-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft die Plausibilisierung von Sensorwerten, insbesondere
die Plausibilisierung eines Messwerts zu einer Stellung einer Regelklappe
eines Verbrennungsmotors.
-
Stand der Technik
-
Moderne
Verbrennungsmotoren weisen Ladevorrichtungen im Luftzuführungsabschnitt
auf, mit denen dem Verbrennungsmotor Luft mit einem bestimmten Ladedruck
bereitgestellt werden kann. Bei ungeregelten Ladevorrichtungen,
d. h. bei Ladevorrichtungen, die nicht steuerbar Abgasenergie in
Kompressionsenergie umsetzen bzw. fest mit der Abtriebswelle des
Verbrennungsmotors gekoppelt sind, gibt es im Allgemeinen eine Rückführungsleitung
von der Ausgangsseite des Verdichters der Ladevorrichtung zur Eingangsseite.
In der Rückführungsleitung befindet
sich eine sogenannte Kompressorregelklappe, die einen Teil der vom
Verdichter geförderten Luftmenge
zu dessen Eingangsseite zurückführt, um so
den vom Verdichter bereitgestellten Ladedruck einstellen zu können.
-
Moderne
Kompressorregelklappen in der Rückführungsleitung
sind prinzipiell wie Drosselklappen aufgebaut. Für die Plausibilisierung der
Stellung der Kompressorregelklappe ist ein Winkelsensor vorgesehen,
mit dem die durch einen Regelklappen-Stellwert angeforderte Stellung
der Kompressorregelklappe in Form eines Regelklappen-Stellwinkels bereitgestellt
wird. Während
durch Vergleich des Regelklappen-Stellwerts und des von dem Winkelsensor
bereitgestellten Regelklappen-Stellwinkels die Endpositionen der
Kompressorregelklappe zuverlässig
plausibilisiert werden können,
ist dies nur sehr eingeschränkt
in Zwischenstellungen der Kompressorregelklappe möglich.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Plausibilisieren von Stellungen einer Regelklappe in einer Rückführungsleitung um
eine Komponente zur Verfügung
zu stellen, wobei auch in Zwischenstellungen der Regelklappe überprüft werden
kann, ob die Regelklappe einen Stellwinkel einnimmt, der einem erfassten
Regelklappen-Stellwert entspricht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zum Plausibilisieren einer Stellung
einer Regelklappe in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie durch eine
Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Plausibilisieren der Stellung
einer Regelklappe in einer Rückführungsleitung
um eine Komponente in einem Luftsystem eines Verbrennungsmotors
vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Bestimmen
eines Komponenten-Luftmassenstroms durch die Komponente gemäß einer
Komponentenfunktion;
- – Ermitteln
eines Klappen-Luftmassenstroms über
die Regelklappe abhängig
von dem Komponenten-Luftmassenstrom;
- – Bereitstellen
einer Angabe über
die Stellung der Regelklappe;
- – Plausibilisieren
der Angabe über
die Stellung der Regelklappe abhängig
von dem Klappen-Luftmassenstrom und der Angabe über die Stellung der Regelklappe.
-
Eine
Idee des oben beschriebenen Verfahrens besteht darin, mit Hilfe
von zwei über
unterschiedliche Wege berechneten bzw. erhaltenen Angaben, die einen
Zustand der Regelklappe bzw. einen durch die Regelklappe beeinflussten
Zustand beschreiben, den erfassten Stellwinkel zu plausibilisieren,
um somit einen Fehler der Regelklappe bzw. eine Messungenauigkeit
eines die Position der Regelklappe erfassenden Sensors feststellen
zu können.
-
Das
Verfahren basiert z. B. auf einer Ermittlung des Luftmassenstroms über die
Komponente und eines weiteren Luftmassenstroms, z. B. des Luftmassenstroms,
der in den Verbrennungsmotor strömt,
wodurch abhängig
von diesen ermittelten Luftmassenströmen der Luftmassenstrom ermittelt werden
kann, der über
die Rückführungsleitung
zur Eingangsseite der Komponente zurückgeführt wird. Der Luftmassenstrom
durch die Rückführungsleitung kann
dann zum Beispiel mit Hilfe der Drosselgleichung in einen Öffnungsquerschnitt
und somit in einen Stellwinkel umgerechnet werden, der mit dem gemessenen
Stellwinkel verglichen werden kann.
