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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren mit
einer Aufladevorrichtung, wie einem Turbolader, der mit einer Schubumluftleitung
ausgestattet ist.
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Stand der Technik
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Heutige
Verbrennungsmotoren, die eine abgasbetriebene Aufladevorrichtung,
wie zum Beispiel einen Turbolader, aufweisen, umfassen häufig
ein sogenanntes Schubumluftventil, das in einer Schubumluftleitung,
die einen Verdichter der Aufladevorrichtung überbrückt,
angeordnet ist. Durch Öffnen des Schubumluftventils kann
bei einem Lastwechsel ein sogenanntes Pumpen der Aufladevorrichtung verhindert
werden. Das Pumpen der Aufladevorrichtung äußert
sich durch Pulsationen in einer unmittelbar ausgangsseitig des Verdichters
angeordneten Abschnitt des Luftzufuhrkanals, der sog. Ladeluftleitung,
und evtl. im Saugrohr des Verbrennungsmotors und wird durch Strömungsabrisse
an Verdichterschaufeln des Verdichters verursacht. Insbesondere tritt
ein solches Pumpen infolge eines Druckverhältnisses mit
einem höheren Druck in dem Luftzufuhrkanal und einem niedrigeren
Druck in der Umgebung und bei geringen, durch den Verdichter bewegten Luftmassenströmen
auf. Weiterhin kann das Schubumluftventil dazu verwendet werden,
Druckspitzen beim Schließen einer stromabwärts
des Verdichters angeordneten Drosselklappe zu vermeiden.
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Die
durch das Pumpen entstehenden Pulsationen können zu einer
erheblichen Belastung der Aufladevorrichtung und bei häufigem
Auftreten zu Lagerschäden an der Aufladevorrichtung führen.
Zusätzlich stellt das Pumpgeräusch eine akustische
Beeinträchtigung für die Fahrzeuginsassen und
die Umgebung dar.
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Bei
modernen Motoren wird das Schubumluftventil häufig durch
ein Steuersignal, welches in einem Motorsteuergerät generiert
wird, angesteuert, um es gezielt zu öffnen, wenn die Gefahr
des Pumpens besteht.
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Tritt
ein Fehler im Betrieb des Schubumluftventils auf, wie zum Beispiel
ein im geschlossenen Zustand klemmendes Schubumluftventil, so kann
u. U. das Pumpen nicht vermieden werden und die Gefahr einer Beschädigung
des Motorsystems ist erhöht.
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Aus
der Druckschrift
DE
101 11 271 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Schubumluftventils
einer Aufladevorrichtung bekannt, wobei bei einer negativen Laständerung
und erkannten Pulsationen eine Fehlfunktion im Bereich des Schubumluftventils erkannt
wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein im geschlossenen
Zustand klemmendes Schubumluftventil zu erkennen.
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Das
darin beschriebene Verfahren eignet sich jedoch nicht, ein im geöffneten
Zustand klemmendes Schubumluftventil zu erkennen. Ein im geöffneten
Zustand klemmendes Schubumluftventil kann jedoch zu einer Verschlechterung
der Dynamik des Ladedruckaufbaus führen, da ein Teil des
von der Aufladevorrichtung geforderten Volumenstroms nutzlos im
Kreis gepumpt wird. Schlimmstenfalls kann es sogar dazu führen,
dass der gewünschte Ladedruck nicht mehr erreicht wird
und die Ladedruckdiagnose einen Unterladefehler feststellt.
