DE102005018271B4

DE102005018271B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders

Info

Publication number: DE102005018271B4
Application number: DE102005018271.2A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wild; Michael Nau; Lutz Reuschenbach; Sabine Wegener; Michael Drung; Norbert Mueller; Patrick Menold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: DE102005018271A1

Abstract

Verfahren zur Diagnose eines Schubumluftventils (13) eines Verdichters (9), wobei ein Signal eines Drucksensors (6) stromab des Verdichters (9) ausgewertet wird, wobei mindestens eine charakteristische Größe des Signals des Drucksensors (6) ermittelt wird, wobei die mindestens eine charakteristische Größe mit mindestens einem vorgegebenen Wert verglichen wird und wobei abhängig vom Vergleichsergebnis die Funktion des Schubumluftventils (13) diagnostiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Diagnose, insbesondere nach einem Schließen eines Luftstellgliedes (4), insbesondere einer Drosselklappe, stromab des Verdichters (9) geprüft wird, ob ein positiver zeitlicher Gradient des Signals des Drucksensors (6) vorliegt, und dass in diesem Fall eine Fehlfunktion des Schubumluftventils (13) diagnostiziert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
In der DE 197 12 850 A1 ist eine Vorgehensweise zum Steuern eines Schubumluftventils eines Laders einer Brennkraftmaschine bekannt, das mittels eines von einem elektronischen Steuergerät ausgegebenen elektrischen Steuersignals gesteuert wird. Beim Öffnen des Schubumluftventils wird eine den Verdichter des Laders im Saugrohr überbrückende Schubumluftleitung geöffnet und auf diese Weise ein Strömungsabriss am Verdichter des Laders bei plötzlichem Lastwechsel vom Ladebetrieb in den Leerlauf (Saugrohrdruck größer als Umgebungsdruck) verhindert. Lässt sich das Schubumluftventil beispielsweise infolge Vereisung oder anderer Ursachen, die zu einem Klemmen des Ventils führen, nicht öffnen, so tritt der Strömungsabriss auf und verursacht Pulsationsgeräusche im Ansaugtrakt des Motors. Durch ungünstige Luftführung können durch diesen Strömungsabriss extreme Pulsationen entstehen, die bei häufigem Auftreten Lagerschäden am Turbolader bewirken können. Es besteht also der Bedarf, eine Diagnose eines solchen Schubumluftventils anzugeben, insbesondere eine Vorgehensweise zu beschreiben, mit der sicher und zuverlässig ein geschlossen klemmendes Schubumluftventil erkannt werden kann.
Die korrekte Funktionsweise des Schubumluftventils wird also mittels einer Diagnosefunktion überwacht. Die Diagnosefunktion wird aktiviert, wenn das Schubumluftventil angesteuert wird, um ein Verdichterpumpen des Laders zu verhindern. Dabei wird beispielsweise der durch einen Luftmassenmesser gemessene, dem Motor zugeführte Luftmassenstrom auf Pulsationen untersucht. Wenn solche Pulsationen trotz einem zur Öffnung angesteuerten Schubumluftventil auftreten, bedeutet dies, dass der Verdichter des Laders sich in einem Zustand des Verdichterpumpens befindet und daher das Schubumluftventil trotz entsprechender Ansteuerung nicht geöffnet hat.
Aus der DE 10111 271 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders bekannt. Dabei wird eine Fehlfunktion des Schubumluftventils erkannt, wenn nach einer negativen Laständerung Pulsationen in einem die Füllung der Brennkraftmaschine repräsentierenden Signal oder einem daraus abgeleiteten Signal erkannt werden. Dabei wird das die Füllung der Brennkraftmaschine repräsentierende Signal aus einem zugeführten Luftmassensignal oder einem gemessenen Saugdrucksignal ermittelt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose eines Schubumluftventils eines Laders mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass mindestens eine charakteristische Größe des Signals des Drucksensors ermittelt wird, dass die mindestens eine charakteristische Größe mit mindestens einem vorgegebenen Wert verglichen wird und dass abhängig vom Vergleichsergebnis die Funktion des Schubumluftventils diagnostiziert wird. Auf diese Weise kann die Funktion des Schubumluftventils direkt anhand des Signals des Drucksensors diagnostiziert werden, ohne dass die Ermittlung eines Luftmassenstroms mittels eines Luftmassenmessers erforderlich ist. Dies ist insbesondere bei aufladbaren Motoren von Vorteil, bei denen zwar mindestens ein Drucksensor verbaut ist, aber kein Luftmassenmesser, sodass kein von einem Luftmassenmesser gemessener Luftmassenstrom zur Diagnose des Schubumluftventils herangezogen werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich jedoch auch in diesem Fall die Funktion des Schubumluftventils diagnostizieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach einem Schließen eines Luftstellgliedes, insbesondere einer Drosselklappe, stromab des Laders geprüft wird, ob ein positiver zeitlicher Gradient des Signals der Drucksensors vorliegt, und dass in diesem Fall eine Fehlfunktion des Schubumluftventils diagnostiziert wird. Da die Ermittlung des zeitlichen Gradienten des Signals des Drucksensors wenig aufwendig ist, ergibt sich somit eine einfache und dennoch zuverlässige Diagnose der Funktion des Schubumluftventils.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Eine besonders einfache Diagnose der Funktion des Schubumluftventils ergibt sich dabei, wenn das Signal des Drucksensors an mindestens einer Stelle mit einem Referenzsignal verglichen wird und wenn für den Fall einer betragsmäßig über einem vorgegebenen Schwellwert liegenden Abweichung eine Fehlfunktion des Schubumluftventils diagnostiziert wird.
Dabei kann das Referenzsignal ein gefiltertes oder modelliertes Ladedrucksignal sein. Das Referenzsignal kann auf diese Weise frei von Einflüssen durch eine Fehlfunktion des Schubumluftventils zur Verfügung gestellt werden und ermöglicht so einen aussagekräftigen Vergleich mit dem Signal des Drucksensors für eine zuverlässige Diagnose einer Fehlfunktion des Schubumluftventils.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn als charakteristische Größe des Signals des Drucksensors eine Frequenz des Signals des Drucksensors mit einer Referenzfrequenz verglichen wird und wenn abhängig vom Vergleichsergebnis eine Fehlfunktion des Schubumluftventils diagnostiziert wird. Auf diese Weise lassen sich im Signal des Drucksensors Pulsationen aufgrund eines fehlerhaft sperrenden Schubumluftventils und damit die Fehlfunktion des Schubumluftventils ebenfalls zuverlässig diagnostizieren.
Die Zuverlässigkeit der Diagnose wird erhöht, wenn das Signal des Drucksensors, insbesondere mittels eines Hochpasses oder Bandpasses gefiltert wird. Durch diese Filterung können gezielt Pulsationen aufgrund eines fehlerhaft geschlossenen Schubumluftventils extrahiert und damit besser und genauer detektiert werden, sodass die Diagnose einer Fehlfunktion des Schubumluftventils noch zuverlässiger wird.
Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, wenn eine untere Grenzfrequenz eines Durchlassbereichs eines zur Filterung des Signals des Drucksensors verwendeten Filters so gewählt wird, dass sie kleiner als eine Frequenz von durch Verdichterpumpen entstehenden Pulsationen ist.
