DE102004048330A1 - Verfahren zur Diagnose für eine Motorsteuerung und entsprechende Motorsteuerung - Google Patents

Verfahren zur Diagnose für eine Motorsteuerung und entsprechende Motorsteuerung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Diagnose einer Motorsteuerung (4) führt anhand mindestens eines Kennwertes, welcher aus einer Auswertung von Signalwerten von Zylinderdrucksensoren (3) von Zylindern (2) eines Verbrennungsmotors (5) hergeleitet ist, eine Analyse durch, ob die Signalwerte der Zylinderdrucksensoren (3) fehlerhaft sind. Zusätzlich wird eine zur Ausführung des Verfahrens ausgestaltete Motorsteuerung (4) beschrieben. Dabei wird außerdem ein Verfahren offenbart, welches anhand von Symmetriebetrachtungen einen Kurbelwellenwinkel (phipCylMaxTDC) für ein Zylinderdruckmaximum im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (5) bestimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Zylinderdruck basierten Motormanagements für ein Kraftfahrzeug und eine entsprechende Motorsteuerung.
  • Bei einem Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik sind Signalwerte von Zylinderdrucksensoren, welche in jedem Zylinder eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, wesentliche Eingabeparameter einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors. Deshalb können fehlerhafte Signalwerte der Zylinderdrucksensoren zu einem fehlerhaften Verhalten der Motorsteuerung führen, was im schlimmsten Fall zu einer Beschädigung des von der Motorsteuerung gesteuerten Verbrennungsmotors führt.
    •
  • Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fehlerhaftes Verhalten der Motorsteuerung auf Grund von fehlerhaften Signalwerten der Zylinderdrucksensoren zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Motorsteuerung gemäß Anspruch 28 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose eines Zylinderdruck basierten Motormanagement für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt. Dabei werden Kennwerte aus Signalwerten von Zylinderdrucksensoren, welche in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnet sind, ermittelt. Diese Kennwerte werden analysiert, um dadurch zu entscheiden, ob die Signalwerte fehlerhaft sind. Anhand dieser Analyse wird der Verbrennungsmotor durch das Motormanagement gesteuert.
  • Indem die Signalwerte der Zylinderdrucksensoren mithilfe der Kennwerte auf fehlerhafte Signalwerte untersucht werden, können fehlerhafte Signalwerte frühzeitig ermittelt werden, wodurch das Motormanagement in die Lage versetzt wird, rechtzeitig entsprechend zu reagieren.
  • Dabei kann, wenn der Verbrennungsmotor im Schub betrieben wird, eine absolute Differenz zwischen einem ersten Kurbelwellenwinkel für einen maximalen Zylinderdruck und einem zweiten Kurbelwellenwinkel für den maximalen Zylinderdruck ermittelt werden, wobei der erste und der zweite Kurbelwellenwinkel mittels unterschiedlicher Verfahren ermittelt werden, welche im Folgenden ausgeführt werden.. Falls diese absolute Differenz größer als ein Kurbelwellenwinkelschwellenwert ist, welcher insbesondere zwischen 0,3°KW (Kurbelwellenwinkel) und 0,5°KW liegt, sind die Signalwerte des entsprechenden Zylinderdrucksensors fehlerhaft, da der Zylinderdrucksensor einen Symmetriefehler aufweist.
  • Für die folgenden Angaben von absoluten Kurbelwellenwinkeln wird dem absoluten Kurbelwellenwinkel 0°KW der Zünd-OT (Obere Totpunkt) zugeordnet. Alle Winkel vor diesem OT haben ein negatives und alle Winkel nach diesem OT ein positives Vorzeichen.
