DE102005012942B4

DE102005012942B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005012942B4
Application number: DE102005012942.0A
Authority: DE
Inventors: Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: FR2883332A1; US7458249B2; US20060207526A1; DE102005012942A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Stellglied (5) in einem Abgasstrang (10) der Brennkraftmaschine (1) und mit Signalerzeugungsmitteln (15, 20) zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit einer Einstellung des Stellgliedes (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert für eine charakteristische Eigenschaft des Signals mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und dass abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) ein Fehler erkannt wird, wobei Signal auf Signalschwankungen als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) eine Amplitude der Signalschwankungen einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, ein Fehler erkannt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Stellglied in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine und mit Signalerzeugungsmitteln zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit einer Einstellung des Stellgliedes sind bereits bekannt.
So sind bereits Motoren mit Turboaufladung bekannt, die zur Steuerung des Ladedrucks einen Bypass zur Turbine des Abgasturboladers mit einem so genannten Waste-Gate-Ventil umfassen. Eine Motorsteuerung steuert dieses Waste-Gate-Ventil geeignet an, um in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Motors einen bestimmten Ladedruck einzustellen. Dabei ist es bekannt, einen elektrischen Steller für das Waste-Gate-Ventil zu verwenden, bei dem ein elektrischer Antrieb über eine Hebelmechanik das Waste-Gate-Ventil bewegt. Dieser elektrische Antrieb ist mit einem Lagesensor versehen, bspw. einem Potentiometer. Das Ausgangssignal des Lagesensors wird in der Motorsteuerung zur optimalen Steuerung des Waste-Gate-Ventils genutzt.
Es ist weiterhin bekannt, dass für Verbrennungsmotoren bzw. Brennkraftmaschinen die Erkennung von Verbrennungsaussetzern gefordert wird. Verbrennungsaussetzer bewirken einen starken Anstieg der Abgasemissionen, sie können aber auch eine hohe thermische Belastung und damit Schädigung eines Katalysators im Abgasstrang bewirken. Diagnoseverfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern sind dabei bereits bekannt.
Bekannte Diagnoseverfahren sind dabei verschiedenen Grundprinzipien zuzuordnen:

Aus GB 2 343 001 A , WO 99/ 44 028 A1 , WO 95/ 02 174 A1 ist die Messung und Überwachung von Druckpulsationen im Abgasstrang durch Drucksensoren oder Druckschalter bekannt. Aus
US 5 824 890 A , JP 2000 - 205 033 A , JP 2000 - 170 524 A ist die Messung und Überwachung der Ungleichförmigkeit der Motordrehzahl durch einen Sensor an der Kurbelwelle des Motors bekannt. Aus EP 1 039 287 A1 , WO 90/ 02 874 A1 , DE 40 02 208 A1 ist die Messung und Überwachung der Abgaszusammensetzung durch geeignete Sensoren, z.B. HC-Sensor oder Lambda-Sonde bekannt. Aus US 5 353 636 A ist die Messung und Überwachung des abgegebenen Moments mit einem Momentensensor an der Kurbelwelle bekannt.
Aus JP H08 - 144 837 A , US 5 076 098 A , WO 95/ 16 856 A1 ist die Messung des Zylinderdrucks und die Überwachung daraus abgeleiteter Größen bekannt.

Die DE 102 38 288 A1 betrifft ein Diagnoseverfahren, bei dem ein abgasseitig angeordneter Steller (32) eines Abgasturboladers diagnostiziert wird. Der Steller (32) wird schrittweise angesteuert, wobei zur Kompensation ein frischluftseitiger Steller (20) entsprechend gegengesteuert wird. Anhand der Zustände an der Turbine (28) des Abgasturboladers wird der erste Steller (20) diagnostiziert.
Die US 2003 / 0 182 049 A1 offenbart ein System zum Diagnostizieren eines Luftbehandlungsmechanismus eines Verbrennungsmotors.
In der US 2002 / 0 129 799 A1 wird ein EGR-Fehler- / Fehlerbestimmungssystem für einen Verbrennungsmotor offenbart, um eine Anzahl von EGR-Systembetriebsparametern zu überwachen und verschiedene EGR-bezogene Fehler- und Fehlerzustände zu diagnostizieren.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass ein Wert für eine charakteristische Eigenschaft des Signals mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und dass abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine ein Fehler erkannt wird. Auf diese Weise lassen sich Verbrennungsaussetzer im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine durch Überwachung von Druckpulsationen im Abgasstrang erkennen, ohne dass dazu ein Drucksensor erforderlich ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Fehlererkennung lässt sich besonders einfach und wenig aufwändig durchführen, wenn das Signal auf Signalschwankungen als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und wenn für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine eine Amplitude der Signalschwankungen einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, ein Fehler erkannt wird.
Eine einfache und zuverlässige Fehlererkennung wird auch dadurch bewirkt, dass ein zeitlicher oder kurbelwinkelbezogener Gradient des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine der Gradient länger als eine vorgegebene Zeit oder für einen Kurbelwinkelbereich über einem vorgegebenen Winkelbereich hinaus sein Vorzeichen beibehält, ein Fehler erkannt wird.
Eine einfache und wenig aufwändige Realisierung der Erfindung wird ermöglicht, wenn ein zeitlicher Mittelwert des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und wenn für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine der Mittelwert betragsmäßig um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert von einem vorgegebenen Wert abweicht, ein Fehler erkannt wird.
Eine besonders zuverlässige Fehlererkennung wird dadurch realisiert, dass ein Frequenzspektrum des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine mindestens ein Frequenzanteil des Frequenzspektrums, der für einen Fehler bei der Verbrennung, insbesondere einen Verbrennungsaussetzer, charakteristisch ist, mit einer über einem vorgegebenen Toleranzwert liegenden Amplitude auftritt, ein Fehler erkannt wird.
Besonders einfach lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch realisieren, dass die Position des Stellgliedes oder eines elektrischen Antriebes zur Einstellung des Stellgliedes durch einen Lagesensor, insbesondere ein Potentiometer, erfasst wird und dass als Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung des Signals in Abhängigkeit der Einstellung des Stellgliedes der Lagesensor gewählt wird. Auf diese Weise kann der bereits vorhandene Lagesensor auch für die Auswertung der Signalschwankungen genutzt werden, sodass seine Funktionalität erhöht wird.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das Stellglied durch einen mit dem Stellglied verbundenen Anker in einem Magnetfeld einer Ansteuerspule eingestellt wird und dass als Signalerzeugungsmittel zur Erzeugung des Signals in Abhängigkeit der Einstellung des Stellgliedes die Ansteuerspule gewählt wird. Auf diese Weise kann eine bereits vorhandene Ansteuerspule, die zur Ansteuerung und zur Einstellung des Stellgliedes verwendet wird, zusätzlich für die Auswertung der Signalschwankungen verwendet werden, sodass die Funktionalität der Ansteuerspule erhöht wird.
