DE102004013767A1 - Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß ist in einem Kennfeld der Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem zugeordneten Zündwinkel abgelegt, so dass bei einer Verstellung des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels erfolgt. Zu jeder einander zugeordneten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel wird eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung vorliegende Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ermittelt, die jeweils als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld in einer Regel-/Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt ist. Bei einer durch die Regel-/Steuereinrichtung betriebspunktabhängigen angesteuerten Verstellung des Ventilhubes erfolgt eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels. Die Regel-/Steuereinrichtung vergleicht die tatsächliche mit wenigstens einer Sensoreinrichtung, vorzugsweise wenigstens einem Klopfsensor, ermittelte Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine mit der der angesteuerten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel zugeordneten Soll-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine. Bei einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz wird eine Fehlermeldung ausgegeben, die eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung beinhaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine.
  • Durch den Einsatz einer Ventilhubverstellung an einer Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug können bestimmte Zielgrößen der Brennkraftmaschine, wie z. B. das Abgasverhalten, die maximale Leistung oder der Verbrauch positiv beeinflusst werden. Für eine technische Umsetzung der Ventilhubverstellung sind unterschiedlichste Ausführungsvarianten bekannt. So ist beispielsweise in der DE 102 28 022 A1 eine Ventilhubvorrichtung zur Hubverstellung der Ventile einer Brennkraftmaschine gezeigt. Dabei ist zwischen einem Schlepphebel und einer zugeordneten Nockenwelle ein Kipphebel angeordnet, der so verlagert werden kann, dass die Drehbewegung des Nockens an der Nockenwelle in Abhängigkeit der Positionierung des Kipphebels so unterschiedlich auf den Schlepphebel übertragen wird, dass dadurch unterschiedliche Ventilhübe des dem Schlepphebel zugeordneten Ventils erhalten werden. Aus der DE 101 38 741 A1 und der DE 102 30 935 A1 sind weitere Ausführungsvarianten für eine Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine bekannt.
  • Da durch die Ventilhubverstellung entsprechende Brennkraftmaschinenrelevante Zielgrößen beeinflusst werden können, ist für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine eine Überprüfung der Funktionalität der Ventilhubverstellung notwendig. Insbesondere für den US-amerikanischen Markt ist eine derartige Überprüfung der Funktionalität der Ventilhubverstellung vorteilhaft, da aufgrund der dort gesetzlich vorgeschriebenen Onboard-Diagnose von Motorsteuerungssystemen eine Überwachung der Ventilhubverstellung mit Funktionsüberprüfung gefordert werden könnte.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem funktionssicher und schnell eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung diagnostiziert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß Anspruch 1 ist in einem Kennfeld der Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem zugeordneten Zündwinkel abgelegt, so dass bei einer Verstellung des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels erfolgt. Dabei wird zu jeder einander zugeordneten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung vorliegende Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ermittelt. Diese ermittelten Körperschallfrequenzen werden jeweils als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld in einer Regel-/Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt. Bei einer durch die Regel-/Steuereinrichtung betriebspunktabhängigen angesteuerten Verstellung des Ventilhubes erfolgt eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels. Die Regel-/Steuereinrichtung vergleicht die tatsächliche mit wenigstens einer Sensoreinrichtung ermittelte Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine mit der der angesteuerten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel zugeordneten Soll-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine. Bei einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz wird eine Fehlermeldung ausgegeben, die eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung beinhaltet.
  • Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, dass durch die Messung der Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ein Entscheidungskriterium bezüglich der Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung gewählt ist, bei dem schnell und funktionssicher eine entsprechende Beurteilung bezüglich der Funktionalität der Ventilhubverstellung getroffen werden kann. Für die Ermittlung der nach einer angesteuerten Verstellung des Ventilhubes und einer dementsprechenden Anpassung des Zündwinkels tatsächlich vorliegenden Frequenz der Körperschalls als Ist-Frequenz kann bevorzugt ein ohnehin vorhandener Klopfsensor als Sensoreinrichtung verwendet werden, so dass ein zusätzliches Bauteil vorteilhaft nicht notwendig ist.