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Zusätzlich
kann es bei einem geöffneten Schubumluftventil unter Umständen
zu Rückströmungen in Richtung des Luftmassensensors
und Luftfilters kommen. Da der Luftmassenmesser in der Regel konstruktionsbedingt
nicht dazu ausgelegt ist, einen aus der Ladeluftleitung über
das Schubumluftventil herausströmenden Luftmassenstrom
zuverlässig zu messen, kann dies in der Folge zu Fehlmessungen
des Luftmassenstroms und Fehlberechnungen des Massenstroms in den
Verbrennungsmotor basierend auf dem durch den Luftmassenmesser fehlerhaft gemessenen
Luftmassenstroms führen, insbesondere, wenn dem Motorsteuergerät
nicht bekannt ist, dass das Schubumluftventil fehlerhafterweise
geöffnet ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verfügung zu stellen, durch die ein Fehler des Schubumluftventils
detektiert werden kann, und durch die insbesondere die Fehlerart feststellbar
ist, d. h. z. B. feststellbar ist, ob das Schubumluftventil im geöffneten
Zustand oder im geschlossenen Zustand klemmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wir durch das Verfahren für Diagnose eines Schubumluftventils
einer Aufladevorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie
durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Diagnose eines elektrisch ansteuerbaren Schubumluftventils
einer Aufladevorrichtung eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei
ein Verdichter der Aufladevorrichtung in einem Luftzufuhrkanal zum
Zuführen von Luft in den Verbrennungsmotor angeordnet ist,
wobei das Schubumluftventil in einer den Verdichter umgehenden Schubumluftleitung
angeordnet ist; mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen
einer Luftmassenstromangabe über einen durch den Luftzufuhrkanal
dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmassenstrom;
- – nach einem Ansteuern des Schubumluftventils zum Umschalten
des Schubumluftventils, Analysieren des zeitlichen Verlaufs der
Luftmassenstromangabe, um innerhalb einer vorgegeben Zeitdauer nach
dem Beginn des Ansteuerns des Schubumluftventils ein lokales Maximum
des durch die Luftmassenstromangabe angezeigten Luftmassenstroms
festzustellen;
- – Erkennen eines Fehlers des elektrisch ansteuerbaren
Schubumluftventils, wenn das lokale Maximum des Luftmassenstroms
innerhalb der vorgegeben Zeitdauer nicht feststellbar ist.
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Eine
Idee des obigen Verfahrens besteht darin, eine Diagnose eines Schubumluftventils
vorzunehmen, so dass eine Fehlfunktion des Schubumluftventils erkannt
werden kann, wenn bei einer Ansteuerung zum Schalten des Schubumluftventils
ein bestimmtes Verhalten des Verlaufs des durch die Luftmassenstromangabe
angezeigten Luftmassenstroms ausbleibt.
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Weiterhin
kann das Schubumluftventil angesteuert werden, um das Umschalten
des Schubumluftventils zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem
das Schubumluftventil geöffnet ist, und einem zweiten Schaltzustand,
in dem das Schubumluftventil geschlossen ist, durchzuführen.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann das Analysieren des Verlaufs der Luftmassenstromangabe
durchgeführt werden, indem die aktuelle Luftmassenstromangabe
mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen werden, um durch Überschreiten
eines ersten Schwellenwertes und ein nachfolgendes Unterschreiten
des ersten oder eines zweiten Schwellenwertes, der von dem ersten
Schwellenwert verschieden ist, das Vorhandensein des lokalen Maximums
des durch die Luftmassenstromangabe angezeigten Luftmassenstroms
festzustellen.
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Weiterhin
kann bei einem Ansteuern zum Schließen des Schubumluftventils
als Fehler ein in geöffneter Stellung klemmendes Schubumluftventil erkannt
werden.
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Bei
dem Analysieren des zeitlichen Verlaufs der Luftmassenstromangabe
kann weiterhin überprüft werden, ob nach einem
Ansteuern zum Öffnen des Schubumluftventils ein Pulsieren
der Luftmassenstromangabe auftritt, wobei als Fehler ein in geschlossener
Stellung klemmendes Schubumluftventil erkannt wird, wenn das Pulsieren
der Luftmassenstromangabe auftritt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann das Analysieren des zeitlichen
Verlaufs der Luftmassenstromangabe innerhalb einer ersten vorgegebenen
Zeitdauer bei dem Ansteuern zum Öffnen des Schubumluftventils
und/oder innerhalb einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer beim Ansteuern zum
Schließen des Schubumluftventils durchgeführt werden.
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Weiterhin
kann nach einem Ansteuern zum Öffnen des Schubumluftventils
das Analysieren des zeitlichen Verlaufs der Luftmassenstromangabe durchgeführt werden,
um innerhalb der vorgegeben Zeitdauer mindestens eine vorgegebene
Anzahl lokale Maxima des zeitlichen Verlaufs der Luftmassenstromangabe
festzustellen, um das Vorhandensein des Pulsierens des durch die
Luftmassenstromangabe angezeigten Luftmassenstroms zu erkennen.