Die Extraktion der Signalschwankungen aus dem Signal der Signalerzeugungsmittel sowie die Auswertung des Frequenzspektrums des Signals lässt sich besonders einfach mit Hilfe einer Filterung realisieren.
Die Filterung kann dabei besonders zuverlässig realisiert werden, wenn mindestens ein Filter verwendet wird, dessen Durchlassbereich abhängig von einer Motordrehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
Die Zuverlässigkeit der Fehlererkennung wird erhöht, wenn die Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ausgewertet wird.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn für den Fall von fehlerfreier Signalerzeugung abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine ein Fehler bei der Verbrennung, insbesondere Verbrennungsaussetzung, detektiert wird. Auf diese Weise lassen sich Fehler bei der Verbrennung besonders einfach detektieren.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn für den Fall einer fehlerfreien Verbrennung, insbesondere einer Verbrennung ohne Verbrennungsaussetzer, abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine ein Fehler bei der Signalerzeugung, insbesondere aufgrund einer fehlerhaften Funktion der Signalerzeugungsmittel oder des Stellgliedes, detektiert wird. Auf diese Weise lässt sich auch die Funktionsfähigkeit der Signalerzeugung besonders einfach überwachen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 ein Diagramm eines Abgasdruckes über dem Kurbelwinkel ohne Verbrennungsaussetzer,
4 ein zugehöriges Frequenzspektrum des Abgasdruckes,
5 ein Diagramm eines Abgasdruckes über dem Kurbelwinkel mit Verbrennungsaussetzer und
6 ein zugehöriges Frequenzspektrum des Abgasdruckes.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 kennzeichnet 1 eine Brennkraftmaschine, die bspw. ein Fahrzeug antreiben kann. Die Brennkraftmaschine 1 ist bspw. als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet. Einem Zylinderblock 60 mit einem oder mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine 1 wird über eine Luftzufuhr 50 Frischluft zugeführt. Die Strömungsrichtung der Frischluft in der Luftzufuhr 50 ist in 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Ein Verdichter 55 verdichtete die dem Zylinderblock 60 zugeführte Frischluft in der Luftzufuhr 50. Stromab des Verdichters 55 ist ein Ladedrucksensor 90 in der Luftzufuhr 50 angeordnet, der den Ladedruck pl stromab des Verdichters 55 in der Luftzufuhr 50 misst und das Messergebnis an eine Motorsteuerung 85 weiterleitet. Der Verdichter 55 wird über eine Welle 75 von einer Turbine 70 in einem Abgasstrang 10 der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. Verdichter 55, Turbine 70 und Welle 75 bilden somit einen Abgasturbolader. Die Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang 10 der Brennkraftmaschine 1 ist in 1 ebenfalls durch Pfeile dargestellt. Der Abgasstrang 10 umfasst weiterhin einen Bypasskanal 80, der im folgenden auch einfach als Bypass bezeichnet wird. Der Bypass 80 umgeht dabei die Turbine 70 im Abgasstrang 10. Im Bypass 80 ist ein Stellglied 5 angeordnet, das bspw. als Bypassventil ausgebildet ist und je nach Öffnungsgrad den Abgasmassenstrom durch die Turbine 70 beeinflusst. Ferner ist in 1 ein elektrischer Antrieb 25 in Form eines Elektromotors dargestellt, der über eine Hebelmechanik 95 zur Veränderung des Öffnungsgrades des Bypassventils 5 auf dieses einwirkt. Der Elektromotor 25 wird durch ein Ansteuersignal AS von der Motorsteuerung 85 angesteuert. Dabei umfasst die Motorsteuerung 85 bspw. eine Ladedruckregelung, die den vom Ladedrucksensor 90 gemessenen Ladedruck pl mit einem abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 vorgegebenen Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit dieses Vergleichs das Ansteuersignal AS erzeugt, mit dem Ziel, den vom Ladedrucksensor 90 gemessenen Ladedruck pl dem vorgegebenen Sollwert für den Ladedruck anzunähern. Ferner sind erste Signalerzeugungsmittel 15 vorgesehen, die ein Signal in Abhängigkeit der Einstellung des Bypassventils 5 erzeugen. Im Beispiel nach 1 sind die ersten Signalerzeugungsmittel 15 als Lagesensor ausgebildet, der die Position des Elektromotors 25 zur Einstellung des Bypassventils 5 erfasst. Der Lagesensor 15 kann dabei bspw. als Potentiometer ausgebildet sein. Das vom Lagesensor 15 erzeugte Signal ist charakteristisch sowohl für die Position des Elektromotors 25 als auch für die Position bzw. den Öffnungsgrad des Bypassventils 5. Der Öffnungsgrad des Bypassventils 5 kann alternativ auch direkt durch einen Lagesensor, bspw. in Form eines Potentiometers, erfasst werden. Im Folgenden und gemäß 1 wird jedoch beispielhaft angenommen, dass die Signalerzeugungsmittel durch den Lagesensor 15 zur Erfassung der Position des Elektromotors 25 ausgebildet sind. Das vom Lagesensor 15 erzeugte Signal wird einer Vorrichtung 40 zugeführt. Die Vorrichtung 40 kann dabei bspw. Software- und/oder hardwaremäßig auch in der Motorsteuerung 85 implementiert sein. Sie kann aber auch separat von der Motorsteuerung 85 ausgeführt sein. Die Vorrichtung 40 umfasst eine Auswerteeinheit 35, der das Signal des Lagesensors 15 zugeführt wird.
Die Auswerteeinheit 35 wertet das Signal des Lagesensors I5 auf eine charakteristische Eigenschaft aus. Sie leitet dabei einen Wert für die charakteristische Eigenschaft an eine Fehlererkennungseinheit 45 weiter. Die Fehlererkennungseinheit 45 vergleicht den Wert für die charakteristische Eigenschaft mit einem vorgegebenen Wert und erkennt abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine 1 einen Fehler.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel extrahiert die Auswerteeinheit 35 aus dem Signal des Lagesensors 15 als charakteristische Eigenschaft Signalschwankungen. Diese Signalschwankungen werden der Fehlererkennungseinheit 45 zugeführt, die die Amplitude der von der Auswerteeinheit 35 extrahierten Signalschwankungen mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Unterschreitet die Amplitude der von der Auswerteeinheit 35 extrahierten Signalschwankungen den vorgegebenen Schwellwert, so erkennt die Fehlererkennungseinheit 45 einen Fehler. Als Reaktion auf die Fehlererkennung kann die Fehlererkennungseinheit 45 bspw. einen optischen und/oder akustischen Warnhinweis geben. Weitere Fehlerreaktionsmaßnahmen können bspw. in einem Notlauf der Brennkraftmaschine 1, bspw. durch Begrenzung des vorgegebenen Sollwertes für den Ladedruck auf einen vorgegebenen Maximalwert oder durch Bildung des Ansteuersignals AS durch die Motorsteuerung 85 derart, dass der Elektromotor 25 über die Hebelmechanik 95 das Bypassventil 5 vollständig öffnet und damit den Abgasturbolader 55, 70, 75 wirkungslos macht oder in letzter Konsequenz durch vollständiges Abschalten der Brennkraftmaschine 1, bspw. durch vollständige Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr und Aussetzung der Zündung, bestehen.
