DE102007053783B4

DE102007053783B4 - Diagnosesysteme und -verfahren für einen diskreten variablen Ventilhub

Info

Publication number: DE102007053783B4
Application number: DE102007053783.4A
Authority: DE
Inventors: Matthew A. Wiles
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: CN101182812B; US20080120018A1; CN101182812A; US7387018B2; DE102007053783A1

Abstract

Diagnosesystem für ein System eines diskreten variablen Ventilhubs eines Verbrennungsmotors, umfassend: ein Fast Fourier Transformations-Modul (FFT-Modul), das auf der Grundlage eines FFT-Verfahrens und eines Ventilstoßsensorsignals ein Frequenzinhaltssignal erzeugt; und ein Fehlfunktionsmodul, das selektiv auf der Grundlage des Frequenzinhaltssignals eine Fehlfunktion eines Systems eines diskreten variablen Ventilhubs diagnostiziert; wobei das Fehlfunktionsmodul auf der Grundlage eines auf der Motordrehzahl basierenden Frequenzbereichs ein Fehlfunktionssignal setzt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugdiagnosesysteme und insbesondere ein Diagnosesystem für ein System eines diskreten variablen Ventilhubs eines Verbrennungsmotors sowie ein Verfahren zum Diagnostizieren eines solchen Systems eines diskreten variablen Ventilhubs.
HINTERGRUND
Häufige Arten einer Beförderung mit einem Fahrzeug können Verbrennungsmotoren umfassen, die auf der Grundlage eines Zwei- oder Viertaktzyklus ein Antriebsdrehmoment erzeugen. Diese Verbrennungsmotoren weisen typischerweise eine Tellerventilanordnung auf, um das Ansaugen und das anschließende Abgeben von Luft und Kraftstoff, die verbrannt wurden, zu vereinfachen.
Beispielsweise können Motoren auf der Grundlage des thermodynamischen Otto-Kreisprozesses bei Standardluft mit echten Arbeitsfluiden arbeiten. Der Motor umfasst ein Tellerventilsystem, das mit einem Schubkurbelmechanismus gekoppelt ist, der in dem Rotationsbereich ein variables Volumen bildet. Ein Kolben ist an der Oberseite seines Wegs (oberer Totpunkt – OT) stationär und beginnt, sich nach unten zu bewegen. Ein Einlassventil wird derart selektiv geöffnet, dass Luft durch den sich nach unten bewegenden Kolben in den Zylinder angesaugt werden kann. Während des Ansaugprozesses vermischt sich die angesaugte Luft mit einer vorbestimmten Menge von Kraftstoff, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das Einlassventil schließt sich an der Unterseite des zyklischen Wegs des Kolbens (unterer Totpunkt – UT). Der Kolben kehrt seine Richtung um und bewegt sich dann nach oben. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in den Zylindern komprimiert und entsprechend verbrannt. Sobald der Kolben am OT angelangt ist, kehrt er seine Richtung um. Der Druckanstieg während des Verbrennungsprozesses mit quasi festem Volumen wirkt über der Fläche des Kolbens und erzeugt eine Differentialkraft (dies kann als Grenzarbeit beschrieben werden). Diese Kraft wird über den Schieber an den Kurbeltrieb übertragen. Bei einer Kopplung mit einem Hebelarm bildet diese Kraft ein Antriebsdrehmoment. Sobald sich der Kolben an dem UT befindet, stoppt er und kehrt seine Richtung um. Ein Auslassventil wird selektiv geöffnet (insbesondere Timing und Hub), um zu ermöglichen, dass die Verbrennungsprodukte durch den sich nach oben bewegenden Kolben aus den Zylindern verdrängt werden. An dem OT angelangt, schließt sich das Auslassventil und öffnet sich das Einlassventil. Der Kolben kehrt seine Richtung um, und der mechanische Zyklus beginnt von neuem.
Die Drehung einer Nockenwelle regelt das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile. Bei einem Motor mit mehreren Zylindern umfasst die Nockenwelle mehrere Nockenerhebungen (typischerweise eine für jedes Ventil), die an der Nockenwelle befestigt sind. Die Profile der Nockenerhebungen bestimmen das Profil des Ventilhubs und stehen durch die Geometrie des Ventiltriebs kinematisch in Beziehung. Wichtige den Ventilhubprofilen zugehörige Parameter umfassen die Periode, während der das Ventil geöffnet ist (Dauer) sowie den Umfang, mit dem sich das Ventil öffnet (Hub). Bei der hierin beschriebenen mechanischen Ausgestaltung haben diese beiden Parameter einen erheblichen Einfluss auf die Ladungswechselprozesse von Verbrennungsmotoren.