-
Weiterhin
kann der Komponenten-Luftmassenstrom gemäß einer Komponentenfunktion
abhängig
von einer Zustands- und/oder Betriebsgröße bestimmt werden.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
kann der Klappen-Luftmassenstrom durch Bilden einer Luftmassenstrombilanz
ermittelt werden. Insbesondere kann der Klappen-Luftmassenstrom abhängig von einer Luftmassenstromdifferenz
zwischen dem Komponenten-Luftmassenstrom und einem weiteren Luftmassenstrom
ermittelt werden.
-
Weiterhin
kann der weitere Luftmassenstrom einem Zylindern des Verbrennungsmotors
zugeführten
Luftmassenstrom entsprechen, der unter Verwendung eines Luftmassenstrommodells
des Verbrennungsmotors ermittelt wird.
-
Als
die Angabe über
die Stellung der Regelklappe kann eine Positionsangabe, insbesondere
ein Stellwinkel, bereitgestellt werden, wobei mit Hilfe des ermittelten
Klappen-Luftmassenstroms eine zugeordnete Positionsangabe der Regelklappe
ermittelt wird, wobei das Plausibilisieren der Angabe über die Stellung
der Regelklappe durch Vergleichen der bereitgestellten Positionsangabe
und der zugeordneten Positionsangabe durchgeführt wird.
-
Alternativ
kann mit Hilfe der Angabe über
die Stellung der Regelklappe mit Hilfe eines Klappenmodells ein
zu erwartender Klappen-Luftmassenstrom errechnet werden, wobei das
Plausibilisieren der Angabe über
die Stellung der Regelklappe durch Vergleichen des zu erwartenden
Klappen-Luftmassenstroms und des ermittelten Klappen-Luftmassenstroms
durchgeführt
wird.
-
Weiterhin
kann abhängig
von dem Plausibilisieren der Angabe über die Stellung der Regelklappe der
Verbrennungsmotor gemäß einer
anderen Betriebsart, insbesondere ausschließlich durch Einstellen einer
den Luftmassenstrom in den Verbrennungsmotor direkt steuernden Drosselklappe,
betrieben werden.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Plausibilisieren der Stellung
einer Regelklappe in einer Rückführungsleitung
um eine Komponente in einem Luftsystem eines Verbrennungsmotors
vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:
- – einen
Sensor zum Bereitstellen einer Angabe über die Stellung der Regelklappe;
- – ein
Steuergerät,
das ausgebildet ist,
um einen Komponenten-Luftmassenstrom durch die
Komponente gemäß einer
Komponentenfunktion zu bestimmen;
um einen Klappen-Luftmassenstrom über die
Regelklappe abhängig
von dem Komponenten-Luftmassenstrom zu ermitteln; und
um die
Angabe über
die Stellung der Regelklappe abhängig
von dem Klappen-Luftmassenstrom und der Angabe über die Stellung der Regelklappe
zu plausibilisieren.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es
auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren
ausführt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Luftzuführungsabschnittes eines Motorsystems
mit einer Ladevorrichtung;
-
2 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Diagnose
einer Kompressorregelklappe.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit
einem Verbrennungsmotor 2, dem über einen Luftzuführungsabschnitt 3 Luft
zugeführt
wird. Der Luftzuführungsabschnitt 3 dient
dazu, Umgebungsluft anzusaugen und diese den Zylindern der Verbrennungsmotors 2 zum
Bereitstellen einer definierten Luftfüllung zuzuführen.
-
Im
Luftzuführungsabschnitt 3 ist
eine Drosselklappe 4 angeordnet, die von einem Motorsteuergerät 10 angesteuert
wird.