3 zeigt einen beispielhaften Verlauf eines auf einen Normwert bezogenen Abgasdruckes Prel in mbar über dem Kurbelwinkel e in °KW. Dabei wird beispielhaft von einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine 1 ausgegangen. In 3 ist jeder Zylinder befeuert und weist eine Signalschwankung zwischen etwa 55 und 105 mbar für den zugeordneten relativen Abgasdruck Prel während der Befeuerung auf. Dabei ist in 3 mit dem Bezugszeichen 200 ein unterer Grenzwert gekennzeichnet, der etwa bei 55 mbar liegt und von den Signalschwankungen des Abgasdruckes im befeuerten Betrieb eines Zylinders nicht unterschritten wird. Der untere Grenzwert 200 kennzeichnet somit einen unteren Grenzwert für die Amplitude des relativen Abgasdruckes Prel. Ferner ist in 3 mit dem Bezugszeichen 205 ein Mittelwert des relativen Abgasdruckes Prel gekennzeichnet. Der Abgasdruck beaufschlagt das Bypassventil 5 mit einer zum Abgasdruck proportionalen Kraft und erzeugt somit am Ausgang des Lagesensors 15 ein zum relativen Abgasdruck Prel proportionales Spannungssignal. Somit kann der oben beschriebene vorgegebene Schwellwert für die Amplitude der Signalschwankungen des Lagesensors 15 proportional zum unteren Grenzwert 200 gewählt werden, wobei der vorgegebene Schwellwert in vorteilhafter Weise noch um einen Toleranzanstand für Messungenauigkeiten und einstreuende Störsignale verringert werden kann.
5 zeigt ausgehend von 3 ebenfalls einen beispielhaften Verlauf des auf den Normwert bezogenen Abgasdruckes Prel in mbar über dem Kurbelwinkel e in °KW. Gleiche Bezugszeichen in 5 kennzeichnen dabei gleiche Elemente wie in 3. Im Unterschied zu 3 weist jedoch einer der Zylinder der Brennkraftmaschine 1, der in 5 mit „Zy1.2“ gekennzeichnet ist, einen Verbrennungsaussetzer auf.. Die diesem Zylinder zugeordneten Signalschwankungen des relativen Abgasdruckes Prel zwischen 480 und 600°KW unterschreiten den unteren Grenzwert 200 deutlich. Die führt dann auch zu einem Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes durch die Amplitude der Signalschwankungen des Lagesensors 15 und damit zu einer Fehlererkennung.
In 5 ist außerdem ein durch die Verbrennungsaussetzung des Zylinders „Zy1.2“ bewirkter modifizierter Mittelwert 210 des relativen Abgasdruckes Prel eingetragen, der vom Mittelwert 205 nach unten abweicht.
Die Extraktion der Signalschwankungen aus dem Signal des Lagesensors 15 kann von der Auswerteeinheit 35 abhängig von der Motordrehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist im Bereich des Zylinderblocks 60 ein Drehzahlsensor 65 angeordnet, der die Motordrehzahl nmot der Brennkraftmaschine 1 erfasst und den Messwert an die Auswerteeinheit 35 weiterleitet.
Ansonsten wird das Ausgangssignal des Lagesensors 15 der Motorsteuerung 85 zugeführt, wie in 1 dargestellt. Das Ausgangssignal des Lagesensors 15 wird in der Motorsteuerung 85 zur optimalen Steuerung des Bypassventils 5 in dem Fachmann bekannter Weise genutzt und ermöglicht außerdem die Überwachung der Funktionsfähigkeit des elektrischen Antriebs 25.
Die Druckpulsationen der einzelnen befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 der Brennkraftmaschine 1 haben Druckpulsationen des Abgases im Abgasstrang 10 und dort insbesondere im Bypasskanal 80 zur Folge und erzeugen nun eine Kraft am Bypassventil 5 in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1, in denen das Bypassventil 5 nicht an einem mechanischen Anschlag anliegt. Diese Kraft wirkt über die Hebelmechanik 95 auch auf den elektrischen Antrieb, also den Elektromotor 25 zurück. Betrachtet man jetzt das Ausgangssignal des Lagesensors 15, hier des Widerstandes des Potentiometers, so ist dort ebenfalls eine Pulsation in Form einer oder mehrerer Signalschwankungen zu beobachten. In die Ladedruckregelung und damit die Ansteuerung des Bypassventils 5 mittels des Ansteuersignals AS geht diese Pulsation nicht ein, weil die Dynamik des verwendeten Regelkreises im Vergleich zu den zylinderindividuellen Schwankungen des Potentiometersignals aufgrund der Druckpulsationen der einzelnen befeuerten Zylinder langsam ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteinheit 35 einen Filter umfasst oder als Filter ausgebildet ist. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass die Auswerteeinheit 35 als Filter ausgebildet ist. Der Filter 35 sollte dabei so eingestellt sein, dass sein Durchlassbereich die beschriebenen Signalschwankungen des Ausgangssignals des Lagesensors 15 aufgrund der Druckpulsationen des Abgases im Abgasstrang 10 und dort insbesondere auch im Bypasskanal 80 durchlässt. Dabei sollte dieser Durchlassbereich einerseits nicht zu groß sein, damit eine unerwünschte Einkopplung von Störsignalen nicht fälschlicherweise zur Identifizierung als Druckschwankung des Abgases im Abgasstrang 10 und dort insbesondere im Bypasskanal 80 führt. Ferner sollte der Durchlassbereich des Filters 35 nicht zu klein gewählt werden, damit die Signalschwankungen des Ausgangssignals des Lagesensors 15 aufgrund der genannten Druckschwankungen des Abgases auch sicher extrahiert werden können. Die Frequenzbreite des Durchlassbereiches kann dabei bspw. auf einem Motorenprüfstand geeignet appliziert werden, um die oben genannten Forderungen zu erfüllen. Die Frequenz der beschriebenen Druckschwankungen im Abgas hängt von der aktuellen Motordrehzahl nmot ab. Deshalb sollte der Durchlassbereich des Filters 35 an die gerade aktuelle Motordrehzahl nmot angepasst werden. Dies kann bspw. dadurch geschehen, dass die Mittenfrequenz f_m des Durchlassbereiches des Filters 35 abhängig von der aktuellen Motordrehzahl nmot eingestellt wird. Zu diesem Zweck wird die Motordrehzahl nmot vom Drehzahlsensor 65 dem Filter 35 zugeführt. Dabei kann bspw. auf einem Prüfstand eine Kennlinie appliziert werden, die verschiedenen Motordrehzahlen nmot als Eingangsgröße jeweils eine Mittenfrequenz f_m zuordnet. Die Kennlinie ist in 1 mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet und ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 40, in der sie vorzugsweise auf einem Speichermedium abgelegt ist. Für die Applikation der Frequenzbreite des Durchlassbereiches des Filters 35 sowie der Kennlinie 100 können die Druckpulsationen im Abgas zusätzlich in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines Drucksensors im Abgasstrang 10 gemessen und mit dem Ausgangssignal des Lagesensors 15 verglichen werden.