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Insbesondere
kann nach einem Ansteuern zum Öffnen des Schubumluftventils
das Analysieren des zeitlichen Verlaufs der Luftmassenstromangabe durchgeführt
werden, indem die aktuelle Luftmassenstromangabe mit einem oder
mehreren Schwellenwerten verglichen werden, um durch mehrmaliges Überschreiten
eines dritten Schwellenwertes und/oder mehrmaliges Unterschreiten
eines vierten Schwellenwertes das Vorhandensein des Pulsierens des
durch die Luftmassenstromangabe angezeigten Luftmassenstroms festzustellen.
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Insbesondere
kann das Analysieren des zeitlichen Verlaufs der Luftmassenstromangabe
basierend auf einem Verlauf einer gefilterten Luftmassenstromangabe
durchgeführt werden, um fehlerhafte Erkennungen von lokalen
Maxima aufgrund von Störeinflüssen oder Rauschen
zu filtern.
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Weiterhin
kann die Luftmassenstromangabe als ein Sensorsignal von einem Luftmassensensor oder
von einem Drucksensor bereitgestellt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Diagnose eines elektrisch
ansteuerbaren Schubumluftventils einer Aufladevorrichtung eines
Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei ein Verdichter der Aufladevorrichtung
in einem Luftzufuhrkanal zum Zuführen von Luft in den Verbrennungsmotor angeordnet
ist, wobei das Schubumluftventil in einer den Verdichter umgehenden
Schubumluftleitung angeordnet ist; umfassend:
- – eine
Erfassungseinrichtung zum Bereitstellen einer Luftmassenstromangabe über
einen durch den Luftzufuhrkanal dem Verbrennungsmotor zugeführten
Luftmassenstrom;
- – eine Steuereinheit zum Analysieren des zeitlichen
Verlaufs der Luftmassenstromangabe nach einem Ansteuern des Schubumluftventils
zum Umschalten, um innerhalb einer vorgegeben Zeitdauer nach dem
Beginn des Ansteuerns des Schubumluftventils ein lokales Maximum
des durch die Luftmassenstromangabe angezeigten Luftmassenstroms
festzustellen, und zum Erkennen eines Fehlers des elektrisch ansteuerbaren Schubumluftventils,
wenn das lokale Maximum des Luftmassenstroms innerhalb der vorgegeben Zeitdauer
nicht feststellbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode
enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit
ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Aufladevorrichtung;
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2 ein
Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Diagnose eines
Schubumluftventils;
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3 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Darstellung des Verlaufs des gemessenen
Luftmassenstroms bei einem ordnungsgemäßen Schließen
des Schubumluftventils; und
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4 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Darstellung des Verlaufs des gemessenen
Luftmassenstroms bei einem Klemmen des Schubumluftventils im geschlossenen
Zustand.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt
ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2,
dem Luft über einen Luftzufuhrkanal eines Luftzuführungssystems 3 zugeführt wird
und aus dem Verbrennungsabgas über einen Abgasabführungsabschnitt 4 abgeführt
wird. Im Luftzuführungssystem 3 ist eine Drosselklappe 5 zum Einstellen
des einem Zylinder des Verbrennungsmotors 2 zugeführten
Luftmassenstroms bzw. der zugeführten Luftmenge. Eingangsseitig
weist das Luftzuführungssystem 3 einen Luftmassensensor 6 auf,
der in Form eines Heißluftmassensensors ausgebildet ist,
und die Menge der in das Luftzuführungssystem 3 hineinströmenden
Luft misst und ein entsprechendes Sensorsignal als Luftmassenstromangabe
bereitstellt. Das Luftzuführungssystem 3 weist
weiterhin ein Saugrohr 31 auf, das zwi schen der Drosselklappe 5 und
dem Einlass des Verbrennungsmotors 2 angeordnet ist.
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Das
Motorsystem 1 weist eine Aufladevorrichtung auf, die z.
B. eine Abgasturbine 8 im Abgasabführungsabschnitt 4 und
einen Verdichter 9 im Luftzuführungssystem 3 umfasst.