  • Zur Bestimmung des ersten Kurbelwellenwinkels des maximalen Zylinderdrucks wird aus einer gemessenen Menge von Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren in einem Kurbelwellenwinkelbereich von –20°KW bis 80°KW ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCyl2/phi2 (dabei ist pCyl2 der Zylinderdruck und phi2 der Kurbelwellenwinkel des Wertepaares) mit einem maximalen Zylinderdruck pCyl2 gesucht. Eine Winkellage bzw. ein Kurbelwellenwinkel des maximalen Signalwerts wird als phi2 bezeichnet. Zusätzlich wird ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCyl1/phi1 ermittelt, welches zeitlich direkt vor dem Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCyl2/phi2 des maximalen Zylinderdrucks liegt. Genauso wird ein weiteres Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCyl3/phi3 ermittelt, welches zeitlich direkt nach dem Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCyl2/phi2 liegt. Für diese drei Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar wird nun eine Parabel konstruiert, welche den Zylinderdruck über dem Kurbelwellenwinkel angibt. Damit lässt der erste Kurbelwellenwinkel phipCylMax, welcher beim Maximum der Parabel auftritt, welches auch dem maximalen Zylinderdruck entspricht, wie folgt berechnen, wobei als Voraussetzung gilt, dass die zugrunde liegenden Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaare jeweils in einem Abstand von 1 °KW gemessen wurden:
    Figure 00020001
  • Zur Bestimmung des zweiten Kurbelwellenwinkels geht man davon aus, dass im Schubbetrieb der Zylinderdruck bezogen auf den zweiten Kurbelwellenwinkel des maximalen Zylinderdrucks symmetrisch verläuft. Damit entspricht eine Mitte einer Winkellage von gleichgroßen Druckwerten aus Kompression und Expansion genau dem zweiten Kurbelwellenwinkel.
  • Berechnet man aus Mittellagen mehrerer Druckwertepaare, welche in einem Bereich von starken Druckänderungen liegen, einen Mittelwert, erhält man einen stabilen Wert für den zweiten Kurbelwellenwinkel für den maximalen Zylinderdruck.
  • Wenn bei dem ertindungsgemäßen Verfahren ein maximaler Zylinderdruckgradient für jeden Zylinder unter einem Schwellenwert liegt, wird daraus gefolgert, dass die Signalwerte von allen Zylinderdrucksensoren fehlerhaft sind.
  • Dabei wird der maximale Zylinderdruckgradient dadurch bestimmt, dass in einem Kurbelwellenbereich von –80°KW bis 30°KW absolute Differenzen von allen aufeinander folgenden Signalwerten bestimmt wird und aus dieser Menge die maximale Differenz ermittelt wird, welche dem maximalen Zylinderdruckgradient entspricht. Dabei gilt die Voraussetzung, dass die Signalwerte winkelsynchron abgetastet werden.
  • Insbesondere ergibt die erfindungsgemäße Analyse, dass ein Drift der Signalwerte des Zylinderdrucksensors zu groß ist, wenn sich ein Offsetkorrekturwert des entsprechenden Zylinders zwischen zwei aufeinander folgenden Arbeitsspielen um mehr als einen Druckschwellenwert ändert. Dabei dient der Offsetkorrekturwert dazu, eine thermodynamische Korrektur der durch eine Relativmessung des Zylinderdrucksensors gemessenen Signalwerte durchzuführen, damit sich die derart korrigierten Signalwerte alle auf das Absolutdruckniveau beziehen. Der Offsetkorrekturwert pCylOffs wird wie folgt berechnet, wobei vorausgesetzt wird, dass der Polytropenexponent κ für die Verdichtung von Luft bei einem Kurbelwellenwinkelbreich von φi bis φk konstant ist:
    Figure 00030001
    mit:
    • φi, φk
    Kurbelwellenwinkelposition
    p(φ)
    Zylinderdruck bei dem entsprechenden Kurbelwellenwinkel
    V(φ)
    Zylindervolumen bei dem entsprechenden Kurbelwellenwinkel
  • Wenn in einem Normalbetrieb (Betrieb mit Verbrennung) des Verbrennungsmotors eine Differenz zwischen einem theoretisch maximalen Druck in einer Kompressionsphase und dem vom Zylinderdrucksensor gemessenen maximalen Zylinderdruck kleiner als ein Druckschwellenwert ist, kann die erfindungsgemäße Analyse ergeben, dass der Zylinderdrucksensor falsch kalibriert oder das Verdichtungsverhältnis falsch ist.
  • Ähnlich kann, wenn der Verbrennungsmotor im Schub betrieben wird und eine Differenz zwischen dem gemessenen maximalen Zylinderdruck und dem theoretisch maximalen Zylinderdruck in einer Kompressionsphase größer als der Druckschwellenwert ist, die erfindungsgemäße Analyse ergeben, dass der Zylinderdrucksensor falsch kalibriert oder das Verdichtungsverhältnis falsch ist.
  • Dabei wird der theoretisch maximale Zylinderdruck pCylMaxtheor insbesondere wie folgt bestimmt: pCylMaxtheor = PSaugrohr·εK (3)mit
    • pSaugrohr
    Saugrohrdruck
    ∊
    Verdichtungsverhältnis
    κ
    Polytropenexponent
  • Erfindungsgemäß kann das Verfahren bei einer Digitalisierung von Rohsignalwerten des Zylinderdrucksensors erkennen, dass die Signalwerte bzw. die Rohsignalwerte des Zylinderdrucksensors fehlerhaft sind, wenn die Rohsignalwerte vorbestimmte Digitalisierungsschwellen über- oder unterschreiten.
