DE102007050303A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds (3, 4, 6, 7) eines Luftsystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Luftsystem ein Strecktellglieds (3, 4, 6, 7) abhängig ist, und wobei das Streckenverhalten beobachtet wird, um die Stellfunktion des Stellgliedes zu überwachen, wobei das Stellglied (3, 4, 6, 7) zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten mit Steuerbefehlen für zwei vordefinierte Stell-Positionen angesteuert wird, wobei die Stellfunktion überwacht wird, indem bei den zwei vordefinierten Stell-Positionen des Stellglieds (3, 4, 6, 7) ein erstes Streckenverhalten und ein zweites Streckenverhalten beobachtet wird.

Description

  • Die Stellglieder in Luftsystemen von Brennkraftmaschinen sind zum Einstellen von definierten Betriebsbedingungen erforderlich. Nur ein präzises Einhalten der definierten Betriebsbedingungen sichert die Einhaltung von gesetzlich einzuhaltenden Abgasgrenzwerten. In modernen Brennkraftmaschinen sind beispielsweise Drosselklappen, Abgasrückführventile, Drallniveausteller, Turbolader und verschiedene Kühler vorhanden, deren uneingeschränkte Stellfunktionalität erforderlich ist.
  • Verfahren zur Überwachung der Stellfunktion von Stellgliedern, die ausschließlich auf der Überwachung von Regelabweichungen der einzustellenden Parameter beruhen, sind in der Regel sehr ungenau und in jedem Fall nur eingeschränkt zur Überwachung einzelner Komponenten zu gebrauchen. So kann beispielsweise die Stellfunktion eines Stellglieds überwacht werden, indem ein Streckenverhalten eines durch das Stellglied beeinflussten Luftsystems beobachtet wird und die Stellfunktion des Stellglieds anhand des beobachteten Streckenverhaltens bewertet wird. Dies gewährleistet jedoch lediglich eine grobe Überwachung der Stellfunktionalität des Stellglieds. Daher, wird die Überwachung von Stellgliedern im Luftsystemen von Brennkraftmaschinen üblicherweise mit speziellen zusätzlichen Sensoren durchgeführt, wobei beispielsweise Endlagenschalter, Positionssensoren oder andere Wegaufnehmer eingesetzt werden. Dies ist jedoch nachteilig, da die zusätzlichen Sensoren kostenintensiv sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine einfache, kostengünstige und zugleich genaue Möglichkeit zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds eines Luftsystems geschaffen wird. Allgemein ist es Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds eines Luftsystems zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds eines Luftsystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Luftsystem ein Streckenverhalten aufweist, das von einer Stellung des Stellglieds abhängig ist, und wobei das Streckenverhalten beobachtet wird, um die Stellfunktion des Stellgliedes zu überwachen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten mit Steuerbefehlen für zwei vordefinierte Stell-Positionen angesteuert wird, wobei die Stellfunktion überwacht wird, indem bei den zwei vordefinierten Stell-Positionen des Stellglieds ein erstes Streckenverhalten und ein zweites Streckenverhalten beobachtet wird.
  • Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds eines Luftsystems, da durch die Auswertung des Streckenverhaltens bei verschiedenen Stell-Positionen des Stellglieds auch Abweichungen der Stellfunktionalität des Stellglieds vom Idealverhalten bemerkt werden, die sonst unter Umständen nicht bemerkt würden. Bei der Auswertung des Streckenverhaltens bei lediglich einer Stell-Position des Stellglieds sind weniger Informationen vorhanden als beim erfindungsgemäßen Verfahren. Durch die Auswahl der vordefinierten Stell-Positionen des Stellglieds sind besondere Bedingungen für das Streckenverhalten wählbar, bei denen eine Fehlfunktion des Stellglieds leicht erkannt werden kann. Die zwei vordefinierten Stell-Positionen werden vorteilhafterweise so ausgewählt, dass eine Fehlfunktion des Stellglieds erkannt wird. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, lediglich zwei vordefinierte Stell-Positionen des Stellglieds zu verwenden, sondern von der Erfindung sind auch Verfahren umfasst, bei denen drei oder mehr vordefinierte Stell-Positionen des Stellglieds angesteuert werden und jeweils drei oder mehr Streckenverhalten beobachtet werden.