Hersteller verwenden aufgrund von Entwurfskomplexität, Kosten und Lebensdauerbeschränkungen typischerweise einen festen Ventilhubplan für den Motor. Aus einer Ladungswechselprozessperspektive kann ein fester Ventilhubplan nicht für alle auftretenden Motorbetriebszustände optimal sein. Beispielsweise kann ein Fahrzeug während einer gleichmäßigen Fahrt auf einer Schnellstraße typischerweise ein Antriebsdrehmoment erfordern, das wesentlich geringer ist als die volle Kapazität des Antriebsstrangs. Bei typischen Ventiltriebsystemen mit fester Dauer und festem Hub wird diese angeforderte Last für gewöhnlich über ein Drosseln des Motors bereitgestellt. Wenn für einen bestimmten Antriebsstrang ein einziges (Einlass- und Auslass-)Ventilprofil (Dauer und Hub) ausgewählt wird, werden Kompromisse eingegangen, um die beste Gesamtleistung zu erzielen (auf der Grundlage von Lastbetriebszuständen). Die Leistungsmaße können ein spezifisches Drehmoment und/oder einen Kraftstoffverbrauch umfassen. Bei diesen Teillast-Betriebszuständen ist ein erheblicher Arbeitsaufwand erforderlich, um den Motor zu drosseln, um sicherzustellen, dass die geeignete Luftmenge in den Motor gelangt, um der gewünschten Fahrlast zu genügen.
Ein Ventiltrieb mit variablem Hub kann als einer beschrieben werden, der die Fähigkeit aufweist, aus mehreren Profilen (mit der Fähigkeit einer variablen Dauer und eines variablen Hubs), die zu jedem Einlass- und/oder Auslassventil gehören, auszuwählen. Diese Profile können für verschiedene Lastbetriebszustände optimiert sein und werden spezifisch ausgewählt, um den Arbeitsaufwand zu minimieren, der für den Ladungswechselprozess erforderlich ist, und/oder um mehrere Verbrennungsmodi unterstützen.
Ein System eines diskreten variablen Ventilhubs (DVVL-System von discrete variable valve lift system) ermöglicht es dem Motor, mit mehr als einem Einlass- und/oder Auslassventilhubplan zu arbeiten. Genauer gesagt wechselt ein DVVL-Motorsystem auf der Grundlage der gewünschten Last des Motors zwischen verschiedenen Ventilhubplänen. Es zeigte sich, dass dies die Pumpverluste des Motors minimiert und/oder mehrere Verbrennungsmodi unterstützt.
Eine Fehlfunktion eines DVVL-Motorsystems kann auftreten, wenn eine Komponente des DVVL-Systems beim Wechseln zu einem anderen Ventilplan auf Befehl versagt. Beispielsweise kann eine Fehlfunktion auftreten, wenn ein umschaltbarer Rollenschlepphebel (SRFF) des DVVL-Systems von einem Niederhub-Ventilplan (LL-Ventilplan) auf einen Hochhub-Ventilplan (HL-Ventilplan) umschaltet, wodurch verursacht wird, dass eines oder mehrere Ventile beim Umschalten von dem LL-Plan auf den HL-Plan versagen.
Bei einem in der DE 10 2004 048 599 A1 beschriebenen Verfahren zur Ermittlung von Steuerzeiten variabel gesteuerter Gaswechselventile wird ein Körperschallsensor zur Erfassung der beim Schließen eines jeweiligen Gaswechselventils auftretenden Klopfgeräusche eingesetzt. Dabei kann das Signal des Körperschallsensors mit Hilfe einer Fast-Fourier-Transformation analysiert werden.
In der DE 10 2004 013 767 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem ebenfalls Klopfsensoren eingesetzt werden. In einem Kennfeld ist der Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem zugeordneten Zündwinkel abgelegt, so dass bei einer Verstellung des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels erfolgt. Zu den Einstellungen Ventilhub-Zündwinkel wird jeweils eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung vorliegende Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine ermittelt, die als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld abgespeichert wird. Wird über eine Steuerung die Einstellung Ventilhub-Zündwinkel geändert, so wird zur Kontrolle mittels des Klopfsensors die Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine ermittelt und mit der angesteuerten Einstellung verglichen. Bei einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz wird eine Fehlermeldung ausgegeben.
