DE102009002890B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Ladeluftkühler-Bypass-Ventils - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Ladeluftkühler-Bypass-Ventils Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Diagnose eines Bypass-Ventils (8) in einer Bypass-Leitung (7) für einen Ladeluftkühler (6) einer Aufladevorrichtung (4) für einen Verbrennungsmotor (2), mit folgenden Schritten:
- Ermitteln einer Angabe eines Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers (6) als Referenzwirkungsgrad;
- Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen des Bypass-Ventils (8);
- Ermitteln einer Angabe eines weiteren Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers (6) als Diagnose-Wirkungsgrad nach dem Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen;
- Erkennen eines Fehlers des Bypass-Ventils (8), wenn der Betrag der Abweichung zwischen dem Referenzwirkungsgrad und dem Diagnose-Wirkungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wobei die jeweilige Angabe des Wirkungsgrades mit Angaben über eine Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) und über eine Temperatur der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler (6) bestimmt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Ladeluftkühler für aufgeladene Verbrennungsmotoren, insbesondere Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines in einer den Ladeluftkühler umgehenden Bypass-Leitung angeordneten Bypass-Ventils.
  • Stand der Technik
  • Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren wird den Zylindern komprimierte Luft über ein entsprechendes Luftzuführungssystem bereitgestellt. Die Luft wird mithilfe von Aufladeeinrichtungen, wie z.B. Turboladern, komprimiert. Bei der Kompression der Luft erwärmt sich diese, was ohne weitere Maßnahme zu einem verringerten Wirkungsgrad der Verbrennung eines mit dieser aufgeheizten komprimierten Luft erzeugten Luft-Kraftstoff-Gemisches führen würde. Um den Wirkungsgrad der Verbrennung zu erhöhen, kann die durch die Kompression der Umgebungsluft aufgeheizte Ladeluft mithilfe eines so genannten Ladeluftkühlers abgekühlt werden.
  • Aus der DE 10 2006 004 739 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei eine Ansaugluft vor dem Eintritt in einen Brennraum verdichtet und wahlweise über einen Ladeluftkühler (22) geleitet wird bekannt. Hierbei wird bei einer Lastanforderung eine Differenz zwischen einem für die Lastanforderung notwendigen Soll-Ladedruck und einem Ist-Ladedruck bestimmt, die Differenz mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen und wahlweise entweder die verdichtete Ansaugluft an dem Ladeluftkühler (22) vorbei geleitet, wenn die Differenz größer als der Schwellwert ist, oder durch den Ladeluftkühler (22) geleitet, wenn die
    Differenz kleiner oder gleich dem Schwellwert ist.
  • Die DE 10 2007 036 258 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einer Massenstromleitung (5) und einem Kühler (10) zum Kühlen des Massenstromes in der Massenstromleitung (5) sowie einem den Kühler (10) umgehenden Bypass (15) mit einem Bypassventil (20) vorgeschlagen. Dabei wird bei geöffneter Stellung des Bypassventils (20) der Massenstrom zumindest teilweise durch den Bypass (15) geleitet. Bei geschlossener Stellung des Bypassventils (20) wird der Massenstrom durch den Kühler (10) geleitet. Stromab des Kühlers (10) und des Bypasses (15) in der Massenstromleitung wird eine Temperatur des Massenstroms in der Massenstromleitung (5) ermittelt. In mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) wird ein erster zeitlicher Temperaturgradient bei geschlossenem Bypassventil (20) ermittelt. In dem mindestens einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) wird ein zweiter zeitlicher Temperaturgradient bei geöffneter Stellung des Bypassventils (20) ermittelt. In Abhängigkeit einer Abweichung zwischen dem ersten zeitlichen Temperaturgradienten und dem zweiten zeitlichen Temperaturgradienten wird ein Fehler erkannt.