Zwischen den einzelnen Messpunkten kann die Kennlinie 100 in vorteilhafter Weise interpoliert werden, um über den gesamten möglichen Drehzahlbereich eine zugehörige Mittenfrequenz f_m des Durchlassbereichs des Filter 35 zu liefern.
Somit kann die Lage des Durchlassbereiches über dessen Mittenfrequenz f_m ständig an die vom Drehzahlsensor 65 gemessene aktuelle Motordrehzahl nmot angepasst werden. Das Filter 35 kann dabei bspw. in Form einer Rechenvorschrift realisiert sein, deren Parameter nach bekannten Algorithmen so bestimmt werden, dass sich der gewünschte Durchlassbereich mit der Mittenfrequenz f_m ergibt. Im Extremfall kann der Durchlassbereich dabei so klein gewählt werden, dass er nur die Frequenz der durch die Druckpulsationen im Abgas bewirkten Signalschwankungen im Ausgangssignal des Lagesensors 15 durchlässt. Diese Frequenz entspricht dann im Idealfall der Mittenfrequenz f_m . Die gefilterten Signalschwankungen des Ausgangssignals des Lagesensors 15, die durch die Druckpulsationen im Abgas der Brennkraftmaschine 1 bedingt sind, liegen dann am Ausgang des Filters 35 und werden der Fehlererkennungseinheit 45 zugeführt. Der Fehlererkennungseinheit 45 ist außerdem von der Motorsteuerung 85 ein Befeuerungssignal B zugeführt, das angibt, wie viele der Zylinder des Zylinderblocks 60 gerade aktuell befeuert sind, d.h. mit Luft, Kraftstoff und - im Falle eines Ottmotors auch mit Fremdzündung - versorgt sind. Die Fehlererkennungseinheit 45 vergleicht dabei die Amplitude des Ausgangssignals des Filters 35 mit einem vorgegebenen Schwellwert. Ist mindestens einer der Zylinder des Zylinderblocks 60 gemäß dem Signal B befeuert und liegt die Amplitude des Ausgangssignals des Filters 35 und damit die Amplitude der vom Filter 35 herausgefilterten Signalschwankungen unter dem vorgegebenen Schwellwert, so erkennt die Fehlererkennungseinheit 45 einen Fehler und leitet bspw. eine der beschriebenen Fehlermaßnahmen ein. Dabei kann der vorgegebene Schwellwert abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden. Insbesondere kann der vorgegebene Schwellwert abhängig von der gemäß dem Signal B angegebenen Anzahl der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 gewählt werden. Je höher die Zahl der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 ist, desto höher kann auch der vorgegebene Schwellwert gewählt werden. Mit zunehmender Anzahl der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 steigt nämlich auch die Amplitude der Druckpulsationen im Abgas und damit auch die Amplitude der Signalschwankungen am Ausgang des Filters 35. Setzt die Verbrennung in einem oder mehreren der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 aus, so wirkt sich dies in einer Reduktion der Amplitude der Druckpulsationen im Abgas und damit auch in einer Reduktion der Amplitude des Signals am Ausgang des Filters 35 aus. Ist keiner der Zylinder befeuert, so wird das Signal B auf Null gesetzt. Der vorgegebene Schwellwert ist dabei für die jeweils zugeordnete Anzahl der aktuell befeuerten Zylinder so zu wählen, dass schon bei Verbrennungsaussetzung eines der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 die Amplitude des Signals am Ausgang des Filters 35 diesen vorgegeben Schwellwert sicher unterschreitet. Umgekehrt sollte der vorgegebene Schwellwert für die Zahl der aktuell befeuerten Zylinder so gewählt sein, dass im Falle des Ausbleibens von Verbrennungsaussetzern dieser vorgegebene Schwellwert von der Amplitude des Signals am Ausgang des Filters 35 sicher überschritten wird. Der vorgegebene Schwellwert kann weiterhin auch abhängig von mindestens einer weiteren Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 1, wie bspw. einem der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Luftmassenstrom, dem Ladedruck pl, dem Öffnungsgrad einer in 1 nicht dargestellten Drosselklappe in der Luftzufuhr 50, der Motordrehzahl nmot, und/oder mindestens einer weiteren Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden. Zu diesem Zweck kann bspw. auf einem Prüfstand ein Kennfeld appliziert werden, das den genannten Betriebsgrößen als Eingangsgrößen des Kennfeldes inklusive dem Signal B für die Anzahl der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 für verschiedene Messpunkte verschiedene vorgegebene Schwellwerte zuordnet, wobei dieses Kennfeld ebenfalls in einem Speicherbaustein der Vorrichtung 40 abgelegt sein kann. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 kann dann für den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1, der durch die entsprechenden Eingangsgrößen des Kennfeldes charakterisiert ist, der zugeordnete vorgegebene Schwellwert für die Fehlererkennung entnommen werden. Dabei kann das Kennfeld zwischen den einzelnen Messpunkten auch interpoliert werden, sodass für sämtliche Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 1, die durch die verwendeten Eingangsgrößen des Kennfeldes charakterisiert sind, jeweils ein zugeordneter vorgegebener Schwellwert für die Fehlererkennung erhalten werden kann.
Bei der Applikation des Kennfeldes auf dem Prüfstand ist dabei für die jeweilige Anzahl der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 ein vorgegebener Schwellwert für die aktuellen Werte der als Eingangsgrößen des Kennfeldes verwendeten übrigen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu wählen, der ohne Verbrennungsaussetzer unterhalb der Amplitude des Ausgangssignals des Filters 35 und mit mindestens einem Verbrennungsaussetzer bei einem der aktuell befeuerten Zylinder sicher oberhalb der Amplitude des Ausgangssignals des Filters 35 liegt.