-
Das
Motorsteuergerät 10 empfängt eine
oder mehrere Vorgabegrößen, wie
zum Beispiel ein Fahrerwunschmoment, und stellt daraufhin zum Betreiben
des Verbrennungsmotors 2 gemäß der Vorgabegröße VG die
Drosselklappe 4 so ein, dass eine bestimmte Luftmenge über ein
Saugrohr 5 des Luftzuführungsabschnittes 3 dem
Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird. Das Saugrohr 5 stellt
denjenigen Abschnitt des Luftzuführungsabschnittes 3 dar,
der zwischen einer Komponente des Luftzuführungsabschnittes 3 und
den Einlassventilen des Verbrennungsmotors 2 angeordnet
ist.
-
Stromabwärts der
Drosselklappe 4 ist als Komponente des Luftzuführungsabschnittes 3 ein Verdichter 6 einer
Ladevorrichtung angeordnet, um einen gewünschten Saugrohrdruck psr im
Saugrohr 5 bereitzustellen. Der Verdichter 6 der
Ladevorrichtung ist im gezeigten Ausführungsbeispiel fest mit dem
Abtriebsstrang des Verbrennungsmotors 2 gekoppelt und somit
in seiner Kompressorleistung nicht direkt einstellbar. Alternativ
ist es auch möglich,
andere Verdichter wie zum Bespiel einen Verdichter eines Abgasturboladers
und dergleichen vorzusehen. Auch in diesem Fall ist die Kompressionsleistung
des Verdichters 6 nur von der umgesetzten Abgasenergie abhängig und
somit ebenfalls nicht direkt einstellbar.
-
Im
vorliegenden Beispiel ist der Verdichter 6 stromabwärts zur
Drosselklappe 4 angeordnet. Es ist jedoch grundsätzlich auch
möglich,
den Verdichter 6 stromaufwärts zur Drosselklappe 4 anzuordnen.
-
Zur
Einstellung der Verdichtungsleistung ist im gezeigten Beispiel eine
Rückführungsleitung 7 vorgesehen,
die die Ausgangsseite des Verdichters 6 mit der Eingangsseite
verbindet. In der Rückführungsleitung 7 ist
eine Kompressorregelklappe 8 angeordnet, die ebenfalls
von dem Motorsteuergerät 10 entsprechend
der Vorgabegröße VG zur
Bereitstellung einer Luftmenge im Saugrohr 5 bzw. eines
Ladedrucks einstellbar ist. Die Kompressorregelklappe 8 ist
mit einem Winkelsensor 9 gekoppelt, der den Stellwinkel
der Kompressorregelklappe 8 misst und als Sensorgröße dem Motorsteuergerät 10 bereitstellt.
-
Weiterhin
ist ein erster Drucksensor 11 vorgesehen, der stromaufwärts der
Drosselklappe 4 angeordnet ist, um den Umgebungsdruck pu
zu messen. Ein zweiter Drucksensor 12 ist vorgesehen, um den
Druck zwischen der Drosselklappe 4 und dem Verdichter 6 als
Druck pndk nach der Drosselklappe 4 zu messen. Mit Hilfe
eines dritten Drucksensors 13 wird ein Saugrohrdruck psr
gemessen, der im gezeigten Beispiel dem Ladedruck des Verdichters 6 entspricht.
Die mit Hilfe der Drucksensoren 11, 12, 13 bereitgestellten
Angaben über
die gemessenen Drücke
werden dem Motorsteuergerät 10 zur
Verfügung gestellt.
Alternativ können
anstelle eines oder mehrerer der Drucksensoren 11, 12, 13 auch
modellierte Drücke
verwendet bzw. bereitgestellt werden.
-
Während mit
Hilfe des Winkelsensors 9 die Stellung der Kompressorregelklappe 8 an
ihren Endpositionen relativ zuverlässig plausibilisiert werden kann,
ist dies in Zwischenstellungen nicht oder nur unzureichend möglich. Bei
vielen Motorsystemen wird die Stellung der Kompressorregelklappe 8 durch eine
entsprechende Lageregelung mit Hilfe des von dem Winkelsensor 9 bereitgestellten
Stellwinkels durchgeführt.
