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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Druck in einem Ansaugabschnitt aus der Stellung einer Drosselklappe ermittelt wird, wobei ein aus der Stellung der Drosselklappe gewonnenes Signal durch mindestens ein Verzögerungsglied durchgeleitet und das hindurchgeleitete Signal zur Bildung einer Grenze für einen zulässigen Wertebereich verwendet wird.
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Ein solches Verfahren ist vom Markt her bekannt. Bei ihm wird der Winkel einer Drosselklappe, welcher durch einen Sensor abgegriffen wird, in einen Tiefpassfilter eingespeist. Aus dem gefilterten und dem ungefilterten Signal wird ein Maximal- und ein Minimalwert gebildet, aus dem eine obere Grenze und eine untere Grenze für einen zulässigen Druckbereich ermittelt wird. Gleichzeitig wird der Druck durch einen Sensor erfasst. Dies erfolgt dadurch, dass der Druck über ein Segment (Zeit zwischen zwei Zündungen) pro 1 ms eingelesen und aufaddiert wird. Danach erfolgt eine Druckmittelung, indem die aufaddierten Werte durch die Anzahl der Abtastungen dividiert werden (arithmetische Mittelwertbildung). Liegt der vom Sensor erfasste Druck außerhalb des zulässigen Wertebereichs, erfolgt ein Eintrag in einen Fehlerspeicher. Außerdem wird anstelle des vom Drucksensor ermittelten Druckwertes der aus dem Winkel der Drosselklappe ermittelte Druckwert für die Berechnung der Füllung eines Brennraums der Brennkraftmaschine verwendet. Damit modelliert man ein zweites Drucksignal, das zur Überwachung (Diagnose) des gemessenen Drucksignals vom Sensor geeignet ist.
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Grundlage des Diagnoseverfahrens ist also die Bestimmung des Saugrohrdrucks auf zwei unterschiedlichen Wegen. Zum Einen wird der Saugrohrdruck direkt von einem Sensor ermittelt. Der so erhaltene Wert wird zur Bestimmung der Luftfüllung in einem Brennraum verwendet. Zum Anderen wird ein entsprechender Druck aus dem Winkel der Drosselklappe und der Drehzahl bestimmt. Bei einer Abweichung der Drücke wird von einem fehlerhaften Drucksensor ausgegangen. Da bei einer schnellen Änderung des Winkels der Drosselklappe aufgrund der Kompressibilität der Luft und der Saugrohrzeitkonstanten der tatsächliche Druck sich nur mit geringerer Geschwindigkeit ändert, muss das aus der Drosselklappe gewonnene Signal verzögert werden. Dies geschieht durch das Tiefpassfilter.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es Situationen gibt, in denen es zu einem Eintrag in den Fehlerspeicher kommt, obwohl der Drucksensor offenkundig korrekt arbeitet. Eine solche Fehlerkennung eines fehlerhaft arbeitenden Drucksensors kann z. B. dann vorkommen, wenn die Drosselklappe hochdynamisch bewegt wird. Hierunter ist z. B. ein sehr schnelles Öffnen und ein unmittelbar darauf folgendes, schnelles Schließen der Drosselklappe zu verstehen.
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Aus der
DE 43 22 281 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem aus einem Vergleich zwischen einem Hauptlastsignal und einem Nebenlastsignal auf einen Fehler in einem der Sensoren geschlossen wird, deren Messwerte für die Bildung dieser Signal herangezogen werden. das Nebenlastsignal stützt sich auf Drosselklappenstellung und Drehzahl, während das Hauptlastsignal auch aus dem Saugrohrdruck ermittelt werden kann.
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Aus der
DE 43 44 633 A1 ist ein Verfahren zur Lasterfassung mit Diagnose bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei werden das gefiltere Hauptlastsignal und das ebenfalls gefilterte Nebenlastsignal zur Bildung des für die Regelung der Brennkraftmaschine benötigten Lastsignals ausgewertet.
