappe (DK) in einem jeweiligen Arbeitspunkt mittels einer Regressionsrechnung bestimmt wird. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft zur Durchführung einer verhältnismäßig genauen Onboard-Diagnose.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung ei
ner Drosselklappe eines Otto-Motors, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechend ausgebildetes Motorsteuergerät.
Es ist bekannt, im Rahmen einer gesetzlich vorgeschriebenen Onboard-Diagnose eine
Drosselklappe und ein Heißfilm-Luftmassenmesser eines Otto-Motors auf Einhaltung
ihrer Bauteilspezifikation zu überwachen. Dabei dient die Drosselklappe zur Einstellung
der vom Otto-Motor angesaugten Luftmasse und somit zur Last- und Leistungseinstellung
des Otto-Motors. Die Drosselklappe ist vor einem Saugrohr des Otto-Motors angebracht
und besteht aus einem kurzen Rohr, dessen Querschnitt mit einer drehbar gelagerten
Klappe veränderbar ist. Die jeweilige Winkellage beziehungsweise Betriebsstellung der
Klappe ist mittels eines verhältnismäßig grob tolerierten Potentiometers erfassbar. Dage
gen ist der Heißfilm-Luftmassenmesser ein Sensor zur Erfassung der vom Otto-Motor
angesaugten Luftmasse. Er liefert ein entsprechendes Signal, das zur Lasterfassung und
zur Berechnung der in den Verbrennungsraum des Otto-Motors einzuspritzenden Kraft
stoffmenge herangezogen wird. Der Heißfilm-Luftmassenmesser ist zwischen einem
Luftfilter und der Drosselklappe des Otto-Motors angeordnet. Die Genauigkeit des Si
gnals des Heißfilm-Luftmassenmessers ist maßgebend für die erzielbare Abgasqualität
des Otto-Motors und somit für die Einhaltung von gesetzlich vorgeschriebenen Abgas
grenzwerten.
Eine Überwachung des Heißfilm-Luftmassenmessers und der Drosselklappe eines Otto-
Motors erfolgt bei bekannten Diagnoseverfahren in ungenauer und somit nicht zufrieden
stellender Weise. Dies ist darauf zurückzuführen, dass zur Überwachung des Heißfilm-
Luftmassenmessers der genaue Betriebswinkel der Drosselklappe bekannt sein muss.
Ferner wird für die Überwachung der Drosselklappe der genaue Betriebswert des Luft
massenstroms benötigt. Dabei werden die Betriebswerte des Luftmassenstroms durch
die meist nicht exakt bekannte Lufttemperatur und Luftdichte während des Betreibens
des Otto-Motors beeinflusst.
Eine gesetzlich vorgeschriebene Onboard-Diagnose beispielsweise des Heißfilm-Luft
massenmessers eines Otto-Motors erfolgt in bekannter Weise derart, dass ein Vergleich
eines Signals des Heißfilm-Luftmassenmessers mit einem Modellwert erfolgt, welcher
aus der jeweiligen Motordrehzahl und Drosselklappenposition berechnet wird. Da die vom
Otto-Motor angesaugte Luftmasse - wie bereits oben erwähnt - außer von der variablen
Drosselklappen-Position auch von der jeweils vorliegenden Lufttemperatur und der Luft
dichte abhängt, welche am Otto-Motor nur sehr grob bestimmbar sind, ist auch der be
rechnete Modellwert verhältnismäßig ungenau. Es können daher lediglich grobe Fehler
des Heißfilm-Luftmassenmessers mittels eines derartigen Onboard-Diagnoseverfahrens
erkannt werden. Eine entsprechende Überwachung der Drosselklappen-Position erfolgt
mittels einer sogenannten "Plausibilisierung" des Drosselklappen-Signals mit dem Heiß
film-Luftmassen-messer-Signal. Auch im Rahmen der bekannten Drosselklappen-
Überwachung ist aus den gleichen Gründen lediglich eine grobe Fehlererkennung mög
lich. Dabei liefert das die Winkellage der Drosselklappe erfassende Potentiometer nach
teilhafterweise Signale mit verhältnismäßig großen Toleranzen, da die Messgenauigkeit
des Potentiometers von fertigungstechnischen Randbedingungen und von der Betrieb
stemperatur abhängt. Somit führen die gegenseitige Abhängigkeit der Diagnosefunktio
nen für die Drosselklappe und den Heißfilm-Luftmassenmesser, die Bauteiltoleranzen
und der Temperatur- beziehungsweise Luftdichteeinfluss zu einem unsicheren bezie
hungsweise ungenauen Diagnoseergebnis. Ferner ist für eine Reihe von Fehlerfällen
eine genaue Angabe des fehlerhaften Bauteils (Drosselklappe oder Heißfilm-Luftmassen
messer) nicht möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein entsprechendes Motorsteuergerät
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine genaue und zuverlässige Bestimmung