  • Wenn der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben wird und kein Getriebe eingekuppelt ist und keine Verbraucher den Verbrennungsmotor belasten, sollte eine Differenz aus einem aktuellen indizierten Mitteldruck und einem Verlustmitteldruck kleiner als ein Mitteldruckschwellenwert sein. Sonst ergibt die erfindungsgemäße Analyse insbesondere, dass ein fehlerhaftes effektives Moment bestimmt wird. Der Grund dafür liegt darin begründet, dass der Verbrennungsmotor im Leerlauf bei offener Kupplung kein effektives Moment bzw. keinen effektiven Mitteldruck erzeugt. Dies ist der Grund dafür, dass der aktuelle indizierte Mitteldruck und der Verlustmitteldruck betragsmäßig gleich sein müssen, wenn ein Verlustmitteldruckmodell korrekt arbeitet.
  • Dabei ist allgemein zu berücksichtigen, dass Momente und Mitteldrücke sich proportional zueinander verhalten.
  • Wenn der Verbrennungsmotor ohne Einspritzung bzw. im Schub betrieben wird und mit einer bestimmten Drehzahl arbeitet, welche insbesondere zwischen 1500 und 2500 Umdrehungen pro Minute liegt, und ein über einem Mitteldruckschwellenwert liegender indizierten Mitteldruck ermittelt wird, kann die erfindungsgemäße Analyse folgendes ergeben:
    • • der obere Totpunkt ist falsch bestimmt
    • • der Zylinderdrucksensor ist falsch kalibriert
    • • der Zylinderdrucksensor arbeitet nicht linear
    • • der Zylinderdrucksensor ist für den Zylinder nicht geeignet
  • Wenn sich der Verbrennungsmotor in einer Phase einer stationären Momentenanforderung befindet und eine Standardabweichung bzw. Varianz des indizierten Mitteldrucks größer als ein Mitteldruckschwellenwert, welcher insbesondere in einem Bereich von 0,6bar bis 0,8bar liegt, ist, kann die erfindungsgemäße Analyse ergeben, dass eine Regelung des Zylinders oder eine Auswertung des Zylinderdrucksensors instabil ist.
  • Ähnlich kann, wenn sich der Verbrennungsmotor in der Phase der stationären Momentenanforderung befindet und eine Standardabweichung bzw. Varianz von Verbrennungslagen größer als ein Schwellenwert, welcher insbesondere in einem Bereich von 0,6°KW bis 0,8°KW liegt, ist, die erfindungsgemäße Analyse ergeben, dass eine Regelung des Zylinders oder die Auswertung des Zylinderdrucksensors instabil ist.
  • Zusätzlich sollte, wenn sich der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb befindet, der Kurbelwellenwinkel des maximalen Zylinderdrucks in einem Kurbelwellenwinkelbereich liegen, welcher von zwei Drehzahl abhängigen Kennlinien bzw. einer oberen und einer unteren Toleranzschwelle, welche insbesondere ±1°KW von einem idealen Drehzahl abhängigen Verlustwinkel abweicht, definiert wird. Ansonsten kann die erfindungsgemäße Analyse ergeben, dass die Signalwerte des Zylinderdrucksensors fehlerhaft sind. Dabei wird der ideale Drehzahl abhängige Verlustwinkel abhängig von einer Messung definiert, bei welcher im Schub für alle Drehzahlen die Lage des maximalen Zylinderdrucks (Spitzendrucks) aufgezeichnet wird. Dabei liegt ein Sollwert für den Kurbelwellenwinkel beispielsweise für einen Dieselmotor bei 2000 Umdrehungen pro Minute bei –0,7°KW.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Motorsteuerung erfindungsgemäß zur Durchführung eines vorab beschriebenen Verfahrens ausgestaltet ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Diagnose einer Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug geeignet. Sie ist aber nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsfall beschränkt, sondern kann beispielsweise auch zur Diagnose einer Motorsteuerung für ein Flugzeug oder ein Schiff eingesetzt werden.
    •
  • Im Folgenden werden zwei Schwerpunkte der Erfindung und ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei stellt 1 ein Beispiel einer Bestimmung eines Kurbelwellenwinkels eines Zylinderdruckmaximums dar, wobei ein Scheitelpunkt von einer interpolierten Parabel bestimmt wird.