  • Das Stellglied kann eine, Drosselklappe, ein Abgasrückführventil, ein Drallniveauversteller, ein Turbolader oder ein Kühler der Brennkraftmaschine sein, wobei das Verfahren nicht darauf beschränkt ist, lediglich eines dieser Stellglieder zu überwachen. Es ist vielmehr vorgesehen, dass auch eine Mehrzahl dieser Stellglieder überwacht wer den können. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass lediglich eines der genannten Stellglieder zwischen der ersten vordefinierten Stell-Position und der zweiten vordefinierten Stell-Position verändert wird und das jeweilige Streckenverhalten beobachtet wird. Dies bietet den Vorteil, dass ein Einfluss durch ein Verstellen der anderen Stellglieder ausgeschlossen wird.
  • Vorzugsweise wird das Stellglied nur dann mit den Steuerbefehlen für eine der zwei vordefinierten Stell-Positionen angesteuert, wenn in dieser einen der vordefinierten Stell-Positionen Abgasanforderungen im Wesentlichen eingehalten werden oder eingehalten werden. Dies bietet den Vorteil, dass Abgasanforderungen stets eingehalten werden können. Besonders ausgewählte Betriebspunkte, um Abgasanforderungen einzuhalten, sind beispielsweise ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine oder ein Normalbetrieb der Brennkraftmaschine. Die vordefinierten Stell-Positionen entsprechen vorteilhafterweise den Ideal-Stell-Positionen bei bestimmten, vordefinierten Arbeitspunkten der Brennkraftmaschine. Dies bietet den Vorteil, dass die Überwachung der Stellfunktion ohne einen Eingriff in die idealen Bedingungen der Brennkraftmaschine möglich ist.
  • Vorteilhafterweise wird eine Fehlfunktion der Stellfunktion des Stellglieds ausgeschlossen, wenn das erste Streckenverhalten in einem ersten Toleranzbereich liegt und das zweite Streckenverhalten in einem zweiten Toleranzbereich liegt. Die beiden Toleranzbereiche sind vordefiniert und ausgewählt, so dass bei Einhalten der Toleranzbereiche von einer einwandfreien Stellfunktion des Stellglieds ausgegangen werden kann.
  • Vorteilhafterweise wird eine Fehlfunktion der Stellfunktion des Stellglieds ausgeschlossen, wenn das Verhältnis des ersten Streckenverhaltens zu dem zweiten Streckenverhalten innerhalb eines Verhältniswerts-Toleranzbereichs Hegt. So kann beispielsweise ein bestimmter Faktor zwischen zwei Parametern des Streckenverhaltens vorgegeben werden und von einer korrekten Stellfunktion des Stellglieds ausgegangen werden, wenn dieser Faktor eingehalten wird. Besonders bevorzugt wird eine Kombination der zuvor genannten Überprüfung, bei der überprüft wird, ob das erste Streckenverhalten in einem ersten Toleranzbereich liegt und das zweite Streckenverhalten in einem zweiten Toleranzbereich liegt, mit der zuletzt genannten Überprü fungsfunktion, die ein Verhältnis der beiden Streckenverhalten bildet. Eine Kombination dieser beiden Methoden bietet eine besonders hohe Sicherheit zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds.
  • Vorteilhafterweise werden das erste Streckenverhalten und das zweite Streckenverhalten durch eine gemessen physikalische Größe des Luftsystems wiedergegeben. Ebenso können auch mehrere gemessene physikalische Größen des Luftsystems zur Beschreibung des ersten Streckenverhaltens und des zweiten Streckenverhaltens verwendet werden.
  • Als die gemessene physikalische Größe können vorzugsweise der Ansaugdruck, der Frischluftmassenstrom, der Druck vor einer Turboladerturbine oder ähnliche messbare physikalische Größen des Luftsystems dienen.