Die Zuverlässigkeit dieser Diagnosemöglichkeit kann dadurch erhöht werden, dass die Fehlfunktion nur dann diagnostiziert wird, wenn ein Anstieg des Signals des Drucksensors nach Detektion des positiven zeitlichen Gradienten einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Die Zuverlässigkeit der genannten Diagnosemöglichkeit kann auch dadurch erhöht werden, dass die Fehlfunktion nur dann diagnostiziert wird, wenn nach dem Schließen des Luftstellgliedes abwechselnd positive und negative zeitliche Gradienten des Signals des Drucksensors detektiert werden. Die Zuverlässigkeit der genannten Diagnosemöglichkeit kann darüber hinaus erhöht werden, wenn jeweils nach dem Gradientenwechsel der Anstieg bzw. der Abfall des Signals betragsmäßig jeweils einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Eine einfache und zuverlässige Diagnosemöglichkeit ist auch dadurch gegeben, dass das, insbesondere hochpaßgefilterte, Signal des Drucksensors mit einer ersten oberen Schwelle und mit einer zweiten unteren Schwelle, die kleiner als die erste obere Schwelle ist, verglichen wird, dass bei abwechselndem Überschreiten der ersten oberen Schwelle durch das Signal des Drucksensors und Unterschreiten der zweiten unteren Schwelle durch das Signal des Drucksensors jeweils ein Zählimpuls gesetzt wird und dass eine Fehlfunktion des Schubumluftventils diagnostiziert wird, wenn die Anzahl der Zählimpulse einen vorgegebenen Wert erreicht.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 ein schematisches Übersichtsbild eines Motors mit einem Turbolader, einem Schubumluftventil und einem elektronischen Steuergerät,
2 ein erstes Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 ein zweites Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4 einen zeitlichen Verlauf eines hochpaßgefilterten Signals eines Drucksensors,
5 einen Ablaufplan zur Erläuterung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung,
6 ein Diagramm von Ladedrucksignalen über der Zeit und
7 ein Diagramm eines Druckverhältnisses an einem Verdichter über einem unter Umständen temperaturkorrigierten Volumenstrom über den Verdichter.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saugrohr 2 und einem Abgaskanal 3. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Abgasturbolader ausgestattet, wobei eine Abgasturbine 8 im Abgaskanal 3 und ein Verdichter 9 im Saugrohr 2 angeordnet sind. Der Verdichter 9 wird über eine Welle 18 von der Abgasturbine 8 angetrieben. Die Abgasturbine 8 ist in bekannter Weise von einer Bypass-Leitung 10 überbrückt, in der ein Bypass-Ventil 11 angeordnet ist. Ein Ansteuersignal Ldtv für das Bypass-Ventil 11 wird in einem Steuergerät SG generiert. Die Steuerung des Bypass-Ventils 11 wird im folgenden nicht näher beschrieben, da sie dem Fachmann bekannt ist.
Der Verdichter 9 im Saugrohr 2 ist von einer Schubumluftleitung 12 überbrückt, über die Luft aus dem Saugrohr 2 an der Druckseite des Verdichters 9 in das Saugrohr 2 auf der Zugseite des Verdichters 9 rückgeführt werden kann. In die Schubumluftleitung 12 ist ein Schubumluftventil 13 (im gezeigten Ausführungsbeispiel pneumatisch gesteuert) eingefügt, das mit einer Steuerleitung 14 verbunden ist. Von dem Druck auf der Steuerleitung 14 hängt es ab, ob das Schubumluftventil 13 öffnet oder schließt.
Stromab des Verdichters 9 ist im Saugrohr 2 eine Drosselklappe 4 angeordnet. Außerdem ist im Saugrohr 2 stromauf der Drosselklappe 4 ein Drucksensor 6 zur Erfassung des Ladedruckes p angeordnet. Dabei liefert der Drucksensor 6 ein entsprechendes Messsignal des zeitlichen Verlaufs des Ladedruckes p an das Steuergerät SG.
In der Steuerleitung 14 befindet sich ein elektrisch steuerbares Magnetventil 15. Ist dieses Magnetventil 15 geschlossen, so steht die Steuerleitung 14 mit einer Leitung 16 in Verbindung, die in das Saugrohr 2 auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 einmündet. In diesem Fall liegt der auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 vorherrschende Druck am Schubumluftventil 13 an. Durch Schließen der Drosselklappe 4, zum Bsp. in einem Schubbetrieb eines von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Fahrzeugs, entsteht auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 ein Unterdruck. Hat dieser an das Schubumluftventil 13 gelangende Unterdruck eine gewisse Schwelle unterschritten, so öffnet das Schubumluftventil 13, sodass es über die Schubumluftleitung 12 zu einem Druckabbau auf der Druckseite des Verdichters 9 im Saugrohr 2 kommt. Der vom Verdichter 9 erzeugte Ladedruck auf der Aufstromseite der Drosselklappe 4 nimmt somit ab. Dadurch wird ein Schwingen des Ladedruckes vermieden.
Allein die Steuerung des Schubumluftventils 13 durch den Druck auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 führt zu einem nicht optimal definierten Öffnungs- bzw. Schließverhalten des Schubumluftventils 13. Dieser Mangel lässt sich dadurch beheben, dass unabhängig vom Druck im Saugrohr 2 auf der Abstromseite der Drosselklappe 4 das Schubumluftventil 13 steuerbar ist. Dazu ist an das elektrisch steuerbare Magnetventil 15 ein Unterdruckbehälter 17 angeschlossen. Wird das Magnetventil 15 geöffnet, so wird dem Schubumluftventil 13 ein Unterdruck aus dem Unterdruckbehälter 17 über die Steuerleitung 14 zugeführt, was zu einem sofortigen Öffnen des Schubumluftventils 13 führt. Von einem an dem Magnetventil 15 anliegenden Steuersignal B_Idsua hängt es ab, ob das Magnetventil 15 geöffnet oder geschlossen ist. Dieses Steuersignal B_Idsua wird vom Steuergerät SG erzeugt.
In anderen Ausführungsbeispielen wird anstelle des pneumatischen Schubumluftventils 13 und seiner Steuerung ein elektrisch steuerbares Ventil in die Schubumluftleitung 12 eingesetzt, das vom Steuergerät SG aus geöffnet und geschlossen wird. Aufgrund der oben geschilderten Problematik bei einem in geschlossener Stellung klemmenden Schubumluftventil 13 ist es wünschenswert, diesen ungewollten Betriebszustand zu erkennen. Mit der nachfolgend beschriebenen Diagnosefunktion wird eine derartige Erkennung bereitgestellt. Dabei werden die verstärkt auftretenden Pulsationen im Luftstrom der Brennkraftmaschine 1 ausgewertet, die sich beispielsweise einstellen, wenn das Schubumluftventil 13 bei einem plötzlichen negativen Lastgradienten, wie er beispielsweise bei Wegnehmen des Gases auftritt, im geschlossenen Zustand klemmt. Die Pulsationen in der Luftströmung, insbesondere im Ladedrucksignal des Drucksensors 6 werden durch einen Strömungsabriss am Verdichterrad des Verdichters 9 verursacht. Es hat sich gezeigt, dass diese Pulsationen in dem die Luftströmung repräsentierenden Ladedrucksignal bei geschlossen klemmendem Schubumluftventil 13 über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 1 so signifikant sind, dass sie sich unabhängig von der Drehzahl des Motors zur sicheren Erkennung des defekten Schubumluftventils 13 eignen. Insbesondere ergibt sich bei klemmendem Schubumluftventil 13 im Vergleich zum nicht klemmenden Schubumluftventil 13 eine wesentlich größere Pulsationsamplitude und Pulsationsdauer.