  • 2 stellt ein Beispiel dar, wobei mithilfe von Symmetriebetrachtungen ein Kurbelwinkel des Zylinderdruckmaximums bestimmt wird.
  • 3 stellt beispielhafte Kurvenverläufe für drei Verfahren zur Bestimmung eines Kurbelwellenwinkels für das Zylinderdruckmaximum dar.
  • In 4 ist eine erfindungsgemäße Motorsteuerung dargestellt.
  • Mithilfe von 1 wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Kurbelwellenwinkels, bei welchem ein Zylinderdruckmaximum auftritt und welches mithilfe einer Parabel arbeitet, welche aus drei Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren berechnet wird, beispielhaft erläutert. In 1 ist auf der X-Achse der Kurbelwellenwinkel und auf der Y-Achse der Zylinderdruck dargestellt. Bei dem Verfahren werden in einem Bereich von –20°KW (20° auf der Kurbelwelle vor dem oberen Totpunkt der Verbrennung) bis 80°KW z.B. pro 1°KW (für jedes Grad der Kurbelwelle) ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar bestimmt und davon als erstes ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCyl2/phi2) bestimmt, bei welchem der Zylinderdruck pCyl2 maximal ist. Sollte es zwei Wertepaare geben, bei denen jeweils der zugehörige Zylinderdruck maximal ist, so wird dasjenige mit dem kleineren Kurbelwellenwinkel gewählt (welches in 1 weiter links liegt). Zusätzlich wird ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCyl1/phi1), welches zeitlich direkt vor dem maximalen Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCyl2/phi2) liegt, und ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCyl3/phi3), welches zeitlich direkt nach dem maximalen Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCyl2/phi2) liegt, bestimmt. Anschließend wird mithilfe dieser drei Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren eine Parabel konstruiert, welche durch diese drei Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaare verläuft. Dabei entspricht der Scheitelpunkt dieser Parabel definitionsgemäß einem Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar, welches das Zylinderdruckmaximum pCylMax und damit den gesuchten Kurbelwellenwinkel phipCylMax aufweist. Dieser gesuchte Kurbelwellenwinkel lässt sich erfindungsgemäß auch durch Gleichung (1) ermitteln.
  • Mithilfe von 2 wird ein spezielles Verfahren erläutert, welches erfindungsgemäß einen Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDC des Zylinderdruckmaximums durch Symmetriebetrachtungen im Schubbetrieb eines Verbrennungsmotors ermittelt. Dazu wird davon ausgegangen, dass im Schubbetrieb der Zylinderdruck bezogen auf das Zylinderdruckmaximum symmetrisch verläuft. Das heißt, eine Lage des Zylinderdruckmaximums bzw. des Kurbelwinkels entspricht genau einer Mitte einer Lage von gleichgroßen Zylinderdruckwerten aus der Kompressionsphase und der Expansionsphase. Werden ausgehend von mehreren Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren, welche im Bereich starker Druckänderungen liegen, entsprechende Mittellagen gebildet, wobei aus diesen Mittellagen ein Mittelwert berechnet wird, gibt dieser Mittelwert einen stabilen Wert für den gesuchten Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDC an.
  • Bei dem in 2 dargestellten Beispiel liegt dem speziellen Verfahren pro 1°KW ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar vor. Das spezielle Verfahren bestimmt daraus zunächst in der Kompressionsphase des Zylinders ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCylC/phiC. Anschließend wird für einen Zylinderdruck dieses Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaares aus einer Menge von in der anschließenden Expansionsphase des Zylinders angeordneten Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren ein erstes Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCylE1/phiE1 in der Expansionsphase bestimmt, bei welchem der zugehörige Zylinderdruck pCylE1 am wenigsten unterhalb des Zylinderdruck pCylC liegt. Anschließend bestimmt das spezielle Verfahren ein zweites Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCylE2/phiE2 in der Expansionsphase, welches zeitlich direkt vor dem ersten Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCylE1/phiE1 liegt. Dabei besitzt das zweite Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCylE2/phi2 in der Expansionsphase einen Zylinderdruck pCylE2. Mithilfe einer in 2 dargestellten Geraden 1 durch das erste und zweite Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar in der Expansionsphase lässt sich ein drittes Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar pCylC/phiExp in der Expansionsphase bestimmen, bei welchem der Zylinderdruck gleich dem Zylinderdruck pCylC ist. Damit lässt sich der zugehörige Kurbelwellenwinkel mit Gleichung (4) bestimmen:
    Figure 00070001
  • Da bei dem in 2 dargestellten Beispiel angenommen ist, dass zwei benachbarte Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren 1°KW auseinander liegen, ist in Gleichung (4) die hintere Klammer (phiE2-phiE1) gleich 1 und kann entfallen.