Bei einem in der DE 101 57 514 AI beschriebenen Verfahren werden in einem Verbrennungsmotor Körperschallsensoren zur Erfassung des Ventilspiels und zur Klopfregelung eingesetzt.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Diagnosesystem sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die Zuverlässigkeit bei der Erfassung einer jeweiligen Fehlfunktion von Komponenten eines Systems diskreten variablen Ventilhubs beim Wechseln zwischen verschiedenen Ventilplänen weiter optimiert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Diagnosesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Diagnosesystems sowie bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demgemäß wird ein Diagnosesystem für ein System eines diskreten variablen Ventilhubs eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Das System umfasst: ein Fast Fourier Transformations-Modul (FFT-Modul), das ein Frequenzinhaltssignal auf der Grundlage eines FFT-Verfahrens und eines Ventilstoßsensorsignals erzeugt; und ein Fehlfunktionsmodul, das auf der Grundlage des Frequenzinhaltssignals selektiv eine Fehlfunktion eines Systems eines diskreten variablen Ventilhubs diagnostiziert.
Gemäß anderen Merkmalen wird ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Systems eines diskreten variablen Ventilhubs (DVVL-Systems) eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Empfangen eines Stoßsignals, das einen Stoß eines Ventilschließereignisses angibt; Durchführen einer FFT-Analyse an dem Ventilsignal, um ein Frequenzsignatursignal zu erzeugen; und Diagnostizieren einer Fehlfunktion des DVVL-Systems auf der Grundlage des Frequenzsignatursignals.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es ist zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Offenbarung erläutern, nur Erklärungszwecken dienen sollen und nicht den Schutzumfang der Offenbarung einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen deutlicher verständlich, in denen:
1 ein funktionales Blockdiagramm eines beispielhaften Sechszylindermotors ist, der ein System eines diskreten variablen Ventilhubs (DVVL-System) umfasst;
2A einen beispielhaften Ventilhubplan des DVVL-Motors zeigt, der in einem Hochhub-Modus (HL-Modus) arbeitet;
2B einen beispielhaften Ventilhubplan des DVVL-Motors, der in einem HL-Modus arbeitet, und einen einzelnen Ventilhubausfall zeigt;
3 ein funktionales Blockdiagramm eines DVVL-Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
4A den Frequenzinhalt eines gefilterten Frequenzsignatursignals auf der Grundlage des Ventilhubplans in 2A zeigt;
4B den Frequenzinhalt des gefilterten Frequenzsignatursignals auf der Grundlage des Ventilhubplans in 2B zeigt; und
5 ein Flussdiagramm ist, das ein Diagnoseverfahren für einen diskreten variablen Ventilhub zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt auf keine Weise, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu beschränken. Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zugeordnet oder gruppiert) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis mit kombinatorischer Logik und/oder andere geeignete Bauteile, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
In Bezug auf 1 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12, der ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Über eine Drosselklappe 16 wird Luft in einen Einlasskrümmer 14 gesaugt. Die Drosselklappe 16 regelt die Luftströmung in den Einlasskrümmer 14. Die Luft in dem Einlasskrümmer 14 wird in Zylinder 18 verteilt. Obwohl sechs Zylinder gezeigt sind, kann der Motor 12 zusätzliche oder weniger Zylinder 18 umfassen. Beispielsweise werden Motoren mit 2, 3, 4, 5, 8, 10 und 12 Zylindern betrachtet. Es sei angemerkt, dass, obwohl 1 die Zylinder in einer V-förmigen Ausgestaltung zeigt, die Zylinder 18 in einer Reihenausgestaltung realisiert sein können. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 19 spritzt Kraftstoff ein, der mit der Luft verbrannt wird, wenn sie in den Zylinder 18 gesaugt wird. Ein Kraftstoffeinspritzsystem (nicht gezeigt) regelt (Timing, Menge, etc.) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 19, um in jedem Zylinder 18 ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereitzustellen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann jeder Zylinder 18 ein Einlassventil 20 und ein Auslassventil 21 umfassen. Das Einlassventil 20 öffnet und schließt sich selektiv, um zu ermöglichen, dass die Luft und/oder das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die Zylinder 18 gelangt. Einlassnockenwellen 24 regeln die Einlassventilöffnungs- und -schließereignisse. Die Auslassventile 21 öffnen und schließen sich selektiv, um zu ermöglichen, dass das Abgas die Zylinder 18 verlässt. Die Auslassventilöffnungs- und -schließereignisse werden durch Auslassnockenwellen 32 geregelt. Obwohl pro Zylinder 18 ein einzelnes Einlassventil 20 und ein einzelnes Auslassventil 21 gezeigt sind, können pro Zylinder 18 mehrere Einlassventile und mehrere Auslassventile ausgestaltet sein.
Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 18. Eine Zündkerze (nicht gezeigt) initiiert die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs, was Grenzarbeit leistet und den Kolben in den Zylinder 18 treibt. Der Kolben treibt eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Kurbelwelle treibt die Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 32 unter Verwendung einer Steuerkette (nicht gezeigt) an. Es sei angemerkt, dass Doppeleinlassnockenwellen und Doppelauslassnockenwellen realisiert sein können.
Der Motor 12 kann Einlassnockenphasensteller 36 und Auslassnockenphasensteller 38 umfassen, die das Dreh-Timing der Einlass- bzw. Auslassnockenwellen 24, 32 einstellen. Genauer gesagt kann ein Phasenwinkel der Einlass- und Auslassnockenphasensteller 36, 38 verzögert oder vorgerückt werden, um das relative Timing der Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 32 zu steuern.
Ein System 39 mit diskretem variablen Ventil (DVVL-System) steht mit den Nockenwellen 24, 32 in Interaktion, um Ventilöffnungs- und -schließereignisse zu regeln. Das DVVL-System 39 umfasst mehrere umschaltende Rollenschlepphebel (SRFFs) 40. Jeder SRFF 40 umfasst einen Niederhubkontakt, der eine Schnittstelle zu einer Niederhubnockenerhebung (nicht gezeigt) bildet, die an der Nockenwelle befestigt ist, und einen oder mehrere Hochhubkontakte (nicht gezeigt), die eine Schnittstelle zu einer oder mehreren Hochhubnockenerhebungen (nicht gezeigt) bilden, die an den Nockenwellen 24, 32 befestigt sind. Wenn sich die Nockenwellen 24, 32 drehen, treten die Nockenerhebungen mit den SRFFs 40 in Kontakt, die wiederum das jeweilige Ventil oder die jeweiligen Ventile 20, 21 öffnen und schliefen. Jeder SRFF 40 ist derart gesteuert, dass die Ventile 20, 21 gemäß einem Niederhubprofil und/oder einem Hochhubprofil selektiv betrieben werden.
Mindestens ein Klopfsensor 41 erzeugt auf der Grundlage eines Schließereignisses der Einlass- und Auslassventile 20, 21 ein Klopfsignal 42. Genauer gesagt wird das Signal 42 durch Erfassen eines Stoßes des Ventils 20, 21 auf einen Ventilsitz (nicht gezeigt) erzeugt. Der Klopfsensor 41 kann einen piezoelektrischen Effekt verwenden, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Genauer gesagt tritt der piezoelektrische Effekt auf, wenn eine Spannung auf einen polarisierten Kristall aufgebracht wird. Eine mechanische Deformation des Kristalls erzeugt einen Strom und kann mit Hilfe eines Ladungsverstärkers in eine Spannung umgewandelt werden. Es sei angemerkt, dass der Klopfsensor 40 jede in der Technik bekannte piezoelektrische Einrichtung sein kann.
Ein Motordrehzahlsensor 44 erzeugt ein Motordrehzahlsignal 46, das die Drehzahl des Motors 12 in Umdrehungen pro Minute (RPM) angibt. Ein Diagnosemodul 48 für einen diskreten variablen Ventilhub (DVVL-Diagnosemodul) ermittelt eine Fehlfunktion des DVVL-Systems 39 auf der Grundlage des Klopfsignals 42 und des Motordrehzahlsignals 46. Genauer gesagt ermittelt das DVVL-Diagnosemodul 48 auf der Grundlage des Betriebs des Einlass- und des Auslassventils 20, 21, ob bei einem SRFF 40 und/oder bei SRFFs 40 eine Fehlfunktion vorliegt. Auf der Grundlage einer Stoßkraft an einem Ventilsitz, die durch die Einlass- und Auslassventile 20, 21 während Ventilschließereignissen verursacht wird, wird eine DVVL-Fehlfunktion diagnostiziert.