  • Besondere Vorteile bietet die Erfindung, falls die Überwachung des Stellglieds ausschließlich durch das Beobachten des Streckenverhaltens erfolgt. Dies macht eine zusätzliche Sensorik des Stellglieds überflüssig. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass die Überwachung des Stellglieds kostengünstig durchgeführt werden kann.
  • Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines der oben beschriebenen erfindungsgemäßen oder vorteilhaften Verfahren eingerichtet ist.
  • Ein anderer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte eines solchen Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein Luftsystem, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren eingesetzt werden kann; und
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist ein Luftsystem dargestellt, genauer eine Brennkammer 1 einer Brennkraftmaschine mit angeschlossenem Luftsystem. Das Luftsystem umfasst einen Abgastrakt 2, in dem der Abgasdruck P3 herrscht. Über den Abgastrakt wird Abgas auf die Turbine eines Turboladers 3 geleitet, der einen Ladedruck für die Brennkammer 1 erzeugt. Weiterhin zweigt von dem Abgastrakt 2 ein Abgasrückführventil 4 ab, das steuerbar ist. Das Abgasrückführventil 4 leitet Abgas zurück in einen Ansaugtrakt 5, in dem ein Ansaugdruck P22 herrscht. Neben dem Verdichter des Turboladers 3 sind im Ansaugtrakt weiterhin eine Drosselklappe 6 und eine Drallklappe 7 angeordnet, wobei letztere dazu dient, die der Brennkammer 1 zugeführte Luft zu steuern. Im Ansaugtrakt 5 und im Abgastrakt 2 sind jeweils Drucksensoren angeordnet, um den Ansaugdruck P22 und den Abgasdruck P3 zu messen. Weiterhin ist das Luftsystem mit ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren ausgerüstet, um beispielsweise den Frischluftmassenstrom zu ermitteln.
  • In der nachfolgenden Beschreibung zur 2 wird auf das in 1 bezeichnete Luftsystem Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. 2 zeigt ein Diagramm, das zur Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird. Die durchgeführten Schritte entsprechen einander, wobei sich die bevorzugten Ausführungsformen lediglich dadurch unterscheiden, dass unterschiedliche Parameter überwacht werden, um die Stellfunktion verschiedener Stellglieder zu überprüfen.
  • Die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Überwachung der Drosselklappe 6. Das Verfahren beginnt mit einem Schritt 11. Anschließend wird in einem Schritt 12 überprüft, ob die Brennkraftmaschine in einem definierten Arbeitspunkt ist. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass überprüft wird, ob unter anderem die Motordrehzahl innerhalb eines definierten Intervalls ist. Falls die Überprüfung ergibt, dass die Brennkraftmaschine nicht innerhalb eines gewünschten Parameter- Intervalls arbeitet, d. h. nicht in dem gewünschten Arbeitspunkt betrieben wird, so endet das Verfahren in einem Schritt 13. Wird hingegen die Brennkraftmaschine in einem erwünschten Arbeitspunkt betrieben, so wird anschließend an den Schritt 12 in einem Schritt 14 das Abgasrückführventil 4 geschlossen und die Drosselklappe 6 vollständig geöffnet. In einem Schritt 15 wird als erstes Streckenverhalten der Ansaugdruck P22 im Ansaugtrakt 5 gemessen. Dann wird im Schritt 16 die Drosselklappe 6 auf ein definiertes Verhältnis von 80% geschlossen. Durch das Schließen der Drosselklappe 6 wird der Ansaugdruck P22 im Ansaugtrakt 5 abgesenkt und gleichzeitig der Frischluftmassenstrom reduziert, da bei geringerem Ansaugdruck P22 die Brennkraftmaschine auch weniger Luft aus dem Ansaugtrakt 5 entnimmt. Anschließend ist vorgesehen, dass in einem Schritt 17 wiederum der Ansaugdruck P22 gemessen wird. Daraufhin wird in einem Schritt 18 überprüft, ob der Ansaugdruck P22 bei der geöffneten Stellung der Drosselklappe 6 innerhalb eines gegebenen Toleranzbereichs gelegen hat und ob der Ansaugdruck P22 nach dem Schließen der Drosselklappe 6 