DE10111271A1

DE10111271A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders

Info

Publication number: DE10111271A1
Application number: DE10111271A
Authority: DE
Inventors: Manfred Pfitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-12
Also published as: FR2821888B1; ITMI20020476A0; FR2821888A1; ITMI20020476A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders vorgeschlagen, bei welchem eine Fehlfunktion eines Ventils erkannt wird, wenn nach einer negativen Laständerung Pulsationen in einem die Füllung der Brennkraftmaschine repräsentierenden Signal oder einem daraus abgeleiteten Signal erkannt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders.

In der DE 197 12 850 A1 ist eine Vorgehensweise zum Steuern eines Schubumluftventils eines Laders einer Brennkraftma schine bekannt, welches mittels eines von einem elektroni schen Steuergerät ausgegebenen elektrischen Steuersignals gesteuert wird. Beim Öffnen des Schubumluftventils wird eine den Verdichter des Laders im Saugrohr überbrückende Schubum luftleitung geöffnet und auf diese Weise ein Strömungsabriß am Verdichter des Laders bei plötzlichem Lastwechsel vom Ladebetrieb in den Leerlauf (Saugrohrdruck größer als Umge bungsdruck) verhindert. Läßt sich das Schubumluftventil beispielsweise infolge Vereisung oder anderer Ursachen, die zu einem Klemmen des Ventils führen, nicht öffnen, so tritt der Strömungsabriß auf und verursacht Pulsationsgeräusche im Ansaugtrakt des Motors. Durch ungünstige Luftführung können durch diesen Strömungsabriß extreme Pulsationen entstehen, die bei häufigem Auftreten Lagerschäden am Turbolader bewir ken können. Es besteht also der Bedarf, eine Diagnose eines solchen Schubumluftventils anzugeben, insbesondere eine Vorgehensweise zu beschreiben, mit der sicher und zuverläs sig ein geschlossen klemmendes Schubumluftventil erkannt werden kann.

Aus der DE 197 40 918 A1 ist bekannt, aus dem Signal eines die zu einer Brennkraftmaschine zugeführte Luftmasse erfas senden Sensors ein die Füllung der Brennkraftmaschine reprä sentierendes Signal (Hauptfüllungssignal) zu ermitteln, ferner auf der Basis beispielsweise der Stellung einer Dros selklappe ein weiteres Füllungssignal zu ermitteln, welches ein Nebenfüllungssignal darstellt.

Vorteile der Erfindung

Durch die Überprüfung der Pulsationen der Strömung im Saug rohr wird eine Diagnose eines geschlossen klemmenden Schu bumluftventils ermöglicht. Dies erlaubt, durch Einschalten einer Diagnoselampe dem Fahrer einen Fehler am Motorsteuer system anzuzeigen und/oder durch Ablegen eines entsprechen den Eintrags im Fehlerspeicher eine eindeutige Fehlerzuord nung zu ermöglichen. Eine schnelle Beseitigung des Fehlerzu standes und somit ein Schutz des Turboladers vor Schäden aufgrund der entstehenden Pulsationen wird ermöglicht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein schematisches Übersichtsbild eines Motors mit einem Turbolader, einem Schubumluftventil und einem elektro nischen Steuergerät. In Fig. 2 ist ein Ablauf-Diagramm der Vorgehensweise zur Diagnose des Schubumluftventils darge stellt, während in Fig. 3 anhand eines typischen Signalver laufs die Wirkungsweise dieser Vorgehensweise verdeutlicht ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saug rohr 2 und einem Abgaskanal 3. Im Saugrohr 2 befinden sich eine Drosselklappe 4 und ein Sensor 5 zur Erfassung des Öffnungswinkels a der Drosselklappe 4. Außerdem ist im Saug rohr 2 abstromseitig der Drosselklappe 4 ein Drucksensor 6 zur Erfassung des Ist-Ladedrucks Pvdk angeordnet. An der Brennkraftmaschine 1 ist ein Drehzahlsensor 7 zur Erfassung der Motordrehzahl Nmot angebracht. Ein Steuergerät SG erhält den Öffnungswinkel α der Drosselklappe 4, den Ist-Ladedruck Pvdk, die Motordrehzahl Nmot und einen gemessenen Umgebungs druck Pu als Eingangssignale. Ferner empfängt die Steuerein heit SG von einem im Ansaugtrakt angeordneten Luftmassenmes ser 18 ein Signal Mhfm, welches die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmasse repräsentiert.