Die Abgasturbine 8 treibt den Verdichter 9 über
eine nicht gezeigte Welle an. Die Kopplung zwischen der Abgasturbine 8 und dem
Verdichter 9 ist gestrichelt dargestellt.
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Eingangsseite
und Ausgangsseite der Abgasturbine 8 sind über
eine Bypass-Leitung 10 miteinander verbunden, in der ein
steuerbares Bypass-Ventil 11 angeordnet ist. Alternativ
sind beliebige andere Ausführungen der Abgasseite insbesondere
der Abgasturbine denkbar.
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Der
Verdichter 9 in dem Luftzuführungssystem 3 dient
dazu, Luft unter einem Ladedruck in einem ausgangsseitig des Verdichters 9 befindlichen Abschnitt
des Luftzufuhrkanals, der Ladeluftleitung 32 des Luftzuführungssystems 3,
bereitzustellen. Der Verdichter 9 ist mit einer Schubumluftleitung 12 versehen,
die die Ausgangsseite (Auslass, Ladeluftleitung 32) des
Verdichters 9 mit der Eingangsseite (Einlass) verbindet.
In der Schubumluftleitung 12 ist ein Schubumluftventil 13 vorgesehen,
das elektrisch schaltbar ist, um Luft zwischen dem Verdichter 9 und der
Drosselklappe 5 wegzuführen.
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Zur
Ansteuerung des Bypass-Ventils 11, des Schubumluftventils 13,
und der Drosselklappe 5 ist ein Motorsteuergerät 15 vorgesehen,
das entsprechend dem einzustellenden Motorbetrieb eine Ansteuerung
vornimmt. Diese Ansteuerung wird entsprechend einer oder mehrerer
Vorgabegrößen VG, die beispielsweise ein Fahrerwunschmoment
umfassen können, und abhängig von weiteren Messgrößen durchgeführt,
wie z. B. eine über einen Drehzahlsensor 7 erfasste
Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und eine Angabe über
eine in das Saugrohr 31 hineinströmende Luftmenge,
die von dem Luftmassensensor 6 bereitgestellt wird.
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Das
Motorsteuergerät 15 öffnet das Schubumluftventil 13,
wenn ein Betriebszustand vorliegt, bei dem die Aufladevorrichtung
besonders anfällig für ein Verdichterpumpen ist,
d. h. besonders anfällig dafür, dass Strömungsabrisse
an den Verdichterradschaufeln des Verdichters 9 entstehen,
wodurch Pulsationen in der La deluftleitung 32 hervorgerufen
werden. Dieses Pumpen ist schädlich und erhöht
den Verschleiß des Verdichters 9.
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Konkret
kann das Motorsteuergerät 15 das Schubumluftventil 13 öffnen,
wenn die Drosselklappe 5 bei einem Lastwechsel ganz geschlossen
wird oder in Folge des Lastwechsels die Drosselklappe 5 in eine
Stellung gebracht wird, die nur einen geringen Öffnungsquerschnitt
aufweist, so dass der Ladedruck vor der Drosselklappe 5 relativ
hoch ist, verglichen mit Zuständen, bei denen die Drosselklappe 5 weiter geöffnet
ist und bei denen der Luftmassenstrom durch das Saugrohr 31 und
die Ladeluftleitung 32 gering ist. Diese Zustände
treten insbesondere bei einem Schließvorgang der Drosselklappe 5 aufgrund eines
Lastabfalls auf, da der Verdichter 9 eine hohe Luftmasse
fördert, die zu einer schnellen Anstieg bzw. einer schnellen
Erhöhung des Ladedrucks bei sich verringerndem Luftmassenstrom
durch den Verdichter 9 führt.
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Typische
Fehlerfälle des Schubumluftventils 13 sind, dass
es im geschlossenen bzw. im offenen Zustand klemmt, d. h. das Schubumluftventil 13 lässt sich
nicht öffnen bzw. nicht schließen.
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Bei
einem im geöffneten Zustand klemmenden Schubumluftventil 13 besteht
die Problematik, dass die Aufladevorrichtung einen erhöhten
Aufwand betreiben muss, den Ladedruck zwischen dem Verdichter 9 und
der Drosselklappe 5 bereit zu stellen und unter Umständen
der geforderte Ladedruck nicht mehr bereit gestellt werden kann.