  • Insbesondere bei einem kalten Verbrennungsmotor, d.h. in seiner Startphase, ist eine Kühlung der Ladeluft nicht zweckmäßig, da sie die Aufwärmung des Verbrennungsmotors auf seine Betriebstemperatur verzögert. Eine schnelle Aufwärmung des Verbrennungsmotors auf Betriebstemperatur ist jedoch zur Reduzierung schädlicher Emissionen wünschenswert. Daher sind Ladeluft kühler in der Regel mit einer Bypass-Leitung versehen, in denen ein Bypass-Ventil angeordnet ist. Das Bypass-Ventil wird so angesteuert, so dass es bei kaltem Verbrennungsmotor (d.h. kurz nach dem Start des Verbrennungsmotors im kalten Zustand) geöffnet wird, um die komprimierte Ansaugluft um den Ladeluftkühler herumzuführen, so dass eine Kühlung vermieden wird. Dadurch wird erreicht, dass der Verbrennungsmotor schneller erwärmt wird. Ist der Verbrennungsmotor betriebswarm, wird das Bypass-Ventil geschlossen und somit die Ansaugluft vollständig über den Ladeluftkühler geführt. Je nach Betriebszustand können je nach Auslegung des Motorsystems auch Zwischenstellungen des Bypass-Ventils vorgesehen sein.
  • Um eine emissionsverschlechternde Beeinträchtigung des Betriebs des Verbrennungsmotors durch ein klemmendes Bypass-Ventil zu erkennen, kann eine „On Board“-Diagnose implementiert sein, die bei Vorliegen bestimmter Freigabebedingungen das Bypass-Ventil ansteuert, so dass sich dieses für einen vorgegebenen Zeitraum schließt und wieder öffnet, wobei währenddessen die Temperatur hinter dem Ladeluftkühler, d.h. stromabwärts des Ladeluftkühlers, überwacht wird. Für beide Zeiträume wird ein Temperaturgradient gebildet und dieser plausibilisiert, um eine ordnungsgemäße oder fehlerhafte Funktion des Bypass-Ventils zu erkennen.
  • Zur Freigabe der Durchführung der On-Board-Diagnose müssen vorangehende Diagnosen ergeben, dass die verwendeten Sensoren und Aktoren nicht defekt sind und dass ein vorgegebener Betriebspunkt eingehalten wird. Der Betriebspunkt kann dabei von der Motordrehzahl, der Einspritzmenge, der Umgebungstemperatur, der aktuellen Luftmasse, dem Ladedruck, der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie der Motorbetriebsart abhängen. Die Plausibilisierung erfolgt, indem aus der Temperaturdifferenz zwischen der Anfangs- und der Endtemperatur der Temperatur nach dem Ladeluftkühler während der jeweiligen Zeitdauer ein mittlerer Temperaturgradient gebildet wird und der Betrag davon mit einem Schwellenwert verglichen wird. Ist der Gradient zu gering, wird das Bypass-Ventil als defekt erkannt.
  • Je nach Betriebszustand kann sich unter Umständen bei einer Diagnosefreigabe im stationären Zustand kein Gradient der Temperatur nach dem Ladeluftkühler bei offenem sowie bei geschlossenem Bypass-Ventil ausbilden, so dass ein in einer Stellung klemmendes Bypass-Ventil auf diese Weise nicht detektiert werden kann.
  • Werden die Diagnosebedingungen so festgelegt, dass die Freigabe im dynamischen Fall (z.B. bei hohem Ladedruck und großen Einspritzmengen) erfolgt, kann ein Temperaturgradient nur darin ermittelt werden, wenn die Freigabebedingungen lange genug bestehen. Da im dynamischen Fall jedoch schnelle Änderungen des Ladedrucks und der Einspritzmenge auftreten können, kann es vorkommen, dass die Diagnose schon wieder beendet wird, bevor der gesamte Ablauf des Öffnens des Bypass-Ventils und des Schließens des Bypass-Ventils sowie der Berechnung der beiden sich daraus ergebenden Temperaturgradienten beendet ist. Daher kann nicht sichergestellt werden, dass die Diagnose des Bypass-Ventils für den Ladeluftkühler innerhalb eines normalen Fahrzyklus ausgeführt wird, da unter Umständen die Freigabebedingungen während der gesamten Betriebsdauer nicht für eine ausreichend lange zusammenhängende Zeitdauer erfüllt sind.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Diagnose eines Ladeluftkühlers zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Diagnose innerhalb eines normalen Fahrzyklus sichergestellt ist und wobei ein klemmendes Bypass-Ventil in kurzer Zeit erkannt werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch die Verfahren zur Diagnose eines Bypass-Ventils für einen Ladeluftkühler eines aufgeladenen Verbrennungsmotors gemäß den Ansprüchen 1 und 6 sowie entsprechende Vorrichtungen gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Diagnose eines Bypass-Ventils in einer Bypass-Leitung für einen Ladeluftkühler einer Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • - Ermitteln einer Angabe eines Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers als Referenzwirkungsgrad;