Die Brennkraftmaschine ist mit einem Lader ausgestattet, wobei eine Abgasturbine 8 im Abgaskanal 3 und ein Verdichter 9 im Saugrohr 2 angeordnet sind. Der Verdichter 9 wird über eine Welle 10 von der Abgasturbine 8 angetrieben. Die Abgas turbine 8 ist in bekannter Weise von einer Bypass-Leitung 10 überbrückt, in der ein Bypass-Ventil 11 angeordnet ist. Das Steuersignal Ldtv für das Bypass-Ventil 11 wird im Steuerge rät SG generiert. Die Steuerung des Bypass-Ventils 11 wird im folgenden nicht näher beschrieben, da sie dem Fachmann bekannt ist.

Der Verdichter 9 im Saugrohr 2 ist von einer Schubumluftlei tung 12 überbrückt, über die Luft aus dem Saugrohr 2 an der Druckseite des Verdichters 9 in das Saugrohr 2 auf der Zug seite des Verdichters 9 rückgeführt werden kann. In die Schubumluftleitung 12 ist ein Schubumluftventil 13 (im ge zeigten Ausführungsbeispiel pneumatisch gesteuert) einge fügt, das mit einer Steuerleitung 14 verbunden ist. Von dem Druck auf der Steuerleitung 14 hängt es ab, ob das Schubum luftventil 13 öffnet oder schließt.

In der Steuerleitung befindet sich ein elektrisch steuerba res Magnetventil 15. Ist dieses Magnetventil 15 geschlossen, so steht die Steuerleitung 14 mit einer Leitung 16 in Ver bindung, die in das Saugrohr 2 auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 einmündet. In diesem Fall liegt der auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 vorherrschende Druck am Schubumluftventil 13 an. Durch Schließen der Drosselklappe 4, z. B. im Schubbetrieb des Fahrzeugs, entsteht auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 ein Unterdruck. Hat dieser an das Schubumluftventil 13 gelangende Unterdruck eine ge wisse Schwelle unterschritten, so öffnet das Ventil 13, so daß es über die Schubumluftleitung zu einem Druckabbau auf der Druckseite des Verdichters 9 im Saugrohr 2 kommt. Der Ladedruck auf der Aufstromseite der Drosselklappe 4 nimmt also ab. Dadurch wird ein Schwingen des Ladedrucks vermie den.

Allein die Steuerung des Schubumluftventils 13 durch den Druck auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 führt zu einem nicht optimal definierten Öffnungs- bzw. Schließver halten des Schubumluftventils 13. Dieser Mangel läßt sich dadurch beheben, daß unabhängig vom Druck im Saugrohr 2 auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 das Schubumluftventil 13 steuerbar ist. Dazu ist an das elektrisch steuerbare Magnetventil 15 ein Unterdruckbehälter 17 angeschlossen. Wird das Magnetventil 15 geöffnet, so wird dem Schubumluft ventil 13 ein Unterdruck aus dem Unterdruckbehälter 17 über die Steuerleitung 14 zugeführt, was zu einem sofortigen Öffnen des Schubumluftventils 13 führt. Von einem an dem Magnetventil 15 anliegenden Steuersignal B_ldsua hängt es ab, ob das Magnetventil 15 geöffnet oder geschlossen ist. Dieses Steuersignal B_ldsua wird vom Steuergerät SG erzeugt.