innerhalb eines zweiten Toleranzbereichs liegt, der sich nicht mit dem ersten Toleranzbereich überschneidet. Ergibt die Überprüfung im Schritt 18, dass die dort gestellten Bedingungen nicht erfüllt sind, so wird in einem Schritt 19 festgestellt, dass das Stellglied, in diesem Beispiel die Drosselklappe 6, eine nicht korrekte Stellfunktion aufweist. Ergibt die Überprüfung im Schritt 18 hingegen, dass die Bedingungen eingehalten sind, so wird in einem Schritt 21 festgestellt, dass die Stellfunktion des Stellglieds Drosselklappe 6 korrekt ist. Das Verfahren endet anschließend in einem Schritt 22.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Überwachung des Abgasrückführventils 4. Diese Überwachung ist analog zu der oben beschriebenen Überwachung der Drosselklappe 6. Wiederum werden in dem Schritt 12 die Bedingungen für den richten Arbeitsdruck zur Überprüfung der Stellfunktion des Abgasrückführventils 4 überprüft. Hierbei gelten die gleichen Bedingungen wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Überwachung der Drosselklappe 6. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird jedoch in dem nun beschriebenen zweiten bevorzugten. Ausführungsbeispiel die Drosselklappe 6 in eine definierte Position gebracht und anschließend das Abgasrückführventil 4 geöffnet (erste Stell, Position) und geschlossen (zweite Stell-Position). Es wird jeweils wieder der Ansaugdruck P22 gemessen. Das Öffnen und Schließen des Abgasrückführventils 4 und das Messen des Ansaugdrucks P22 geschieht in den Schritten 14 bis 17 analog zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Wiederum wird die Stellfunktion des Abgasrückführventils 4 als korrekt bewertet, falls im Schritt 18 festgestellt wird, dass der Ansaugdruck P22 in der geöffneten Stellung in einem ersten gegebenen Toleranzbereich und nach dem Schließen in einem zweiten gegebenen, nicht überlappenden Toleranzbereich liegt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, das Verhältnis der jeweils gemessenen Ansaugdrücke P22 zu berechnen und zu überprüfen, ob dieses Verhältnis innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegt. Weiterhin kann alternativ zu dem oben beschriebenen Vorgehen auch der Frischluftmassenstrom jeweils bei geöffnetem und geschlossenem Abgasrückführventil anstelle des Ansaugdrucks P22 verwendet werden. Die beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Alternativen nutzen die Erkenntnis, dass die Entwicklung des Ansaugdrucks P22 und der Frischluftmassenstrom stark von der Stellung des Abgasrückführventils 4 und der Drosselklappe 6 abhängig sind.
  • Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dient der Überwachung der Stellfunktion der Drallklappe 7. Eine solche Überwachung kann durchgeführt werden, wenn wiederum definierte Bedingungen für den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine vorliegen. So muss unter anderem die Motordrehzahl innerhalb eines definierten Bereichs liegen, Schritt 12. Bei diesen Bedingungen wird das Abgasrückführventil 4 geschlossen wird und die Drosselklappe 6 vollständig geöffnet. Anschließend wird in den Schritten 14 bis 17 die Drallklappe 7 vollständig geöffnet, der Luftmassenstrom erfasst, die Drallklappe 7 vollständig geschlossen und der Luftmassenstrom ein zweites Mal erfasst. Auf diese Weise wird ein erstes und ein zweites Streckenverhalten des Luftsystems bei unterschiedlichen Stellpositionen der Drallklappe 7 als zu überwachendes Stellglied ermittelt. Wiederum wird im Schritt 18 und den folgenden Schritten die Drallklappe 7 als funktionstüchtig bewertet, falls der Luftmassenstrom für die geöffnete und die geschlossene Drallklappe 7 jeweils in definierten, nicht überlappenden Toleranzbereichen liegt. Alternativ oder zusätzlich kann wiederum das Verhältnis der Luftmassenströme beobachtet werden. Eine weitere Möglichkeit ist, den Ansaugdruck P22 zu messen und entsprechend auszuwerten.