des jeweils eingestellten Drosselklappenwinkels eines Otto-Motors ermöglichen und so
mit eine genaue Diagnose der Drosselklappe und des Heißfilm-Luftmassenmessers des
Otto-Motors zulassen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorge
schlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass eine relative Querschnittsänderung der
Drosselklappe in einem jeweiligen Arbeitspunkt mittels einer Regressionsrechnung be
stimmt wird. Die Regressionsrechnung ist in der Messtechnik an sich bereits bekannt und
dient zur Bestimmung einer Näherungskurve y = f(x) aus einer gegebenen Anzahl von
Messpunkten für die Eingangsgrößen x und y. Die relative Querschnittsänderung der
Drosselklappe ist eine bauteilspezifische Größe und im Gegensatz zum Luftmassenstrom
nicht von der Luftdichte und der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit abhängig,
sondern lediglich vom Drosselklappen-Winkel und dem dort wirksamen Drosselklappen-
Querschnitt. Es ist somit möglich, eine verhältnismäßig genaue Fehlerdiagnose in Bezug
auf die Drosselklappe und den Heißfilm-Luftmassenmesser eines Otto-Motors unabhän
gig von der jeweils vorliegenden Luftdichte, Lufttemperatur sowie Luftdruck durchzufüh
ren.
Mit Vorteil wird ein eine Änderung eines Luftmassenstroms in Abhängigkeit einer Ände
rung eines Betriebswinkels der Drosselklappe in einem jeweiligen Arbeitspunkt definie
render Gradient mittels der Regressionsrechnung bestimmt und aus dem Gradienten
mittels Normierung mit dem Luftmassenstrom die relative Querschnittsänderung der
Drosselklappe mit dem jeweiligen Arbeitspunkt ermittelt. Aufgrund der Normierung des
mittels der Regressionsrechnung bestimmten Gradienten mit dem Luftmassenstrom ist
die derart ermittelte relative Querschnittsänderung der Drosselklappe nicht von der je
weils vorliegenden Luftdichte, Luftdruck, Lufttemperatur und der temperaturabhängigen
Schallgeschwindigkeit abhängig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die ermittelten Werte der relati
ven Querschnittsänderung der Drosselklappe zur Erstellung einer bauteilspezifischen
Drosselklappenkennlinie herangezogen. Eine bauteilspezifische Kennlinie kann in be
triebsgünstiger Weise für die Drosselklappe und/oder für den Heißfilm-Luftmassenmesser
in einem Motorsteuergerät abgelegt werden, wobei derartige Kennlinien verhältnismäßig
genaue Modellwerte zur Durchführung einer Diagnose liefern. Dabei kann die während
des Betriebs des Otto-Motors ermittelte relative Querschnittsänderung zur Korrektur oder
Adaption der im Motorstellgerät abgelegten bauteilspezifischen Kennlinien für die Dros
selklappe und/oder den Heißfilm-Luftmassenmesser herangezogen werden. Da aufgrund
einer derartigen Kennlinienkorrektur gröber tolerierte Bauteile verwendet werden können,
ist eine Senkung von Bauteilkosten der Drosselklappe und/oder des Heißfilm-Luft
massenmessers möglich, oder es kann eine Steigerung der Lebensdauer dieser Bauteile
erzielt werden, da altersbedingte Kennlinienänderungen kompensierbar sind.
Vorzugsweise ist der jeweilige Arbeitspunkt ein Leerlauf-Arbeitspunkt des Otto-Motors. Im
Leerlauf herrscht an der Drosselklappe eines Saugrohreinspritzmotors ein überkritisches
Druckverhältnis, so dass die Luft mit Schallgeschwindigkeit die Drosselklappe passiert. In
diesem Betriebszustand ist der Luftmassenstrom abhängig von der Querschnittsfläche
der Drosselklappe, von der Luftdichte und von der Schallgeschwindigkeit, welche wieder
um von der Lufttemperatur abhängig ist. Wird der überkritische Bereich verlassen, ist der
Luftmassenstrom durch die Drosselklappe zusätzlich vom Saugrohrdruck abhängig, wel
cher entweder gemessen oder über ein Saugrohrmodell rechnerisch aus dem Luft
massenstrom bestimmt werden muss. Ein Leerlaufbetrieb des Otto-Motors eignet sich
somit besonders zu einer relativ genauen Messdatenerfassung. Es sind allerdings auch
andere Last- und Drehzahlbereiche zu einer verhältnismäßig genauen Messdatenerfas
sung heranziehbar, solange an der Drosselklappe überkritische Strömungsverhältnisse
vorliegen. Beispielsweise kann eine derartige Messdatenerfassung auch in einem Teil
lastbereich oder im Schubbetrieb eines Otto-Motors erfolgen.
