DE102014211326A1

DE102014211326A1 - Verfahren und System zur Zylinderkompressionsdiagnostik

Info

Publication number: DE102014211326A1
Application number: DE102014211326.1A
Authority: DE
Inventors: Douglas Raymond Martin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-12-24
Also published as: US20140379206A1; CN104236913A; CN104236913B; US9188505B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Ausführen eines nicht störenden Verbrennungsmotorkompressionstests bereitgestellt. Wenn ein Kompressionstest angefordert wird, kann der Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs unter Verwendung von Energie von einem batteriebetriebenen Elektromotor nicht mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt werden. Änderungen des Batteriestroms über mehrere Verbrennungsmotorzyklen werden verwendet, um Zylinderkompressionsparameter abzuleiten und die Zylinderkompressionsverschlechterung zu beurteilen.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Systeme zum Ausführen eines nicht störenden Verbrennungsmotorkompressionstests an einem Hybridfahrzeugsystem.
Verbrennungskraftmaschinen müssen innerhalb jedes Zylinders angemessene Kompressionsniveaus aufweisen, um richtig zu arbeiten. Demgemäß können Kompressionstests routinemäßig ausgeführt werden, um das Kompressionsniveau in jedem Zylinder zu diagnostizieren. Eine unangemessene Zylinderkompression kann verwendet werden, um Zylinderkomponenten, wie Ventile, Dichtungen, Ringe usw. zu diagnostizieren. Typischerweise können Kompressionstests störend sein und die Demontage des Verbrennungsmotors erfordern. Beispielsweise können Zündkerzen und/oder Kraftstoffeinspritzer durch einen Wartungstechniker vom Verbrennungsmotor entfernt werden, so dass ein Druckwandler eingeführt werden kann, um individuelle Zylinderdruckpegel zu messen. Ferner kann der Verbrennungsmotor nicht mit Kraftstoff versorgt zu einer gewünschten Position im Verbrennungsmotorzyklus gedreht werden müssen (beispielsweise durch einen Anlasser). Allerdings sind solche störenden Ansätze gewöhnlich schwierig und zeitaufwendig und erfordern auch einen geschulten Techniker. Ferner macht das Entfernen von Verbrennungsmotorkomponenten (beispielsweise Zündkerzen) zur Ausführung des Tests die entfernten Komponenten beschädigungsanfällig.
Ein beispielhafter Ansatz zum Ausführen eines nicht störenden Kompressionstests ist von Schroeder u.a. in US 4 539 841 dargestellt. Dort wird eine Sonde in Form eines elektromagnetischen Drehzahlssensors verwendet, um die momentane Verbrennungsmotordrehzahl über die Kompressionsphase jedes Zylinders während Leerlaufbedingungen des Verbrennungsmotors zu messen. Die geschätzte Verbrennungsmotordrehzahl wird verwendet, um den Zylinderspitzendruck und Spitzenausgangsleistungen abzuleiten. Durch Vergleichen der abgeleiteten Werte mit einer normierten Druckkurve werden Zylinderkompressionsprobleme diagnostiziert. Ein anderer als Beispiel dienender nicht störender Kompressionstest ist von Gerbert u.a. in US 5 663 493 dargestellt. Dort wird ein Wartungswerkzeug verwendet, um die Batteriespannung oder den Batteriestrom in einem Verbrennungsmotor während der Ankurbelphase, in der der Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Anlassers gedreht wird, der Strom aus der Batterie entnimmt, zu überwachen. Das Werkzeug zeigt dem Techniker die relative Kompression jedes Zylinders auf der Grundlage der Änderung des Anlasserstroms auf einem Bildschirm.
