DE102009027010A1 - Verfahren zur Diagnose eines Aktors eines Ladedrucksystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Aktors eines Ladedrucksystems (48) einer Brennkraftmaschine (10), bei welchem der Aktor mit einem Ansteuersignal angesteuert und eine Zustandsgröße des Ladedrucksystems (48), welche von dem Ansteuersignal zumindest mittelbar abhängig ist, erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal periodisch ist und dass ein Werteverlauf der Zustandsgröße im Hinblick auf mindestens eine periodische Eigenschaft analysiert wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Aktors eines Ladedrucksystems einer Brennkraftmaschine, bei welchem der Aktor mit einem Ansteuersignal angesteuert und eine Zustandsgröße des Ladedrucksystems, welche von dem Ansteuersignal zumindest mittelbar abhängig ist, erfasst wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm sowie ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.
  • Der Ladedruck, also der Druck, mit welchem Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, hat einen wichtigen Einfluss auf die Emissionen der Brennkraftmaschine. Es ist daher erforderlich, Fehler im Ladedrucksystem, insbesondere der Aktoren des Ladedrucksystems, erkennen zu können. Hierzu gehört nicht nur die Erkennung eines vollständigen Ausfalls oder Defekts eines Aktors sondern auch die Erkennung alterungsbedingter Verschlechterungen.
  • Aus Vorbenutzungen ist es bekannt, in stationären Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zulässige Regelabweichungen zu überwachen. Diese Art der Überwachung ermöglicht es jedoch nicht, Fehler zu erkennen, welche in einem nicht stationären Zustand des Ladedrucksystems oder der Brennkraftmaschine auftreten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass es zur Erkennung von Fehlern geeignet ist, welche in einem nicht stationären Zustand des Ladedrucksystems oder der Brennkraftmaschine auftreten.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ansteuersignal periodisch ist, und dass ein Werteverlauf der Zustandsgröße im Hinblick auf mindestens eine periodische Eigenschaft analysiert wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, zu erkennen, ob eine Geschwindigkeit, mit der ein Aktor auf ein Ansteuersignal reagiert, hinreichend hoch ist. Hierfür wird ein Werteverlauf der Zustandsgröße im Hinblick auf mindestens eine periodische Eigenschaft analysiert. Dies ermöglicht es, entscheiden zu können, ob eine Nachführung der Zustandsgröße in einem ausreichenden zeitlichen Zusammenstand zu dem periodischen Ansteuersignal des zu diagnostizierenden Aktors steht.
  • In vorteilhafter Weise umfasst die mindestens eine periodische Eigenschaft eine Amplitude und/oder eine Phasenverschiebung des Werteverlaufs. Diese Eigenschaften des Werteverlaufs können mit Hilfe einer Fourier-Analyse ermittelt werden.
  • Vorzugsweise wird die mindestens eine periodische Eigenschaft mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert verglichen. Die Grenzwertermittlung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines fehlerfreien Ladedrucksystems, so dass Kennzahlen hinterlegt werden können, welche dann mit der mindestens einen periodischen Eigenschaft des Werteverlaufs einer Zustandsgröße verglichen werden können. Beispielsweise kann eine Unterschreitung eines Grenzwerts mit der Diagnose eines defekten Aktors gleichgesetzt werden. Dieser kann ausgetauscht oder repariert werden, so dass eine Verschlechterung der Emissionen der Brennkraftmaschine vermieden wird.
  • In vorteilhafter Weise wird das Verfahren initiiert, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem stationären Zustand befindet. Hiervon ausgehend wird das Verfahren dann vorzugsweise im Schubbetrieb oder im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dies ermöglicht es, ein im Mittel zumindestens im Wesentlichen konstantes Ansteuersignal zu verwenden, dessen Wert periodisch um einen Mittelwert schwankt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann für jeden Aktor eines Ladedrucksystems einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Insbesondere ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Aktor eine Drosselklappe zur Steuerung eines der Brennkraftmaschine zuführbaren Frischluftstroms, ein Ventil zur Steuerung eines der Brennkraftmaschine zuführbaren Abgasrückführstroms, ein Ventil zur Steuerung eines einem Abgas-Turbolader zuführbaren Abgasstroms oder ein Stellglied zur Steuerung der Turbinengeometrie eines Abgas-Turboladers ist. Diese Aktoren haben einen besonders großen Einfluss auf den Ladedruck und somit auf die Emissionen der Brennkraftmaschine.