Mit Vorteil wird die Änderung des Luftmassenstroms mittels eines Heißfilm-Luftmassen
messers und die Änderung des jeweiligen Betriebswinkels der Drosselklappe mittels ei
nes mit selbiger verbundenen Potentiometers ermittelt. Mittels dieser Messmittel kann
eine Messdatenerfassung zur Durchführung einer Onboard-Diagnose der Drosselklappe
und des Heißfilm-Luftmassenmessers eines Otto-Motors mittels einer Regressionsrech
nung und einer Korrelationsrechnung erfolgen. Zur Messdatenerfassung wird vorzugs
weise im Leerlauf des Otto-Motors jeweils eine Betriebsspannung durch das Potentio
meter der Drosselklappe und durch den Heißfilm-Luftmassenmesser ermittelt. Wie oben
erwähnt, liegt eine Korrelation zwischen den zwei zu diagnostizierenden Bauteilen vor.
Gemäß einer möglichen Ausführungsvariante wird zur Ermittlung einer Änderung eines
Luftmassenstroms in Abhängigkeit einer Änderung eines Betriebswinkels der Drossel
klappe in einem jeweiligen Arbeitspunkt eine aktive Änderung des Betriebswinkels mittels
Überlagerung eines Testmusters herbeigeführt. Hierbei wird einer Drosselklappenstellung
in einem Arbeitspunkt ein Testmuster überlagert, wobei während einer derartigen Test
musterüberlagerung Messsignale zeitlich äquidistant erfasst werden. Da mittels der Re
gressionsrechnung eine Steigung einer Kennlinie in einem Arbeitspunkt bestimmt wird, ist
es zu einer zuverlässigen und genauen Messdatenerfassung notwendig beziehungs
weise sinnvoll, dass die Messsignale in einem verhältnismäßig kleinen, aber gleichzeitig
auch ausreichend großen Bereich um den jeweiligen Arbeitspunkt variieren. Wenn der
Bereich zu klein ist, werden lediglich konstante Messdaten erfasst, so dass die Regressi
onsrechnung kein sinnvolles Ergebnis liefern kann. Bei einem zu großen Bereich ergeben
sich bei nicht linearen Bauteilen, wie beispielsweise der Drosselklappe, Ungenauigkeiten
hinsichtlich der Messdatenerfassung.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante wird zur Ermittlung einer Änderung eines
Luftmassenstroms in Abhängigkeit einer Änderung des Betriebswinkels der Drossel
klappe in einem jeweiligen Arbeitspunkt eine passive Änderung des Betriebswinkels in
Form einer Drosselklappen-Eigenbewegung herangezogen. Dies ist möglich, wenn das
System genügend große Drosselklappen-Eigenbewegungen aufweist, wobei die Mess
daten nicht kontinuierlich, sondern lediglich zu geeigneten Zeitpunkten aufgezeichnet
werden. Es handelt sich hier um eine lediglich "beobachtende", passive Methode, bei
welcher eine bereits vorhandene Variation der jeweiligen Drosselklappenposition bei
spielsweise mittels einer Leerlaufregelung ausgenutzt wird. Die Datenabspeicherung er
folgt dann ebenfalls zündsynchron, jedoch nicht nach jeder Zündung, sondern lediglich
bei Feststellung einer geeigneten Signalveränderung. Ferner sind auch Mischformen zwi
schen einer aktiven und passiven Datenerfassungmethode möglich. Beispielsweise kann
eine Variation der Drosselklappen-Position durch die Leerlaufregelung mittels geeigneter
Zündwinkeleingriffe kurzzeitig und ohne für eine Person registrierbare Beeinträchtigung
der Leerlaufqualität vergrößert werden.