Zur Diagnose der Funktion des Schubumluftventils 13 wird also erfindungsgemäß das Drucksignal p des Drucksensors 6 ausgewertet. Dabei wird mindestens eine charakteristische Größe des Drucksignals p ermittelt. Die mindestens eine charakteristische Größe wird mit mindestens einem vorgegebenen Wert verglichen. Abhängig vom Vergleichsergebnis wird dann die Funktion des Schubumluftventils 13 diagnostiziert.
Die Realisierung dieser Diagnosefunktion ist in 2 mittels eines Funktionsdiagramms veranschaulicht. Dieses Funktionsdiagramm ist in 2 mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet und kann zumindest teilweise software- und/oder hardwaremäßig im Steuergerät SG implementiert sein. Mittels des Funktionsdiagramms nach 2 wird außerdem der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft dargestellt. Das vom Drucksensor 6 zur Verfügung gestellte Ladedrucksignal p kann wie in 2 gestrichelt dargestellt einem Filter 20 zugeführt werden. Das Filter 20 weist einen Durchlassbereich auf, der die Frequenz oder die Frequenzen von Pulsationen im Saugrohr 2 aufgrund eines fehlerhaft geschlossenen Schubumluftventils 13 umfasst. Dazu müssen die obere und die untere Grenzfrequenz des Filters 20 beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden. Die untere Grenzfrequenz des Durchlassbereichs des Filters 20 muss dabei kleiner und die obere Grenzfrequenz des Durchlassbereichs des Filters 20 muss dabei größer als die Frequenz oder die Frequenzen der genannten Pulsationen sein. Somit kann das Filter 20 allgemein als Bandpass mit dem entsprechenden Durchlassbereich ausgebildet sein. Einfacher noch kann das Filter 20 als Hochpass ausgebildet sein, dessen Grenzfrequenz, welche beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert wird, kleiner als die Frequenz oder die Frequenzen der genannten Pulsationen ist. Die Pulsationen werden wie beschrieben durch das Pumpen des Verdichters 9 des Abgasturboladers bei fehlerhaft geschlossenem Schubumluftventil 13 im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9 erzeugt. Dieses Pumpen wird auch als Verdichterpumpen bezeichnet. Um sicherzustellen, dass durch die Filterung möglichst nur die Frequenz oder die Frequenzen der genannten Pulsationen des Ladedrucksignals p durchgelassen werden, können die untere und die obere Grenzfrequenz im Falle des Bandpasses so geeignet appliziert werden, dass sie möglichst nahe an der Frequenz bzw. an den Frequenzen der genannten Pulsationen liegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Durchlassbereich des Bandpasses auf den Frequenzbereich beschränkt ist, in dem die Frequenz bzw. die Frequenzen der genannten Pulsationen auftreten können. Im Falle der Verwendung eines Hochpasses wird die dort verwendete einzige Grenzfrequenz in entsprechender Weise so geeignet appliziert, dass sie ebenfalls möglichst nahe an der Frequenz bzw. den Frequenzen der genannten Pulsationen liegt.
Auf diese Weise werden durch das Filter 20 gezielt die Pulsationen aus dem Ladedrucksignal p durchgelassen. Das auf diese Weise gefilterte Ladedrucksignal p kann dann direkt auf durch die Pulsationen bedingte Fluktuationen hin ausgewertet werden. Wenn keine Pulsationen vorliegen, ist das Signal nach dem Filter 20 relativ klein und ändert sich auch vergleichsweise wenig. Das gegebenenfalls durch das Filter 20 gefilterte Ladedrucksignal p wird einer ersten Ermittlungseinheit 35 zugeführt. Die erste Ermittlungseinheit 35 ermittelt eine charakteristische Größe des gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p. Bei dieser charakteristischen Größe kann es sich beispielsweise um die Frequenz des gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p handeln, die die größte Amplitude aufweist. Dies kann beispielsweise mithilfe einer Fourieranalyse in der ersten Ermittlungseinheit 35 ermittelt werden. Die verwendete charakteristische Größe des gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p wird dann mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Dies ist im Falle der Wahl der Frequenz als charakteristische Größe eine Referenzfrequenz. Dabei kann die Referenzfrequenz beispielsweise auf einem Prüfstand so appliziert werden, dass sie einer Frequenz für die Pulsationen im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9 bei fehlerhaft geschlossenem Schubumluftventil 13 entspricht. Diese Referenzfrequenz kann in einem dem Steuergerät SG zugeordneten Speicher fest abgelegt sein. In einer ersten Vergleichseinheit 45 wird dann die von der ersten Ermittlungseinheit 35 ermittelte charakteristische Größe, im vorliegenden Beispiel die Frequenz, des Ladedrucksignals p mit dem vorgegebenen Wert, in diesem Beispiel der Referenzfrequenz verglichen. Ist die Differenz zwischen der Frequenz des gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p und der Referenzfrequenz betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener, beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet applizierter Toleranzwert, so ist davon auszugehen, dass das gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal p die genannten Pulsationen aufweist. In diesem Fall erzeugt die erste Vergleichseinheit 45 einen Setzimpuls, der einer ersten Diagnoseeinheit 60 zugeführt wird. Die erste Diagnoseeinheit 60 erkennt bei Empfang des Setzimpulses eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13, im vorliegenden Beispiel ein fehlerhaftes Sperren des Schubumluftventils 13 und gibt ein entsprechendes Warnsignal ab. Dieses Warnsignal kann optisch und/oder akustisch wiedergegeben werden. Es kann zusätzlich oder alternativ zum Einleiten einer Notlauffunktion der Brennkraftmaschine 1, in letzter Konsequenz zum Abschalten der Brennkraftmaschine 1 verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Modellierungseinheit 80 vorgesehen, die aus weiteren gemessenen oder modellierten Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine 1 ein modelliertes Ladedrucksignal pmod in dem Fachmann bekannter Weise erzeugt und an eine zweite Ermittlungseinheit 42 weiterleitet. Die zweite Ermittlungseinheit 42 ermittelt eine charakteristische Größe des modellierten Ladedrucksignals pmod. Dabei kann es sich um die gleiche charakteristische Größe handeln, die auch die erste Ermittlungseinheit 35 ermittelt. Gegebenenfalls kann dabei das von der Modellierungseinheit 80 erzeugte modellierte Ladedrucksignal pmod vor seiner Zuführung zur zweiten Ermittlungseinheit 42 in gleicher Weise gefiltert werden wie das Ladedrucksignal p durch das Filter 20. Dies ist jedoch in 2 nicht dargestellt. Bei der Bildung des modellierten Ladedrucksignals pmod wird davon ausgegangen, dass das Schubumluftventil 13 fehlerfrei funktioniert. Somit stellt das modellierte Ladedrucksignal pmod letztlich ein Referenzsignal zum Ladedrucksignal p dar. Die zweite Ermittlungseinheit 42 ermittelt somit aus dem modellierten und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignal pmod in gleicher Weise wie die erste Ermittlungseinheit 35 die charakteristische Größe, im vorliegenden Beispiel die Frequenz mit der höchsten Amplitude, beispielsweise mit Hilfe einer Fourieranalyse. Die von der zweiten Ermittlungseinheit 42 auf diese Weise ermittelte Frequenz des modellierten und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals pmod ist damit die Referenzfrequenz. Da in diesem Fall ein fehlerfrei arbeitendes Schubumluftventil 13 bei der Bildung des modellierten Ladedrucksignals pmod vorausgesetzt wurde, wird die von der zweiten Ermittlungseinheit 42 ermittelte Referenzfrequenz nicht die Frequenz der zuvor beschriebenen Pulsationen sein. Die erste Vergleichseinheit 45 vergleicht nun die von der ersten Ermittlungseinheit 35 ermittelte Frequenz des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p mit der von der zweiten Ermittlungseinheit 42 ermittelten Referenzfrequenz. Weichen die beiden von der ersten Vergleichseinheit 45 miteinander verglichenen Frequenzen betragsmäßig nun um mehr als einen vorgegebenen Wert ab, so wird eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 durch ein fehlerhaftes Sperren des Schubumluftventils 13 erkannt und der genannte Setzimpuls am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 erzeugt. Auch der vorgegebene Wert für den Vergleich der beiden Frequenzen durch die erste Vergleichseinheit 45 kann geeignet beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert werden, und zwar so, dass Modellierungsungenauigkeiten bei der Ermittlung des modellierten Ladedrucksignals pmod und Messungenauigkeiten bei der Ermittlung des Ladedrucksignals p noch nicht zur Detektion eines fehlerhaften Schubumluftventils 13 führen.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Modellierungseinheit 80 das modellierte Ladedrucksignal pmod dadurch bildet, dass es das gemessene Ladedrucksignal p geeignet filtert, beispielsweise mittels eines Tiefpasses. Dies ist durch den gestrichelten Pfeil vom Drucksensor 6 zur Modellierungseinheit 80 dargestellt. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses ist dabei so gewählt, dass sie kleiner als die Frequenz oder die Frequenzen der durch Verdichterpumpen bedingten Pulsationen ist, und kann beispielsweise ebenfalls geeignet auf einem Prüfstand in dieser Weise appliziert werden. Auf diese Weise ergibt sich ein modelliertes Ladedrucksignal pmod, das von Pulsationen aufgrund eines fehlerhaft geschlossenen Schubumluftventils 13 frei ist und das in der entsprechend zuvor beschriebenen Weise von der zweiten Ermittlungseinheit 42 ausgewertet werden kann.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann als charakteristische Größe des Ladedrucksignals p ein Amplitudenwert dieses Signals zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gewählt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass das gemessene Ladedrucksignal p und das modellierte Ladedrucksignal pmod synchron von der ersten Ermittlungseinheit 35 bzw. von der zweiten Ermittlungseinheit 42 ausgewertet werden, wie dies durch den gestrichelten Doppelpfeil zwischen der ersten Ermittlungseinheit 35 und der zweiten Ermittlungseinheit 42 in 2 dargestellt ist. Somit wird das gemessene und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal p zum vorgegebenen Zeitpunkt mit dem modellierten und ebenfalls gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignal pmod in seiner Amplitude verglichen. Wenn das gemessene Ladedrucksignal p durch das Filter 20 gefiltert wird, sollte dies auch für das modellierte Ladedrucksignal pmod mit entsprechend gleichem Filter durchgeführt werden, zumindest sollte die durch das Filter 20 bedingte Zeitverzögerung für das gemessene oder modellierte Ladedrucksignal beim modellierten oder gemessenen Ladedrucksignal durch ein Zeitglied oder entsprechend verspätete Abtastung in der zweiten Ermittlungseinheit 42 oder in der ersten Ermittlungseinheit 35 berücksichtigt werden, um die Synchronität zwischen den beiden Signalen p, pmod zu bewahren. Die erste Vergleichseinheit 45 vergleicht nun die von der ersten Ermittlungseinheit 35 zum vorgegebenen Zeitpunkt ermittelte Amplitude des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p mit der von der zweiten Ermittlungseinheit 42 zum vorgegebenen Zeitpunkt ermittelten Amplitude des modellierten und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals pmod. Weichen die beiden Amplituden betragsmäßig um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert voneinander ab, dann wird am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 der zuvor beschriebene Setzimpuls erzeugt. Der genannte Toleranzwert kann dabei beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden, sodass Messungenauigkeiten bei der Ermittlung des gemessenen Ladedrucksignals p und gegebenenfalls auftretende Modellungenauigkeiten bei der Bildung des modellierten Ladedrucksignals pmod noch nicht zu dem einen Setzimpuls am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 und damit zur Detektion eines fehlerhaften Schubumluftventils 13 führen.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann als charakteristische Größe des Ladedrucksignals p ein Zeitpunkt gewählt werden, zu dem das Ladedrucksignal p einen vorgegebenen Amplitudenwert erreicht. Dabei ist wie zuvor beschrieben darauf zu achten, dass das gemessene Ladedrucksignal p und das modellierte Ladedrucksignal pmod synchron von der ersten Ermittlungseinheit 35 bzw. von der zweiten Ermittlungseinheit 42 ausgewertet werden. Somit wird der Zeitpunkt, zu dem das gemessene und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal p den vorgegebenen Amplitudenwert erreicht mit dem Zeitpunkt verglichen, zu dem das modellierte und ebenfalls gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal pmod diesen vorgegebenen Amplitudenwert erreicht. Wie zuvor beschrieben sollte wenn das gemessene Ladedrucksignal p durch das Filter 20 gefiltert wird, dies auch für das modellierte Ladedrucksignal pmod mit entsprechend gleichem Filter durchgeführt werden, zumindest sollte die durch das Filter 20 bedingte Zeitverzögerung für das gemessene oder modellierte Ladedrucksignal beim modellierten oder gemessenen Ladedrucksignal durch ein Zeitglied oder entsprechend verspätete Abtastung in der zweiten Ermittlungseinheit 42 oder in der ersten Ermittlungseinheit 35 berücksichtigt werden, um die Synchronität zwischen den beiden Signalen p, pmod zu bewahren. Das erste Vergleichsglied 45 vergleicht nun den von der ersten Ermittlungseinheit 35 ermittelten Zeitpunkt, zu dem die Amplitude des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p den vorgegebenen Amplitudenwert erreicht, mit dem von der zweiten Ermittlungseinheit 42 ermittelten Zeitpunkt, zu dem die Amplitude des modellierten und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals pmod den vorgegebenen Amplitudenwert erreicht. Weichen die beiden Zeitpunkte betragsmäßig um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert voneinander ab, dann wird am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 der zuvor beschriebene Setzimpuls erzeugt. Der genannte Toleranzwert kann dabei beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden, sodass Messungenauigkeiten bei der Ermittlung des gemessenen Ladedrucksignals p und gegebenenfalls auftretende Modellungenauigkeiten bei der Bildung des modellierten Ladedrucksignals pmod noch nicht zu dem einen Setzimpuls am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 und damit zur Detektion eines fehlerhaften Schubumluftventils 13 führen, andererseits ein fehlerhaftes Schubumluftventil 13 aber sicher erkannt wird.