Nun Bezug nehmend auf 2A zeigen mehrere Ventilhubpläne 100a einen Ventilbetrieb in einem Hochhubmodus (HL-Modus). Genauer gesagt basieren die Ventilhubpläne auf einem Viertakt-6-Zylinder-Motor, der mit 1200 Umdrehungen pro Minute (RPM) arbeitet. Es sei angemerkt, dass für jeden Zylinder 18 ein Einlassventilhubplan und ein oder mehrere Auslassventilhubpläne dargestellt sein können.
Ein beispielhafter Einlassventilhubplan 104 und ein beispielhafter Auslassventilhubplan 106 für einen einzelnen Zylinder 18 sind fett dargestellt.
Das Klopfsignal 42 umfasst mehrere endliche Stoßsignaturen 108, die zu jedem Ventilschließereignis gehören. Genauer gesagt findet ein Ventilschließereignis statt, wenn sich die Einlassventile 20 oder die Auslassventile 21 eines Zylinders 18 schliefen. Jede Stoßsignatur 108 stellt die Größe der Kraft dar, die während eines Ventilschließereignisses auf den Ventilsitz (nicht gezeigt) ausgeübt wird. Genauer gesagt ist der Ventilsitz (nicht gezeigt) der Teil des Motors, den das Ventil abdichtet, wenn sich ein Ventil in einer geschlossenen Stellung befindet.
Gemäß 2A weisen die Stoßsignaturen 108 für alle Einlass- und Auslassventilschließereignisse in dem HL-Modus ungefähr die gleiche Größe auf. Die Größe der Stoßsignaturen 108 kann ohne Einschränkung auf der Grundlage des Entwurfs der Nockenerhebungen, einer Ventilfederkonstante, eines Spiels zwischen der Nockenwellenoberfläche und dem SRFF 40 und der Empfindlichkeit des Klopfsensors 41, der zum Detektieren des Stoßes verwendet wird, variieren.
In Bezug auf 2B zeigen mehrere Ventilhubpläne 100b einen Ventilbetrieb im Hochhubmodus (HL-Modus) und einen Ausfall eines einzelnen Ventils aufgrund eines Ventils, das im LL-Modus arbeitet. Ein Ventilplan 110 zeigt ein Ventil, das sich im LL-Modus befindet (während eines HL-Betriebs). Die Größe einer Stoßsignatur 112, die auf der Grundlage des im LL-Modus arbeitenden Ventils erzeugt wird, ist kleiner als die der Stoßsignaturen 108, die von den Ventilen im HL-Modus erzeugt werden.
Nun Bezug nehmend auf 3 zeigt ein Blockdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines DVVL-Diagnosesytems, das in dem DVVL-Diagnosemodul 48 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von DVVL-Diagnosesystemen gemäß der vorliegenden Offenbarung können jede Anzahl von in dem DVVL-Diagnosemodul 48 eingebetteten Untermodulen umfassen. Die gezeigten Untermodule können kombiniert und/oder weiter unterteilt sein, um auf ähnliche Weise ein DVVL-System 39 zu diagnostizieren. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst das DVVL-Diagnosesystem ein Analog-Digital-Wandlermodul (A/D-Wandlermodul) 200, ein Fast Fourier Transformations-Modul (FFT-Modul) 202, ein Filtermodul 204 für Hintergrundrauschen und ein Fehlfunktionsmodul 206.
Das A/D-Wandlermodul 200 empfängt das Klopfsignal 42 und wandelt das Klopfsignal 42 in ein digitales Klopfsignal 201 um. Das FFT-Modul 202 gibt ein Frequenzsignatursignal 203 aus, das den Frequenzinhalt des digitalen Klopfsignals 201 unter Verwendung einer FFT-Analyse quantifiziert. Das Filtermodul 204 für Hintergrundrauschen entfernt das durch die natürlichen mechanischen Schwingungen des Motors 12 erzeugte Grundrauschen von dem Frequenzsignatursignal 203. Genauer gesagt filtert das Filtermodul 204 für Hintergrundrauschen den Frequenzinhalt unterhalb einer vorbestimmten Größe aus dem Frequenzsignatursignal 203 und gibt ein gefiltertes Frequenzsignatursignal 205 aus. Das Filtermodul für Hintergrundrauschen kann auch den Frequenzinhalt über einer zweiten vorbestimmten Größe aus dem gefilterten Frequenzsignatursignal 205 filtern. Das Ventilfehlfunktionsmodul 206 gibt ein Fehlfunktionssignal 207 aus, wenn alle Frequenzkomponenten des gefilterten Frequenzsignatursignals 205 nicht innerhalb eines Schwellenwertfrequenzbereichs liegen. Genauer gesagt wird der Schwellenwertfrequenzbereich auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals 46 bestimmt.