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Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass derartige Fehlerkennungen ausgeschlossen werden können.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mindestens zwei Verzögerungsglieder vorgesehen sind, wobei die Verzögerung des einen Verzögerungsglieds ausgeschaltet ist, wenn die Geschwindigkeit, mit der sich die Stellung der Drosselklappe ändert, oberhalb eines positiven Grenzwertes liegt und die Verzögerung des anderen Verzögerungsglieds ausgeschaltet ist, wenn die Geschwindigkeit, mit der sich die Stellung der Drosselklappe ändert, unterhalb eines negativen Grenzwertes liegt.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Fehlerkennungen, also das fälschliche Ansprechen der Diagnose, obwohl der Drucksensor in Ordnung ist, beim Stand der Technik darauf zurückzuführen sind, dass bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit der Drosselklappe und einem abrupten Richtungswechsel der Bewegung der Drosselklappe die Zeit für das Verzögerungsglied zu kurz ist, um auf einen Zielwert einzuschwingen. Bei einem solchen Richtungswechsel der Bewegung der Drosselklappe erfolgt ein Vorzeichenwechsel der Bewegungsgeschwindigkeit der Drosselklappe, des sogenannten Drosselklappengradienten. Erfolgt dieser Vorzeichenwechsel zu einem Zeitpunkt, zu dem der Tiefpassfilter noch gar nicht auf seinen aus der Öffnungsbewegung der Drosselklappe resultierenden Zielwert eingeschwungen war, ergibt sich ein zulässiger Wertebereich, der unterhalb des tatsächlichen Druckes liegt, welcher im Ansaugabschnitt herrscht und vom Drucksensor erfasst wird. Zum besseren Verständnis ist ein solcher Vorgang in 4 dargestellt.
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Dieses Problem wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch umgangen, dass zwei Verzögerungsglieder vorgesehen sind. Bei einer hohen Geschwindigkeit der Drosselklappe wird die Verzögerung eines der beiden Verzögerungsglieder ausgeschaltet. Dies bedeutet, dass das eingespeiste Signal unverzögert durch das Verzögerungsglied hindurchgeleitet wird, das Ausgangssignal des Verzögerungsglieds also gleich dem Eingangssignal ist. Sobald die Bewegungsgeschwindigkeit der Drosselklappe wieder außerhalb des hochdynamischen Bereichs liegt, also unterhalb der Grenzgeschwindigkeit, erfolgt wieder eine normale Verzögerung des Signals durch das Verzögerungsglied. Durch diese Maßnahme erfolgt bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der Drosselklappe also kein verzögertes Einschwingen des Verzögerungsglieds auf einen Zielwert, sondern das Ausgangssignal des Verzögerungsglieds ist direkt an den Eingangswert gekoppelt. Bei einer sofort folgenden Bewegung der Drosselklappe in entgegengesetzter Richtung bleibt, auch bei entsprechend hoher Geschwindigkeit bzw. Dynamik der Drosselklappe, das zuvor kurzzeitig abgeschaltete Verzögerungsglied aktiv, und verzögert das Eingangssignal entsprechend, wobei es als Startwert für die Verzögerung das zuvor bei ausgeschalteter Verzögerung erreichte Signal verwendet.
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Erfindungsgemäß ist also bei einer schnellen Öffnungsbewegung der Drosselklappe das eine Verzögerungsglied inaktiv, wohingegen das andere aktiv ist, und bei einer schnellen Schließbewegung der Drosselklappe ist das eine Verzögerungsglied aktiv, wohingegen das andere inaktiv ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit sichergestellt, dass mit den durch die beiden Verzögerungsglieder hindurchgeleiteten Signalen ein zulässiger Wertebereich gebildet werden kann, der dem bei korrekt arbeitendem Drucksensor tatsächlich zulässigen Wertebereich entspricht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer Weiterbildung umfasst das Verzögerungsglied mindestens ein Tiefpassfilter. Bei einem solchen Tiefpassfilter handelt es sich um eine softwaremäßig einfach zu realisierende Ausbildung eines Verzögerungsglieds. Möglich ist aber auch die Ausbildung des Verzögerungsglieds z. B. als Regler, insbesondere PI-Regler.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die beiden Grenzwerte betragsmäßig gleich sind und sich durch das Vorzeichen unterscheiden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die fluidischen Verhältnisse so sind, dass sich die Charakteristik bei der Druckerhöhung und bei der Druckabsenkung in jenem Bereich des Ansaugabschnitts, in dem der Drucksensor angeordnet ist, nicht wesentlich unterscheiden.
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In Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass mindestens ein Kennfeld vorgesehen ist, mit dem aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine und aus dem aus der Stellung der Drosselklappe gewonnenen Signal ein entsprechender Druck im Ansaugabschnitt ermittelt wird. Bei einem derartigen Kennfeld handelt es sich um eine einfach zu realisierende Maßnahme, mit der relativ präzise Werte für den Druck im Ansaugabschnitt ermittelt werden können. Das Kennfeld kann dabei in Signalflussrichtung gesehen noch vor den Verzögerungsgliedern angeordnet sein. Im anderen Fall werden die durch die Verzögerungsglieder hindurchgeleiteten Signals jeweils in ein eigenes Kennfeld eingespeist.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der Druck im Ansaugabschnitt gemessen und mit dem zulässigen Wertebereich verglichen wird. Hierdurch ist eine Diagnose der Messeinrichtung möglich, welche den Druck im Ansaugabschnitt misst.