Diese alternative Ausführungsform ist anhand des Diagramms nach 6 nochmals veranschaulicht. Dabei ist der Verlauf der Amplitude des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p sowie der Verlauf der Amplitude des modellierten und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals pmod über der Zeit t aufgetragen. Dabei sollte wie beschrieben dafür gesorgt werden, dass die Synchronität zwischen den beiden Signalen p, pmod bewahrt wird. Das modellierte und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal pmod fällt im Beispiel nach 6 von einem ersten Druckwert p₁ zu einem ersten Zeitpunkt t₁ auf einen zweiten Druckwert p₂ zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ ab. Der zweite Druckwert p₂ ist dabei der vorgegebene Amplitudenwert, der somit vom modellierten und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignal pmod zum zweiten Zeitpunkt t₂ erreicht wird. Das modellierte und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal pmod stellt dabei gleichzeitig das Referenzsignal für ein fehlerfreies Schubumluftventil 13 dar. Das modellierte und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal pmod fällt im Wesentlichen asymptotisch auf einen dritten Druckwert p₃ , der noch unterhalb des zweiten Druckwertes p₂ liegt. Das gemessene und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal p fällt demgegenüber vom ersten Zeitpunkt t₁ ausgehend vom ersten Druckwert p₁ periodisch schwankend ab, um zu einem dem zweiten Zeitpunkt t₂ nachfolgenden dritten Zeitpunkt t₃ den zweiten Druckwert p₂ zu erreichen und sich schließlich periodisch dem dritten Druckwert p₃ anzunähern. Wenn nun der zeitliche Abstand zwischen dem dritten Zeitpunkt t₃ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ betragsmäßig größer als der vorgegebene Toleranzwert ist, dann wird ein fehlerhaftes Schubumluftventil 13 erkannt. Der mit dem ersten Zeitpunkt t₁ beginnende Ladedruckabfall gemäß dem Beispiel nach 6 wird durch entsprechende Ansteuerung des Schubumluftventils 13 zum Öffnen das Schubumluftventils 13 veranlasst. Kurz nach der Ansteuerung zum ersten Zeitpunkt t₁ des Schubumluftventils 13 können sowohl das modellierte und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal pmod als auch das gemessene und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal p einen Überschwinger aufweisen. So ein Überschwinger tritt z. B. auf, wenn die Drosselklappe 4 deutlich schneller schließt, als das Schubumluftventil 13 öffnet.
Die erste Ermittlungseinheit 35, die zweite Ermittlungseinheit 42, die erste Vergleichseinheit 45 und die erste Diagnoseeinheit 60 bilden gemäß 2 eine erste Auswerteeinheit 70, zu der jedoch auch das Filter 20 und/oder die Modellierungseinheit 80 gezählt werden kann. Die erste Auswerteeinheit 70 kann aber beispielsweise auch nur die erste Vergleichseinheit 45 und die erste Diagnoseeinheit 60 umfassen. Die erste Auswerteeinheit 70 kann software- und/oder hardwaremäßig im Steuergerät SG implementiert sein.
Der Drucksensor 6 ist dabei wie auch in 1 dargestellt nicht in das Steuergerät SG implementiert.
Das Funktionsdiagramm 25 stellt mit Ausnahme des Drucksensors 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dar.
Mittels des Funktionsdiagramms 25 lassen sich auch mehrere charakteristische Größen des Ladedrucksignals p auswerten. So lässt sich beispielsweise das Ausführungsbeispiel mit der Auswertung der Frequenz des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p und das Ausführungsbeispiel mit der Auswertung der Amplitude zu einem vorgegebenen Zeitpunkt des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p miteinander derart kombinieren, dass am Ausgang der ersten Vergleichseinheit 45 nur dann ein Setzimpuls erzeugt wird, wenn sowohl die Auswertung der Frequenz als auch die Auswertung der Amplitude in der beschriebenen Weise auf ein fehlerhaftes Schubumluftventil 13 hindeuten.
Gemäß 3 sind weitere Ausführungsformen der Erfindung in Form eines Funktionsdiagramms dargestellt, das mit Ausnahme des Drucksensors 6 ebenfalls software- und/oder hardwaremäßig im Steuergerät SG implementiert sein kann.
Das Funktionsdiagramm gemäß 3 ist dabei mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet und stellt mit Ausnahme des Drucksensors 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer alternativen Ausführungsform dar.
Das vom Drucksensor 6 gemessene Ladedrucksignal p wird gemäß dem Funktionsdiagramm nach 3 wiederum optional und wie in 3 gestrichelt dargestellt durch das bereits zur Ausführungsform nach 2 beschriebene Filter 20 gefiltert. Das gemessene und gegebenenfalls gefilterte Ladedrucksignal p wird dann einer dritten Ermittlungseinheit 40 zugeführt. Die dritte Ermittlungseinheit 40 wertet den zeitlichen Verlauf des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p aus. Dabei wird die dritte Ermittlungseinheit 40 beispielsweise durch Schließen der Drosselklappe 4 aktiviert. Die Aktivierung der dritten Ermittlungseinheit 40 kann generell dann erfolgen, wenn aus physikalischen Gründen unerwünschte Pulsationen vorliegen können oder müssen. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn für ein bestimmtes Druckverhältnis über dem Verdichter 9 der Volumenstrom über den Verdichter 9 so klein ist, dass das Druckverhältnis oberhalb der so genannten Pumpgrenze liegt, d.h. vergleichsweise groß ist. Dieser Zusammenhang ist in 7 dargestellt, die das Druckverhältnis über dem Verdichter 9 in Abhängigkeit des Volumenstroms über den Verdichter 9 darstellt. Im schraffierten Bereich oberhalb der im Diagramm nach 7 dargestellten Pumpgrenze 1000 tritt Verdichterpumpen auf. Als Indiz dafür kann beispielsweise wie beschrieben das Schließen der Drosselklappe 4 aber zusätzlich oder alternativ auch die Ansteuerung bzw. Aktivierung oder gewünschte Öffnung des Schubumluftventils 13 dienen. Dies ist durch einen gestrichelt zur dritten Ermittlungseinheit 40 zeigenden Pfeil in 3 angedeutet. Die dritte Ermittlungseinheit 40 ermittelt nach ihrer Aktivierung den zeitlichen Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p. Der ermittelte zeitliche Gradient wird einer zweiten Vergleichseinheit 50 zugeführt, die prüft, ob der ermittelte zeitliche Gradient des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p größer als Null ist. Ist dies der Fall, so wird am Ausgang der zweiten Vergleichseinheit 50 ein Setzimpuls erzeugt, der an eine zweite Diagnoseeinheit 65 weitergeleitet wird. Die zweite Diagnoseeinheit 65 erkennt bei Empfang eines Setzimpulses von der zweiten Vergleichseinheit 50 eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13, in diesem Fall ein fehlerhaft geschlossenes Schubumluftventil 13 und gibt ein entsprechendes Warnsignal ab, das wie oben beschrieben optisch und/oder akustisch wiedergegeben werden kann oder einen Notlauf der Brennkraftmaschine 1 einleitet.
