DE10114376B4

DE10114376B4 - Verfahren zur Funktionsdiagnose mindestens eines Ladungsbewegungselements durch Auswertung der Laufunruhe

Info

Publication number: DE10114376B4
Application number: DE10114376A
Authority: DE
Inventors: Uwe Feldmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2021-03-24
Also published as: DE10114376A1; DE10164729A1; DE10164729B4

Abstract

Verfahren zur Funktionsdiagnose mindestens eines Ladungsbewegungselements in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bei laufendem Verbrennungsmotor, folgende Schritte umfassend:
a) Ansteuern mindestens eines Ladungsbewegungselements derart, daß bei intaktem Ladungsbewegungselement eine Ladungsbewegung erzeugt würde (12);
b) Zur Erhöhung der Laufunruhe bei defektem Ladungsbewegungselement Einstellen (14) mindestens eines Zündwinkels in Richtung „spät" auf einen späten Zündwinkelwert,
c) Ermitteln (16) einer für eine Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristischen Größe;
d) Vergleichen (18) der ermittelten Größe mit einem Sollwert, der einer Laufunruhe bei intaktem Ladungsbewegungselement entspricht, um ein mögliches Abweichen festzustellen;
e) bei Übereinstimmen der in Schritt c) ermittelten Größe mit dem Sollwert: nach Schritt d) Zurückschleifen zu Schritt b), wobei der mindestens eine Zündwinkel in Richtung „spät" auf einen anderen Zündwinkelwert verschoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsdiagnose mindestens eines Ladungsbewegungselements in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und eine Motorsteuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Aus der DE 199 22 568 A1 ist eine Ladungsbewegungsklappe bekannt. Diese Ladungsbewegungsklappe ist in einem Ansaugrohr angeordnet. Sie umfaßt eine Platte, die passend zu einem Querschnitt des Ansaugrohrs geformt ist, wobei etwa ein Viertel der Platte ausgenommen ist, um der Luft einen Durchtritt durch diese Aussparung zu erlauben, wenn sich die Ladungsbewegungsklappe in einer geschlossenen Position befindet. Dieser Durchtritt der Luft bewirkt eine erhöhte Bewegung der Ladung im Zylinder. In der genannten Druckschrift wird die Ladungsbewegungsklappe in Kombination mit einer dual gleichen, variablen Nocken-Synchronisation eingesetzt. Diese Kombination ermöglicht es, einen Verbrennungsmotor entweder unter vollständig oder nahezu stöchiometrischen oder unter mageren Bedingungen zu betreiben, so daß zur Reduzierung der Luftverschmutzung eine Mager-NOx-Falle eingesetzt werden kann. Durch die Ladungsbewegungsklappe wird die Bewegung der Ladung im Zylinder erhöht und damit die Fähigkeit zum Umgang mit einer Ladungsverdünnung verbessert. Dies wird erreicht, indem die Ladungsbewegungsklappe der in den Zylinder eintretenden Ladung selektiv ein Drehmoment mitgibt.

Die Ladungsbewegungsklappe ist abgasbeeinflussend, so daß ein Ausfall bzw. ein Defekt der Ladungsbewegungsklappe zu ungewünschten schädlichen Abgasemissionen führen kann.

Aus der DE 40 26 853 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, durch die festgestellt werden kann, ob in Ansaugrohren befindliche Drosselklappen den gewünschten Öffnungswinkel aufweisen. Eine Normalfall-Regeleinheit gibt bestimmte Öffnungssollwerte für die einzelnen Drosselklappen vor. Mit Hilfe von Öffnungswinkelerfassungseinheiten können die tatsächlichen Öffnungsistwerte der einzelnen Drosselklappen ermittelt werden. Diese Istwerte werden dann mit den Sollwerten verglichen. Übersteigt die berechnete Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert einen bestimmten Wert, liegt eine Fehlfunktion im Regelsystem einer Drosselklappe vor, weil diese Drosselklappe offensichtlich nicht der Vorgabe der Normalfall-Regeleinheit folgt. Zur Regelung der Ansaugluftmenge werden dann von der gegenüber der Normalfall-Regeleinheit vorrangigen Störfall-Regeleinheit nur die störungsfreien Drosselklappen gesteuert. Dieses Regelsystem ist jedoch äußerst aufwendig, da jede Drosselklappe mit einer Öffnungswinkelerfassungseinheit kombiniert werden muß. Außerdem erscheint diese Art der Funktionsüberprüfung für Ladungsbewegungsklappen nicht in allen Fällen geeignet. Zum Beispiel könnte bei einer Ladungsbewegungsklappe eine Störung dadurch auftreten, daß die Aussparung aufgrund von Materialalterung größer ist als vorgesehen. Diese Art der Störung würde durch eine Überprüfung mit Hilfe einer Öffnungswinkelerfassungseinheit nicht festgestellt werden.