    • - Ansteuern des Bypass-Ventils zum Öffnen des Bypass-Ventils;
    • - Ermitteln einer Angabe eines weiteren Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers als Diagnose-Wirkungsgrad nach dem Ansteuern des Bypass-Ventils zum Öffnen;
    • - Erkennen eines Fehlers des Bypass-Ventils, wenn festgestellt wird, dass der Betrag der Abweichung zwischen dem Referenzwirkungsgrad und dem Diagnose-Wirkungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Diagnose eines Bypass-Ventils in einer Bypass-Leitung eines Ladeluftkühlers einer Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • - Durchführen einer Regelung des Bypass-Ventils gemäß einer vorgegebenen Solltemperatur von Ladeluft nach dem Ladeluftkühler;
    • - Ansteuern des Bypass-Ventils zum Öffnen des Bypass-Ventils;
    • - Bestimmen einer Regeldifferenz aus der Isttemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler und der Solltemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler;
    • - Erkennen eines Fehlers, wenn nach dem Ansteuern zum Öffnen des Bypass-Ventils der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  • Eine Idee der Erfindung besteht darin, Verfahren bereitzustellen, mit denen eine Diagnose des Ladeluftkühlers im dynamischen Betrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt werden kann. Dies wird durch eine Änderung des Öffnungszustands des Bypass-Ventils und durch eine anschließende Messung und Auswertung einer Kenngröße erreicht. Gemäß obigen Verfahren entspricht die Kenngröße einer Regelabweichung einer Regelung des Bypass-Ventils oder einer Abweichung einer Angabe eines Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers. Diese Verfahren haben den Vorteil, dass die Detektion eines Fehlers des Bypass-Ventils schnell erkannt werden kann, da nicht in aufwändiger Weise ein Gradient der Temperatur nach dem Ladeluftkühler während einer Diagnosezeitdauer ermittelt werden muss.
  • Weiterhin kann die jeweilige Angabe des Wirkungsgrades mit Angaben über eine Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler und über eine Temperatur der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler bestimmt werden. Alternativ kann die jeweilige Angabe des Wirkungsgrades als eine von einem Graphen während einer vorgegebenen Zeitdauer definierten Fläche ermittelt werden, wobei der Graph den zeitlichen Verlauf einer Differenz zwischen einer Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler und einer Temperatur der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler angibt.
  • Insbesondere kann das Ansteuern zum Öffnen des Bypass-Ventils durchgeführt werden, wenn eine oder mehrere Freigabebedingungen erfüllt sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Diagnose des Ladeluftkühler-Bypass-Ventils nur bei dynamischem Fahrverhalten freigegeben wird, da nur in diesem Zustand das Ausbleiben der signifikanten Erhöhung der Temperatur nach dem Ladeluftkühler bei geschlossen klemmendem Bypass-Ventil sicher detektiert werden kann.
  • Die Freigabebedingung kann eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfassen:
    • - Differenz zwischen der Temperatur vor dem Ladeluftkühler und der Temperatur nach dem Ladeluftkühler übersteigt einen vorgegebenen Schwellenwert;
    • - das Bypass-Ventil ist vollständig geschlossen
    • - der Ansteuerwert des Bypass-Ventils liegt innerhalb eines definierten Wertebereichs;
    • - das Lastmoment ist größer als ein vorgegebener Lastmoment-Schwellenwert;
    • - die Motordrehzahl ist größer als ein vorgegebener Motordrehzahl-Schwellenwert;
    • - die Fahrzeuggeschwindigkeit ist größer als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert;
    • - die Umgebungstemperatur ist größer als ein vorgegebener Umgebungstemperatur-Schwellenwert;
    • - der Umgebungsdruck ist größer als ein vorgegebener Umgebungsdruckschwellenwert;
    • - die Batteriespannung ist größer als ein vorgegebener Batteriespannungs-Schwellenwert;
    • - die Motortemperatur ist größer als ein vorgegebener Motortemperatur-Schwellenwert;
    • - eine gewünschte Betriebsart des Verbrennungsmotors liegt vor;
    • - der Luftmassenstrom liegt innerhalb eines vorgegebenen Luftmassenstrom-Wertebereichs;
    • - der Ladedruck nach dem Ladeluftkühler war für eine vorgegebene Zeitdauer, insbesondere nach dem letzten Motorstart, zumindest einmalig größer als ein vorgegebener Ladedruck-Schwellenwert.