Wenn nach Schließen der Drosselklappe 4 das Schubumluftventil 13 bei fehlerfreier Funktionsweise öffnet, dann sollte das Ladedrucksignal p eigentlich nur bis zu einem sich einstellenden Endwert abfallen, d.h. es hat nach dem tatsächlichen Öffnen des Schubumluftventils 13 bis dahin einen negativen zeitlichen Gradienten. Oft öffnen Schubumluftventile nicht direkt nach dem sie angesteuert wurden, sondern mit etwas zeitlicher Verzögerung. Dadurch kann es auch bei korrekt arbeitendem Schubumluftventil kurzfristig zu einem positiven Gradienten des Ladedrucksignals kommen. So etwas tritt eher bei pneumatisch als bei voll elektrischen Schubumluftventilen auf. Deswegen kann es passieren, dass abhängig von der Bauweise des Schubumluftventils ein positiver Gradient nach dem Ansteuern auftritt, obwohl das Schubumluftventil 13 korrekt arbeitet. Wenn aufgrund eines fehlerhaft nicht öffnenden Schubumluftventils 13 Verdichterpumpen auftritt, steigt der Ladedruck p aber immer wieder periodisch an. Deshalb deutet in dieser Situation nach dem das Schubumluftventil sicher geöffnet haben müsste, das Auftreten eines positiven zeitlichen Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p auf die Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 hin.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird das gemessene Ladedrucksignal p ebenfalls optional nach einer Filterung mit einem dem Filter 20 entsprechenden Filter einer vierten Ermittlungseinheit 44 zugeführt, wobei diese Filterung in 3 nicht dargestellt ist. Die vierte Ermittlungseinheit 44 wird mit Aktivierung der dritten Ermittlungseinheit 40 ebenfalls aktiviert, was in 3 wiederum durch einen gestrichelten, zur vierten Ermittlungseinheit 44 weisenden Pfeil von der dritten Ermittlungseinheit 40 dargestellt ist. Die dritte Ermittlungseinheit 40 und die vierte Ermittlungseinheit 44 werden erst dann aktiviert, wenn das Schubumluftventil 13 sicher geöffnet haben müsste. Die oben genannte zeitliche Verzögerung bei der Umsetzung der Ansteuerung des Schubumluftventils 13 kann beispielsweise auf einem Prüfstand ermittelt und vorgegeben werden. Die vierte Ermittlungseinheit 44 ermittelt einen maximalen Signalanstieg des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p nach dem Schließen der Drosselklappe 4. Dieser maximale Anstieg wird einer dritten Vergleichseinheit 55 zugeführt, die prüft, ob dieser maximale Anstieg einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dabei ist der vorgegebene Schwellwert beispielsweise auf einem Prüfstand so geeignet appliziert, dass Schwankungen des Ladedrucksignals p aufgrund von Messungenauigkeiten und/oder sonstigen tolerierten Störgrößen nicht zu Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes führen. Wenn der vorgegebene Schwellwert durch den maximalen Anstieg des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p überschritten wird, so wird am Ausgang der dritten Vergleichseinheit 55 ein Setzimpuls erzeugt und an die zweite Diagnoseeinheit 65 weitergleitet. Die zweite Diagnoseeinheit 65 kann dann bei Empfang des Setzimpulses von der dritten Vergleicheinheit 55 das beschriebene Warnsignal abgeben und somit ein fehlerhaftes Schubumluftventil 13 diagnostizieren.
Dabei kann die Aktivierung der vierten Ermittlungseinheit 44 auch unabhängig von der dritten Ermittlungseinheit 40 durch ein entsprechendes Aktivierungssignal erfolgen, wenn die Drosselklappe 4 geschlossen wird. Somit lässt sich für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die zuletzt beschriebene Ausführungsform beispielsweise nur der untere Zweig des Funktionsdiagramms 30 und für die vorletzte beschriebene Ausführungsform beispielsweise nur der obere Zweig des Funktionsdiagramms 30 verwenden. Alternativ können auch beide Zweige des Funktionsdiagramms 30 verwendet werden. Eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 wird dabei von der zweiten Diagnoseeinheit 65 dann erkannt, wenn am Ausgang der zweiten Vergleichseinheit 50 oder am Ausgang der dritten Vergleichseinheit 55 ein Setzimpuls anliegt. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 nur dann von der zweiten Diagnoseeinheit 65 erkannt wird, wenn sowohl am Ausgang der zweiten Vergleichseinheit 50 als auch am Ausgang der dritten Vergleichseinheit 55 ein Setzimpuls anliegt. Somit wird die Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 nur dann diagnostiziert, wenn der Anstieg des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignal p nach oder bei Detektion des positiven zeitlichen Gradienten den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die dritte Ermittlungseinheit 40 nach ihrer Aktivierung auch einen zeitlichen Verlauf des zeitlichen Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p ermitteln. Die zweite Vergleichseinheit 50 kann dann prüfen, ob der zeitliche Verlauf des zeitlichen Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p um den Wert 0 herum schwankt, d.h. ob sich positive und negative zeitliche Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p abwechseln. Ist dies der Fall, dann wird am Ausgang der zweiten Vergleichseinheit 50 der Setzimpuls erzeugt. Somit wird eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 durch fehlerhaftes nicht öffnen nur dann diagnostiziert, wenn nach dem Schließen der Drosselklappe 4 abwechselnd positive und negative zeitliche Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p detektiert werden. Dieses Schwanken bzw. diese Schwingung des zeitlichen Gradienten um den Wert 0 herum stellt dabei nichts anderes dar, als ein Abbild der Pulsationen im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9. Die Zuverlässigkeit dieser Diagnose kann dadurch erhöht werden, dass eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 durch fehlerhaftes nicht öffnen nur dann diagnostiziert wird, wenn nach dem Schließen der Drosselklappe 4 abwechselnd positive und negative zeitliche Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p detektiert werden und jeweils nach dem Gradientenwechsel der Anstieg und der Abfall des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p betragsmäßig jeweils einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der vorgegebene Wert kann für den Anstieg und den Abfall des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p gleich groß oder unterschiedlich groß gewählt werden. Der für den Anstieg bzw. den Abfall des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p jeweils vorgegebene Wert kann dabei beispielsweise auf einem Prüfstand derart geeignet appliziert werden, dass zum einen eine fehlerhafte Funktion des Schubumluftventils 13 sicher diagnostiziert wird und zum anderen Messungenauigkeiten bei der Erfassung des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p und/oder sich dem gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignal p überlagernde Störsignale allein noch nicht zur Diagnose eines fehlerhaften Schubumluftventils 13 führen.