In anderen Ausführungsbeispiel wird anstelle des pneumati schen Ventils und seiner Steuerung ein elektrisch steuerba res Ventil in die Schubumluftleitung eingesetzt, welches vom Steuergerät aus geöffnet und geschlossen wird.

Aufgrund der oben geschilderten Problematik bei einem in geschlossener Stellung klemmenden Schubumluftventils ist es wünschenswert, diesen ungewollten Betriebszustand zu erken nen. Mit der nachfolgend beschriebenen Diagnosefunktion wird eine derartige Erkennung bereitgestellt. Dabei werden die verstärkt auftretenden Pulsationen im Luftstrom der Brenn kraftmaschine ausgewertet, die sich einstellen, wenn das Schubumluftventil bei einem plötzlichen negativen Lastgra dienten, wie er beispielsweise bei Wegnehmen des Gases auf tritt, im geschlossenen Zustand klemmt. Die Pulsationen in der Luftströmung, insbesondere im Luftmassensignal, im Saug rohrdrucksignal, im Füllungssignal, etc. werden durch einen Strömungsabriss am Verdichterrad des Turboladers verursacht. Es hat sich gezeigt, dass diese Pulsationen in dem die Luft strömung repräsentierenden Signal bei geschlossen klemmendem Ventil über den gesamten Drehzahlbereich so signifikant sind, dass sie sich unabhängig von der Drehzahl des Motors zur sicheren Erkennung des defekten Ventils eignen. Insbe sondere ergibt sich bei klemmendem Ventil im Vergleich zum nichtklemmenden Ventil eine wesentlich größere Pulsationsam plitude und Pulsationsdauer.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 2 an hand eines Ablauf-Diagramms für ein Programm eines Computers des Steuergeräts SG dargestellt ist, wird eine die Luftströ mung zur Brennkraftmaschine repräsentierende Größe dahinge hend untersucht, ob die für den oben skizzierten Betriebszu stand typischerweise auftretenden Pulsationen vorliegen. Dabei wird das Überschreiten von Schwellenwerten und Zählen der Überschreitungen innerhalb einer bestimmten Zeit ermit telt. Treten die für den oben genannten Betriebszustand typischen Pulsationen auf, wird eine Fehlermarke gesetzt und/oder ein Fehlerzustand der Motorsteuerung angezeigt.

Das in Fig. 2 dargestellte Ablaufdiagramm repräsentiert ein Programm des Mikrocomputers des Steuergeräts. Dabei stellen die einzelnen Blöcke Programme, Programmteile oder Programm schritte dar, während die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Blöcken den Informationsfluß beschreiben.

Aus dem zugeführten Luftmassensignal Mhfm bzw. dem gemesse nen Saugdrucksignal wird in 100 nach Maßgabe der aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise ein die Füllung der Brennkraftmaschine repräsentierendes Signal ermittelt. Ein entsprechendes Signal wird in 102 aus dem gemessenen Drosselklappenwinkel α unter Berücksichtigung weiterer Be triebsgrößen abgeleitet. Die beiden Füllungsgrößen, Hauptfüllungsgröße und Nebenfüllungsgröße, werden in der Verknüpfungsstelle 104 zusammengeführt. Im bevorzugten Aus führungsbeispiel wird der Quotient der beiden Größen gebil det. Diese stellt eine aus einem Lastsignal abgeleitete Größe dar, die im folgenden ausgewertet wird. Ferner wird ein negativer Lastgradient ermittelt. Dies erfolgt im bevor zugten Ausführungsbeispiel in 106 auf der Basis eines Gaspe dalstellungssignals oder eines anderen, den Fahrerwunsch repräsentierenden Signals, dessen Gradient (z. B. durch zeit liche Ableitung) gebildet und mit einem Schwellenwert ver glichen wird. Wird ein negativer Gradient bestimmter Größe erkannt, so wird nach Maßgabe der Verzögerungszeit 108 ein Schaltelement 110 geschlossen. Durch die Verzögerungszeit 108 wird verhindert, dass kurze Fahrpedalbetätigungen die Schubumluftventildiagnose aktivieren.