Hinzu kommt weiterhin, daß eine Ladungsbewegung auch durch andere Ladungsbewegungselemente erzeugt werden kann als durch Ladungsbewegungsklappen, so daß die Funktionsfähigkeit dieser Ladungsbewegungselemente nicht auf die in der DE 40 26 853 A1 beschriebene Weise überprüft werden kann. Beispielsweise wird in der WO 99/46491 A1 ein Ottomotor offenbart, der mehrere Einlaßventile für einen Zylinder besitzt, die durch eine variable Ventilsteuerung eine Ladungsbewegung in dem Zylinder verursachen.

Aus der nachveröffentlichten DE 100 01 583 A1 ist ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Überwachung eines Gasströmungssteuerorgans, insbesondere einer Drallklappe, einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei einer dort beschriebenen Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach einer Ansteuerung des Gasströmungssteuerorgans zunächst in Abhängigkeit von der Stellungsänderung des Gasströmungssteuerorgans eine Zündwinkeländerung bewirkt wird, bevor die Auswertung der Laufunruhe, beispielsweise durch Erfassung des Laufunruhesignals, fortgesetzt wird. Diese Variante berücksichtigt, dass es beispielsweise durch eine Erhöhung der Drallbewegung der Luftströmung unter Umständen zu einer späteren Zündung kommen kann. Dies wird durch die genannte Zündwinkeländerung kompensiert, so dass eine nach Änderung der Drosselklappenstellung beobachtete Erhöhung der Motorlaufunruhe nicht ursächlich auf eine ungünstige Zündwinkeleinstellung zurückgehen kann. Diese Druckschrift schlägt es als zweckmäßig vor, bei einer Drallklappenänderung den Zündwinkel so zu verstellen, dass eine Dralländerung sich stärker auf die Verbrennungsqualität auswirkt und damit eine höhere Laufunruhe auf Grund der Drallklappenänderung entsteht.

Aus der nachveröffentlichten DE 100 29 858 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion einer Ladungsbewegungsklappe bekannt, bei dem der Zündwinkel bei aktivierter Ladungsbewegungsklappe nach „spät" verschoben wird und ein gegebenenfalls sich einstellendes Klopfen detektiert wird, um daraus auf einen Defekt der Ladungsbewegungsklappe zu schließen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Funktionsdiagnose mindestens eines Ladungsbewegungselements bereitzustellen, das einfach durchzuführen ist, nicht den Einbau von aufwendigen Prüfungseinheiten voraussetzt und zu zuverlässigen Ergebnissen führt. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Motorsteuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und mit einer Motorsteuerung mit den Merkmalen von Patentanspruch 9.

Im Sinne der Erfindung ist unter Einstellen mindestens eines Zündwinkels in Richtung „spät" eine Maßnahme zu verstehen, bei der ein relativ später Zündwinkelwert eingestellt wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem Motorbetrieb mit in Richtung „spät" eingestellten Zündwinkeln und ohne erzeugte Ladungsbewegung eine größere Laufunruhe auftritt, als bei erzeugter Ladungsbewegung mit den gleichen späten Zündwinkeleinstellungen. Mit erzeugter Ladungsbewegung ist es nämlich möglich, mit dem Motor wesentlich spätere Zündwinkel zu fahren als ohne erzeugte Ladungsbewegung. Wird eine Ladungsbewegung durch das mindestens eine Ladungsbewegungselement erzeugt und mindestens ein Zündwinkel in Richtung „spät" gestellt, so spät, daß ohne erzeugte Ladungsbewegung die Laufunruhe merklich ansteigen würde, so signalisiert folglich eine geringere Laufunruhe des Motors, daß keine Störung bei der Erzeugung der Ladungsbewegung vorliegt. Wird hingegen eine Laufunruhe beobachtet, die der Laufunruhe ohne Ladungsbewegung bei entsprechenden Zündwinkeln entspricht, kann von defekten Ladungsbewegungselementen, bzw. geringer Ladungsbewegung ausgegangen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf sehr einfache Art und Weise durchgeführt werden und führt trotzdem zu sehr zuverlässigen Ergebnissen, da die Ladungsbewegung direkt überprüft wird, und nicht eine indirekte Prüfung, beispielsweise über eine Stellung eines Ladungsbewegungselements, stattfindet. Außerdem müssen die Ladungsbewegungselemente nicht extra mit zusätzlichen Überprüfungselementen gekoppelt werden, um das Verfahren durchführen zu können.