Schließlich kann es in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, die die zum Funktionsdiagramm 30 beschriebenen Ausführungsformen kombiniert, dass die Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 nur dann diagnostiziert wird, wenn nach dem Schließen der Drosselklappe 4 abwechselnd positive und negative zeitliche Gradienten im Sinne einer Schwingung um den Wert 0 des zeitlichen Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p detektiert wird und wenn der Anstieg des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p bei oder nach Detektion eines positiven zeitlichen Gradienten nach dem Schließen der Drosselklappe 4 den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Alternativ kann es vorgesehen sein, die genannten Bedingungen mit „oder“ zu verknüpfen, d.h. dass die Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 dann diagnostiziert wird, wenn nach dem Schließen der Drosselklappe 4 ein positiver zeitlicher Gradient des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p vorliegt oder wenn nach dem Schließen der Drosselklappe 4 ein Anstieg des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Saurohrdrucksignals p den vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder wenn nach dem Schließen der Drosselklappe 4 in der beschriebenen Weise abwechselnd positive und negative zeitliche Gradienten des gemessenen und gegebenenfalls gefilterten Ladedrucksignals p detektiert werden.
Beim Funktionsdiagramm 30 nach 3 kann es vorgesehen sein, dass die dritte Ermittlungseinheit 40, die vierte Ermittlungseinheit 44, die zweite Vergleichseinheit 50, die dritte Vergleichseinheit 55 und die zweite Diagnoseeinheit 55 wie in 3 dargestellt eine zweite Auswerteeinheit 75 bilden. Zusätzlich kann auch das Filter 20 zur zweiten Auswerteeinheit 75 gehören. Die zweite Auswerteeinheit 75 kann aber beispielsweise auch nur die zweite Vergleichseinheit 50, die dritte Vergleichseinheit 55 und die zweite Diagnoseeinheit 65 umfassen.
Der Verdichter 9 kann auch als Kompressor oder in sonstiger dem Fachmann bekannter Weise ausgebildet sein, muss also nicht von einer Turbine im Abgaskanal 3 angetrieben sein.
Die Erfindung lässt sich in entsprechender Weise auf Turbolader mit variabler Turbinengeometrie und gegebenenfalls ohne Bypass-Ventil 11 anwenden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird als charakteristische Größe des Signals des Ladedrucksensors 6 ein hochpaßgefilterter Verlauf dieses Signals verwendet. Dabei wird das Ladedrucksignal mit einer geeigneten Grenzfrequenz hochpaßgefiltert, um die niederfrequenten Signalanteile von den höherfrequenten Signalanteilen zu trennen, wobei die höherfrequenten Signalanteile hauptsächlich von den Pulsationen im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9 herrühren. Die Grenzfrequenz des verwendeten Hochpaßfilters kann dabei beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden, um sicherzustellen, dass das hochpaßgefiltere Signal des Ladedrucksensors 6 auch tatsächlich im Wesentlichen die Pulsationen aufweist. Der zeitliche Verlauf eines solchen hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' ist in 4 beispielhaft dargestellt. Das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' ist dabei über drei Periodendauern T1, T2, T3 der jeweiligen Länge T aufgetragen. Weiterhin ist in das Diagramm nach 4 eine erste obere Schwelle S1 und eine zweite untere Schwelle S2 eingetragen, wobei die zweite untere Schwelle S2 kleiner als die erste obere Schwelle S1 ist. Im Beispiel nach 4 ist die erste obere Schwelle S1 positiv und die zweite untere Schwelle S2 negativ, wobei die beiden Schwellen S1, S2 beispielsweise betragsgleich sein können. Gemäß der hier beschriebenen alternativen Ausführungsform wird das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' nun auf Pulsationen im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9 derart untersucht, dass pro Periodendauer T ein Zählimpuls ausgelöst und dadurch ein Zähler implementiert wird, wenn das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' während der entsprechenden Periodendauer T sowohl die erste obere Schwelle S1 überschreitet als auch die zweite untere Schwelle S2 unterschreitet. Erreicht der Zählerstand des Zählers nach einer vorgegebenen Anzahl von Perioden des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' einen vorgegebenen Schwellwert S_w , dann werden die beschriebenen Pulsationen im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9 und damit ein Fehler des Schubumluftventils 13 detektiert.
Im Folgenden wird diese alternative Ausführungsform der Erfindung anhand des Ablaufplans nach 5 beispielhaft beschrieben. Nach dem Start des Programms wird bei einem Programmpunkt 100 vom Steuergerät SG das empfangene Ladedrucksignal p des Ladedrucksensors 6 in der beschriebenen Weise hochpaßgefiltert, sodass sich das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' beispielsweise gemäß 4 ergibt. Weiterhin wird bei Programmpunkt 100 vom Steuergerät SG eine Zählvariable Z auf Null gesetzt. Weiterhin wird bei Programmpunkt 100 von dem Steuergerät SG eine erste Periode T1 des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' der Periodendauer T näher betrachtet. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 105 verzweigt.
Bei Programmpunkt 105 prüft das Steuergerät SG, ob das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' während der gerade betrachteten Periode des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' die erste obere Schwelle S1 überschreitet. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 110 verzweigt, andernfalls wird zu einem Programmpunkt 130 verzweigt.
Bei Programmpunkt 110 prüft das Steuergerät SG, ob das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' während der gerade betrachteten Periode des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' die zweite untere Schwelle S2 unterschreitet. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 115 verzweigt, andernfalls wird zu Programmpunkt 130 verzweigt.
Bei Programmpunkt 115 inkrementiert das Steuergerät SG die Zählvariable Z um 1, so dass Z = Z+1 gebildet wird. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 120 verzweigt.
Bei Programmpunkt 120 prüft das Steuergerät SG, ob die Zählvariable Z den vorgegebenen Schwellwert S_w erreicht hat. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 125 verzweigt, andernfalls wird zu Programmpunkt 130 verzweigt.
Bei Programmpunkt 125 erkennt das Steuergerät SG Pulsationen im Saugrohr 2 stromab des Verdichters 9 und diagnostiziert auf diese Weise eine Fehlfunktion des Schubumluftventils 13. Anschließend wird das Programm verlassen.
Bei Programmpunkt 130 prüft das Steuergerät SG, ob bereits die vorgegebene Anzahl der zu betrachtenden Perioden des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' betrachtet wurde. Ist dies der Fall, so wird das Programm verlassen, andernfalls wird zu einem Programmpunkt 135 verzweigt.
Bei Programmpunkt 135 betrachtet das Steuergerät SG die zur zuvor betrachteten Periode nachfolgende Periode des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p'. Anschließend wird zu Programmpunkt 105 zurückverzweigt.