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Dabei erfolgt vorzugsweise eine Fehlermeldung und/oder ein Eintrag in einen Fehlerspeicher, wenn der gemessene Druck außerhalb des zulässigen Wertebereichs liegt. Auf diese Weise wird der Benutzer und/oder eine die Wartung durchführende Person auf einen fehlerhaften Drucksensor hingewiesen.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass dann, wenn der gemessene Druck außerhalb des zulässigen Wertebereichs liegt, die Bestimmung der Füllung eines Brennraums der Brennkraftmaschine auf der Basis des aus der Stellung der Drosselklappe gewonnenen Signals erfolgt. Liegt der gemessene Druck außerhalb des zulässigen Wertebereichs, kann davon ausgegangen werden, dass der Drucksensor fehlerhaft arbeitet. Gerade der Drucksensor wird aber üblicherweise für die Bestimmung der Füllung des Brennraums herangezogen. Wird der Drucksensor als fehlerhaft diagnostiziert, kann auf die zwar weniger genaue, jedoch zuverlässig funktionierende Bestimmung der Luftfüllung aus der Stellung der Drosselklappe zurückgegriffen werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei ist besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei dieser werden die im Zusammenhang mit dem obigen Verfahren aufgeführten Vorteile dann erreicht, wenn die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des obigen Verfahrens geeignet ist.
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Zeichnung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1: ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine;
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2; ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von 1;
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3: ein Diagramm, welches den Winkel einer Drosselklappe über der Zeit zeigt;
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4: ein Diagramm, welches die ermittelten und die realen Druckverläufe beim Stand der Technik zeigt;
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5: ein Diagramm ähnlich 4, welches die realen und nach dem Verfahren von 3 ermittelten Druckverläufe zeigt; und
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6: ein Diagramm, welches die vorzeichenbehafteten Geschwindigkeitsbereiche der Drosselklappenbe-wegung zeigt.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Brennraum 12, der über ein nicht dargestelltes Einlassventil mit einem Schwingrohr 14 verbunden ist. Das Schwingrohr 14 öffnet sich zu einem Sammler 16, der wiederum mit einem Ansaugrohr 18 verbunden ist.
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Im Ansaugrohr 18 ist eine Drosselklappe 20 beweglich angeordnet. Die Bewegung der Drosselklappe 20 erfolgt durch einen Stellmotor 22, ihre Stellung wird von einem Stellungsgeber 24 abgegriffen. Der Druck im Sammler 16 wiederum wird von einem Drucksensor 26 erfasst. Dem Brennraum 12 wird Kraftstoff über ein Einspritzventil 28 und ein Kraftstoffsystem 30 zugeführt. Die Zündung im Brennraum 12 erfolgt durch eine Zündkerze 32, die mit einer Zündanlage 34 verbunden ist.
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Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner ein Steuer- und Regelgerät 36, welches eingangsseitig mit dem Stellungsgeber 24 und dem Drucksensor 26 verbunden ist. Ausgangsseitig ist es mit dem Stellmotor 22, der Zündanlage 34 und dem Einspritzventil 28 verbunden.
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Es versteht sich, dass die Brennkraftmaschine 10 mehrere Brennräume und mehrere Schwingrohre umfassen kann, die jeweils in den Sammler 16 münden. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 zwar nach dem Prinzip der Benzin-Direkteinspritzung arbeitet; das in den nachfolgenden Figuren dargestellte Verfahren ist jedoch auch bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung, bei denen das Einspritzventil z. B. im Schwingrohr angeordnet ist, anwendbar.
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Die Brennkraftmaschine 10 umfasst auch eine Kurbelwelle 38, deren Drehzahl durch einen Drehzahlgeber 40 erfasst wird.
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Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird nun unter Bezugnahme auf 2 im Detail erläutert:
Am Stellungsgeber 24 der Drosselklappe 20 wird ein Signal wdkba ausgegeben, welches der aktuellen Winkelstellung der Drosselklappe 20 entspricht (Block 42). Das Signal vom Stellungsgeber 24 wird ferner in einem Block 44 dazu verwendet, eine Geschwindigkeit der Bewegung der Drosselklappe 20 zu ermitteln. Diese Berechnung erfolgt unter Verwendung von Zeitsignalen aus einem Zeitgeber 46. Die ermittelte und vorzeichenbehaftete Bewegungsgeschwindigkeit der Drosselklappe 20, welche auch als Drosselklappengradient bezeichnet wird, ist im Block 48 mit dwdkba bezeichnet.