Mit Vorteil erfolgt eine Aufzeichnung von Messdaten hinsichtlich einer Änderung des
Luftmassenstroms in Abhängigkeit einer Änderung eines Betriebswinkels der Drossel
klappe zeitsynchron oder kurbelwinkelsynchron oder zündsynchron. Bei einer zeitsyn
chronen Aufzeichnung ergeben sich konstante Zeitdifferenzen zwischen den Abtastzeit
punkten, während eine kurbelwinkelsynchrone Aufzeichnung auf konstanten Kurbelwin
keldifferenzen basiert. Eine zündsynchrone Aufzeichnung hingegen erfolgt nach jeder
Zündung. Ferner ist auch eine nicht äquidistante, an komplexere Bedingungen geknüpfte
Aufzeichnung möglich, wie zum Beispiel für den Fall, dass der erfasste Messwert ausrei
chend weit vom letzten abgespeicherten Messwert entfernt ist.
Vorzugsweise werden die Messdaten hinsichtlich einer Änderung eines Luftmassen
stroms und hinsichtlich einer Änderung eines Betriebswinkels der Drosselklappe wenig
stens nahezu gleichzeitig erfasst. Die wenigstens nahezu gleichzeitige Erfassung dieser
Messdaten kann beispielsweise mit einer Zeitdifferenz im Bereich von wenigen Mikrose
kunden behaftet sein. Dabei handelt es sich bei den Messdaten um eine vom Potentio
meter gemessene Spannung entsprechend einer Änderung eines Betriebswinkels der
Drosselklappe und um eine vom Heißfilm-Luftmassenmesser gemessene Spannung ent
sprechend einer Änderung eines sich einstellenden Luftmassenstroms.
Eine gegebenenfalls vorliegende zeitliche Verschiebung der Messdaten hinsichtlich einer
Änderung eines Luftmassenstroms und hinsichtlich einer Änderung eines Betriebswinkels
der Drosselklappe wird kompensiert oder berücksichtigt. Da diese beiden Messdaten
Eingangssignale für die Regressionsrechnung sind, sind zur Durchführung einer genauen
Onboard-Diagnose eventuelle zeitliche Verschiebungen zwischen den beiden Eingangs
signalen zu kompensieren beziehungsweise zu berücksichtigen.
Mit Vorteil wird die Regressionsrechnung parallel oder nach Abschluss der Messdaten
erfassung durchgeführt. Die Regressionsrechnung kann somit in flexibler Weise, das
heißt zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden.
Vorzugsweise werden vor Beginn der Messdatenerfassung die Erfüllung wenigstens fol
gender Randbedingungen überprüft:
- - stationärer Endwert der Leerlaufdrehzahl;
- - stabiler Leerlaufbetrieb;
- - keine externen Störungen des Luftmassenstroms, der Drosselklappen-Stellung und des Saugrohrdrucks;
- - keine Verbrennungsaussetzer;
- - ausreichend niedriger Saugrohrdruck unter Ausbildung einer überkritischen Luftströ mung.
Unter stabilem Leerlauf wird verstanden, dass die Leerlaufdrehzahl innerhalb eines be
stimmten Bereichs liegt. Externe Störungen können beispielsweise durch Bremsen, Kup
peln, Schalten, durch eine Lenkung am Anschlag, eine Klimaanlage oder durch Ein
schalten elektrischer Verbraucher verursacht werden. Bei Erfüllung dieser und gegebe
nenfalls weiterer Randbedingungen kann eine ausreichende Genauigkeit bei der Mess
datenerfassung erzielt werden.
Vorteilhafterweise ist die Fehlerdiagnose Teil einer Onboard-Diagnose. Mittels einer Re
gressionsrechnung zur Ermittlung einer relativen Querschnittsänderung der Drosselklap
pe in einem jeweiligen Arbeitspunkt ist in besonders betriebsgünstiger Weise eine On-
board-Diagnose der Drosselklappe und/oder des Heißfilm-Luftmassenmessers eines Ot
to-Motors durchführbar, da ihre Ergebnisse vom Luftdruck und von der Lufttemperatur
während des Betriebs des Otto-Motors unabhängig sind.
Gemäß einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt eine Überwachung eines Luftdichte
sensors und/oder eines Luftdrucksensors. Im fehlerfreien Zustand der Drosselklappe und
des Heißfilm-Luftmassenmessers kann die mittels der Regressionsrechnung ermittelte
relative Querschnittsänderung im Arbeitspunkt auch dazu herangezogen werden, die
jeweils vorliegende Luftdichte der Umgebungsluft und damit die entsprechende Höhe des
Messpunktes über dem Meeresspiegel zu bestimmen. In dieser Weise ist es möglich,
einen gegebenenfalls vorhandenen Luftdichtesensor oder Luftdrucksensor zu überwa
chen.