Ein Fehler des Winkelsensors hat dann eine entsprechende Fehlstellung
der Kompressorregelklappe zur Folge.
-
Um
den von dem Winkelsensor 9 bereitgestellten Messwert des
Stellwinkels zu plausibilisieren ist daher vorgesehen, über weitere
Systemgrößen eine
Angabe des Stellwinkels bzw. eine Angabe zu einer Öffnungsstellung
der Kompressorregelklappe 8 zu ermitteln. Dazu wird basierend
auf einem Massenstromgleichgewicht der Luftmassenstrom durch die Kompressorregelklappe 8 ermittelt,
und der Luftmassenstrom mit der Stellung der Kompressorregelklappe 8,
d. h. mit dem gemessenen Stellwinkel, plausibilisiert.
-
In
Schritt S1 wird ein Betriebszustand überprüft, bei dem eine Plausibilisierung
in dem System vorgenommen werden kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird überprüft, ob das
Druckverhältnis über beide
Klappen, d. h. über
die Drosselklappe 4 und über die Kompressorregelklappe 8,
kleiner ist als ein jeweiliger vorliegender Klappenschwellenwert.
Die beiden Klappenschwellenwerte können gleich oder verschieden
sein. Beispielsweise geben die Klappenschwellenwerte ein Druckverhältnis über die
jeweilige Klappe 4, 8 von zwischen 0,85 und 0,98, vorzugsweise
von 0,95 an. D. h. über
beide Klappen 4, 8 muss ein signifikanter Druckabfall
vorliegen, um das Verfahren zur Plausibilisierung ordnungsgemäß durchführen zu
können.
-
Liegt
der zu überprüfende Betriebszustand nicht
vor (Alternative: Nein) wird der Schritt S1 solange wiederholt,
bis der zu überprüfende Betriebszustand
eingetreten ist.
-
Liegt
der Betriebszustand (ausreichender Druckunterschied über die
Klappen 4, 8) vor (Alternative: Ja), wird anschließend in
Schritt S2 mit Hilfe einer Füllungserfassung
aus dem mit Hilfe des dritten Drucksensors 13 gemessenen
Saugrohrdruck psr und der modellierten oder mit Hilfe eines Temperatursensors
(nicht gezeigt) gemessenen Temperatur T1 im Saugrohr 5 der
Luftmassenstrom m3 ermittelt, der in den Verbrennungsmotor 2 strömt. Die
Füllungserfassung
kann dabei mit weiteren zusätzlichen
Informationen, wie z. B. Nockenwellenwinkeln und dergleichen durchgeführt werden
und weiterhin geeignete Kennfelder verwenden, die den Massenstrom
m3 in den Verbrennungsmotor 2 in geeigneter Weise auf die
Zustandsgrößen des
Motorsystems abbilden.
-
Weiterhin
kann in Schritt S3 mit Hilfe eines bereitgestellten Verdichtermodells
der Luftmassenstrom m1 durch den Verdichter 6 modelliert
werden. Das Verdichtermodell beschreibt den von dem Verdichter geförderten
Luftmassenstrom m1 abhängig von
Zustands- bzw. Ansteuergrößen. Dazu
kann beispielsweise bei einem Verdichter 6 einer Ladevorrichtung,
der fest über
den Abtriebsstrang des Verbrennungsmotors 2 angetrieben
wird, der geförderte Luftmassenstrom
m1 abhängig
von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und dem Druck
pndk stromabwärts
der Drosselklappe 4, der mit Hilfe des zweiten Drucksensors 12 gemessen
wird, und der Temperatur T2 vor dem Verdichter 6, die gemessen
oder geeigneterweise modelliert werden kann, berechnet werden. Die
Berechnung kann mit Hilfe eines physikalischen Verdichtermodells
oder mit Hilfe eines geeigneten Verdichterkennfeldes vorgenommen
werden.