  • Ein Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDCx, bei welchem ausgehend von den drei oben beschriebenen Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren ein Zylinderdruckmaximum vorliegt, ist dann gleich der Hälfte einer Summe aus dem durch Interpolation bestimmten Kurbelwellenwinkel phiExp und dem Kurbelwellenwinkel phiC des Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaars pCylC/phiC in der Kompressionsphase. Dies lässt sich auch durch folgende Gleichung (5) ausdrücken:
    Figure 00080001
    aus denselben Gründen wie bei Gleichung (4) kann in der Gleichung (5) die Klammer (phiE2-phiE1) entfallen.
  • Das spezielle Verfahren bestimmt allerdings den Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDC für das Zylinderdruckmaximum nicht nur ausgehend von einem Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar in der Kompressionsphase, sondern bestimmt ausgehend von mehreren Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren in der Kompressionsphase jeweils für jedes dieser Wertepaare einen weiteren Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDCx für das Zylinderdruckmaximum. Ein Mittelwert dieser weiteren Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDCx für das Zylinderdruckmaximum ist dann der Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDC für das Zylinderdruckmaximum. Damit bestimmt das spezielle Verfahren erfindungsgemäß einen stabilen Wert für den Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDC des Zylinderdruckmaximums im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors.
  • Dies lässt sich auch durch folgende Gleichung (6) ausdrücken:
    Figure 00080002
    mit:
    • phipCylMaxTDC
    Kurbelwellenwinkel des Zylinderdruckmaximums
    N
    Anzahl der Wertepaare in der Kompressionsphase, für die phipCylMaxTDCx bestimmt wird
    phiCi
    Kurbelwellenwinkel des i-ten Wertepaares in der Kompressionsphase
    phiExpi
    extrapolierter Kurbelwellenwinkel, welcher einem Zylinderdruck des i-ten Wertepaares in der Kompressionsphase entspricht
  • Die Bestimmung des Mittelwerts ist in 2 nur angedeutet, indem der Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDC des maximalen Zylinderdrucks leicht nach rechts versetzt zum Kurbelwellenwinkel phipCylMaxTDCx gezeichnet ist.
  • Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das spezielle Verfahren auch unabhängig von dem Verfahren zur Diagnose der Motorsteuerung eingesetzt werden kann. Mit dem speziellen Verfahren lässt sich der Kurbelwellenwinkel des Zylinderdruckmaximums bestimmen, welcher z. B. für die Motorsteuerung des Verbrennungsmotors ein wertvoller Eingabeparameter ist, um den Verbrennungsmotor zu steuern.
  • Die Güte des speziellen Verfahrens lässt sich aus 3 entnehmen. In 3 sind für 50 aufeinander folgende Arbeitsspiele (X-Achse) zugehörige Kurbelwellenwinkel (Y-Achse) für das Zylinderdruckmaximum aufgetragen, wobei der Kurbelwellenwinkel in °KW nach OT der Verbrennung dargestellt ist. Dabei wurden folgende drei Verfahren verglichen:
    • • das spezielle Verfahren, siehe Kurve 11
    • • ein Verfahren, welches aus der Menge der Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaare dasjenige mit dem höchsten Zylinderdruck bestimmt, siehe Kurve 12
    • • das mit der Parabel arbeitende Verfahren, siehe Kurve 13
  • Man erkennt, dass die Kurve 11 am ruhigsten verläuft und damit den stabilsten Wert für den Kurbelwinkel des Zylinderdruckmaximums liefert. Dies lässt sich auch an der Standardabweichung erkennen, welche für die in 3 dargestellten Messwerte für die einzelnen Verfahren berechnet wurden:
    Kurve 11: Standardabweichung=0,027°KW
    Kurve 12: Standardabweichung=0,589°KW
    Kurve 13: Standardabweichung=0,412°KW
  • In 4 ist eine Motorsteuerung 4 zur Steuerung von einem Verbrennungsmotor 5 dargestellt. Dabei umfasst der Verbrennungsmotor 5 vier Zylinder 2, wobei ein Zylinderdruck von jedem Zylinder 2 durch einen dem jeweiligen Zylinder 2 zugeordneten Zylinderdrucksensor 3 erfasst wird. Die vier Zylinderdrucksensoren 3 liefern ihre erfassten Signalwerte an die Motorsteuerung 4, welche anhand dieser Signalwerte überprüft, ob die Zylinderdrucksensoren 3 korrekt arbeiten. Dabei reagiert die Motorsteuerung 4 entsprechend eines Ergebnisses dieser Überprüfung.