  • Allgemein kann ab einer bestimmten Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine darauf zurückgeschlossen werden, dass die Brennkraftmaschine „klopft". Als Klopfen wird dabei eine unkontrollierte, selbsteingeleitete Verbrennung insbesondere des nicht verbrannten Restgases in der Brennkraftmaschine bezeichnet. Bei einer dauerhaft klopfenden Verbrennung kann es dabei zu Schädigungen der Brennkraftmaschine kommen. Das Klopfverhalten der Brennkraftmaschine kann sich beispielsweise während der langjährigen Nutzung der Brennkraftmaschine verändern, so dass sich die im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung ermittelte Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ebenfalls verändern kann, so dass die in der Regel-/Steuereinrichtung abgelegte Soll-Frequenz unter Berücksichtigung aller das Klopfverhalten der Brennkraftmaschine beeinflussenden Faktoren verändert werden kann.
  • Bei einer Brennkraftmaschine mit Ventilhubverstellung kann bei einem kleinen Ventilhub ein späterer Zündwinkel gefahren werden als bei einem großen Ventilhub, damit die Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen nicht klopft. Dabei kann im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung jeder Einstellung Ventilhub-Zündwinkel eine entsprechend ermittelte Körperschall fequenz der Brennkraftmaschine als Soll-Frequenz zugeordnet werden. Wird diese Körperschallfrequenz als Diagnosekriterium zur Beurteilung der Funktionalität der Ventilhubverstellung verwendet, so kann bei einer angesteuerten Verstellung des Ventilhubes und einer Abweichung der dann vorliegenden Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine von der Soll-Frequenz auf eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung zurückgeschlossen werden. D. h., dass beispielsweise bei angesteuertem großen Ventilhub der Zündwinkel entsprechend optimal nach früh gestellt wird, wobei dieser Einstellung großer Ventilhub-früher Zündwinkel eine entsprechende Soll-Frequenz in der Regel-/Steuereinrichtung zugeordnet ist. Wird bei dem durch die Regel-/Steuereinrichtung durchgeführten Vergleich der tatsächlich vorliegenden und aktuell ermittelten Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine mit der eigentlich zu erwartenden Soll-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine eine Abweichung festgestellt, so kann auf eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung geschlossen werden. Entsprechend umgekehrt kann bei einem angesteuerten kleinen Ventilhub eine analoge Auswertung der Ist-Frequenz des Körperschalls erfolgen.
  • Da bei einer Ventilhubverstellung mit einer entsprechenden Anpassung des Zündwinkels die Änderung der Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine koinzident erfolgt, ist eine sofortige Beurteilung bezüglich der Funktonalität der Ventilhubverstellung möglich. Entspricht die tatsächliche Ist-Frequenz des Körperschalls nicht der in der Regel-/Steuereinrichtung abgelegten Soll-Frequenz des Körperschalls der neu eingestellten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel, so kann sofort auf ein Nichtfunktionieren der Ventilhubverstellung zurückgeschlossen werden. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, andere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine als Diagnosekriterium zu verwenden, wie beispielsweise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei aber hier eine entsprechende Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung erst mittels einer Lambda-Sonde festgestellt werden kann, die in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Somit ist zwischen der eintretenden Fehlfunktion der Ventilhubverstel lung und der Feststellung der Abweichung des Diagnosekriteriums von einem vorgegebenen Sollwert eine relativ lange Zeitspanne, so dass ein