-
Die
beiden so ermittelten Luftmassenströme m1, m3 können nun dazu verwendet werden,
den Luftmassenstrom m2 durch die Rückführungsleitung 7 zu
evaluieren. Der Luftmassenstrom m2 durch die Rückführungsleitung 7 ergibt
sich als Differenz zwischen dem in Schritt S4 ermittelten Luftmassenstrom m1
durch den Verdichter 6 und dem in Schritt S3 ermittelten
Luftmassenstrom m3 in den Verbrennungsmotor 2.
-
In
einem Schritt S5 wird weiterhin noch ein Massenstrom m2' berechnet. Dieser
wird aus dem Saugrohrdruck psr, der Temperatur T1 im Saugrohr 5 stromabwärts des
Verdichters 6, dem Druck pndk nach der Drosselklappe 4 und
dem Messwert des Stellwinkels, der von dem Winkelsensor 9 bereitgestellt
wird, mit Hilfe einer Drosselgleichung oder eines Drosselkennfelds
gewonnen. Es gilt: m2' = fDrossel(pndk,
psr, Stellwinkel)
-
In
Schritt S6 wird durch einen geeigneten Vergleich des Luftmassenstroms
m2 durch die Rückführungsleitung 7 und
des Massenstroms m2',
der mit Hilfe der Drosselgleichung ermittelt worden ist, der Messwert
des Winkelsensors 9 plausibilisiert. Dies kann beispielsweise
durch eine Differenzbildung oder Verhältnisbildung erfolgen und durch
eine nachfolgende Überprüfung, inwieweit
der Messwert m2 des Luftmassenstroms von dem modellierten Luftmassenstrom
m2 durch die Rückführungsleitung 7 abweicht.
-
Alternativ
kann in Schritt S5 aus dem modellierten Luftmassenstrom m2 durch
die Rückführungsleitung 7 mit
Hilfe der Drosselgleichung ein Stellwinkel berechnet werden, der
in Schritt S6 mit dem von dem Winkelsensor 9 gemessenen
Messwert des Stellwinkels verglichen wird. Analog zu oben angegebener
Vorgehensweise kann entsprechend als Maß einer Abweichung ein Verhältnis oder
eine Differenz zwischen dem Messwert des Stellwinkels und dem aus
m2 berechneten Wert des Stellwinkels ermittelt werden und das entsprechende
Ergebnis mit einem entsprechenden Abweichungs-Schwellenwert verglichen
werden, so dass das Maß einer
Abweichung zwischen dem Messwert und dem errechneten Wert zur Plausibilisierung
verwendet werden kann.
-
Wird
in den obigen Ausführungsformen
eine Abweichung des Messwerts von dem modellierten Wert festgestellt
(Alternative: Ja), so kann beispielsweise ein Notlaufbetrieb des
Verbrennungsmotors 2 durchgeführt werden (Schritt S7), wobei
zum Beispiel ein Drosselklappen-Betrieb durchgeführt wird, indem die Kompressorregelklappe 8 vollständig geöffnet und
der dem Verbrennungsmotor 2 zugeführte Luftmassenstrom m3 im
Wesentlichen durch die Stellung der Drosselklappe 4 durchgeführt wird.
-
Bei
einem systematischen Fehler kann alternativ eine Adaption des Messwertes
der Kompressorregelklappe 8 vorgenommen werden, so dass
der Messwert des Luftmassenstroms m3 über die Kompressorregelklappe 8 entsprechend
dem modellierten Stellwinkel korrigiert wird.
-
Bei
Auftreten einer Abweichung zwischen dem modellierten bzw. berechneten
Stellwinkel bzw. zwischen dem modellierten Luftmassenstrom m2' und dem berechneten
Luftmassenstrom m2 über
die Kompressorregelklappe 8 kann dies durch eine geeignete
Anzeige einem Benutzer des Verbrennungsmotors 2 bzw. einem
Fahrer eines Fahrzeugs mit einem derartigen Motorsystem 1 angezeigt
bzw. signalisiert werden. Weiterhin kann ein derartiger Fehler in einem
Fehler speicher des Motorsteuergeräts 10 gespeichert
werden, sodass bei einer späteren
Wartung oder Überprüfung bei
einem Auslesen des Speichers auf einen derartigen Fehler hingewiesen
werden kann.