Die vorliegenden Erfinder haben mögliche Probleme mit solchen Ansätzen erkannt. Beispielsweise erfordern die Ansätze, auch wenn sie nicht störend sind, dennoch einen Techniker für die Ausführung. Insbesondere erfordern beide Ansätze die Verwendung diagnostischer Werkzeuge, die durch einen geschulten Techniker an spezifischen Stellen des Verbrennungsmotors oder Fahrzeugs angebracht werden müssen. Beim Ansatz aus ‘841 kann die Verwendung eines im Leerlauf arbeitenden Verbrennungsmotors auch erhebliche Rauschfaktoren hinzufügen, welche die diagnostischen Ergebnisse beeinträchtigen können. Beim Ansatz aus ‘493 ist das Verfahren auf die Beurteilung von Änderungen des Batteriestroms bei Verbrennungsmotorankurbeldrehzahlen beschränkt. Dabei können bei anderen und höheren Verbrennungsmotordrehzahlen wesentlichere Stromänderungen verfügbar sein. Zusätzlich kann der begrenzte Luftstrom bei der Ankurbeldrehzahl erhebliche Rauschfaktoren hinzufügen. In jedem Fall kann die Diagnostik zeitaufwendig sein und können die Ergebnisse fehleranfällig sein (beispielsweise anfällig für menschliche Fehler oder rauschinduzierte Fehler).
Bei einem Beispiel können einige der vorstehenden Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren für ein Hybridfahrzeugsystem adressiert werden, welches folgende Schritte umfasst: Drehen eines nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors unter Verwendung von Motordrehmoment bei vorgeschobener Zeitsteuerung des Ansaugventils und offener Ansaugdrossel und auf der Grundlage einer Änderung des Batteriestroms während des Drehens, Angeben der Zylinderkompressionsverschlechterung. Auf diese Weise kann ein Kompressionstest automatisch und nicht störend ausgeführt werden, ohne dass ein geschulter Techniker für das Demontieren von Verbrennungsmotorteilen oder die Verwendung komplexer diagnostischer Werkzeuge erforderlich wäre.
Während sich ein Hybridfahrzeugsystem beispielsweise in einem ausgeschalteten Zustand befindet, kann eine Zylinderkompressionstestanforderung am Fahrzeug von einem Wartungstechniker oder Bediener empfangen werden. Die Anforderung kann durch Wechselwirkungen mit einer berührungsinteraktiven Anzeige des Fahrzeugs oder durch ein einfaches diagnostisches Werkzeug erfolgen. Ansprechend auf die Kompressionstestanforderung kann die Steuereinrichtung bestätigen, dass die Verbrennungsmotortemperatur innerhalb eines definierten Bereichs liegt (beispielsweise über 60 °F). Nach der Bestätigung kann der Verbrennungsmotor unter Verwendung von Motordrehmoment von einem batteriebetriebenen Elektromotor/Generator, der für das Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, nicht mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt werden. Der Verbrennungsmotor kann anfänglich für eine kürzere Dauer (beispielsweise 15 Sekunden) auf eine niedrigere Drehzahl (beispielsweise 1000 U/min) in Drehung versetzt werden, um die Reibungsveränderlichkeit in Zylindern infolge eines fehlenden Ölfilms zu verringern und ausreichend Druck an einer verbrennungsmotorbetriebenen mechanischen Ölpumpe aufzubauen, um dabei zu helfen, Nocken des Verbrennungsmotors zu betätigen. Der Verbrennungsmotor kann dann während einer längeren Dauer bei ganz vorgeschobener Ansaugventilzeitsteuerung (über ein Vorschieben der Ansaugnockenzeitsteuerung) und bei ganz offener Ansaugdrossel auf eine höhere Drehzahl (beispielsweise 1000 U/min–2000 U/min oder darüber) in Drehung versetzt werden. Die Verbrennungsmotordrehzahl kann auf die niedrigste erreichbare Verbrennungsmotordrehzahl eingestellt werden, die es ermöglicht, dass die Steuerung der Verbrennungsmotordrehzahl beibehalten wird, während der Krümmerdruck (MAP) gegen den barometrischen Druck (BP) getrieben wird. Durch Öffnen der Drossel und Vorbewegen des Ansaugnockens kann mehr Luft in die Verbrennungsmotorzylinder aufgenommen werden, wodurch es ermöglicht wird, dass höhere Spitzendrücke erreicht werden. Dies verbessert dabei erheblich das Signal-Rausch-Verhältnis.