  • Wenn der Fehler durch Auswerten der Abweichung der Regeldifferenz erkannt wird, kann vorgesehen sein, dass das Ansteuern des Bypass-Ventils zum Öffnen nur durchgeführt wird, wenn eine Temperatur vor dem Ladeluftkühler einen ersten Schwellenwert übersteigt, Schwankungen der Solltemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer kleiner als ein vorbestimmter Betrag sind und der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorbestimmter Regeldifferenzschwellenwert.
  • Weiterhin kann als Fehler ein in geschlossenem Zustand klemmendes Bypass-Ventil oder eine verstopfte Bypass-Leitung, die eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite des Ladeluftkühlers miteinander verbindet, festgestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Diagnose eines Bypass-Ventils in einer Bypass-Leitung eines Ladeluftkühlers einer Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit,
    • - um eine Angabe eines Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers als Referenzwirkungsgrad zu ermitteln;
    • - um das Bypass-Ventil zum Öffnen des Bypass-Ventils anzusteuern;
    • - um eine Angabe eines weiteren Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers als Diagnose-Wirkungsgrad nach dem Ansteuern des Bypass-Ventils zum Öffnen zu ermitteln;
    • - um einen Fehler des Bypass-Ventils zu erkennen, wenn die Abweichung zwischen dem Referenzwirkungsgrad und dem Diagnose-Wirkungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Diagnose eines Bypass-Ventils in einer Bypass-Leitung eines Ladeluftkühlers einer Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit,
    • - um eine Regelung des Bypass-Ventils gemäß einer vorgegebenen Solltemperatur von Ladeluft nach dem Ladeluftkühler durchzuführen;
    • - um das Bypass-Ventil zum Öffnen des Bypass-Ventils anzusteuern;
    • - um eine Regeldifferenz aus der Isttemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler und der Solltemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler zu bestimmen; und
    • - um einen Fehler zu erkennen, wenn nach dem Ansteuern zum Öffnen des Bypass-Ventils der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, um das obige Verfahren durchzuführen.
  • Figurenliste
  • Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor und mit einem Ladeluftkühler;
    • 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Diagnose der Funktionsfähigkeit des Bypass-Ventils gemäß einer Ausführungsform; und
    • 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Bypass-Ventils für einen Ladeluftkühler gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, dem Luft über ein Luftzuführungssystem 3 zugeführt wird. Im Luftzuführungssystem 3 ist eine Aufladevorrichtung 4 angeordnet, die mit Hilfe eines Verdichters 41 Luft aus der Umgebung U ansaugt und in komprimierter Form dem Verbrennungsmotor 2 über einen Saugrohrabschnitt 31 zur Verfügung stellt. Kraftstoff wird dem Saugrohrabschnitt 31 oder direkt den Zylindern zugeführt, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden.
  • Die Aufladevorrichtung 4 ist mit einem Abgasabführungssystem 5 verbunden, so dass eine Turbine 42 der Aufladevorrichtung 4 durch die Abgasenthalpie des Abgasabführungssystems 5 angetrieben wird.
  • Um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 2 zu erhöhen, ist es sinnvoll, die durch die Kompression erwärmte Luft vor dem Zuführen zu dem Verbrennungsmotor 2 abzukühlen. Dazu ist üblicherweise ein Ladeluftkühler stromabwärts der Aufladevorrichtung 4 vorgesehen, der die komprimierte Luft beim Hindurchströmen abkühlt. Der Ladeluftkühler 6 kann beispielsweise als herkömmlicher Wärmetauscher ausgebildet sein, um die erwärmte komprimierte Luft auf die Umgebungstemperatur abzukühlen.