Die erste obere Schwelle S1 und die zweite untere Schwelle S2 können beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden und zwar derart, dass im Falle von Pulsationen diese sicher erkannt werden können, d.h. das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p' in diesem Fall die erste obere Schwelle S1 auch sicher periodisch überschreitet und die zweite untere Schwelle S2 auch sicher periodisch unterschreitet. Weiterhin kann beispielsweise der vorgegebene Schwellwert S_w für die Zählvariable Z beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert werden. Dabei kann der vorgegeben Schwellwert S_w beispielsweise so gewählt werden, dass er zum einen nicht zu klein ist, um zu vermeiden, dass Überschreitungen der ersten oberen Schwelle S1 und Unterschreitungen der zweiten unteren Schwelle S2 durch das hochpaßgefilterte Ladedrucksignal p', die auf Störungen und nicht auf Pulsationen zurückzuführen sind, nicht zu einer fälschlichen Fehlerdetektion des Schubumluftventils 13 führen. Andererseits sollte der vorgegebene Schwellwert S_w nicht zu groß gewählt werden, um eine möglichst schnelle Fehlerdetektion des Schubumluftventils 13 zu ermöglichen. Entsprechend kann auch die zu betrachtende Anzahl der Perioden des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' beispielsweise auf einem Prüfstand vorgegeben werden. Dabei kann diese zu betrachtende Anzahl der Perioden des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' beispielsweise ähnlich wie der vorgegebene Schwellwert S_w nicht zu klein vorgegeben werden, um eine fehlerhafte Fehlerdetektion des Schubumluftventils 13 aufgrund von Störungen auszuschließen. Andererseits sollte die zu betrachtende Anzahl der Perioden des hochpaßgefilterten Ladedrucksignals p' nicht zu groß gewählt werden, um eine möglichst schnelle Fehlerdetektion des Schubumluftventils 13 zu ermöglichen.
Der Ablaufplan nach 5 kann beispielsweise software- und/oder hardwaremäßig im Steuergerät SG implementiert sein.
Für das beschriebene alternative Ausführungsbeispiel gemäß dem beispielhaften Ablaufplan nach 5 ist es nicht unbedingt erforderlich, dass das Signal des Ladedrucksensors 6 hochpaßgefiltert wird. Die Diagnose einer Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 kann auch unter Verwendung des zeitlichen Verlaufs des Ladedrucksignals p selbst als charakteristische Größe des Ladedrucksignals p in der zuvor, insbesondere gemäß dem Ablaufplan nach 5, beschriebenen Weise durchgeführt werden. Durch die zuvor beschriebene Hochpaßfilterung ist die Diagnose einer Fehlfunktion des Schubumluftventils 13 lediglich zuverlässiger als bei direkter Verwendung des Ladedrucksignals p.
Ferner kann die periodenweise Betrachtung für das Inkrementieren der Zählvariable Z auch allgemein dadurch ersetzt werden, dass die Zählvariable Z dann bei Programmpunkt 115 inkrementiert wird, wenn nach einem Überschreiten der ersten oberen Schwelle S1 das gegebenenfalls hochpaßgefilterte Ladedrucksignal anschließend die zweite untere Schwelle S2 unterschreitet bzw. wenn nach einem Unterschreiten der zweiten unteren Schwelle S2 durch das gegebenenfalls hochpaßgefilterte Ladedrucksignal anschließend die erste obere Schwelle S1 vom gegebenenfalls hochpaßgefilterten Ladedrucksignal überschritten wird. Die Zählvariable Z wird dann also immer dann inkrementiert, wenn sich ein Überschreiten der ersten oberen Schwelle S1 und ein Unterschreiten der zweiten unteren Schwelle S2 durch das gegebenenfalls hochpaßgefilterte Ladedrucksignal abwechseln. Somit gibt die Zählvariable Z die Anzahl von Überschreitungen der ersten oberen Schwelle S1 des gegebenenfalls hochpaßgefilterten Ladedrucksignals an, denen jeweils eine Unterschreitung der zweiten unteren Schwelle S2 nachfolgt. Alternativ gibt die Zählvariable Z die Zahl der Unterschreitungen der zweiten unteren Schwelle S2 durch das gegebenenfalls hochpaßgefilterte Ladedrucksignal an, denen jeweils eine Überschreitung der ersten oberen Schwelle S1 nachfolgt. Statt der Anzahl der zu betrachtenden Perioden des gegebenenfalls hochpaßgefilterten Ladedrucksignals kann in diesem Fall allgemein das gegebenenfalls hochpaßgefilterte Ladedrucksignal einfach über eine entsprechend geeignet applizierte vorgegebene Zeit betrachtet werden. Die Verwendung der Zählvariablen Z und deren Vergleich mit dem vorgegebenen Schwellwert S_w stellt eine alternative Ausführung zum Vergleich der Frequenz des gegebenenfalls hochpaßgefilterten Ladedrucksignals mit einer Referenzfrequenz dar.
Die erfindungsgemäße Diagnose des Schubumluftventils 13 sollte vorteilhafter Weise bei allen beschriebenen Ausführungsformen erst dann aktiviert werden, wenn die beschriebene zeitliche Verzögerung welche sicherstellt, dass das Schubumluftventil sicher geöffnet haben müsste, für die Umsetzung der Ansteuerung des Schubumluftventils 13 seit dieser Ansteuerung auch abgelaufen ist.

Claims

Verfahren zur Diagnose eines Schubumluftventils (13) eines Verdichters (9), wobei ein Signal eines Drucksensors (6) stromab des Verdichters (9) ausgewertet wird, wobei mindestens eine charakteristische Größe des Signals des Drucksensors (6) ermittelt wird, wobei die mindestens eine charakteristische Größe mit mindestens einem vorgegebenen Wert verglichen wird und wobei abhängig vom Vergleichsergebnis die Funktion des Schubumluftventils (13) diagnostiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Diagnose, insbesondere nach einem Schließen eines Luftstellgliedes (4), insbesondere einer Drosselklappe, stromab des Verdichters (9) geprüft wird, ob ein positiver zeitlicher Gradient des Signals des Drucksensors (6) vorliegt, und dass in diesem Fall eine Fehlfunktion des Schubumluftventils (13) diagnostiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristische Größe des Signals des Drucksensors (6) eine Frequenz des Signals des Drucksensors (6) mit einer Referenzfrequenz verglichen wird und dass abhängig vom Vergleichsergebnis eine Fehlfunktion des Schubumluftventils (13) diagnostiziert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Drucksensors (6), insbesondere mittels eines Hochpasses (20) oder Bandpasses, gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Grenzfrequenz eines Durchlassbereichs eines zur Filterung des Signals des Drucksensors (6) verwendeten Filters (20) so gewählt wird, dass sie kleiner als eine Frequenz von durch Verdichterpumpen entstehenden Pulsationen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlfunktion nur dann diagnostiziert wird, wenn ein Anstieg des Signals des Drucksensors (6) nach Detektion des positiven zeitlichen Gradienten einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlfunktion nur dann diagnostiziert wird, wenn nach dem Schließen des Luftstellgliedes (4) abwechselnd positive und negative zeitliche Gradienten des Signals des Drucksensors (6) detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlfunktion nur dann diagnostiziert wird, wenn jeweils nach dem Gradientenwechsel der Anstieg bzw. der Abfall des Signals betragsmäßig jeweils einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das, insbesondere hochpaßgefilterte, Signal des Drucksensors (6) mit einer ersten oberen Schwelle und mit einer zweiten unteren Schwelle, die kleiner als die erste obere Schwelle ist, verglichen wird, dass bei abwechselndem Überschreiten der ersten oberen Schwelle durch das Signal des Drucksensors (6) und Unterschreiten der zweiten unteren Schwelle durch das Signal des Drucksensors (6) jeweils ein Zählimpuls gesetzt wird und dass eine Fehlfunktion des Schubumluftventils (13) diagnostiziert wird, wenn die Anzahl der Zählimpulse einen vorgegebenen Wert erreicht.
Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.