Die beschriebene Erkennung von Fehlern bei der Verbrennung, in diesem Ausführungsbeispiel die Erkennung von Verbrennungsaussetzung bei mindestens einem aktuell befeuerten Zylinder und damit die Erkennung einer unerwünschten Verbrennungsaussetzung setzt, wenn sie zuverlässig sein soll voraus, dass die Signalerzeugung durch den Lagesensor 15 fehlerfrei ist. Wie beschrieben wird das Ausgangssignal des Lagesensors 15 auch der Motorsteuerung 85 zugeführt. Dies dient neben der beschriebenen Optimierung der Ansteuerung des Bypassventils 5 auch zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des elektrischen Antriebs 25 in dem Fachmann bekannter Weise. Liegt hier ein Fehler vor, so ist die Signalerzeugung durch den Lagesensor 15 möglicherweise fehlerhaft und damit die beschriebene Fehlererkennung durch die Fehlererkennungseinheit 45 nicht mehr zuverlässig. Erkennt deshalb die Motorsteuerung 85 eine fehlerhafte Funktionsfähigkeit des elektrischen Antriebs 25, so setzt sie das Signal B auf Null. Dies entspricht dem Fall, dass keiner der Zylinder des Zylinderblocks 60 befeuert ist, sodass der vorgegebene Schwellwert ebenfalls auf Null gesetzt wird. Eine Fehlererkennung durch die Fehlererkennungseinheit 45 ist dann nicht mehr möglich, weil der Wert Null des vorgegebenen Schwellwertes durch die Amplitude des Ausgangssignals des Filters 35 nicht mehr unterschritten werden kann. Auf diese Weise wird die Fehlererkennung durch die Fehlererkennungseinheit 45 deaktiviert. Die Fehlererkennungseinheit 45 ist somit nur dann aktiviert, wenn das Signal B der Motorsteuerung 85 größer als Null ist, das bedeutet, wenn bei Befeuerung mindestens eines Zylinders das Ausgangssignal des Lagesensors 15 von der Motorsteuerung 85 und damit die Signalerzeugung durch den Lagesensor 15 nicht als fehlerhaft erkannt wird. Dabei kann ein Fehler bei der Signalerzeugung auch in einer fehlerhaften Funktion des Lagesensors 15 oder in einer fehlerhaften Funktion des Bypassventils 5 oder in einer fehlerhaften Funktion der Hebelmechanik 95 begründet sein. In allen diesen Fällen wird die Motorsteuerung 85 das Ausgangssignal des Lagesensors 15 als fehlerhaft erkennen.
Die Überwachung des Ausgangssignals des Lagesensors 15 durch die Motorsteuerung 85 kann bspw. dadurch erfolgen, dass das Ausgangssignal des Lagesensors 15 in der Motorsteuerung 85 mit einem Ausgangssignal eines Lagesensors zur Ermittlung der Lage des Bypassventils 5 plausibilisiert wird. Ein solcher Lagesensor zur Erfassung der Position des Bypassventils 5 und dessen Weiterleitung an die Motorsteuerung 85 ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 kann auch die Funktionsfähigkeit des Lagesensors 15, des Elektromotors 25, der Hebelmechanik 95 und des Bypassventils 5 überwacht werden. Wenn mindestens einer der Zylinder des Zylinderblocks 60 der Brennkraftmaschine 1 aktuell befeuert ist und sämtliche aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 fehlerfreie Verbrennungen aufweisen, d.h. insbesondere keine Verbrennungsaussetzung aufweisen, muss ein Signalanteil gemäß der Druckpulsationen im Abgas am Ausgang des Lagesensors 15 und damit auch am Ausgang des Filters 35 auftreten. Erscheint jedoch am Ausgang des Lagesensors 15 nur ein konstantes Signal ohne Pulsationsanteil und damit am Ausgang des Filters 35 kein Signal und damit keine Signalamplitude, so liegt ein fehlerhafter Zustand des Lagesensors 15, des Elektromotors 25, der Hebelmechanik 95 und/oder des Bypassventils 5 vor. Somit kann für den Fall einer fehlerfreien Verbrennung, insbesondere einer Verbrennung ohne Verbrennungssaussetzer in den aktiv befeuerten Zylindern des Zylinderblocks 60, bei Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes durch die Amplitude der Signalschwankungen am Ausgang des Filters 35 ein Fehler bei der Signalerzeugung, insbesondere aufgrund einer fehlerhaften Funktion des Lagesensors 15, des Elektromotors 25, der Hebelmechanik 95 und/oder des Bypassventils 5 von der Fehlererkennungseinheit 45 detektiert werden. Die fehlerfreie Verbrennung kann dabei in herkömmlicher Weise bspw. mit Hilfe eines Drucksensors im Abgasstrang 10 zur Messung und Überwachung von Druckpulsationen im Abgas oder auf andere, dem Fachmann bspw. aus dem oben erwähnten Stand der Technik bekannte Weise von der Motorsteuerung 85 ermittelt werden. Dies ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Für den Fall einer detektierten fehlerhaften Verbrennung, also einer Verbrennung mit Verbrennungsaussetzern bei mindestens einem der aktiv befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 kann die Motorsteuerung 85 wie zuvor beschrieben das Signal B wieder zu Null setzen, wodurch die Fehlererkennungseinheit 45 in der zuvor beschriebenen Weise deaktiviert und damit die beschriebene Fehlererkennung bei der Signalerzeugung ausgeschaltet wird. Ansonsten wird von der Fehlererkennungseinheit 45 ein Fehler bei der Signalerzeugung erkannt, wenn die Amplitude des Signals am Ausgang des Filters 35 unter dem gerade vorgegebenen Schwellwert liegt. Andernfalls wird kein Fehler bei der Signalerzeugung erkannt. Der vorgegebene Schwellwert wird dabei wie zuvor beschrieben gewählt, wobei das Signal B wiederum die Anzahl der aktuell befeuerten Zylinder des Zylinderblocks 60 angibt, es sei denn die Verbrennung ist wie beschrieben fehlerhaft, sodass dann B = Null gesetzt wird.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein zeitlicher oder kurbelwinkelbezogener Gradient des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals von der Auswerteeinheit 35 ausgewertet. Dazu bildet die Auswerteinheit 35, die nun nicht mehr ausschließlich als Filter ausgebildet ist, den beschriebenen Gradienten des Signals des Lagesensors 15, wobei jedoch das Signal des Lagesensors 15 in der zum ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise gefiltert werden kann, um die Signalschwankungen zu extrahieren. Die Fehlererkennungseinheit 45, der der Gradient zugeführt wird, prüft nun für den Fall des befeuerten Betriebes der Brennkraftmaschine 1, ob der Gradient länger als eine vorgegebene Zeit oder für einen Kurbelwinkelbereich über einen vorgegebenen Winkelbereich hinaus sein Vorzeichen beibehält. Die vorgegebene Zeit bzw. der vorgegebene Winkelbereich ist beispielsweise auf einem Prüfstand so zu applizieren, dass eine eindeutige und zuverlässige Unterscheidung eines befeuerten Zylinders mit oder ohne Verbrennungsaussetzer möglich ist. Dabei ist im Falle der vorgegebenen Zeit die aktuelle Motordrehzahl bei der Applikation zu berücksichtigen. Wie in 5 erkennbar, sinkt die Amplitude des relativen Abgasdruckes Prel beim befeuerten Zylinder „Zy1.2“ mit Verbrennungsaussetzung bei etwa 480 °KW weiter ab, anstatt wie in 3 im Falle ohne Verbrennungsaussetzung dort nach einem relativen Minimum beim Übergang der Befeuerung vom Zylinder „Zy1.6“ zum Zylinder „Zy1.2“ wieder anzusteigen. Ohne Verbrennungsaussetzung würde also ein Vorzeichenwechsel des Gradienten des relativen Abgasdruckes Prel und damit des dazu proportionalen ggfs. gefilterten Signals des Lagesensors 15 ergeben. Mit Verbrennungsaussetzung bleibt ein solcher Vorzeichenwechsel aus. Wie 5 zu entnehmen ist, bleibt in diesem Fall eine Lücke im zeitlichen oder kurbelwinkelbezogenen periodischen Verlauf der Vorzeichenwechsel, die bei geeigneter Applikation der vorgegebenen Zeit bzw. des vorgegebenen Winkelbereichs erkannt wird. Dasselbe gilt für den Kurbelwinkel von etwa 600°, bei dem der Zylinder „Zy1.2“ vom Zylinder „Zy1.4“ bei der Befeuerung abgelöst wird. Somit ergeben sich pro befeuertem Zylinder mit Verbrennungsaussetzung zwei Lücken im ansonsten periodischen Verlauf der Vorzeichenwechsel des Gradienten. Nicht befeuerte Zylinder führen dabei ebenfalls zu jeweils zwei solcher Lücken im Verlauf des Vorzeichenwechsels des Gradienten.