  • Durch die aktive periodische Ansteuerung des Aktors erfolgt eine entsprechende periodische Änderung mindestens einer Zustandsgröße des Ladedrucksystems. Insbesondere betrifft diese Zustandsgröße den Massen- oder Volumenstrom und/oder den Druck eines der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluftstroms, eines der Brennkraftmaschine zugeführten Abgasrückführstroms, eines von der Brennkraftmaschine abgeführten Abgasstroms und/oder eines einem Abgas-Turbolader zugeführten Abgasstroms. Diese Zustandsgrößen können mit Hilfe geeigneter Sensoren, insbesondere mit Luftmassenmessern und/oder Drucksensoren ermittelt werden.
  • Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem elektronischen Speichermedium abspeicherbar ist und in dieser Form einem die Brennkraftmaschine steuernden Steuergerät zugewiesen werden kann.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und eines Ladedrucksystems; und
  • 2 eine Ausführungsform eines Ablaufdiagramms zur Diagnose eines Aktors des Ladedrucksystems.
  • In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie dient zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 10 ist als Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet, wesentliche grundsätzliche Inhalte der nachfolgenden Beschreibung gelten jedoch genauso für Benzin-Brennkraftmaschinen.
  • Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder mit jeweils einem Brennraum 12. Verbrennungsluft gelangt in diesen über einen Ansaugkanal 14. In dem Ansaugkanal 14 wird Frischluft durch einen Filter 16 und einen Luftmassensensors 18 (”HFM”) geleitet und gelangt zu einem Verdichter 20. Zur Verdichtung der Luft verfügt der Verdichter 20 über eine Mehrzahl von Verdichterflügeln oder Verdichterschaufeln, welche in 1 schematisch angedeutet sind.
  • Die durch die Verdichtung erwärmte Ansaugluft wird durch einen Ladeluftkühler 22 gekühlt. Der Ladeluftkühler ist zwischen dem Verdichter 20 und einer Drosselklappe 24 angeordnet.
  • Heiße Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum 12 durch ein Abgaskanal 26 abgeleitet. In diesem ist eine Turbine 28 angeordnet. Die Turbinenschaufeln der Turbine 28 sind mit Hilfe eines Stellglieds 30 in ihrer Lage verstellbar, so dass die Turbinengeometrie der Turbine 28 einstellbar ist.
  • Die Turbine 28 und der Verdichter 20 sind mechanisch miteinander verbunden und bilden gemeinsam einen Abgas-Turbolader 32.
  • Zur Rückführung von Abgas aus dem Abgaskanal 26 zu der Frischluftseite ist eine Abgasrückführung 34 vorgesehen. Diese umfasst ein Abgasrückführventil 36 zur Regelung eines Abgasrückführstroms.
  • Zur Kühlung des Abgasrückführstroms ist eine Kühleinrichtung 38 vorgesehen. Der Abgasrückführstrom kann auch über eine Umgehung 40 mit einem Regelventil 42 geführt werden.
  • Das Abgas wird mittels eines Oxidationskatalysators 44 und mittels eines zweistufigen Partikelfilters 46 gereinigt. Ferner ist ein Schalldämpfer 47 vorgesehen.
  • Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Steuergerät gesteuert und geregelt. Insbesondere werden die Drosselklappe 24, das Stellglied 30 und das Abgasrückführventil 36 von dem Steuergerät angesteuert.
  • Die Drosselklappe 24, das Stellglied 30 und das Abgasrückführventil 36 sind Aktoren eines Ladedrucksystems 48 zur Steuerung eines Ladedrucks, mit welchem Verbrennungsluft dem Brennraum 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird.
  • Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass ein schematisch in 2 dargestelltes Verfahren durchgeführt werden kann. Ausgehend von einem Ausgangszustand 50 der Brennkraftmaschine 10 und des Ladedrucksystems 48 wird in einer Phase 52 überwacht, ob Betriebszustände erreicht sind, welche sich zu Durchführung einer Diagnose eignen, also überwachungsrelevant sind. Insbesondere handelt es sich bei diesem Betriebszuständen um stationäre Betriebszustände der Brennkraftmaschine 10 und des Ladedrucksystems 48.