Bezug nehmend auf 4A ist der Frequenzinhalt des gefilterten Frequenzsignatursignals 205 auf der Grundlage der Stoßsignaturen 108 gezeigt, die durch die Ventilhubpläne 100a (und somit das Schließen) erzeugt werden. Es tritt eine Frequenzkomponente 250 bei 120 Hz auf, die die Anzahl von Ventilschließereignissen pro Sekunde darstellt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dreht sich der Motor 12 mit 1200 Umdrehungen pro Minute (RPM) oder 20 Umdrehungen pro Sekunde. Gemäß 2A treten alle 2 Motorumdrehungen zwölf Stoßsignaturen 108 auf. Ein Multiplizieren der Anzahl von Motorumdrehungen pro Sekunde mit der Anzahl von Stößen 108 pro 2 Motorumdrehungen liefert die Anzahl von Stößen 108 pro Sekunde oder die Frequenz der HL-Ventilstöße.
Daher tritt die Frequenzkomponente 250 bei 120 Hz auf.
4B zeigt die Frequenzkomponenten des gefilterten Frequenzsignatursignals 205 auf der Grundlage der zwölf Stoßsignaturen 108 und eine zusätzliche aus den mehreren Ventilhubplänen 100b, die in 2B gezeigt sind, erzeugte Stoßsignatur 112. Die Frequenzkomponente 250 bei 120 Hz existiert immer noch, es tritt jedoch eine zusätzliche Frequenzkomponente 255 bei 10 Hz auf. Ein Multiplizieren der Anzahl von Motorumdrehungen pro Sekunde mit der Anzahl von Stoßsignaturen 112 pro zwei Umdrehungen führt zu der Anzahl von Stößen pro Sekunde oder der Frequenz der LL-Ventilstöße.
Bezug nehmend auf 5 zeigt ein Flussdiagramm ein DVVL-Verfahren, das durch das DVVL-Diagnosesystem ausgeführt werden kann. Das Verfahren kann während des Motorbetriebs periodisch durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass das DVVL-Verfahren nicht auf die sequenzielle Ausführung beschränkt ist, die in 5 gezeigt ist. Bei 320 verarbeitet die Steuerung das Klopfsignal 42, das die Stöße der Ventilschließereignisse während zwei Motorumdrehungen darstellt. Die Steuerung wandelt das Klopfsignal 42 bei 330 in das digitale Klopfsignal 201 um. Bei 340 führt die Steuerung eine FFT-Analyse an dem digitalen Klopfsignal 201 durch und gibt das Frequenzsignatursignal 203 aus. Bei 350 filtert die Steuerung das Grundrauschen aus dem Frequenzsignatursignal 203 und gibt ein gefiltertes Frequenzsignatursignal 205 aus. Die Steuerung bewertet die Frequenzkomponenten des gefilterten Frequenzsignatursignals 205 auf der Grundlage eines Frequenzbereichs. Wenn Komponenten des gefilterten Frequenzsignatursignals 205 nicht innerhalb eines Schwellenwertfrequenzbereichs liegen, setzt die Steuerung das DVVL-Fehlfunktionssignal 207 bei 370 auf WAHR, andernfalls setzt die Steuerung das DVVL-Fehlfunktionssignal 207 bei 380 auf FALSCH.
Bei verschiedenen Ausführungsformen leuchtet nach dem Setzen des DVVL-Fehlfunktionssignals auf WAHR eine Warnleuchte auf. Entweder zusätzlich oder alternativ kann ein hörbares Warnsignal durch ein Audiosystem erzeugt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst das DVVL-Fehlfunktionssignal 207 einen Diagnosecode oder ist das DVVL-Fehlfunktionssignal 207 ein Diagnosecode. Der Diagnosecode kann über ein Telematiksystem an einen entfernten Ort übertragen oder über ein Dienstwerkzeug (nicht gezeigt) abgerufen werden, das mit dem Motorsystem in Verbindung steht.