Über das Signal B erhält die Fehlererkennungseinheit 45 die Information, wie viele der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 aktuell befeuert sind. Durch Vergleich der mit Hilfe der vorgegebenen Zeit bzw. dem vorgegebenen Winkelbereich ermittelten Anzahl der Lücken im Verlauf des Vorzeichenwechsels des Gradienten mit der Anzahl zulässiger Lücken aufgrund der Anzahl nicht befeuerter Zylinder gemäß dem Signal B erkennt die Fehlererkennungseinheit 45 somit bei einer Abweichung einen Fehler.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird von der Auswerteeinheit 35 ein zeitlicher Mittelwert des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet. Dazu bildet die Auswerteinheit 35, die nun ebenfalls nicht mehr ausschließlich als Filter ausgebildet ist, den beschriebenen Mittelwert des Signals des Lagesensors 15, wobei jedoch das Signal des Lagesensors 15 in der zum ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise gefiltert werden kann, um die Signalschwankungen zu extrahieren. Die Fehlererkennungseinheit 45, der der Mittelwert zugeführt wird, prüft nun für den Fall des befeuerten Betriebes der Brennkraftmaschine I, ob der Mittelwert betragsmäßig um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert von einem vorgegebenen Wert abweicht. In diesem Fall wird ein Fehler erkannt.
Der vorgegebene Wert für den Mittelwert kann beispielsweise auf einem Prüfstand abhängig von der Zahl der aktuell befeuerten Zylinder und bei fehlerfreier Verbrennung, insbesondere ohne Verbrennungsaussetzer, appliziert werden. Sind alle Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ohne Verbrennungsaussetzer befeuert, so ergibt sich als vorgegebener Wert für den Mittelwert gemäß dem Beispiel nach 3 der Mittelwert 205 als vorgegebener Wert. Mit abnehmender Zahl der befeuerten Zylinder ohne Verbrennungsaussetzer reduziert sich der vorgegebene Wert für den Mittelwert, weil der relative Abgasdruck Prel für die Kurbelwinkelbereiche der nicht befeuerten Zylinder abfällt. Der tatsächlich vorliegende Mittelwert ist im Falle einer Befeuerung aller Zylinder und mit Verbrennungsaussetzung bei einem der Zylinder gemäß 5 auf den Wert 210 abgesunken.
Somit ist je nach Zahl der aktuell befeuerten Zylinder ein anderer Wert für den Mittelwert vorgegeben. Der sich tatsächlich einstellende Mittelwert wird dann von der Fehlererkennungseinheit 45 mit dem vorgegebenen Mittelwert verglichen. Überschreitet die Differenz der beiden Werte betragsmäßig den vorgegebenen Toleranzwert, so erkennt die Fehlererkennungseinheit 45 einen Fehler. Der vorgegebene Toleranzwert kann unabhängig von der Zahl der befeuerten Zylinder vorgegeben werden. Er kann beispielsweise auf einem Prüfstand so appliziert werden, dass Abweichungen vom vorgegebenen Mittelwert, die sich aufgrund von Messungenauigkeiten, beispielsweise durch den Lagesensor 15, oder durch einstreuende Störsignale ergeben, noch nicht zur Fehlererkennung führen, andererseits aber Fehler der Verbrennung, insbesondere Verbrennungsaussetzer, sicher erkannt werden.
Der vorgegebene Toleranzwert kann alternativ auch abhängig von der Zahl der aktuell befeuerten Zylinder appliziert werden. Mit abnehmendem vorgegebenem Mittelwert kann auch der vorgegebene Toleranzwert kleiner gewählt werden, um keinen Verlust an Empfindlichkeit bei der Fehlererkennung zuzulassen.
Der jeweilige vorgegebene oder von der Auswerteeinheit 35 ermittelte tatsächlich vorliegende Mittelwert ist immer als Mittelwert über 720°KW zu verstehen.