  • Bei bestimmten Betriebszuständen des Motorsystems 1 kann es sinnvoll sein, die durch die Aufladevorrichtung 4 komprimierte Luft nicht oder nur teilweise abzukühlen. Dies ist insbesondere vorgesehen, solange sich der Verbrennungsmotor 2 im Kaltlauf befindet und man zum Erreichen eines emissionsoptimalen Betriebs eine möglichst schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors 2 anstrebt. Zu diesem Zweck ist der Ladeluftkühler 6 von einer Bypass-Leitung 7 umgeben, in der sich ein Bypass-Ventil 8 befindet, das je nach Öffnungszustand die von der Aufladevorrichtung 4 bereitgestellte Ladeluft um den Ladeluftkühler 6 herumführt oder nicht. Im Kaltlaufbetrieb des Verbrennungsmotors 2 ist daher vorgesehen, das Bypass-Ventil 8 vollständig zu öffnen, um die Ladeluft möglichst nicht zu kühlen. Im Warmlaufbetrieb ist in der Regel das Bypass-Ventil 8 vollständig geschlossen oder bei variabel ansteuerbarem Bypass-Ventil gemäß einer Ladelufttemperaturregelung nur teilweise geöffnet, so dass die Ladeluft vollständig oder teilweise durch den Ladeluftkühler 6 strömt und dort entsprechend abgekühlt wird.
  • Stromabwärts des Ladeluftkühlers 6 ist eine Drosselklappe 9 vorgesehen, die die Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor 2 steuert. Die Einstellung der Drosselklappe 9 wird von einer Steuereinheit 10 vorgenommen, die abhängig von Fahrervorgaben und sonstigen Motorbetriebsgrößen die Einstellung der Drosselklappe 9 vornimmt. Die Steuereinheit 10 ist weiterhin mit einem Temperatursensor 11 verbunden, der in dem Luftzuführungssystem 3 angeordnet ist, um die Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler 6 zu messen. Weiterhin ist die Steuereinheit 10 mit dem Bypass-Ventil 8 verbunden, um dieses einzustellen. Die Steuereinheit 10 kann eine Regelung der Temperatur nach dem Ladeluftkühler 6 gemäß einer Sollwertvorgabe für die Temperatur nach dem Ladeluftkühler 6 durchführen. Die resultierende Stellgröße wird für die Ansteuerung des Bypass-Ventils 8 verwendet.
  • In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des in der Steuereinheit 10 ausgeführten Verfahrens zur Diagnose der Funktionsfähigkeit des Bypass-Ventils 8 eines Ladeluftkühlers 6 dargestellt. In Schritt S1 wird überprüft, ob ein Betriebszustand erreicht ist, in dem die Funktionsfähigkeit des Bypass-Ventils 8 überprüft werden kann. Dazu wird überprüft, ob eine oder mehrere Freigabebedingungen vorliegen. Wie oben erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die Funktionsfähigkeit des Bypass-Ventils 8 nur in einem dynamischen Betriebszustand durchgeführt wird, da nur bei einem dynamischen Betriebszustand das Ausbleiben der signifikanten Erhöhung der Temperatur nach dem Ladeluftkühler bei geschlossen klemmendem Bypass-Ventil 8 sicher detektiert werden kann. Daher kann in Schritt S1 überprüft werden, ob die Temperatur vor dem Ladeluftkühler größer ist als ein Temperaturschwellenwert. Die Temperatur vor dem Ladeluftkühler wird aus dem Betriebszustand des Motorsystems modelliert. Die Modellierung berücksichtigt die Temperatur der Umgebungsluft und den Wirkungsgrad des Verdichters 41. Der Wirkungsgrad seinerseits hängt vom Massenstrom und dem Druckverhältnis über dem Verdichter41 ab.
  • Eine weitere Freigabebedingung, die in dem Schritt S1 überprüft wird, ist, dass der Sollwert der Temperatur nach dem Ladeluftkühler 8 konstant ist bzw. sich nicht um mehr als eine vorbestimmte Änderungsrate ändert.
  • Weiterhin kann eine Freigabebedingung darin bestehen, dass der Betrag der Regeldifferenz zwischen dem Sollwert der Temperatur nach dem Ladeluftkühler 6 und dem Istwert der Temperatur nach dem Ladeluftkühler 6 kleiner ist als ein vorgegebener Regeldifferenzschwellwert.