Eine erste besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die in Schritt c) ermittelte Größe charakteristisch für die Laufunruhe ist, die durch einen bestimmten Zylinder verursacht wird. Bekannterweise weist ein Motor ein oder mehrere Zylinder auf, wobei in einem Zylinder ein hin und her bewegbarer Kolben angeordnet ist. Herkömmlicherweise ist der Kolben über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden. Pro Zylinder können ein oder mehrere Ansaugrohre vorgesehen sein, durch die der Motor mit Luft versorgt wird, wobei die Luft jeweils über ein oder mehrere Einlaßventile in den jeweiligen Zylinder eingelassen wird. In einem solchen Ansaugrohr kann nun beispielsweise ein Ladungsbewegungselement angeordnet sein, so daß das Nichtfunktionieren des Ladungsbewegungselements in dem Ansaugrohr dazu führt, daß durch den Zylinder, mit dem das Ansaugrohr verbunden ist, eine vom Sollwert abweichende Laufunruhe verursacht wird. Ist wie bei der genannten Weiterbildung die in Schritt c) ermittelte Größe charakteristisch für die Laufunruhe, die zeitlich einem bestimmten Zylinder zugeordnet wird, so kann gezielt das mindestens eine Ladungsbewegungselement hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit überprüft werden, das mit dem bestimmten Zylinder in Wirkverbindung steht. Es ist daher äußerst sinnvoll, pro Zylinder eine Größe zu ermitteln, die charakteristisch für die Laufunruhe ist, die durch diesen Zylinder verursacht wird.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht die in Schritt c) ermittelte charakteristische Größe einer Kurbelwellenbeschleunigung in einem bestimmten Winkelfenster der Kurbelwelle, wobei das bestimmte Winkelfenster der Kurbelwelle dem bestimmten Zylinder zugeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß bei Abweichen der ermittelten Größe von dem Sollwert ein Warnsignal erzeugt wird, das darüber informiert, daß mindestens ein Ladungsbewegungselement oder mindestens ein mit dem bestimmten Zylinder in Wirkverbindung stehendes Ladungsbewegungselement nicht funktionsfähig ist. Dabei kann das Warnsignal beispielsweise durch eine entsprechende Anzeige am Armaturenbrett realisiert werden, so daß ein Fahrer oder eine andere Überprüfungsperson unverzüglich über die Störung informiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Übereinstimmen der ermittelten Größe mit dem Sollwert nach Schritt d) zu Schritt b) zurückgeschleift, wobei der mindestens eine Zündwinkel in Richtung „spät" auf einen anderen Zündwinkelwert verschoben wird. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es vorkommen kann, daß der zuerst eingestellte Zündwinkelwert nicht ausreichend in Richtung „spät" verschoben war.

Das mindestens eine Ladungsbewegungselement kann mindestens eine Ladungsbewegungsklappe umfassen, und die mindestens eine Ladungsbewegungsklappe kann in Schritt a) in eine angestellte, geschlossene oder in eine nahezu geschlossene Stellung überführt werden. Wesentlich ist, daß durch die jeweilige Stellung eine Drallerzeugung für den in den Brennraum eingelassenen Luftstrom erreicht werden kann.

Das mindestens eine Ladungsbewegungselement umfasst mindestens ein Einlaßventil, das in Schritt a) derart aktiviert wird, daß es die Ladungsbewegung regelmäßig erzeugt. Dies kann beispielsweise durch eine variable Ventilsteuerung geschehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren automatisch, insbesondere durch eine Motorsteuervorrichtung, durchgeführt wird, so daß das erfindungsgemäße Verfahren auch von einer unerfahrenen oder unkundigen Person initiiert werden kann bzw. vom Motorsteuergerät selbst initiiert wird. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch manuell durchgeführt werden.

Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch eine Motorsteuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren automatisch oder manuell durchzuführen. Dies setzt voraus, daß die Verfahrensschritte in der Motorsteuervorrichtung abgelegt sind, und daß die Motorsteuervorrichtung Elemente umfaßt, durch die die einzelnen Schritte durchgeführt werden können. Vorteilhafterweise können bei der erfindungsgemäßen Motorsteuervorrichtung auch die bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnten Funktionen realisiert sein.

Weitere Vorteile gehen aus den im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen hervor.

Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Funktionsdiagnose mindestens eines Ladungsbewegungselements in einem Verbrennungsmotor.

In der Figur ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt, mit dem die Funktion mindestens eines Ladungsbewegungselements in einem Verbrennungsmotor diagnostiziert werden kann. Beispielhaft wird hier ein Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug untersucht, der mehrere Zylinder aufweist, denen jeweils durch ein Ansaugrohr Luft zugeführt wird, wobei beispielsweise in jedem Ansaugrohr ein Ladungsbewegungselement angeordnet ist. In einem ersten Schritt 10 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Testprozedur eingeleitet, indem beispielsweise ein Betätigungselement betätigt wird, woraufhin ein Befehl zum Starten des Verfahrens erzeugt wird, bzw. der Befehl zum Starten der Testprozedur durch die Motorsteuerung selbsttätig eingeleitet wird. Durch den Befehl wird in einer Ausgestaltung der Erfindung eine Motorsteuervorrichtung dazu veranlaßt, mit der Funktionsdiagnose zu beginnen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei laufendem Motor durchgeführt.

In einem zweiten Schritt 12 wird dann eine Ladungsbewegung durch die Ladungsbewegungselemente erzeugt. Beispielsweise ist dies durch Ladungsbewegungsklappen möglich. In diesem Fall wird die Ladungsbewegung erzeugt, indem die Ladungsbewegungsklappen geschlossen oder nahezu geschlossen werden. Dies ist abhängig davon, wie die Ladungsbewegungsklappen ausgebildet sind. Diejenigen Ladungsbewegungsklappen, die eine Aussparung zur Drallerzeugung aufweisen, werden vollständig geschlossen, während diejenigen Ladungsbewegungsklappen, die keine derartige Aussparung aufweisen, soweit geschlossen werden, daß durch die noch verbleibende Öffnung ein entsprechender Drall erzeugt wird.

In einem weiteren Schritt 14 werden die Zündwinkel in Richtung spät verstellt. Daraufhin wird in Schritt 16 die Laufunruhe ermittelt und bewertet. Der zu diesem Zweck erfaßte Laufunruhewert beschreibt prinzipiell die Unterschiede der Kurbelwellenbeschleunigung von aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen des Motors. Dieser Laufunruhewert bildet eine charakteristische Größe, die mit einem Sollwert verglichen wird, wobei der Sollwert einem bei erzeugter Ladungsbewegung zu erwartenden Laufunruhewert entspricht. Wird in Schritt 18 festgestellt, daß der Laufunruhewert betragsmäßig höher ist als mit erzeugter Ladungsbewegung erwartet, kann auf eine mangelnde Funktionsfähigkeit der Ladungsbewegungselemente geschlossen werden. Wird dies in Schritt 20 festgestellt, setzt in Schritt 22 der Versuch einer zylinderselektiven Zuordnung ein. Zu diesem Zweck werden Laufunruhewerte pro Zylinder ermittelt. In die Ermittlung des jeweiligen Laufunruhewerts geht die Kurbelwellenbeschleunigung in einem bestimmten Winkelfenster der Kurbelwelle ein, wobei das bestimmte Winkelfenster der Kurbelwelle dem jeweiligen Zylinder zugeordnet ist. Jeder der Laufunruhewerte wird dann jeweils mit einem Sollwert verglichen, der bei erzeugter Ladungsbewegung und dem eingestellten Zündwinkelwert erwartet wird. Auf diese Art und Weise kann festgestellt werden, ob die Laufunruhe, die durch einen Zylinder verursacht wird, höher ist als erwartet. Ist dies der Fall, ist die Ladungsbewegung in diesem Zylinder gestört, und das in Wirkverbindung mit diesem Zylinder stehende Ladungsbewegungselement ist nicht vollständig funktionsfähig. Wird dies in Schritt 24 festgestellt, wird die Testprozedur durch Schritt 26 verlassen. Vor Schritt 26 kann allerdings z. B. ein Warnsignal erzeugt werden, das eine Person darüber informiert, welches Ladungsbewegungselement voraussichtlich nicht vollständig funktionsfähig ist.