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Die aktuelle Stellung wdkba der Drosselklappe 20 wird im Block 50 in ein erstes Tiefpassfilter eingespeist. Das Ausgangssignal aus dem ersten Tiefpassfilter 50 heißt wdkfmx (Block 52). Wie noch später ausgeführt werden wird, dient das Signal wdkfmx zur Bestimmung einer oberen Grenze eines zulässigen Wertebereichs für den im Sammler 16 herrschenden Druck psdss, der vom Drucksensor 26 ermittelt wird.
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Die Winkelstellung wdkba der Drosselklappe 20 wird auch in ein zweites Tiefpassfilter 54 eingespeist. Dessen Ausgangssignal heißt wdkfmn (Block 56) und dient analog zur Bestimmung einer unteren Grenze eines zulässigen Wertebereichs für den Druck psdss.
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Im Block 58 wird der Drosselklappengradient dwdkba mit einem positiven Grenzwert DKGFILS verglichen. Der Grenzwert DKGFILS wird in einem Festwertspeicher 60 bereitgestellt. Liefert der Vergleich im Block 58 den Wert true, ist also der Drosselklappengradient dwdkba größer als der Grenzwert DKGFILS, wird das erste Tiefpassfilter 50 direkt mit der Stellung wdkba der Drosselklappe 20 initialisiert, d. h., dass die Filterung bzw. Verzögerung des Tiefpassfilters 50 ausgeschaltet wird. Dieser Zustand dauert an, bis der Drosselklappengradient dwdkba wieder unterhalb des Grenzwerts DKGFILS liegt.
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Im Block 62 wird der Grenzwert DKGFILS mit einem Faktor –1 multipliziert und im Block 64 mit dem vorzeichenbehafteten Drosselklappengradienten dwdkba verglichen. Ist der Drosselklappengradient negativ, erfolgt also eine Schließbewegung der Drosselklappe 20, und liegt der Drosselklappengradient dwdkba unterhalb der Grenze –DKGFILS, wird das zweite Tiefpassfilter 54 mit der Stellung wdkba der Drosselklappe 20 initialisiert, also die Filterung bzw. Verzögerung ausgeschaltet. Überschreitet der Drosselklappengradient dwdkba wieder die Grenze –DKGFILS, schaltet sich die Verzögerung des Tiefpassfilters 54 wieder ein. Der Sinn dieser Maßnahmen wird weiter unten noch genauer erläutert.
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Die Ausgangssignale wdkfmx und wdkfmn des ersten Tiefpassfilters 50 bzw. des zweiten Tiefpassfilters 54 werden in ein Kennfeld KFPSDMX bzw. KFPSDMN eingespeist (Blöcke 66 und 68). In die Kennfelder KFPSDMX und KFPSDMN wird ferner die vom Drehzahlgeber 40 erfasste aktuelle Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 10 eingespeist. Das auch als Max-kennfeld bezeichnete Kennfeld KFPSDMX (Block 66) erzeugt als Ausgangswert einen oberen Grenzwert psdmx für den Druck im Sammler 16. Analog erzeugt das auch als Min-Kennfeld bezeichnete Kennfeld KFPSDMN (Block 68) einen unteren Grenzwert psdmn (Block 72) für den Druck im Sammler 16. Die Grenzwerte psdmx und psdmn werden noch mit einem Hysteresefaktor PSHYSHL (Block 74) beaufschlagt und in den Blöcken 76 bis 82 mit dem vom Drucksensor 26 erfassten Druck psdss verglichen. Liegt der vom Drucksensor 26 gemessene Druck psdss außerhalb des durch die Grenzen psdmx und psdmn definierten Wertebereichs, erfolgt eine Fehlermeldung an den Benutzer der Brennkraftmaschine sowie ein Eintrag in einen Fehlerspeicher (nicht dargestellt), der z. B. bei einer Wartung ausgelesen werden kann.