    • 1
    Gerade
    2
    Zylinder
    3
    Zylinderdrucksensor
    4
    Motorsteuerung
    5
    Verbrennungsmotor
    11–13
    Kurvenverläufe
    dpCylMax
    maximaler Zylinderdruckgradient
    dpCylMaxLim
    Druckschwellenwert
    dpCylMaxMin
    Schwellenwert
    dpCylOffsMaxLim
    Druckschwellenwert
    pCyl1–pCyl3
    Zylinderdruck
    pCylC
    Zylinderdruck in der Kompressionsphase
    pCylE1, pCylE2
    Zylinderdruck in der Expansionsphase
    pCylMax
    maximaler Zylinderdruck
    pCylMaxtheor
    theoretischer maximaler Zylinderdruck
    pCylOffs
    Offsetkorrekturwert
    phi1–phi3
    Kurbelwellenwinkel
    phiC
    Kurbelwellenwinkel während der Kompression
    phipCylMax
    Kurbelwellenwinkel eines maximalen Zylinderdrucks
    phipCylMaxTDCx
    Kurbelwellenwinkel eines maximalen Zylinderdrucks
    phipCylMaxTDC
    Mittelwert mehrerer phipCylMaxTDCx
    phiE1, phiE2
    Kurbelwellenwinkel während der Expansion
    phiExp
    Kurbelwellenwinkel während der Expansion
    phiQvbStdDev
    Standardabweichung von Verbrennungslagen
    phiQvbStdDevLim
    Kurbelwinkelschwellenwert
    phiTDCDevLim
    Kurbelwellenwinkelschwellenwertes
    phiTDCOvrRunLo
    drehzahlabhängige Kennlinie
    phiTDCOvrRunHi
    drehzahlabhängige Kennlinie
    pmi
    indizierter Mitteldruck
    pmiHiPressOffsCorrLim
    Druckschwellenwert
    pmOvrRun
    Verlustdruck
    pmOvrRunCorrLim
    Momentschwellenwert
    pmiStdDev
    Standardabweichung des indizierten Mitteldruckes
    pmiStdDevLim
    Druckschwellenwert

Claims (29)

  1. Verfahren zur Diagnose einer Motorsteuerung (4) für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Kennwert, welcher aus einer Auswertung von Signalwerten von Zylinderdrucksensoren (3) von Zylindern (2) eines Verbrennungsmotors (5) hergeleitet wird, eine Analyse durchgeführt wird, ob die Signalwerte der Zylinderdrucksensoren (3) fehlerhaft sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein maximaler Zylinderdruckgradient jedes Zylinders (2) unter einem Schwellenwert liegt, die Analyse ergibt, dass die Signalwerte von allen Zylinderdrucksensoren (3) fehlerhaft sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert in einem Bereich von 0,4bar/°KW bis 0,6bar/°KW liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Verbrennungsmotor (5) im Schub betrieben wird und für einen Zylinder (2) erfasst wird, dass eine absolute Differenz zwischen einem ersten Kurbelwellenwinkel (phipCylMax) für einen maximalen Zylinderdruck, welcher durch eine Interpolation von Zylinderdruckwerten bestimmt wird, und einem zweiten Kurbelwellenwinkel (phipCylMaxTDC) für den maximalen Zylinderdruck größer als ein Kurbelwellenwinkelschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass die Signalwerte des Zylinderdrucksensors (3) des Zylinders (2) fehlerhaft sind, wobei der erste Kurbelwellenwinkel (phipCylMax) bestimmt wird, indem aus mindestens drei Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren, welche um den maximalen Zylinderdruck herum liegen, eine Parabel konstruiert und von dieser der Scheitelpunkt bestimmt wird, wobei der zweite Kurbelwellenwinkel (phipCylMaxTDC) durch ein spezielles Verfahren, bei welchem durch Symmetriebetrachtungen gleichgroße Zylinderdruckwerte in einer Kompressionsphase und einer Expansionsphase erfasst werden, bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellenwinkelschwellenwert zwischen 0,3°KW bis 0,5°KW liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Verfahren ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCylC/phiC) in einer Kompressionsphase des Zylinders (2) bestimmt und für einen Zylinderdruck (pCylC) dieses Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaares (pCylC/phiC) aus einer Menge von Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren in einer anschließenden Expansionsphase des Zylinders (2) ein Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCylE1/phiE1) bestimmt, bei welchem der zugehörige Zylinderdruck (pCylE1) am wenigsten unterhalb des Zylinderdrucks (pCylC) liegt, wobei das spezielle Verfahren zusätzlich noch zu dem derart bestimmten Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCylE1/phiE1) in