  • Die Phase 52 wird so oft durchlaufen, bis ein überwachungsrelevanter Betriebszustand erreicht ist. Für diesen Fall wird während eines vorgebbaren Zeitraums in einer Phase 54 einer der vorstehend genannten Aktoren mit einem periodischen Ansteuersignal angesteuert. Während dieses Zeitraums wird eine Zustandsgröße des Ladedrucksystems 48 erfasst und der periodische Verlauf von Werten dieser Zustandsgröße mit Hilfe einer Fourier-Analyse im Hinblick auf die Höhe einer Amplitude und/oder die Länge einer Phasenverschiebung ausgewertet. Dies ermöglicht es, in einer Phase 58 einen Vergleich mit in dem Steuergerät hinterlegten Kennwerten duchzuführen, um in Abhängigkeit dieses Vergleichs in einem Schritt 60 eine Fehlermeldung auszugeben, oder in einem Schritt 62 keine Fehlermeldung auszugeben.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem zu diagnostizierenden Aktor um das Stellglied 30 und bei der zu erfassenden Zustandsgröße um den Luftmassenstrom, welcher mit Hilfe des Luftmassensensors 18 erfasst wird. Alternativ hierzu kann auch ein Signal verwenden werden, welches die Abgasrückführrate kennzeichnet. Die Abgasrückführrate ist das Verhältnis des rückgeführten Abgasstroms zu dem Gesamtmassenstrom in der Brennkraftmaschine 10. Es ist auch möglich, das Signal eines Drucksensors zur Erfassung eines Ladedrucks auszuwerten.
  • Die Amplitude der Änderung des Luftmassensignals des Luftmassensensors 18 kann mit Hilfe einer Fourier-Analyse ausgewertet werden. Die Frequenz der Periode, mit welcher das Stellglied 30 angesteuert wird, bewirkt im Luftsystem eine Reaktion mit derselben Frequenz, so dass der mit Hilfe des Luftmassensensors 18 gemessene Luftmassenstrom sich mit derselben Frequenz periodisch ändert. Aus diesem Grund ist es in diesem Fall ausreichend, die Amplitude der Schwankungen des Luftmassenstroms zu ermitteln und mit einem Grenzwert zu vergleichen. Dies ermöglicht eine Aussage über die Geschwindigkeit, mit welcher das Stellglied 30 die periodischen Ansteuersignale umsetzt. Ist diese Geschwindigkeit zu niedrig, kann ein Defekt des Stellglieds 30 festgestellt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Diagnose eines Aktors eines Ladedrucksystems (48) einer Brennkraftmaschine (10), bei welchem der Aktor mit einem Ansteuersignal angesteuert und eine Zustandsgröße des Ladedrucksystems (48), welche von dem Ansteuersignal zumindest mittelbar abhängig ist, erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal periodisch ist, und dass ein Werteverlauf der Zustandsgröße im Hinblick auf mindestens eine periodische Eigenschaft analysiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine periodische Eigenschaft eine Amplitude und/oder eine Phasenverschiebung des Werteverlaufs umfasst.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine periodische Eigenschaft mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen Grenzwert verglichen wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren initiiert wird, wenn die Brennkraftmaschine (10) sich in einem stationären Zustand befindet..
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Schubbetrieb oder im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor eine Drosselklappe (24) zur Steuerung eines der Brennkraftmaschine (10) zuführbaren Frischluftstroms, ein Ventil (36) zur Steuerung eines der Brennkraftmaschine zuführbaren Abgasrückführstroms, ein Ventil zur Steuerung eines einem Abgas-Turbolader (32) zuführbaren Abgasstroms oder ein Stellglied (30) zur Steuerung der Turbinengeometrie des Abgas-Turboladers (32) ist.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße des Ladedrucksystems (48) den Massen- oder Volumenstrom eines der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Frischluftstroms, eines der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Abgasrückführstroms, eines von der Brennkraftmaschine (10) abgeführten Abgasstroms und/oder eines einem Abgas-Turbolader (32) zugeführten Abgasstroms betrifft.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße des Ladedrucksystems (48) den Druck eines der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Frischluftstroms, eines der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Abgasrückführstroms, eines von der Brennkraftmaschine (10) abgeführten Abgasstroms und/oder eines einem Abgas-Turbolader (32) zugeführten Abgasstroms betrifft.
  9. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche programmiert ist.
  10. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.
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