Tritt ein solcher Fehler auf, so ist es sehr sinnvoll, den Motorbetrieb auf
einen reinen Drosselklappenbetrieb umzustellen, bei dem die Luftzufuhr
in den Verbrennungsmotor 2 ausschließlich durch
die Stellung der Drosselklappe 5 bestimmt wird, so dass
zumindest ein definiertes Betriebsverhalten erreicht werden kann.
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Wenn
ein zuvor geöffnetes (als sich in der geöffneten
Stellung erkanntes) Schubumluftventil 13 geschlossen wird,
kommt es beim Schließen zu einer kurzzeitigen, d. h. in
ihrer Zeitdauer begrenzten Erhöhung der von dem Luftmassensensor 6 gemessenen, in
die Ladeluftleitung strömenden Luftmenge. Der Grund hierfür
besteht darin, dass im Fall des geöffneten Schubumluftventils 13 über
den Verdichter 9 der Aufladevorrichtung ein größerer
Massenstrom fließt als über den Luftmassensensor 6 und über
die Drosselklappe 5. Das liegt daran, dass ein Teil des
vom Verdichter 9 geforderten Massenstroms über
das Schubumluftventil 13 zurückfließt
und somit im Kreis gepumpt wird. Wenn das Schubumluftventil 13 geschlossen
wird, fördert der Verdichter 9 kurzzeitig aufgrund
von Trägheit weiterhin den gleichen Massenstrom, der jedoch
nun nicht mehr über das Schubumluftventil 13 zur
Eingangsseite des Verdichters 9 fließt. Somit
muss der vollständige Massenstrom über den Luftmassensensor 6 fließen,
was sich durch eine kurzzeitigen Erhöhung des dort gemessenen Luftmassenstroms
auswirkt. Die Höhe der kurzzeitigen Erhöhung hängt
davon ab, welche Luftmasse der Verdichter 9 fördert,
ist also von dem Betriebszustand der Aufladevorrichtung abhängig.
Der Betriebszustand der Aufladevorrichtung ergibt sich aus der durch
das Abgas bereitgestellten Antriebsenergie, der Drehzahl der Abgasturbine
und dergleichen.
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Ein
typischer Verlauf einer Erhöhung des Luftmassenstroms aufgrund
des Schließens des Schubumluftventils 13 ist in 3 qualitativ
dargestellt. Man erkennt nach dem Pegelwechsel eines Ansteuersignals
SUV zum Betätigen des Schubumluftventils 13 ein
kurzzeitiges Ansteigen der durch den Luftmassensensor 6 fließenden
Luftmenge und anschließend wieder einen Abfall auf das
zuvor vorliegende Ausgangsniveau. Die Diagnose des Schubumluftventils 13 zum
Feststellen einer im geöffneten Zustand klemmenden Stellung
kann also durchgeführt werden, indem das Signal des Luftmassensensors 6 auf
diese kurzzeitige Erhöhung hin überprüft wird.
Bleibt diese kurzzeitige Erhöhung des Sensorsignals bzw.
des gemessenen Luftmassenstroms aus, so wird festgestellt, dass
das Schubumluftventil 13 bei einer entsprechenden Ansteuerung
durch das Motorsteuergerät 15 nicht geschlossen
werden konnte bzw., dass es sich fehlerhafterweise bereits zum Zeitpunkt
der Ansteuerung in der geschlossenen Stellung befunden hat.
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Bei
dem weiteren Fehlerfall, bei dem ein Schubumluftventil 13 im
geschlossenen Zustand klemmt oder aus anderen Gründen nicht
geöffnet werden kann, kommt es bei schnellen Lastwechseln von
hohen zu niedrigen Lasten, d. h. bei Wechseln von einem aufgeladenen
Betrieb mit fast geöffneter Drosselklappe 5 zu
einem Betrieb mit ganz oder weitestgehend geschlossener Drosselklappe 5 zu
einem sogenannten Verdichterpumpen, das sich durch Oszillationen
im Ladedruck und der über das Saugrohr 31 bzw.
den Luftmassensensor 6 fließenden Luftmenge bemerkbar
macht. Soll ein Schubumluftventil 13 bei abfallender Last
geöffnet werden, kann anhand des Vorliegens von Pulsationen
in der Ladeluftleitung 32, die über den Luftmassensensor 6 ermittelt werden
können, erkannt werden, ob das Schubumluftventil 13 im
geschlossenen Zustand klemmt.