Der Otto-Motor kann ein Otto-Motor mit Saugrohreinspritzung oder mit Kraftstoff-Direkt
einspritzung sein. Das Verfahren kann somit in zuverlässiger und betriebsgünstiger Wei
se in unterschiedlich ausgebildeten Otto-Motoren angewandt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil mittels eines Motorsteuergeräts
durchgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Otto-Motors mit Saugrohr, Drossel
klappe, Heißfilm-Luftmassenmesser und Drosselklappen-Ansteuerung und
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung von Möglichkeiten der Bewertung eines
Ergebnisses der Regressionsrechnung.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein allgemein mit 10 bezeichneter Otto-Motor
dargestellt, dessen Zylinder 44 eingangsseitig in Luftströmungsrichtung gemäß Pfeil 45
mit einem Luftfilter 11, einem Heißfilm-Luftmassenmesser 12 (HFM), einer Luftzuführlei
tung 13, einer Drosselklappe 14 (DK) und einem Saugrohr 17 in an sich bekannter Weise
wirkverbunden sind. Abgasseitig führt von den Zylindern 44 eine Abgasleitung 18 zu
weiteren, nicht dargestellten Funktionseinheiten eines Fahrzeugs. Eine Lambda-Sonde
15 steht mit der Abgasleitung 18 in Wirkverbindung. Jedem der im vorliegenden Fall vier
Zylinder 44 ist eine Einspritzdüse 46 zugeordnet. Ein allgemein mit 16 bezeichnetes
Steuergerät ist mit dem Heißfilm-Luftmassenmesser 12, der Drosselklappe 14, einem
Potentiometer 35, welcher zur Erfassung einer Betriebswinkellage der Drosselklappe
vorgesehen ist, sowie mit den Einspritzdüsen 46 und mit der Lambda-Sonde 15 wirkver
bunden. Der Heißfilm-Luftmassenmesser 12 ermittelt die vom Otto-Motor 10 angesaugte
Luftmasse und übermittelt mittels einer Datenübertragungsleitung 19 ein entsprechendes
Messsignal (Spannung) an eine Kennlinienumrechnungseinheit 47. Die Kennlinienum
rechnungseinheit 47 übermittelt mittels einer Datenübertragungsleitung 20 ein entspre
chendes Signal (Luftmassenstrom mL') an eine Ti-Vorsteuerungseinheit 21, welche ein
entsprechendes Signal (Einspritzdauer) mittels der Datenübertragungsleitung 22, des
Verknüpfungspunkts 23 und der Datenübertragungsleitung 24 an die Einspritzdüsen 46
übermittelt. Ein von der Lambda-Sonde 15 mittels einer Datenübertragungsleitung 24 an
einen Verknüpfungspunkt 26 übermitteltes Lambda-Signal wird nach Verknüpfung mit
einem Lambda-Sollwert (Pfeil 27) mittels einer Datenübertragungsleitung 28 an eine
Lambda-Korrektureinheit 29 übermittelt. Von der Lambda-Korrektureinheit 29 wird ein
entsprechendes Signal mittels einer Datenübertragungsleitung 30 an den Verknüpfungs
punkt 23 übertragen. Das Potentiometer 35 überträgt mittels einer Datenübertragungs
leitung 31 ein die jeweilige Winkellage (Iststellung) der Drosselklappe 14 kennzeichnen
des Signal an einen Verknüpfungspunkt 32, an welchem eine Verknüpfung mit einem
Drosselklappen-Notluftsignal (Pfeil 33) erfolgt. Mittels einer Datenübertragungsleitung 34
wird ein entsprechendes Drosselklappen-Signal (Ist-Wert) an einen Verknüpfungspunkt
36 übermittelt, an welchem eine Verknüpfung mit einem Drosselklappen-Sollwert (Pfeil
37) erfolgt. Ein entsprechendes Drosselklappen-Ausgangssignal wird mittels einer Da
tenübertragungsleitung 38 an eine Lagereglereinheit 39 übermittelt, welche ausgangssei
tig mittels einer Datenübertragungsleitung 40 mit einem Verknüpfungspunkt 41 wirkver
bunden ist. Am Verknüpfungspunkt 41 erfolgt wahlweise eine Verknüpfung eines Aus
gangssignals der Lagereglereinheit 39 mit einem Testmuster (Pfeil 43). Ein entsprechen
des, wahlweise zu überlagerndes Testmuster-Signal kann vom Verknüpfungspunkt 41
mittels der Datenübertragungsleitung 42 an die Drosselklappe 14 übertragen werden.