Fachleute werden nun aus der vorangehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung auf eine Vielzahl von Formen realisiert werden können. Daher sollte, während diese Offenbarung in Verbindung mit bestimmten Beispielen hiervon beschrieben wurde, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt sein, da andere Abwandlungen für den Fachmann bei einem Studieren der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden.

Claims

Diagnosesystem für ein System eines diskreten variablen Ventilhubs eines Verbrennungsmotors, umfassend: ein Fast Fourier Transformations-Modul (FFT-Modul), das auf der Grundlage eines FFT-Verfahrens und eines Ventilstoßsensorsignals ein Frequenzinhaltssignal erzeugt; und ein Fehlfunktionsmodul, das selektiv auf der Grundlage des Frequenzinhaltssignals eine Fehlfunktion eines Systems eines diskreten variablen Ventilhubs diagnostiziert; wobei das Fehlfunktionsmodul auf der Grundlage eines auf der Motordrehzahl basierenden Frequenzbereichs ein Fehlfunktionssignal setzt.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Analog-Digital-Wandlermodul (A/D-Wandlermodul), das das Ventilsensorsignal von einem analogen Signal in ein digitales Signal umwandelt, und wobei das FFT-Modul das Frequenzinhaltssignal auf der Grundlage des digitalen Signals erzeugt.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Filtermodul für Hintergrundrauschen, das das Frequenzinhaltssignal auf der Grundlage eines maximalen Schwellenwerts filtert, und wobei das Fehlfunktionsmodul die Fehlfunktion auf der Grundlage des gefilterten Frequenzinhaltssignals selektiv diagnostiziert.
Diagnosesystem nach Anspruch 3, wobei das Filtermodul für Hintergrundrauschen das Frequenzinhaltssignal auf der Grundlage eines minimalen Schwellenwerts filtert.
Diagnosesystem nach Anspruch 4, wobei der minimale und der maximale Schwellenwert auf der Grundlage der Motordrehzahl bestimmt werden.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, wobei das Ventilsensorsignal Schließereignisse angibt, die zu einem Hochhub-Ventilhubprofil und/oder einem Niederhub-Ventilhubprofil gehören.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, wobei das Fehlfunktionsmodul selektiv auf der Grundlage eines befohlenen Ventilhubplans des Verbrennungsmotors eine Fehlfunktion diagnostiziert.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine piezoelektrische Einrichtung, die auf der Grundlage einer mechanischen Stoßlast an einem Ventilsitz ein Stoßsignal erzeugt.
Diagnosesystem nach Anspruch 8, wobei die piezoelektrische Einrichtung ein Klopfsensor ist, der ein Klopfsignal ausgibt, das eine Kraft eines Stoßes an einem Ventilsitz angibt, die durch Ventile während Ventilschließereignissen verursacht wird, und wobei das Sensorsignal das Klopfsignal ist.
Diagnosesystem nach Anspruch 1, wobei das Fehlfunktionsmodul selektiv eine Fehlfunktion eines umschaltbaren Rollenschlepphebels des Systems eines variablen Ventilhubs diagnostiziert.
Verfahren zum Diagnostizieren eines Systems eines diskreten variablen Ventilhubs (DVVL-Systems) eines Verbrennungsmotors, das umfasst, dass ein Stoßsignal empfangen wird, das einen Stoß eines Ventilschließereignisses angibt; eine FFT-Analyse an dem Ventilsignal durchgeführt wird, um ein Frequenzsignatursignal zu erzeugen; und eine Fehlfunktion des DVVL-Systems auf der Grundlage des Frequenzsignatursignals diagnostiziert wird, wobei das Diagnostizieren einer Fehlfunktion umfasst, dass das Frequenzsignatursignal mit einem auf der Motordrehzahl basierenden Frequenzbereich verglichen wird, und dass ein Fehlfunktionscode gesetzt wird, wenn das Frequenzsignatursignal außerhalb dieses Schwellenwertfrequenzbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass das Ventilsignal von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgewandelt wird, und wobei das Durchführen einer FFT-Analyse auf dem digitalen Signal basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass das Frequenzsignatursignal auf der Grundlage eines maximalen Schwellenwerts gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass das Frequenzsignatursignal auf der Grundlage eines minimalen Schwellenwerts gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Empfangen ferner umfasst, dass ein durch eine piezoelektrische Einrichtung erzeugtes Stoßsignal empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die piezoelektrische Einrichtung ein Klopfsensor ist.