  • Weiterhin können die Freigabebedingungen eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfassen:
    • - Differenz zwischen der Temperatur vor dem Ladeluftkühler (modellierte Temperatur abhängig von Umgebungstemperatur und Verdichterwirkungsgrad) und der Temperatur nach dem Ladeluftkühler (gemessen) übersteigt einen vorgegebenen Schwellwert;
    • - das Bypass-Ventil 8 ist vollständig geschlossen oder der Ansteuerwert des Bypass-Ventils liegt innerhalb eines definierten Wertebereichs;
    • - das Lastmoment und/oder die Motordrehzahl sind größer als ein jeweils vorgegebener Schwellenwert;
    • - die Fahrzeuggeschwindigkeit ist größer als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert;
    • - die Umgebungstemperatur ist größer als ein vorgegebener Umgebungstemperaturschwellenwert;
    • - der Umgebungsdruck ist größer als ein vorgegebener Umgebungsdruckschwellenwert;
    • - die Batteriespannung ist größer als ein vorgegebener Batteriespannungsschwellenwert;
    • - die Motortemperatur ist größer als ein vorgegebener Motortemperaturschwellenwert;
    • - eine gewünschte Betriebsart des Verbrennungsmotors liegt vor;
    • - der Luftmassenstrom liegt innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs;
    • - der Ladedruck nach dem Ladeluftkühler war zumindest einmalig größer als ein vorgegebener Ladedruckschwellenwert für eine vorgegebene Zeitdauer, um sicherzustellen, dass das Luftsystem sich in einem vorbestimmten Zustand befindet.
  • Erst wenn die gewählten Freigabebedingungen in Schritt S1 erfüllt sind (Alternative: ja), wird in Schritt S2 das Bypass-Ventil 8 zum Öffnen angesteuert, so dass dieses, bei ordnungsgemäßem Bypass-Ventil, teilweise oder vollständig geöffnet wird. Anschließend wird die Regeldifferenz zwischen der dem Sollwert der Temperatur nach dem Ladeluftkühler 6 und dem Istwert der Temperatur nach dem Ladeluftkühler 6, der mit Hilfe des Temperatursensors 11 gemessen wird, ermittelt (Schritt S3) und die resultierende Regeldifferenz mit einem vorgegebenen Regeldifferenzschwellwert verglichen, um festzustellen, ob der Betrag der Regeldifferenz einen vorgegebenen Regeldifferenzschwellwert überschreitet (Schritt S4). Ist dies der Fall (Alternative: ja), so wurde festgestellt, dass das Bypass-Ventil 8 ordnungsgemäß arbeitet, d.h. nicht im geschlossenen Zustand klemmt. Eine entsprechende Information kann gemäß Schritt S5 bereitgestellt werden. Wird eine Unterschreitung des Regeldifferenzschwellwerts festgestellt (Alternative: nein), so kann auf ein defektes Bypass-Ventil 8 oder auch auf eine verstopfte Bypass-Leitung 7 geschlossen werden. Eine entsprechende Information kann gemäß Schritt S6 bereitgestellt werden.
  • Um Störeinflüsse auszuschließen, kann die Detektion auf ein Unterschreiten des Regeldifferenzschwellwerts entprellt werden, indem in mehreren Rechenzyklen die Regeldifferenz ermittelt wird und diese mit dem entsprechenden Regeldifferenzschwellwert verglichen wird. Erst wenn bei einem bestimmten Anteil der Rechenzyklen eine Unterschreitung des Regeldifferenzschwellwerts festgestellt wurde, wird ein Fehler des Bypass-Ventils 8 festgestellt.
  • In 3 ist ein Flussdiagramm zur Diagnose der Funktionsfähigkeit des Bypass-Ventils 8 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. In Schritt S11 wird überprüft, ob eine oder mehrere Freigabebedingungen erfüllt sind, um die Diagnose des Bypass-Ventils 8 für den Ladeluftkühler 6 durchzuführen. Die Freigabebedingungen entsprechen im Wesentlichen denen des Verfahrens der 2.
  • Sind die Freigabebedingungen erfüllt (Alternative: ja), wird in einem Schritt S12 der mittlere Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers 6 über eine vorgegebene Zeitdauer als ein Referenzwirkungsgrad ηref berechnet. Zur Wirkungsgradberechnung wird folgende Formel verwendet: η = ( T20 − T21 ) / ( T20 − T0 ) ,
    Figure DE102009002890B4_0001
    wobei T20 der Temperatur vor dem Ladeluftkühler, T21 der Temperatur nach dem Ladeluftkühler, T0 der Umgebungstemperatur und η dem Wirkungsgrad entsprechen. Der mittlere Wirkungsgrad wird durch Bilden des Mittelwerts aus mehreren Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten errechnet. Ist die Referenzmessung des Schritts S12 beendet, steuert die Steuereinheit 10 das Bypass-Ventil 8 an, um dieses zu öffnen (Schritt S13). Nach der Ansteuerung zum Öffnen des Bypass-Ventils 8 wird in einem Schritt S14 erneut der Wirkungsgrad η gemäß obiger Formel berechnet und über einen gleichen oder vergleichbaren Zeitraum gemittelt.