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Somit
ist es möglich, beide Fehlerfälle des Schubumluftventils 13 durch
eine Auswertung des von dem Luftmassensensor 6 detektierten
Luftmassenstroms festzustellen.
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Der
Verlauf des von dem Luftmassensensor 6 gemessenen Luftmassenstroms
bei einem Lastabfall ohne Öffnen des Schubumluftventils 13 kann
in 4 gesehen werden.
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Die
Untersuchung des Sensorsignals (Luftmassenstromsignals), das von
dem Luftmassensensor 6 bereitgestellt wird, kann beispielsweise
erfolgen, indem überprüft wird, ob in Folge eines
Schaltens des Schubumluftventils 13 eine Änderung
des gemessenen Luftmassenstroms vorliegt. Dies kann beispielsweise
bei einem Überschreiten bzw. Unterschreiten von definierten
Schwellenwerten innerhalb einer bestimmten Zeitdauer festgestellt
werden. Bei dem Vorliegen eines Fehlerfalls, bei dem das Schubumluftventil 13 im
geschlossenen Zustand klemmt, wie es in 4 dargestellt
ist, kann durch Detektieren eines wiederholten (z. B. zweimaligen) Überschreitens
und/oder Unterschreitens eines einzigen Schwellenwertes oder eines
dritten und eines vierten Schwellenwertes SW3, SW4 das Pulsieren
festgestellt werden. Allgemein kann das Verdichterpumpen festgestellt
werden, wenn innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer mindestens eine
bestimmte Anzahl lokaler Maxima festgestellt wird.
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Der
dritte und der vierte Schwellenwert SW3, SW4 können abhängig
von einem Pegel des Luftmassenstromsignals vor dem Schalten festgelegt werden,
insbesondere durch eine prozentuale (relative) oder absolute Abweichungen
von dem Pegel des Luftmassenstromsignals zu einem bestimmten Zeitpunkt
vor dem Schalten. Der dritte Schwellenwert SW3, der durch den Pegel
des Luftmassenstromsignals überschritten werden muss, kann
größer sein als der vierte Schwellenwert SW4,
der durch den Pegel des Luftmassenstromsignals unterschritten werden muss,
so dass das Diagnoseverfahren gegenüber Rauschen und Störeinflüssen
robuster wird.
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Im
Falle des im geöffneten Zustand klemmenden Schubumluftventils 13 kann
ausgehend von dem vor dem Schalten des Schubumluftventils 13 durch
den Luftmassensensor 6 gemessenen Pegel des den Luftmassenstrom
repräsentierenden Signals ein erster Schwellenwert SW1
(z. B. durch Beaufschlagen mit einem Umschaltschwellenwert US) definiert
werden, mit dem festgestellt werden kann, ob die kurzzeitige Änderung
bzw. Erhöhung des Luftmassenstroms über den Luftmassensensor 6 eine bestimmte
Mindesthöhe aufweist. Auf diese Weise kann ein lokales
Maximum des Luftmassenstroms festgestellt werden, das auf einen
ordnungsgemäßen Umschaltvorgang hinweist. Mit
Hilfe eines zweiten Schwellenwerts SW2, der sich ebenfalls an dem
vor dem Schalten des Schubumluftventils 13 gemessenen Pegel
orientiert (kann z. B. dem zweiten Schwellenwert SW2 entsprechen
oder mit einem Differenzwert davon abweichen) kann festgestellt
werden, ob nach dem Anstieg des Luftmassenstroms über den Luftmassensensor 6 der
Luftmassenstrom wieder in Richtung des vor dem Schalten gemessenen
Luftmassenstromsignals abfällt. Auf diese Weise kann ein
lokales Maximum des Luftmassenstroms festgestellt werden.