In anderen Ausführungsbeispielen wird der negative Lastgra dient auf der Basis anderer Größen, beispielsweise Lastgrö ßen wie Luftmasse, Saugdruck, etc. abgeleitet.

Ist das Schaltelement 110 geschlossen, so wird der Füllungs quotient aus 104 einem Fensterkomparator 112 zugeführt, der bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes sowie bei Unter schreiten eines unteren Grenzwertes ein Signal abgibt. Gleichzeitig wird durch das das Schaltelement 110 schaltende Signal auch ein Zähler 114 für die Mindestmeßzeit aktiviert.

Nach Ablauf der Verzögerungszeit und dem Start dieser Min destmesszeit wird das Füllungssignal bzw. der Quotient auf Pulsationen untersucht. Bei Pulsation des Füllungssignals gibt der Fensterdiskriminator 112 bei Überschreiten des oberen Grenzwertes und bei Unterschreiten des unteren Grenz wertes ein Signal ab. Diese auf die beschriebene Weise durch den Fensterdiskriminator 112 aufbereiteten Pulsationsflanken werden dem Zähler 116 zugeführt und dort gezählt. Durch die Vorgabe der Schwellenwerte im Diskriminator 112 wird sicher gestellt, dass nur solche Pulsationen erfasst werden, die durch ein im geschlossenen Zustand klemmenden Schubumluft ventil herrühren. Innerhalb der Meßfensterzeit zählt der Zähler 116 bei Auftreten eines Signal des Diskriminators 112 hoch. Das Meßfenster endet, wenn der negative Lastgradient wegfällt, d. h. wenn z. B. wieder Gas gegeben wird. Wird kein negativer Lastgradient mehr erkannt, so wird nach Ablauf der Verzögerungszeit das Schaltelement 110 in die durchgezogene Stellung gesteuert, der Zähler angehalten und bei erkannter Flanke im Element 118 der Zähler 116 zurückgesetzt. Liegt sowohl das Rücksetzsignal aus dem Element 110 als auch ein Signal aus dem Element 114, was auf ein Überschreiten der Mindestmeßzeit hindeutet, vor, so gibt das UND-Gatter 120 ein Signal ab, welches durch ein symbolisch dargestelltes Schaltelement 122 ein Abspeichern des Zählerstandes des Zählers 116 in der Speicherzelle 124 vor dem Rücksetzvorgang skizziert. Wird also das Einlesen der Pulsationsimpulse während der Mindestmesszeit abgebrochen, weil beispielsweise der Fahrer wieder beschleunigt, wird der Pulsationszähler wert nicht in die Speicherzelle übernommen. Dadurch wird ein nicht beabsichtigtes Heilen eines bereits erkannten Fehlers bei defektem Schubumluftventil verhindert. Ist die Pulsati onszählzeit jedoch länger als die Mindestmeßfensterzeit, so wird der Pulsationszählerwert in den Speicher 124 übernom men. Der in der Speicherzelle 124 abgelegte Wert wird dann in einer Schwellenwertstufe 126 auf das Überschreiten oberer und gegebenenfalls unterer Grenzwerte überprüft. Überschrei tet der gespeicherte Zählerwert den oberen Grenzwert, wird ein Zählersignal in einer weiteren Speicherzelle 128 abge legt und gegebenenfalls eine Fehlerlampe angesteuert. Unter schreitet der Zählerstand die gegebenenfalls vorgesehene untere Schwelle, so wird der Fehlereintrag zurückgesetzt und die Lampe ausgeschaltet, d. h. es wird von einer Heilung des Fehlers ausgegangen, d. h. von einem Losreissen des bisher klemmenden Schubumluftventils.