Da es je nach Anzahl der befeuerten Zylinder mit Verbrennungsaussetzern zu einer unterschiedlichen Abweichung des tatsächlich vorliegenden Mittelwertes vom vorgegebenen Mittelwert kommt, kann die Fehlererkennungseinheit 45 aus dem Ausmaß der Abweichung auf die Zahl der befeuerten Zylinder mit Verbrennungsaussetzern bzw. allgemein mit Fehlern bei der Verbrennung schließen. Dabei ist die Abweichung umso größer, je größer die Zahl der aktuell befeuerten Zylinder mit Verbrennungsaussetzern ist. So kann für jede mögliche Anzahl von befeuerten Zylindern mit Verbrennungsaussetzer ein unterschiedlicher vorgegebener Toleranzwert appliziert werden. Mit zunehmender Zahl von befeuerten Zylindern mit Verbrennungsaussetzer steigt dabei der vorgegebene Toleranzwert. Überschreitet die Abweichung aus vorgegebenem und ermitteltem tatsächlich vorgegebenem Mittelwert betragsmäßig den Toleranzwert für eine bestimmte erste Anzahl befeuerter Zylinder mit Verbrennungsaussetzer jedoch nicht den Toleranzwert für die nächst höhere Anzahl befeuerter Zylinder mit Verbrennungsaussetzer, so erkennt die Fehlererkennungseinheit 45 Fehler bei der Verbrennung der ersten Anzahl von befeuerten Zylindern.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird von der Auswerteeinheit 35 ein Frequenzspektrum des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet. Dazu bildet die Auswerteinheit 35, die nun ebenfalls nicht mehr ausschließlich als Filter ausgebildet ist, das beschriebene Frequenzspektrum des Signals des Lagesensors 15, beispielsweise durch Fourieranalyse, wobei jedoch das Signal des Lagesensors 15 in analoger Weise wie zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben gefiltert werden kann, um solche Frequenzanteile des Signals des Lagesensors 15 zu extrahieren, die ausschließlich durch Fehler bei der Verbrennung, insbesondere Verbrennungsaussetzer, entstehen. Die entsprechenden Frequenzen können beispielsweise auf einem Prüfstand ermittelt werden. Der Durchlassbereich des Filters ist dann so einzustellen, dass die durch die Fehler der Verbrennung erzeugten Frequenzanteile des Signals des Lagesensors 15 durchgelassen werden. Die Fehlererkennungseinheit 45, der das Frequenzspektrum zugeführt wird, prüft nun, ob mindestens ein Frequenzanteil des Frequenzspektrums, der für einen Verbrennungsaussetzer charakteristisch ist bzw. nur durch einen Fehler bei der Verbrennung bedingt ist, mit einer über einem vorgegebenen Toleranzwert liegenden Amplitude auftritt. In diesem Fall wird ein Fehler erkannt. Dabei kann ein einziger Toleranzwert für alle allein durch Fehler bei der Verbrennung bedingte Frequenzanteile beispielsweise auf einem Prüfstand so appliziert werden, dass Störungen durch Messungenauigkeiten oder einstreuende Störsignale noch nicht zur Fehlererkennung fuhren, andererseits Fehler der Verbrennung, insbesondere Verbrennungsaussetzer, sicher erkannt werden.
Alternativ kann auch für jeden allein durch Fehler bei der Verbrennung bedingten Frequenzanteil ein eigener vorgegebener Toleranzwert in entsprechender Weise appliziert werden.
Die Ermittlung des Frequenzspektrums sowie der allein durch Fehler bei der Verbrennung bedingte Frequenzanteile des Signals des Lagesensors 15 und damit - im Falle mehrerer verschiedener vorgegebener Toleranzwerte - die Applikation der vorgegebenen Toleranzwerte erfolgt aufgrund deren Abhängigkeit von der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine ebenfalls abhängig von der Motordrehzahl.
4 zeigt ein Frequenzspektrum des relativen Abgasdruckes Prel in mbar über der Frequenz f für eine Motordrehzahl von 3000 Umdrehungen/Minute, das dem zeitlichen Verlauf des relativen Abgasdruckes Prel ohne Fehler bei der Verbrennung zugeordnet ist. 6 zeigt ein Frequenzspektrum des relativen Abgasdruckes Prel in mbar über der Frequenz f für eine Motordrehzahl von 3000 Umdrehungen/Minute, das dem zeitlichen Verlauf des relativen Abgasdruckes Prel mit Fehlern bei der Verbrennung zugeordnet ist. Ein Vergleich der Diagramme gemäß 4 und 6 zeigt für den Fehlerfall zusätzliche signifikante Frequenzanteile des relativen Abgasdruckes Prel und damit auch des Signals des Lagesensors 15 im Bereich der ersten, zweiten, vierten und fünften Motorharmonischen. Detektiert also die Fehlererkennungseinheit 45 im von der Auswerteeinheit 35 gelieferten Frequenzspektrum entsprechende Frequenzanteile über dem zugeordneten vorgegebenen Toleranzwert von z.B. 2mbar, so wird ein Fehler detektiert. 6 zeigt außerdem einen stark erhöhten Frequenzanteil bei der dritten Motorharmonischen im Vergleich zu 4. Somit können für die Fehlererkennung auch solche Frequenzanteile des Signals des Lagesensors 15 von der Fehlererkennungseinheit 45 untersucht werden, die sich nicht allein durch Fehler bei der Verbrennung ergeben, sondern auch ohne solche Fehler. Auch diese Frequenzanteile sind für einen Fehler der Verbrennung, insbesondere einen Verbrennungsaussetzer, charakteristisch. Für diese Frequenzanteile ist dann jeweils ein vorgegebener Toleranzwert beispielsweise auf einem Prüfstand so geeignet zu applizieren, dass Störungen durch Messungenauigkeiten oder einstreuende Störsignale noch nicht zur Fehlererkennung führen, andererseits Fehler der Verbrennung, insbesondere Verbrennungsaussetzer, sicher erkannt werden.
So kann beispielsweise der vorgegebene Toleranzwert für die dritte Motorharmonische etwas größer als der Amplitudenwert für die dritte Motorharmonische ohne Verbrennungsaussetzer gewählt werden, gemäß dem Beispiel nach 3 beispielsweise bei etwa 4mbar.
Gemäß einer alternativen fünften Ausführungsform, die eine Abwandlung der vierten Ausführungsform darstellt, kann es auch vereinfachend vorgesehen sein, auf die Ermittlung des Frequenzspektrums in der Auswerteeinheit 35 zu verzichten und statt dessen ein oder mehrere Filter in der Auswerteeinheit 35 anzuordnen, die jeweils gerade einen Frequenzanteil des Signals des Lagesensors 15 durchlassen, der allein durch Fehler bei der Verbrennung bedingt ist. Am Ausgang des jeweiligen Filters der Auswerteeinheit 35 prüft dann die Fehlererkennungseinheit die Amplitude des entsprechend durchgelassenen Filteranteils auf Überschreiten des zugeordneten oder des allgemein vorgegebenen Toleranzwertes, wobei ein Fehler erkannt wird, wenn mindestens ein Filterausgang den zugeordneten vorgegebenen Toleranzwert überschreitet.
Zusätzlich oder alternativ kann natürlich auch mindestens ein Filter in der Auswerteeinheit vorgesehen sein, dessen Durchlassbereich so gewählt ist, dass gerade ein Frequenzanteil des Signals des Lagesensors 15 durchgelassen wird, der auch ohne Fehler bei der Verbrennung von Null verschieden ist und dessen Ausgang von der Fehlererkennungseinheit 45 wie oben für die dritte Motorharmonische beispielhaft beschrieben mit dem dafür vorgegebenen Toleranzwert zur Fehlererkennung verglichen wird.
Beim vierten und beim fünften Ausführungsbeispiel ist die Verwendung des Signals B zur Erkennung von Fehlern bei der Verbrennung nicht mehr erforderlich, da diese Fehlererkennung von der Anzahl der befeuerten Zylinder unabhängig ist.