eindeutiger Rückschluss darauf, dass eine Fehlfunktion der Ventilhubverstellung Auslöser der Abweichung des Diagnosekriteriums vom Soll-Wert ist, dadurch erschwert ist. Die Abweichung des Ist-Wertes des Diagnosekriteriums vom Soll-Wert könnte auch auf andere Ursachen zurückgeführt werden, da aufgrund des verstrichenen Zeitintervalls zwischen Ventilhubverstellung und detektierter Sollwertabweichung des Diagnosekriteriums eine Vielzahl anderer möglicher Fehlfunktionen anderer Brennkraftmaschinenkomponenten denkbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Funktionalität der Ventilhubverstellung der Brennkraftmaschine kann unabhängig von der eingesetzten Art der Ventilhubverstellung eingesetzt werden, so dass auch eine entsprechende Nachrüstung dieses Diagnoseverfahrens an jeder Brennkraftmaschine mit Ventilhubverstellung einfach vorgenommen werden kann.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 2 kann ein Soll-Frequenzbereich vorgesehen sein, innerhalb dem die Soll-Frequenz angeordnet ist. Dabei wird eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn die Ist-Frequenz außerhalb des Soll-Frequenzbereiches liegt. Mit dem Soll-Frequenzbereich ist sozusagen ein Toleranzbereich definiert, innerhalb dem die tatsächlich ermittelte Ist-Frequenz schwanken kann, so dass beispielsweise eine durch einen minderwertigen Kraftstoff hervorgerufene Minimaländerung der Körperschallfrequenz nicht zu einer diagnostizierten Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung führt.
  • Gemäß Anspruch 3 kann bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine für jeden Zylinder eine separate Ventilhubverstellung durchgeführt werden. Bei einer aufgrund der ausgegebenen Fehlermeldung erkannten Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung kann eine zylinderselektive Zuordnung der Fehlfunktionalität erfolgen. Dadurch ist eine weitere Einschränkung der Fehl funktionalität bezüglich eines bestimmten Zylinder erfolgt, so dass eine etwaige notwendige Reparatur der Ventilhubverstellung gezielt an der defekten Ventilhubverstellung des ermittelten Zylinders durchgeführt werden kann. Zudem könnte auch noch eine aktive Überprüfung des entsprechend ermittelten Zylinders auf seine Ventilhubverstellung hin erfolgen. Dabei könnten auch eine Mehrzahl an Klopfsensoren vorgesehen sein, so dass beispielsweise jedem Zylinder ein separater Klopfsensor zugeordnet ist.
  • Die ausgegebene Fehlermeldung kann in einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Anspruch 4 in einem Fehlerspeicher abgelegt werden. Somit ist durch ein einfaches Auslesen des Fehlerspeichers eine eindeutige Diagnose für die Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung möglich.
  • Zudem kann gemäß Anspruch 5 bei einer erkannten Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung die Brennkraftmaschine in einem von der Regel-/Steuereinrichtung ausgegebenen Notprogramm betrieben werden. Dadurch ist sichergestellt, dass trotz der defekten Ventilhubverstellung ein Betreiben der Brennkraftmaschine möglich ist, ohne dass die Brennkraftmaschine dadurch Schaden nimmt.
  • Damit für einen Fahrzeugführer eine diagnostizierte Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung erkennbar wird, kann gemäß Anspruch 6 durch die ausgegebene Fehlermeldung ein optischer und/oder akustischer Warnhinweis im Fahrzeuginnenraum aktiviert werden. Somit kann beispielsweise bei einer entsprechend vorliegenden Fehlermeldung eine Warnlampe im Kombiinstrument aufleuchten, so dass dadurch der Fahrzeugführer zu einem Werkstattbesuch mit dem Kraftfahrzeug aufgefordert wird. Dabei könnte die im Fehlerspeicher abgespeicherte Fehlermeldung entsprechend ausgelesen werden, so dass gezielt eine Reparatur der als fehlerhaft erkannten Ventilhubverstellung erfolgen kann.