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Der
erste Schwellenwert SW1, der in diesem Fall durch den Pegel des
Luftmassenstromsignals überschritten werden muss, kann
gleich oder größer sein als der zweite Schwellenwert
SW2, der anschließend durch den Pegel des Luftmassenstromsignals unterschritten
werden muss, so dass das Diagnoseverfahren gegenüber Rauschen
und Störeinflüssen robuster wird.
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Die Überprüfung
des Vorhandenseins des lokalen Maximums erfolgt innerhalb einer
vorgegebenen Zeitdauer nach dem Schalten des Schubumluftventils 13,
wobei die vorgegebene Zeitdauer von der Art des Umschaltens, d.
h. einem Schalten in eine Offenstellung oder in eine Schließstellung
abhängt. Die Zeitdauer wird vorgegeben und hängt
von einem dynamischen Verhalten des Luftsystems ab. Die Zeitdauern
können durch Messungen an dem Luftsystem in einem Prüfstand
bestimmt werden. Die jeweilige Zeitdauer sollte einerseits genügend
groß gewählt werden, dass ein lokales Maximum
oder ein Pulsieren des zeitlichen Verlaufs der Luftmassenstromangabe
als Folge eines zuvor erfolgten Umschaltens sicher detektiert werden
kann. Andererseits sollte die jeweilige Zeitdauer möglichst
klein gewählt werden, so dass eine fehlerhafte Diagnose
aufgrund von dynamischen Änderungen der Luftzufuhr, die
nicht durch ein Umschal ten des Schubumluftventils 13 bedingt
sind, verhindert und der Zeitaufwand für die Diagnose möglichst
gering gehalten werden kann.
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Das
Verfahren zur Diagnose des Schubumluftventils 13 ist in
dem Flussdiagramm der 2 schematisch dargestellt. In
einem Schritt S1 wird detektiert, ob ein Schalten des Schubumluftventils 13 erfolgt.
Das Schalten des Schubumluftventils 13 wird durch das Motorsteuergerät 15 gesteuert.
Wenn ein Schalten des Schubumluftventils 13 erfolgt ist
(Alternative: Ja), wird in einem nächsten Schritt S2 überprüft,
ob das Motorsteuergerät 15 das Schubumluftventil 13 ansteuert,
so dass sich dieses öffnen soll (Alternative 1).
Dann wird anschließend in der Folge in einem Schritt S3
ein Überschreiten des dritten Schwellwerts SW3 und, wenn
ein Überschreiten des dritten Schwellwerts SW3 detektiert
worden ist (Alternative: Ja), in einem Schritt S4 ein erster Zähler
(nicht gezeigt) im Motorsteuergerät 15 inkrementiert.
Anschließend wird in einem Schritt S5 ein Unterschreiten
des vierten Schnellwerts SW4 abgefragt und, wenn dies der Fall ist,
ein zweiter Zähler (nicht gezeigt) im Motorsteuergerät 15 inkrementiert.
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In
Schritt S7 wird überprüft, ob mindestens einer
der Zähler ein mehrmaliges (z. B. zweimaliges, dreimaliges
oder mehr als dreimaliges) Überschreiten des dritten Schwellwerts
SW3 und/oder Unterschreiten des vierten Schwellwerts SW4 bzw. das mehrmalige
Vorliegen von lokalen Maxima bzw. Minima festgestellt hat, wodurch
ein Schwingen des in die Ladeluftleitung 3 strömenden
Luftmassenstroms erkennbar würde. Dies ist ein Anzeichen
für ein Verdichterpumpen. Liegt ein solches Verdichterpumpen vor
(Alternative: Ja), so kann auf ein im geschlossenen Zustand klemmendes
Schubumluftventil 13 geschlossen werden. Die Anzahl der
notwendigen Erkennungen des Überschreitens des dritten
Schwellenwerts SW3 und/oder Unterschreiten des vierten Schwellenwerts
SW4 kann vorgegeben werden. Die Anzahl sollte genügend
groß gewählt werden, um einerseits eine sichere
Erkennung eines Verdichterpumpens zu gewährleisten, und
andererseits sollte die Zeit für die Erkennung des Fehlers
möglichst klein gewählt werden, um eine schnelle
Diagnose des Schubumluftventils 13 zu ermöglichen.