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Der Sinn des Aus- und Einschaltens der Verzögerung ist folgender:
Erfolgt eine langsame Öffnung der Drosselklappe 20, dann liegt der Drosselklappengradient dwdkba unterhalb der Grenze DKGFILS und oberhalb der negativen Grenze –DKGFILS, so dass beide Tiefpassfilter 50 und 54 aktiviert bleiben und ein verzögertes Signal wdkfmx und wdkfmn (Blöcke 52 und 56) ausgeben. Durch diese in den Tiefpassfiltern 50 und 54 erfolgende Verzögerung des Signals wird der Tatsache Rechnung getragen, dass es bei einer Öffnung der Drosselklappe 20 aufgrund der begrenzten Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugrohr 18 nur zu einer langsamen Füllung des Sammlers 16 kommt, der Druck psdss im Sammler 16 also auch nur relativ langsam ansteigt. Gleiches gilt auch für eine langsame Schließbewegung der Drosselklappe 20. Diese beiden ”normalen” Bereiche der Geschwindigkeit dwdkba der Drosselklappe 20 sind in 6 mit dem Bezugszeichen 84 bzw. 86 bezeichnet.
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Übersteigt der Drosselklappengradient dwdkba den positiven Grenzwert DKGFILS, befindet man sich in dem mit 88 bezeichneten Geschwindigkeitsbereich in 6. Im Extremfall kann hierbei die Drosselklappe 20 auch schlagartig geöffnet werden, wie dies in 3 dargestellt und ebenfalls mit 88 bezeichnet ist. Wie bereits oben ausgeführt worden ist, wird in diesem Fall das erste Tiefpassfilter 50 direkt mit dem Drosselklappenwinkel wdkba initialisiert, so dass das Ausgangssignal wdkfmx unverzögert und somit zum Drosselklappenwinkel wdkba identisch ist. Entsprechend steigt auch der im Kennfeld KFPSDMX (Block 66) ermittelte Druck psdmx (Block 70) schlagartig an, wie dies auch in 5 dargestellt ist. Ein Einschwingen des Werts psdmx auf einen Zielwert erfolgt somit nicht. Anders dagegen der Druck psdmn (Block 72), der im Kennfeld KFPSDMN aus dem verzögerten Wert wdkfmn bestimmt wird. Der Wert wdkfmn ist deshalb verzögert, da bei einer schlagartigen Öffnung der Drosselklappe 20 das Tiefpassfilter 54 aktiviert bleibt.
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Es versteht sich, dass bei konstanter Drosselklappenstellung 20 (dieser Bereich ist in 3 mit dem Bezugszeichen 90 gekennzeichnet) beide Tiefpassfilter 50 und 54 aktiv sind. Nachdem der Wert wdkfmx jedoch bereits dem Zielwert entspricht, entspricht auch der Druck psdmx einem konstanten Druck. Anders der Druck psdmn, der durch das zweite Tiefpassfilter 54 verzögert während der mit 90 gekennzeichneten Phase noch ansteigt. Die in einem Block 92 bereitgestellte Zeitkonstante ZWDKBA (Block 94 in 2) ist dabei so gewählt, dass der Druck psdmn auf jeden Fall unterhalb des bei korrekt arbeitendem Drucksensor 26 festgestellten Druckes psdss bleibt. Auf diese Weise wird durch die beiden Werte psdmx und psdmn auch bei schlagartigem Öffnen der Drosselklappe 20 ein zulässiger Wertebereich für den vom Drucksensor 26 erfassten Druck psdss definiert, indem Fehldiagnosen des Drucksensors 26 ausgeschlossen sind.
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Ein schlagartiges Schließen der Drosselklappe 20 ist in den 3 und 5 mit dem Bezugszeichen 92 gekennzeichnet. Analog zum oben Gesagten bleibt nun das erste Tiefpassfilter 50 aktiv, wohingegen das zweite Tiefpassfilter 54 den Stellungswert dwdkba der Drosselklappe 20 ungefiltert durchleitet und als Wert wdkfmn ausgibt. Wie aus 5 ersichtlich ist, fällt bei einem derartigen abrupten Schließen der Drosselklappe 20 der berechnete Druck psdmn schlagartig ab. Im ersten Tiefpassfilter 50 dagegen wird die Stellung wdkba der Drosselklappe 20 verzögert, und zwar ausgehend von dem in der Phase 88 sprungartig erreichten und in der Phase 90 gehaltenen Wert. Auch hier ist es wichtig, dass die Zeitkonstante ZWDKBA so gewählt ist, dass der Druck psdmn nicht schneller absinkt als der bei korrekt arbeitendem Drucksensor 26 erfasste Druck psdss im Sammler 16.
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Durch die besagten Maßnahmen wird letztlich erreicht, dass ein zulässiger Wertebereich bereitgestellt wird, der auch bei einem hochdynamischen Verhalten der Drosselklappe 20 vom Drucksensorwert nicht verlassen wird – vorausgesetzt, der Drucksensor arbeitet fehlerfrei.