  • Anhand einer Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
  • In der einzigen Figur ist ein Fließdiagramm schematisch dargestellt in dem der erfindungsgemäße Verfahrensablauf aufgezeichnet ist. Wird der Ventilhub betriebspunktabhängig verstellt, beispielsweise von einem kleinen Ventilhub zu einem großen Ventilhub, so wird eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels vorgenommen. Der Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem entsprechend zugeordneten Zündwinkel ist in einem Kennfeld, das in einer Regel-/Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt ist, definiert. Zu jeder einander zugeordneten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel liegt eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung ermittelte Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine vor, die jeweils als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld in der Regel-/Steuereinrichtung abgelegt ist. Liegt keine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung der Brennkraftmaschine vor, so ändert sich bei einer Verstellung des Ventilhubs und einer entsprechenden Anpassung des zugeordneten Zündwinkels die Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine entsprechend den Soll-Frequenzen die in der Regel-/Steuereinrichtung abgelegt sind.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose der Funktionalität der Ventilhubverstellung der Brennkraftmaschine wird nach der Verstellung des Ventilhubs und der Anpassung des Zündwinkels eine tatsächlich vorliegende Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine mittels einer Sensoreinrichtung ermittelt. Anschließend wird durch die Regel-/Steuereinrichtung die ermittelte Ist-Frequenz mit der der angesteuerten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel zugeordneten Soll-Frequenz verglichen. Liegt keine Abweichung zwischen der Ist-Frequenz und der Soll-Frequenz vor, so kann daraus geschlossen werden, dass die Ventilhubverstellung in Ordnung (i. O.) ist. Bei einer festgestellten Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz wird eine Fehlermeldung ausgegeben, die eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung beinhaltet, d. h. dass die Ventilhubverstellung n. i. O. ist.
  • Besteht zudem die Möglichkeit bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eine zylinderspezifische separate Ventilhubverstellung durchzuführen, so kann anschließend aufgrund der ausgegebenen Fehlermeldung eine zylinderselektive Zuordnung der erkannten Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung erfolgen, so dass dadurch die Fehlfunktionalität auf einen bestimmten Zylinder „x" eingeschränkt ist. Die ausgegebenen Fehlermeldungen können dabei in einem Fehlerspeicher abgespeichert werden, wobei zudem die Möglichkeit besteht, einen optischen und/oder akustischen Warnhinweis zu aktivieren, so dass damit der Fahrzeugführer eine entsprechende Aufforderung zu einem Werkstattbesuch mit dem Kraftfahrzeug erhält.
    •

Claims (6)

  1. Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kennfeld der Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem zugeordneten Zündwinkel abgelegt ist, so dass bei einer Verstellung des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels erfolgt, wobei zu jeder einander zugeordneten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung vorliegende Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ermittelt wird, die jeweils als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld in einer Regel-/Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegt ist, dass bei einer durch die Regel-/Steuereinrichtung betriebspunktabhängigen angesteuerten Verstellung des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels erfolgt, dass die Regel-/Steuereinrichtung die tatsächliche mit wenigstens einer Sensoreinrichtung, vorzugsweise wenigstens einem Klopfsensor, ermittelte Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine mit der der angesteuerten Einstellung Ventilhub-Zündwinkel zugeordneten Soll-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine vergleicht, und dass bei einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz eine Fehlermeldung ausgegeben wird, die eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung beinhaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Frequenzbereich, innerhalb dem die Soll-Frequenz angeordnet ist, vorgegeben ist, und dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn die Ist-Frequenz außerhalb des Soll-Frequenzbereichs liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine für jeden Zylinder eine separate Ventilhubverstellung durchgeführt wird, und dass bei einer aufgrund der ausgegebenen Fehlermeldung erkannten Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung eine zylinderselektive Zuordnung der Fehlfunktionalität erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgegebene Fehlermeldung in einem Fehlerspeicher abgelegt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erkannten Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung die Brennkraftmaschine in einem von der Regel-/Steuereinrichtung ausgegebenen Notprogramm betrieben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die ausgegebene Fehlermeldung ein optischer und/oder akustischer Warnhinweis im Fahrzeuginnenraum aktiviert wird.
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