Eine Schaltereinheit 48 gewährleistet, dass bei unterbrochener Testmuster-Daten
übertragungsleitung (Pfeil 43) die Datenübertragungsleitung 38 geschlossen ist und somit
eine Datenübertragung an die Lagereglereinheit 39 ermöglicht, während bei geschlosse
ner Testmuster-Datenübertragungsleitung (Pfeil 43) die Datenübertragungsleitung 38
unterbrochen ist.
Bei der Überlagerung eines Testmusters (Pfeil 43) handelt es sich um eine aktive Da
tenerfassungsmethode, bei welcher einer Drosselklappenansteuerung im Leerlauf des
Otto-Motors 10 ein Testmuster beispielsweise von circa 5 Sekunden Länge und kleiner
Amplitude überlagert wird. Die Amplitude ist derart gering, dass keine von einer Person
erkennbare Veränderung des Motorlaufs des Otto-Motors 10 auftritt. Die Messdaten, mit
welchen eine Regressionsrechnung durchgeführt werden soll, werden mittels des Heiß
film-Luftmassenmessers 12 und des Potentiometers 35 zündsynchron nach jeder Zün
dung im Otto-Motor 10 erfasst.
Eine an sich in der Messtechnik bekannte Regressionsrechnung dient zur Bestimmung
einer Näherungskurve y = f(x) aus einer gegebenen Anzahl von Messpunkten für die Ein
gangsgrößen x und y der Näherungskurve. Ergebnis der Regressionsrechnung sind die
Parameter der Näherungskurve, das heißt zum Beispiel bei einer Geraden y = ax + b die
Steigung a (Regressionsfaktor) und der Offset b. Als Kurventypen kommen Geraden,
logarithmische Kurven, Exponentialfunktionen und Polynome in Frage. Als Kontrollwert
für die Qualität der Näherung wird der Korrelationsfaktor r herangezogen. Sein Wert kann
zwischen 0 und 1 liegen. Der Idealwert 1 besagt, dass alle Messpunkte auf der errech
neten Näherungskurve y = f(x) liegen. Der Berechnungsweg ergibt sich aus folgenden
Gleichungen:
Korrelationsfaktor: r = √B mit:
Dabei wird der Korrelationsfaktor r auch als Korrelationskoeffizient bezeichnet, während
bxy und byx zwei Regressionsfaktoren sind, mit bxy entsprechend der Steigung dx/dy und
byx entsprechend der Steigung dy/dx. Die Parameter xi und yi mit i von 1 bis N sind Wer
tepaare einer Eingangsdatenreihe.
Im Anwendungsbeispiel wird vorzugsweise im Leerlauf des Otto-Motors 10 eine mittels
des Potentiometers 35 ermittelte Spannung UDK (entsprechend dem jeweiligen Drossel
klappenwinkel) und eine mittels des Heißfilm-Luftmassenmessers 12 ermittelte Spannung
UHFM (entsprechend der vom Otto-Motor 10 angesaugten Luftmasse) zu einer Regressi
onsrechnung herangezogen. Die Regressionsrechnung liefert als Ergebnis das Verhältnis
dUHFM/dUDK, das dem Gradienten grad(m'L, αDK) = dm'L/d αDK entspricht. Der Gradient
entspricht einer Änderung eines Luftmassenstroms mL in Abhängigkeit eines Drossel
klappenwinkels αDK in einem Arbeitspunkt. Im Leerlauf herrscht an der Drosselklappe 14
bei einem Otto-Motor mit Saugrohreinspritzung (nicht jedoch bei einem Otto-Motor mit
Direkteinspritzung) ein überkritisches Druckverhältnis, so dass die angesaugte Luft mit
Schallgeschwindigkeit die Drosselklappe 14 passiert. In diesem Zustand ist der Luft
massenstrom m'L abhängig von der Querschnittsfläche ADK, der Luftdichte ρ und Schall
geschwindigkeit c, die wiederum von der Lufttemperatur θ abhängt. Dieser Zusammen
hang ist in der folgenden Gleichung definiert:
mL' = ADK.ρ.c mit c = (θ)
Mit dieser Gleichung kann aus dem mittels der Regressionsrechnung gewonnenen Gra
dienten grad(m'L, αDK) durch Normierung mit m'L eine relative Querschnittsänderung der
Drosselklappe A'DK entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt werden:
Hierbei handelt es sich um eine bauteilspezifische Kennlinie, welche im Gegensatz zu m'L
nicht von der Luftdichte ρ und der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit c abhän
gig ist, sondern lediglich vom jeweiligen Arbeitspunkt (Drosselklappenwinkel αDK) und
dem dort wirksamen Drosselklappen-Querschnitt ADK. Diese bauteilspezifische Kennlinie
der relativen Querschnittsänderung A'DK wird somit mittels der Regressionsrechnung vor
zugsweise im Leerlauf des Otto-Motors 10 aus den Messsignalen UDK und UHFM mit guter
Genauigkeit bestimmt.