In einigen Fällen kann u. U. auf die beschriebene Art und Weise keine zylinderselektive Zuordnung durchgeführt werden. In einem solchen Fall wird die Testprozedur über Schritt 28 in Schritt 26 verlassen.

Wird in Schritt 18 jedoch festgestellt, daß die Laufunruhe mit dem entsprechend eingestellten "späten" Zündwinkeln nicht höher ist als mit angestellten Ladungsbewegungselementen erwartet, wird das Verfahren zu Schritt 14 zurückgeschleift, wobei in Schritt 14 der Zündwinkelwert weiter nach spät verstellt wird. Hat der Zündwinkel jedoch bereits einen maximal nach spät verstellten Wert erreicht, wird in Schritt 30 festgestellt, daß die Erzeugung der Ladungsbewegung fehlerfrei verläuft und daher auch die Ladungsbewegungselemente vollständig funktionsfähig sind. Daraufhin wird die Testprozedur in Schritt 26 verlassen.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ottomotor mit mehreren Einlaßventilen für jeweils einen Zylinder untersucht. Bei diesem Ottomotor wird eine Ladungsbewegung im gesamten Motorbetriebsbereich durch eine variable Ventilsteuerung realisiert. Durch die alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann überprüft werden, ob die Ventilsteuerung und die Ventile einwandfrei funktionieren. Die Verfahrensschritte laufen dabei analog den oben beschriebenen Schritten ab, wobei in dieser Ausführungsform eventuell andere Zündwinkelwerte eingestellt werden müssen und auch die Sollwerte von den oben verwendeten Sollwerten abweichen können.

Alle beschriebenen Verfahrensschritte können durch eine Motorsteuervorrichtung automatisch durchgeführt werden, wenn diese entsprechend ausgelegt ist.

Weitere Veränderungen, Modifikationen oder Kombinationen der oben beschriebenen Ausführungsformen sind für den Fachmann ebenfalls offensichtlich und fallen damit ebenso unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zur Funktionsdiagnose mindestens eines Ladungsbewegungselements in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bei laufendem Verbrennungsmotor, folgende Schritte umfassend: a) Ansteuern mindestens eines Ladungsbewegungselements derart, daß bei intaktem Ladungsbewegungselement eine Ladungsbewegung erzeugt würde (12); b) Zur Erhöhung der Laufunruhe bei defektem Ladungsbewegungselement Einstellen (14) mindestens eines Zündwinkels in Richtung „spät" auf einen späten Zündwinkelwert, c) Ermitteln (16) einer für eine Laufunruhe des Verbrennungsmotors charakteristischen Größe; d) Vergleichen (18) der ermittelten Größe mit einem Sollwert, der einer Laufunruhe bei intaktem Ladungsbewegungselement entspricht, um ein mögliches Abweichen festzustellen; e) bei Übereinstimmen der in Schritt c) ermittelten Größe mit dem Sollwert: nach Schritt d) Zurückschleifen zu Schritt b), wobei der mindestens eine Zündwinkel in Richtung „spät" auf einen anderen Zündwinkelwert verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt c) ermittelte Größe charakteristisch für die Laufunruhe ist, die durch einen bestimmten Zylinder verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt c) ermittelte charakteristische Größe einer Kurbelwellenbeschleunigung in einem bestimmten Winkelfenster der Kurbelwelle entspricht, wobei das bestimmte Winkelfenster der Kurbelwelle dem bestimmten Zylinder zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichen der ermittelten Größe von dem Sollwert ein Warnsignal erzeugt wird, das darüber informiert, daß mindestens ein Ladungsbewegungselement oder mindestens ein mit dem bestimmten Zylinder in Wirkverbindung stehendes Ladungsbewegungselement nicht funktionsfähig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ladungsbewegungselement mindestens eine Ladungsbewegungsklappe umfaßt, und daß die mindestens eine Ladungsbewegungsklappe in Schritt a) in eine geschlossene oder in eine nahezu geschlossene Stellung überführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ladungsbewegungselement mindestens ein Einlaßventil umfaßt, das in Schritt a) zum Erzeugen einer Ladungsbewegung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren automatisch oder manuell durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren durch eine Motorsteuervorrichtung durchgeführt wird.
Motorsteuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 automatisch oder manuell durchzuführen.