  • Anschließend wird in einem Schritt S15 die Differenz zwischen dem in Schritt S12 ermittelten Referenzwirkungsgrad ηref und dem bei geöffnetem Bypass-Ventil 8 berechneten mittleren Wirkungsgrad η ermittelt.
  • In Schritt S16 wird festgestellt, ob der Betrag der Wirkungsgraddifferenz kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist (Alternative: nein). In diesem Fall liegt eine Fehlfunktion des Bypass-Ventils 8 vor, d.h. es klemmt im geschlossenen Zustand. Eine entsprechende Information kann gemäß Schritt S17 bereitgestellt werden. Wird in Schritt S16 festgestellt, dass der Betrag der Wirkungsgraddifferenz zwischen dem Referenzwirkungsgrad ηref und dem mittleren Wirkungsgrad η bei geöffnetem Bypass-Ventil 8 größer ist als der Schwellenwert, wird festgestellt, dass das Bypass-Ventil 8 ordnungsgemäß geöffnet wurde. Eine entsprechende Information kann gemäß Schritt S18 bereitgestellt werden.
  • Während der Schritte S12 bis S15 kann das Vorliegen der Freigabebedingungen mehrfach oder permanent überprüft werden. Sobald diese nicht mehr erfüllt sind, werden die aktuellen Berechnungen beendet und eine Neuberechnung beginnend mit der Referenzmessung findet statt, sobald die Freigabebedingungen in Schritt S11 wieder erfüllt werden.
  • Um'Störeinflüsse auszuschließen, kann die Ermittlung der Wirkungsgraddifferenz entprellt werden, indem in mehreren Rechenzyklen die Wirkungsgraddifferenz ermittelt wird und diese mit dem entsprechenden Schwellenwert verglichen wird. Erst wenn bei einem bestimmten Anteil der Rechenzyklen eine Unterschreitung des Schwellenwerts festgestellt wurde, wird ein Fehler des Bypass-Ventils 8 festgestellt.
  • Alternativ zur mittleren Wirkungsgradberechnung für den Referenzwirkungsgrad ηref und den Wirkungsgrad η bei geöffnetem Bypassventil kann die geometrische Fläche berechnet werden, die sich über eine vorgegebene Zeit zwischen der Temperatur T20 vor dem Ladeluftkühler und der Temperatur T21 nach dem Ladeluftkühler aufspannt. Dazu wird folgende Formel verwendet: FL = ∑ ( T20 − T21 ) dT ,
    Figure DE102009002890B4_0002
    wobei dT dem Zeitraster entspricht, in dem die Berechnung stattfindet. Analog zu obigem Verfahren stellt die Flächenberechnung eine Angabe über den Wirkungsgrad η des Ladeluftkühlers 6 dar, so dass entsprechend durch den Schwellwertvergleich auf die Funktionsfähigkeit des Bypass-Ventils 8 geschlossen werden kann.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Diagnose eines Bypass-Ventils (8) in einer Bypass-Leitung (7) für einen Ladeluftkühler (6) einer Aufladevorrichtung (4) für einen Verbrennungsmotor (2), mit folgenden Schritten: - Ermitteln einer Angabe eines Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers (6) als Referenzwirkungsgrad; - Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen des Bypass-Ventils (8); - Ermitteln einer Angabe eines weiteren Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers (6) als Diagnose-Wirkungsgrad nach dem Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen; - Erkennen eines Fehlers des Bypass-Ventils (8), wenn der Betrag der Abweichung zwischen dem Referenzwirkungsgrad und dem Diagnose-Wirkungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wobei die jeweilige Angabe des Wirkungsgrades mit Angaben über eine Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) und über eine Temperatur der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler (6) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die jeweilige Angabe des Wirkungsgrades als eine von einem Graphen während einer vorgegebenen Zeitdauer definierten Fläche ermittelt wird, wobei der Graph den zeitlichen Verlauf einer Differenz zwischen einer Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) und einer Temperatur der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler (6) angibt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Ansteuern zum Öffnen des Bypass-Ventils (8) durchgeführt wird, wenn eine oder mehrere Freigabebedingungen erfüllt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Freigabebedingung eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfasst: - Differenz zwischen der Temperatur vor dem Ladeluftkühler (6) und der Temperatur nach dem Ladeluftkühler (6) übersteigt einen vorgegebenen Schwellenwert; - das Bypass-Ventil (8) ist