In Fig. 3b ist anhand eines Zeit-Diagramms typischer Si gnalverläufe, die dargestellte Vorgehensweise erneut ver deutlicht. Dargestellt ist in Fig. 3a der Zeitverlauf des Gaspedalsignals β, des Drosselklappensignals α sowie des Füllungsquotienten am. In Fig. 3b ist der Zeitverlauf des Fehlersignals dargestellt. Zunächst sei das Gaspedal betä tigt und die Drosselklappe geöffnet. Der Füllungsquotient weist einen bestimmten Wert auf, ohne dass Pulsationen auf treten. Zum Zeitpunkt t₀ wird das Gaspedal zurückgenommen, es wird also ein negativer Lastgradient erkannt. Dies führt zur entsprechenden Rücknahme der Drosselklappenstellung α. Nach Ablauf der Verzögerungszeit beispielsweise zum Zeit punkt t₁ wird mit der Zählung der Pulsationen begonnen (dar gestellt ist in Fig. 3a der Fehlerfall). Zum Zeitpunkt t₂ klingen die Pulsationen ab, zum Zeitpunkt t₃ wird das Gaspe dal wieder betätigt, so dass die Erkennung des negativen Lastgradienten aufgehoben wird und eine Übernahme der ge zählten Pulse zur Fehlerauswertung stattfindet. Da im vor liegenden Fall der Pulszähler die vorgesehene Schwelle über schreitet, wird zum Zeitpunkt t₃ die Fehlermarke gesetzt. Zum Zeitpunkt t₄ wird eine kurze Rücknahme des Gaspedals beobachtet, was infolge der vorgesehenen Verzögerungszeit zu keiner Auswertung von Pulsationen führt. Zum Zeitpunkt t₅ beginnt der zum Zeitpunkt t₀ geschilderte Vorgang erneut, d. h. das Gaspedal wird zurückgenommen und die entstehenden Pulsationen im Quotientensignal gezählt. Da auch hier der Fehlerzustand noch vorliegt, bleibt das Fehlersignal ge setzt.

Anstelle des Quotientensignals wird in anderen Ausführungen die Differenz von zwei Füllungssignalen oder andere deren Abweichung beschreibende Größen oder auch ein Füllungssignal (Signal des Luftmassenmessers) alleine als aus einem Lastsi gnal abgeleitete Größe zur Pulsationserkennung ausgewertet.

Claims

1. Verfahren zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders, wobei eine aus einem die Last der Brennkraftma schine beschreibendes Signal abgeleitete Größe ermit telt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nega tiven Laständerung und erkannten Pulsationen in dieser Größe eine Fehlfunktion im Bereich des Schubumluftven tils erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationserkennung mittels eines Zählers erfolgt, welcher bei Über- und Unterschreiten vorgegebener Schwellen einen Zählvorgang vornimmt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass nach Erkennung einer negati ven Laständerung die Pulsationserkennung erst nach ei ner vorgegebenen Verzögerungszeit erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass eine Pulsationserkennung nur dann erfolgt, wenn eine Mindestzeit vom Beginn bis zum Ende der Pulsationsmessung vorliegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass bei einer positiven Lastän derung die Pulsationsmessung beendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass bei erkanntem Fehlerzustand ein Fehlereintrag und/oder das Einschalten einer Feh lerlampe erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Größe ein die Füllung repräsentierendes aus einem Luftmassen- oder Saugrohr drucksignal abgeleitetes Signal oder der Quotient die ses Signals mit einem aus der Drosselklappenstellung abgeleiteten Füllungssignal ist.

8. Vorrichtung zum Steuern eines Schubumluftventils bei einem Lader, mit einer Steuereinheit, welche eine aus einem die Last der Brennkraftmaschine beschreibenden Signals abgeleitete Größe ermittelt, dadurch gekenn zeichnet, dass die Steuereinheit bei einem negativen Lastwechsel überprüft, ob Pulsationen in dieser Größe vorliegen und bei Vorliegen von Pulsationen von einem Fehlerzustand des Schubumluftventils ausgeht.

9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte von jedem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Rechnerelement ausgeführt wird.

10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem Computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis. 7 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Rech nerelement ausgeführt wird.