In 2 ist ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei kennzeichnen in 2 gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in 1. Aufbau und Funktion der Ausführungsform nach 2 ist identisch mit Aufbau und Funktion der Ausführungsform nach 1 mit einem einzigen Unterschied: beim Ausführungsbeispiel nach 2 wird das Bypassventil 5 durch einen mit dem Bypassventil 5 über die Hebelmechanik 95 verbundenen Anker 30 in einem Magnetfeld einer Ansteuerspule 20 auf den gewünschten Öffnungsgrad eingestellt, wobei das Ansteuersignal AS von der Motorsteuerung 85 der Ansteuerspule 20 zugeführt ist. In dem Fall dient die Ansteuerspule 20 als Signalerzeugungseinheit, sodass kein zusätzlicher Lagesensor wie bei der Ausführungsform nach 1 erforderlich ist. Das Ausgangssignal der Ansteuerspule 20, das dem Ansteuersignal AS zuzüglich der in der Ansteuerspule 20 durch eine evtl. Bewegung des Ankers 30 induzierten Spannung entspricht, wird dann dem Filter 35 einerseits zur Signalauswertung und der Motorsteuerung 85 andererseits zur Optimierung der Steuerung des Bypassventils 5 und zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Ankers 30, der Ansteuerspule 20, der Hebelmechanik 95 und des Bypassventils 5 zugeführt. Die Signalauswertung in der Vorrichtung 40 und die Ansteueroptimierung sowie die Überwachung in der Motorsteuerung 85 laufen dann in der zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschriebenen Weise ab. Beim Ausführungsbeispiel nach 2 kann das Bypassventil 5 bspw. als elektrisches Hubventil ausgebildet sein. Durch den Abgasdruck wird das Bypassventil 5 und damit der damit verbundene Anker 30 im Magnetfeld der Ansteuerspule 20 bewegt. Auf den elektrischen Leitungen von der Ansteuerspule 20 zur Vorrichtung 40 kann dann die dadurch induzierte Spannung beobachtet werden. Wieder ist je nach Ausführungsbeispiel nur der Wechselanteil in dem durch die Druckpulsationen im Abgas bedingten Frequenzbereich oder sind nur die für einen Fehler bei der Verbrennung charakteristischen Frequenzanteile des Signals der Ansteuerspule 20 von Interesse und wird bzw. werden beispielsweise durch ein oder mehrere Filter der Auswerteeinheit 35 in der beschriebenen Weise gefiltert. Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach 2 entspricht ansonsten der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach 1.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird somit eine neue Diagnosemöglichkeit vorgeschlagen, die dem Prinzip der Messung und Überwachung von Druckpulsationen im Abgas, d.h. im Abgasstrang 10 und dort insbesondere im Bypasskanal 80 zuzuordnen ist. Dabei ist kein spezieller Druckgeber bzw. Drucksensor erforderlich. Stattdessen werden Sensoren, wie bspw. der Lagesensor 15 oder die Ansteuerspule 20 als Signalerzeugungsmittel verwendet, die sowieso schon im Zusammenhang mit der Ansteuerung des Bypassventils 5 zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen sind.
Lediglich beispielhaft wurde zuvor beschrieben, wie die Überwachung der Druckpulsationen am Bypassventil 5 durchgeführt werden kann. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung des Bypassventils 5 als Stellglied für die beschriebene Fehlererkennung beschränkt. Vielmehr kann für die Realisierung der Erfindung auch ein Stellglied an beliebiger anderer Stelle im Abgasstrang 10 der Brennkraftmaschine 1 verwendet werden, das den beschriebenen Druckpulsationen im Abgas ausgesetzt ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Stellglied (5) in einem Abgasstrang (10) der Brennkraftmaschine (1) und mit Signalerzeugungsmitteln (15, 20) zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit einer Einstellung des Stellgliedes (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert für eine charakteristische Eigenschaft des Signals mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und dass abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) ein Fehler erkannt wird, wobei Signal auf Signalschwankungen als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) eine Amplitude der Signalschwankungen einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, ein Fehler erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher oder kurbelwinkelbezogener Gradient des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) der Gradient länger als eine vorgegebene Zeit oder für einen Kurbelwinkelbereich über einem vorgegebenen Winkelbereich hinaus sein Vorzeichen beibehält, ein Fehler erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Mittelwert des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) der Mittelwert betragsmäßig um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert von einem vorgegebenen Wert abweicht, ein Fehler erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzspektrum des Signals als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) mindestens ein Frequenzanteil des Frequenzspektrums, der für einen Fehler bei der Verbrennung, einen Verbrennungsaussetzer, charakteristisch ist, mit einer über einem vorgegebenen Toleranzwert liegenden Amplitude auftritt, ein Fehler erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Stellgliedes (5) oder eines elektrischen Antriebs (25) zur Einstellung des Stellgliedes (5) durch einen Lagesensor (15), ein Potentiometer, erfasst wird und dass als Signalerzeugungsmittel (15, 20) zur Erzeugung des Signals in Abhängigkeit der Einstellung des Stellgliedes (5) der Lagesensor (15) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (5) durch einen mit dem Stellglied (5) verbundenen Anker (30) in einem Magnetfeld einer Ansteuerspule (20) eingestellt wird und dass als Signalerzeugungsmittel (15, 20) zur Erzeugung des Signals in Abhängigkeit der Einstellung des Stellgliedes (5) die Ansteuerspule (20) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Signalerzeugungsmittel (15, 20) gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filterung mindestens ein Filter (35) verwendet wird, dessen Durchlassbereich abhängig von einer Motordrehzahl der Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall von fehlerfreier Signalerzeugung abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) ein Fehler bei der Verbrennung, insbesondere Verbrennungsaussetzung, detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall einer fehlerfreien Verbrennung, einer Verbrennung ohne Verbrennungsaussetzer, abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) ein Fehler bei der Signalerzeugung, aufgrund einer fehlerhaften Funktion der Signalerzeugungsmittel (15, 20) oder des Stellgliedes (5), detektiert wird.
Vorrichtung (40) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Stellglied (5) in einem Abgasstrang (10) der Brennkraftmaschine (1) und mit Signalerzeugungsmitteln (15, 20) zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit einer Einstellung des Stellgliedes (5), dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorrichtung (40) Auswertemittel (35) vorgesehen sind, die das Signal auf eine charakteristische Eigenschaft des Signals auswerten und dass die Vorrichtung (40) Fehlererkennungsmittel (45) umfasst, die einen Wert für die charakteristische Eigenschaft des Signals mit einem vorgegebenen Wert vergleichen und abhängig von einer Abweichung des Wertes für die charakteristische Eigenschaft des Signals vom vorgegebenen Wert in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) einen Fehler erkennen, wobei das Signal auf Signalschwankungen als charakteristische Eigenschaft des Signals ausgewertet wird und dass für den Fall, in dem in einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine (1) eine Amplitude der Signalschwankungen einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, ein Fehler erkannt wird.