Bei einer Testmusterüberlagerung und während einer Messdatenerfassung sollten ver
schiedene Randbedingungen erfüllt sein, wie zum Beispiel, dass die Leerlaufregelung auf
eine stationäre Leerlaufdrehzahl eingeschwungen und stabil ist, keine externen Störun
gen durch Bremsen, eine Lenkhilfepumpe, eine Klimaanlage oder durch Einschalten
elektrischer Verbraucher vorliegen, dass keine Verbrennungsaussetzer oder andere
Fehler auftreten oder dass der Saugrohrdruck ausreichend niedrig ist. Wenn diese oder
gegebenenfalls weitere Randbedingungen erfüllt sind, wird der Luftpfad der Leerlaufre
gelung eingefroren. Ein Testmuster mit definierten Eigenschaften (digital, geeignete Am
plitude, geeignete Impulslänge und -anzahl) der Drosselklappenansteuerung überlagert.
Gleichzeitig werden das Messsignal UDK, welches dem Drosselklappen-Ist-Winkel ent
spricht, und das Messsignal UHFM, welches der angesaugten Luftmasse mL entspricht,
nach jeder Zündung gemessen und in einem Ringpuffer abgespeichert. Dabei kann die
Regressionsrechnung parallel oder nach Beendigung der Messdatenerfassung (Beendi
gung der Testmusterüberlagerung) durchgeführt werden. Die Messdatenpaare UDKi und
UHFMi sind vorzugsweise nahezu gleichzeitig zu erfassen, wobei bei der Regressions
rechnung berücksichtigt und gegebenenfalls kompensiert werden muss, dass die Mess
datenpaare zeitliche Verschiebungen, zum Beispiel aufgrund von Totzeiteffekten aufwei
sen können. Vorteilhafterweise ist der Einfluss der Drosselklappenbewegungen aufgrund
einer Testmusterüberlagerung auf die Motordrehzahl und den Zündwinkel derart gering,
dass er praktisch nicht von einer Person erkennbar ist. Auch sind akustische Verände
rungen oder eine Beeinflussung der Karosserieschwingungen eines Fahrzeugs aufgrund
einer Testmusterüberlagerung praktisch nicht registrierbar.
Fig. 2 zeigt anhand eines Diagramms eine Übersicht über erkennbare Fehlerarten, die
anhand eines ermittelten Regressions- und Korrelationsfaktors unter Zuhilfenahme einer
Lambda-Korrektur ermittelt werden können. Die relative Querschnittsänderung A'DK =
f(αDK) ist in Fig. 2 als "rel dA/A" bezeichnet. Neben Fehlern am Heißfilm-Luftmassen
messer (HFM) und an der Drosselklappe (DK) können Fehler in Form von Leckluft vor
und hinter der Drosselklappe diagnostiziert werden. Unter Zuhilfenahme einer Lambda-
Regelungsadaption können die Ursachen für Fehler oder Abweichungen im Kraftstoffver
sorgungssystem genauer abgegrenzt werden, das heißt, es kann beispielsweise eine
Fehlerquelle am Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) oder an der Drosselklappe (DK)
ausgeschlossen werden. Es lassen sich somit vorteilhafterweise nicht nur eine Bauteil
gruppe, sondern exakt das defekte Bauteil und dessen Fehlerart bestimmen. Ferner kann
im fehlerfreien Zustand die Luftdichte der Umgebungsluft und damit die Höhe des Mess
punkts über dem Meeresspiegel ermittelt werden. Diese Informationen können zur Über
wachung eines Umgebungsdruckssensors oder zu einer Höhenadaption herangezogen
werden. Es ist somit möglich, Bauteilfehler anhand von Abweichungen der Regressions
rechnungsergebnisse von einer entsprechenden, fehlerfreien Referenz-Kennlinie in zu
verlässiger Weise zu erkennen.