  • In einer vierten bevorzugten Ausführungsform wird die Stellfunktion des Turboladers 3 als Stellglied überwacht. Hierbei wird das Streckenverhalten durch den Druck P3 vor der Turbine des Turboladers 3 wiedergegeben. Ansonsten verläuft das Verfahren ana log zu den oben beschriebenen anderen bevorzugten Ausführungsformen, wobei wiederum alle anderen Stellglieder in definierten Stell-Positionen bleiben, während der Turbolader 3 mit zwei verschiedenen definierten Stell-Positionen angesteuert wird, bei denen das Streckenverhalten jeweils beobachtet wird.
  • In einer fünften bevorzugten Ausführungsform wird die Stellfunktion eines Abgasrück führkühlerbypassventils überprüft. Die Stellfunktion dieses Ventils kann bei geöffneter Abgasrückführklappe 4 und stark angestellter Drosselklappe 6 überprüft werden. Wiederum wird in den Schritten 14 bis 17 bei geöffnetem und geschlossenem Abgasrückführkühlerbypassventil der Ansaugdruck P22 gemessen und überprüft, ob die gemessenen Werte jeweils in zuvor definierten Toleranzbereichen liegen.
  • Bei allen bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Betriebsbedingungen im Luftsystem lediglich derart verändert werden, dass trotzdem Abgasvorschriften eingehalten werden. Daher ist es notwendig, das erfindungsgemäße Verfahren lediglich bei bestimmten Arbeitspunkten der Brennkraftmaschine durchzuführen. Ein besonders bevorzugter Arbeitspunkt ist dabei ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, da hierbei geringe Abgasbelastungen auftreten. Die beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Auswahl dar, da die Erfindung allgemein auch dazu geeignet ist, Stellfunktionen von anderen Stellgliedern im Luftsystem zu überwachen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Überwachung der Stellfunktion eines Stellglieds (3, 4, 6, 7) eines Luftsystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Luftsystem ein Streckenverhalten aufweist, das von einer Stellung des Stellglieds (3, 4, 6, 7) abhängig ist, und wobei das Streckenverhalten beobachtet wird, um die Stellfunktion des Stellgliedes zu überwachen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3, 4, 6, 7) zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten mit Steuerbefehlen für zwei vordefinierte Stell-Positionen angesteuert wird, wobei die Stellfunktion überwacht wird, indem bei den zwei vordefinierten Stell-Positionen des Stellglieds (3, 4, 6, 7) ein erstes Streckenverhalten und ein zweites Streckenverhalten beobachtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3, 4, 6, 7) eine Drosselklappe (6), ein Abgasrückführventil (4), ein Drallniveauversteller (7), ein Turbolader (3) oder ein Kühler der Brennkraftmaschine ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied nur dann mit den Steuerbefehlen für eine der zwei vordefinierten Stell-Positionen angesteuert wird, wenn in dieser einen der vordefinierten Stell-Positionen Abgasanforderungen im wesentlichen eingehalten werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlfunktion der Stellfunktion des Stellglieds (3, 4, 6, 7) ausgeschlossen wird, wenn das erste Streckenverhalten in einem ersten Toleranzbereich liegt und das zweite Streckenverhalten in einem zweiten Toleranzbereich liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlfunktion der Stellfunktion des Stellglieds (3, 4, 6, 7) ausgeschlossen wird, wenn das Verhältnis des ersten Streckenverhaltens zu dem zweiten Streckenverhalten innerhalb eines Verhältniswerts-Toleranzbereichs liegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Streckenverhalten und das zweite Streckenverhalten durch eine gemessene physikalische Größe des Luftsystems wiedergegeben werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene physikalische Größe ein Ansaugdruck, der Frischluftmassenstrom oder ein Druck vor einer Turbine eines Turboladers (3) der Brennkraftmaschine ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des Stellglieds (3, 4, 6, 7) ausschließlich durch das Beobachten des Streckenverhaltens erfolgt.
  9. Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
  10. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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