der Expansionsphase, das zeitlich davor liegende Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCylE2/phiE2) bestimmt, wobei das spezielle Verfahren durch Interpolation aus den beiden derart bestimmten Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaaren (pCylE1/phiE1, pCylE2/phiE2) in der Expansionsphase einen Kurbelwellenwinkel (phiExp) bestimmt, bei welchem in der Expansionsphase der Zylinderdruck (pCylC) vorliegt, wobei mit diesem Kurbelwinkel (phiExp) und einem zu dem Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaar (pCylC/phiC) in der Kompressionsphase gehörigen Kurbelwellenwinkel (phiC) der zweite Kurbelwellenwinkel (phipCylMaxTDC) bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Verfahren den zweiten Kurbelwellenwinkel (phipCylMaxTDC) mit folgender Formel bestimmt:
    Figure 00120001
    mit phipCylMaxTDC zweiter Kurbelwellenwinkel pCylC Zylinderdruck eines ausgewählten Wertepaares (pCylC/phiC) in der Kompression pCylE1 Zylinderdruck eines Wertepaares (pCylE1/phiE1) in der Expansion, dessen Zylinderdruck am wenigsten unterhalb des Zylinderdrucks pCylC liegt pCylE2 Zylinderdruck eines Wertepaares (pCylE2/phiE2) in der Expansion, welches zeitlich direkt vor dem Wertepaar (pCylE1/phiE1) liegt phiC Kurbelwellenwinkel des Wertepaares (pCylC/phiC) phiE1 Kurbelwellenwinkel des Wertepaares (pCylE1/phiE1) phiE2 Kurbelwellenwinkel des Wertepaares (pCylE2/phiE2)
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Verfahren eine vorbestimmte Anzahl (N) von Zylinderdruck-Kurbelwinkel-Wertepaaren in der Kompressionsphase bestimmt, wobei das spezielle Verfahren für jedes dieser Zylinderdruck-Kurbelwinkel-Wertepaare jeweils einen weiteren zweiten Kurbelwellenwinkel bestimmt und den zweiten Kurbelwellenwinkel (phipCylMaxTDC) aus einem Mittelwert der derart bestimmten weiteren zweiten Kurbelwellenwinkel bestimmt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderdruck-Kurbelwinkel-Wertepaar oder die Zylinderdruck-Kurbelwinkel-Wertepaare in der Kompressionsphase jeweils einen Kurbelwellenwinkel aufweisen, welcher mindestens 5°KW vor dem oberen Totpunkt liegt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Zylinderdruck-Kurbelwellenwinkel-Wertepaare in der Expansionsphase jeweils einen Kurbelwellenwinkel aufweisen, welcher in einem Bereich von 5°KW bis 150°KW nach dem oberen Totpunkt liegt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich ein Offsetkorrekturwert eines Zylinders (2), mit welchem die Signalwerte des Zylinderdrucksensors (3) auf ein Absolutdruckniveau korrigiert werden, zwischen zwei aufeinander folgenden Arbeitsspielen um mehr als einen Druckschwellenwert ändert, die Analyse ergibt, dass ein Drift der Signalwerte des Zylinderdrucksensors (3) zu groß ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschwellenwert zwischen 0,7bar bis 0,9bar beträgt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn in einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors (5) eine Differenz zwischen einem theoretisch maximalen Druck in einer Kompressionsphase, welcher mit einem Saugrohrdruck, dem Polytropenexponenten κ und dem Verdichtungsverhältnis bestimmt wird, und einem von dem Zylinderdrucksensor (2) gemessenen maximalen Zylinderdruck kleiner als ein Druckschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass der Zylinderdrucksensor (3) falsch kalibriert oder das Verdichtungsverhältnis falsch ist.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Verbrennungsmotor (5) im Schub betrieben wird und erfasst wird, dass eine Differenz zwischen einem von dem Zylinderdrucksensor (3) gemessenen maximalen Zylinderdruck und einem theoretischen maximalen Druck in einer Kompressionsphase, welcher mit einem Saugrohrdruck, dem Polytropenexponent κ und dem Verdichtungsverhältnis bestimmt wird, größer als ein Druckschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass der Zylinderdrucksensor (3) falsch kalibriert oder das Verdichtungsverhältnis falsch bestimmt ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der theoretische maximale Druck in der Kompressionsphase durch eine Multiplikation des Saugrohrdrucks mit dem mit dem Polytropenexponent κ potenzierten Verdichtungsverhältnis bestimmt wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn Rohsignalwerte des Zylinderdrucksensors vorbestimmte Digitalisierungsschwellen über- oder unterschreiten, die Analyse ergibt, dass die Signalwerte des Zylinderdrucksensors fehlerhaft sind.