Claims (17)
1. Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe
eines Otto-Motors, dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Querschnittsände
rung (A'DK) der Drosselklappe (DK) in einem jeweiligen Arbeitspunkt mittels einer
Regressionsrechnung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Änderung
eines Luftmassenstroms (m'L) in Abhängigkeit einer Änderung eines Betriebswin
kels (αDK) der Drosselklappe (DK) in einem jeweiligen Arbeitspunkt definierender
Gradient (m'L, (αDK)) mittels der Regressionsrechnung bestimmt wird und aus dem
Gradienten (grad(m'L, αDK)) mittels Normierung mit dem Luftmassenstrom (m'L) die
relative Querschnittsänderung (A'DK) im jeweiligen Arbeitspunkt ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die ermittelten Werte der relativen Querschnittsänderung (A'DK) der Drossel
klappe (DK) zur Erstellung einer bauteilspezifischen Drosselklappenkennlinie her
angezogen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Arbeitspunkt ein Leerlauf-Arbeitspunkt des Otto-Motors ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Änderung des Luftmassenstroms (m'L) mittels eines Heißfilm-Luftmassen
messers (HFM) und die Änderung des jeweiligen Betriebswinkels (αDK) der Drossel
klappe (DK) mittels eines mit selbiger wirkverbundenen Potentiometers ermittelt
wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mittels einer Korrelationsrechnung eine Fehlerdiagnose in Bezug auf die
Drosselklappe (DK) und den Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung einer Änderung des Luftmassenstroms (m'L) in Abhängigkeit
einer Änderung eines Betriebswinkels (αDK) der Drosselklappe (DK) in einem jewei
ligen Arbeitspunkt eine aktive Änderung des Betriebswinkels (αDK) mittels Überlage
rung eines Testmusters herbeigeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung einer Änderung eines Luftmassenstroms (m'L) in Abhängigkeit
einer Änderung eines Betriebswinkels (αDK) der Drosselklappe (DK) in einem jewei
ligen Arbeitspunkt eine passive Änderung des Betriebswinkels (αDK) in Form einer
Drosselklappen-Eigenbewegung herangezogen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Aufzeichnung von Messdaten hinsichtlich einer Änderung eines
Luftmassenstroms (m'L) in Abhängigkeit einer Änderung eines Betriebswinkels
(αDK) der Drosselklappe (DK) zeitsynchron oder kurbelwinkelsynchron oder zünd
synchron erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Messdaten hinsichtlich einer Änderung eines Luftmassenstroms (m'L) und
hinsichtlich einer Änderung eines Betriebswinkels (αDK) der Drosselklappe (DK)
wenigstens nahezu gleichzeitig erfasst werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine zeitliche Verschiebung der Messdaten hinsichtlich einer Änderung eines
Luftmassenstroms (m'L) und hinsichtlich einer Änderung eines Betriebswinkels
(αDK) der Drosselklappe (DK) kompensiert oder berücksichtigt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Regressionsrechnung parallel oder nach Abschluss der Messdatenerfas
sung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass vor Beginn der Messdatenerfassung die Erfüllung wenigstens folgender
Randbedingungen überprüft werden:
- - stationärer Endwert der Leerlaufdrehzahl;
- - stabiler Leerlaufbetrieb;
- - keine externen Störungen des Luftmassenstroms der Drosselklappen-Stellung und des Saugrohrdrucks;
- - keine Verbrennungsaussetzer;
- - ausreichend niedriger Saugrohrdruck unter Ausbildung einer überkritischen Luft strömung.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Fehlerdiagnose Teil einer Onboard-Diagnose t.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Überwachung eines Luftdichtesensors und/oder eines Luftdrucksensors
erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Otto-Motor ein Otto-Motor mit Saugrohreinspritzung oder mit Kraftstoff-
Direkteinspritzung ist.
17. Motorsteuergerät, das gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche betreibbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000128698 DE10028698A1 (de) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe eines Otto-Motors, und entsprechendes Motorsteuergerät |
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DE2000128698 DE10028698A1 (de) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe eines Otto-Motors, und entsprechendes Motorsteuergerät |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10028698A1 true DE10028698A1 (de) | 2001-12-13 |
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ID=7645306
Family Applications (1)
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DE2000128698 Withdrawn DE10028698A1 (de) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Verfahren zum Bestimmen einer jeweiligen Betriebsstellung einer Drosselklappe eines Otto-Motors, und entsprechendes Motorsteuergerät |
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