vollständig geschlossen - der Ansteuerwert des Bypass-Ventils (8) liegt innerhalb eines definierten Wertebereichs; - das Lastmoment ist größer als ein vorgegebener Lastmoment-Schwellenwert; - die Motordrehzahl ist größer als ein vorgegebener Motordrehzahl-Schwellenwert; - die Fahrzeuggeschwindigkeit ist größer als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert; - die Umgebungstemperatur ist größer als ein vorgegebener Umgebungstemperatur-Schwellenwert; - der Umgebungsdruck ist größer als ein vorgegebener Umgebungsdruckschwellenwert; - die Batteriespannung ist größer als ein vorgegebener Batteriespannungs-Schwellenwert; - die Motortemperatur ist größer als ein vorgegebener Motortemperatur-Schwellenwert; - eine gewünschte Betriebsart des Verbrennungsmotors (2) liegt vor; - der Luftmassenstrom liegt innerhalb eines vorgegebenen Luftmassenstrom-Wertebereichs; - der Ladedruck nach dem Ladeluftkühler war für eine vorgegebene Zeitdauer, insbesondere nach dem letzten Motorstart, zumindest einmalig größer als ein vorgegebener Ladedruck-Schwellenwert.
  5. Verfahren zur Diagnose eines Bypass-Ventils in einer Bypass-Leitung (7) eines Ladeluftkühlers (8) einer Aufladevorrichtung (4) für einen Verbrennungsmotor (2), mit folgenden Schritten: - Durchführen einer Regelung des Bypass-Ventils gemäß einer vorgegebenen Solltemperatur von Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6); - Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen des Bypass-Ventils (8); - Bestimmen einer Regeldifferenz aus der Isttemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) und der Solltemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6); - Erkennen eines Fehlers, wenn nach dem Ansteuern zum Öffnen des Bypass-Ventils (8) der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen durchgeführt wird, wenn eine Temperatur vor dem Ladeluftkühler (6) einen ersten Schwellenwert übersteigt, Schwankungen der Solltemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer kleiner als ein vorbestimmter Betrag sind und der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorbestimmter Regeldifferenzschwellenwert.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Fehler ein in geschlossenem Zustand klemmendes Bypass-Ventil (8) oder eine verstopfte Bypass-Leitung (8), die eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite des Ladeluftkühlers (6) miteinander verbindet, festgestellt wird.
  8. Vorrichtung zur Diagnose eines Bypass-Ventils (8) in einer Bypass-Leitung (7) eines Ladeluftkühlers (6) einer Aufladevorrichtung (4) für einen Verbrennungsmotor (2), mit einer Steuereinheit (10), - um eine Angabe eines Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers (6) als Referenzwirkungsgrad zu ermitteln; - um das Bypass-Ventil (8) zum Öffnen des Bypass-Ventils (8) anzusteuern; - um eine Angabe eines weiteren Wirkungsgrades des Ladeluftkühlers (6) als Diagnose-Wirkungsgrad nach dem Ansteuern des Bypass-Ventils (8) zum Öffnen zu ermitteln; - um einen Fehler des Bypass-Ventils (8) zu erkennen, wenn der Betrag der Abweichung zwischen dem Referenzwirkungsgrad und dem Diagnose-Wirkungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wobei die jeweilige Angabe des Wirkungsgrades mit Angaben über eine Temperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) und über eine Temperatur der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler (6) bestimmt wird.
  9. Vorrichtung zur Diagnose eines Bypass-Ventils (8) in einer Bypass-Leitung (7) eines Ladeluftkühlers (6) einer Aufladevorrichtung (6) für einen Verbrennungsmotor (2), mit einer Steuereinheit (10), - um eine Regelung des Bypass-Ventils (8) gemäß einer vorgegebenen Solltemperatur von Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) durchzuführen; - um das Bypass-Ventil (8) zum Öffnen des Bypass-Ventils (8) anzusteuern; - um eine Regeldifferenz aus der Isttemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) und der Solltemperatur der Ladeluft nach dem Ladeluftkühler (6) zu bestimmen; und - um einen Fehler zu erkennen, wenn nach dem Ansteuern zum Öffnen des Bypass-Ventils (8) der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  10. Computerprogramm für ein Steuergerät (10) in einem Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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