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Wurde
in Schritt S7 (noch) kein Verdichterpumpen festgestellt (Alternative:
Nein), so wird in einem Schritt S8 abgefragt, ob seit dem Schalten
eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Ist dies der Fall,
so wird auf eine ordnungsgemäße Funktion des Schubumluftventils 13 geschlossen
und zu Schritt S1 zurückge sprungen. Ist die vorbestimmte
Zeitdauer noch nicht verstrichen (Alternative: Ja), so wird zu Schritt
S3 zurückgesprungen.
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Wird
in Schritt S7 ein Verdichterpumpen festgestellt, so kann in Schritt
S9 eine Fehlerbehandlungsroutine aufgerufen werden. Z. B. könnte
eine Notbetriebsart aufgerufen werden, bei der der Verbrennungsmotor 2 ausschließlich
im Drosselklappenbetrieb betrieben wird, d. h. die zugeführte
Luftmenge wird nur durch die Stellung der Drosselklappe 5 bestimmt.
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Wenn
in dem Schritt S2 festgestellt wird, dass das Motorsteuergerät 15 das
Schubumluftventil 13 ansteuert, so dass sich dieses schließen
soll (Alternative: 2), so wird in der Folge in einem Schritt S10 ein Überschreiten
des ersten Schwellenwerts SW1 durch den vom Luftmassensensor 6 gemessenen Luftmassenstrom
abgefragt und, wenn ein Überschreiten des ersten Schwellenwerts
SW1 durch den vom Luftmassensensor 6 gemessenen Luftmassenstrom
detektiert worden ist (Alternative: Ja), in einem Schritt S11 ein
Unterschreiten des zweiten Schwellenwerts SW4 durch den vom Luftmassensensor 6 gemessenen
Luftmassenstrom abgefragt, und wenn dies der Fall ist (Alternative:
Ja), konnte ein entsprechender Anstieg des Luftmassenstroms durch
den Luftmassensensor 6 festgestellt werden, wodurch die ordnungsgemäße
Funktion des Schubumluftventils 13 festgestellt wurde.
Daraufhin wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Wird
in Schritt S10 kein Überschreiten des dritten Schwellenwertes
SW3 durch den vom Luftmassensensor 6 gemessenen Luftmassenstrom
festgestellt (Alternative: Nein), so wird in einem Schritt S12 überprüft,
ob eine vorgegebene Zeitdauer seit dem Umschalten des Schubumluftventils 13 schon verstrichen
ist. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird ein Fehler erkannt
und zu Schritt S9 gesprungen, um eine geeignete Notlaufbetriebsart
einzunehmen. Ist die vorgegebene Zeitdauer nicht verstrichen (Alternative:
Nein), so wird zu Schritt S10 zurückgesprungen.
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Wird
in Schritt S11 kein Unterschreiten des vierten Schwellenwertes SW4
durch den vom Luftmassensensor 6 gemessenen Luftmassenstrom
festgestellt (Alternative: Nein), so wird in einem Schritt S13 überprüft,
ob eine vorgegebene Zeitdauer seit dem Umschalten des Schubumluftventils 13 schon verstrichen
ist. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird ein Fehler erkannt
und zu Schritt S9 ge sprungen, um eine geeignete Notlaufbetriebsart
einzunehmen. Ist die vorgegebene Zeitdauer nicht verstrichen (Alternative:
Nein), so wird zu Schritt S11 zurückgesprungen.
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Die
Höhe der Schwellenwerte SW1 bis SW4 ist vom jeweiligen
Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 2 abhängig
und insbesondere von dem unmittelbar vor dem Ansteuern des Schubumluftventils 13 vorliegenden
gemessenen Luftmassenstrom über den Luftmassensensor 6.
So können beispielsweise die Schwellenwerte relativ oder
durch Beaufschlagen mit einem Absolutwert zu dem gemessenen Luftmassenstrom
bestimmt werden. Die Schwellenwerte SW1 bis SW4 können
in der Motorsteuereinheit 15 in geeigneten Kennfeldern
abhängig von der Drehzahl, von der Last, von der Vorgabegröße
VG, von Temperaturen im Motorsystem und dergleichen gespeichert und
bereitgestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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