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Verbrennungsmotor (5) im Leerlauf betrieben wird und kein Getriebe eingekuppelt ist und keine Verbraucher den Verbrennungsmotor (5) belasten und erfasst wird, dass eine Differenz aus einem aktuellen indizierten Mitteldruck und einem Verlustmitteldruck größer als ein Mitteldruckschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass ein fehlerhaftes effektives Moment bestimmt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteldruckschwellenwert zwischen 0,4bar und 0,6bar liegt.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Verbrennungsmotor (5) im Schub betrieben wird und mit einer bestimmten Drehzahl arbeitet und erfasst wird, dass ein indizierter Mitteldruck größer als ein Mitteldruckschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass der obere Totpunkt falsch bestimmt ist und/oder der Zylinderdrucksensor (3) falsch kalibriert ist und/oder der Zylinderdrucksensor (3) nicht linear arbeitet und/oder der Zylinderdrucksensor (3) nicht für den Zylinder (2), welchem der Zylinderdrucksensor (3) zugeordnet ist, geeignet ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Drehzahl bei einem Dieselmotor in einem Bereich von 1500 bis 2500 Umdrehungen pro Minute liegt.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich der Verbrennungsmotor (5) in einer Phase einer stationären Momentenanforderung befindet und erfasst wird, dass eine Standardabweichung eines indizierten Mitteldruckes größer als ein Mitteldruckschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass eine Regelung des Zylinders (2) und/oder eine Auswertung des Zylinderdrucksensors (3) instabil ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteldruckschwellenwert in einem Bereich von 0,6bar bis 0,8bar liegt.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich der Verbrennungsmotor (5) in einer Phase einer stationären Momentenanforderung befindet und erfasst wird, dass eine Standardabweichung von Verbrennungslagen größer als ein Kurbelwinkelschwellenwert ist, die Analyse ergibt, dass eine Regelung des Zylinders (2) und/oder eine Auswertung des Zylinderdrucksensors (3) instabil ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwinkelschwellenwert in einem Bereich von 0,6°KW bis 0,8°KW liegt.
  25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Verbrennungsmotor (5) im Schub betrieben wird und für einen der Zylinder (2) erfasst wird, dass ein Kurbelwellenwinkel eines maximalen Zylinderdrucks nicht in einem Kurbelwellenwinkelbereich um einen Verlustwinkel vor dem oberen Totpunkt liegt, die Analyse ergibt, dass die Signalwerte des Zylinderdrucksensors (3) fehlerhaft sind.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlustwinkel Drehzahl abhängig ist und vorab bestimmt wird, indem bei dem betriebswarmen Verbrennungsmotor (5) bei allen Drehzahlen im Schub der Kurbelwellenwinkel des maximalen Zylinderdrucks erfasst wird, wobei der Verbrennungsmotor (5) vorab derart eingestellt wird, dass bei 2000 Umdrehungen pro Minute der Kurbelwellenwinkel des maximalen Zylinderdrucks bei 0,7°KW vor dem oberen Totpunkt liegt.
  27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellenwinkelbereich 1 °KW vor dem Verlustwinkel beginnt und 1 °KW nach dem Verlustwinkel endet.
  28. Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (4) derart ausgestaltet ist, dass sie mindestens einen Kennwert aus einer Auswertung von Signalwerten von Zylinderdrucksensoren (3) von Zylindern (2) des Verbrennungsmotors (5) herleitet und diesen analysiert, um festzustellen, ob die Signalwerte der Zylinderdrucksensoren (3) fehlerhaft sind.
  29. Motorsteuerung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (4) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–27 ausgestaltet ist.
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