Eine Änderung des Batteriestroms (oder der Batteriespannung) wird dann über einen oder mehrere Verbrennungsmotorzyklen, insbesondere während des Kompressionstakts jedes Zylinders, überwacht. Weil die Batterie einen Innenwiderstand hat, ändert sich die Spannung über die Batterieanschlüsse als Funktion des Drehwiderstands des Verbrennungsmotors, der von der Kompression in jedem Zylinder abhängt. Die Änderung des Stroms wird verwendet, um das im Kompressionstakt jedes Zylinders erzeugte Drehmoment zu schätzen. Das geschätzte Drehmoment wird dann verwendet, um den Kompressionsdruck jedes Zylinders unter Verwendung skalarer Algorithmen abzuleiten. Durch Vergleichen des abgeleiteten Kompressionsdrucks jedes Zylinders mit einem erwarteten Zylinderkompressionsdruck kann eine Verschlechterung der Zylinderkompression identifiziert werden und kann ein diagnostischer Code festgelegt werden, der den spezifischen Zylinder (die spezifischen Zylinder) identifiziert, der den Test nicht bestanden hat (die den Test nicht bestanden haben). Ein Wartungstechniker kann dann den betreffenden Zylinder diagnostizieren.
Auf diese Wiese kann ein Zylinderkompressionstest nicht störend ausgeführt werden, ohne dass eine Demontage des Verbrennungsmotors erforderlich wäre. Indem ermöglicht wird, dass der Test nach einer Testanforderung durch einen Wartungstechniker automatisch abläuft, können erhebliche Zeit- und Kostenverringerungsvorteile erreicht werden. Zusätzlich können Beschädigungen an Zündkerzengewinden und anderen Komponenten des Verbrennungsmotors verringert werden. Durch Ableiten des Zylinderdrucks auf der Grundlage der Änderung des Batteriestroms wird der Bedarf an zweckgebundenen Zylinderdruckwandlern verringert. Insgesamt wird ein einfacher, jedoch genauer nicht störender Kompressionstest bereitgestellt.
Es sei bemerkt, dass die vorstehende Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Es ist nicht vorgesehen, dass sie Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifiziert, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche der vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung dargelegten Nachteile lösen.
1 zeigt ein als Beispiel dienendes Antriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug.
2 zeigt eine als Beispiel dienende Verbrennungskraftmaschine.
3 zeigt ein Flussdiagramm einer hohen Ebene zum Ausführen eines nicht störenden Verbrennungsmotorkompressionstests.
4 zeigt einen als Beispiel dienenden Kompressionstest gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Ausführen einer Motorkompressionsdiagnostik in einem Hybridfahrzeug in der Art des Hybridelektrofahrzeug-(HEV)-Systems aus den 1–2. Eine Fahrzeugsteuereinrichtung kann dafür ausgelegt werden, eine Steuerroutine in der Art der Routine aus 3 ansprechend auf eine Anforderung zum Testen der Kompression auszuführen, um den nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotor unter Verwendung von Energie von einem batteriebetriebenen Fahrzeugsystemmotor in Drehung zu versetzen. Änderungen des Batteriestroms während des Drehens können verwendet werden, um entsprechende Änderungen des Zylinderkompressionsdrehmoments und des Kompressionsdrucks abzuleiten. Durch Vergleichen des geschätzten Kompressionsdrucks eines Zylinders mit einem erwarteten Kompressionsdruck kann eine Verschlechterung der Zylinderkompression genau identifiziert werden. Ein als Beispiel dienender Kompressionstest ist in 4 dargestellt. Auf diese Weise kann die Kompression des Verbrennungsmotors automatisch diagnostiziert werden, ohne dass eine Demontage des Verbrennungsmotors oder zusätzliche Drucksensoren erforderlich wären.
1 zeigt ein Hybridantriebssystem 100 für ein Fahrzeug. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Hybridelektrofahrzeug (HEV). Das Antriebssystem 100 weist eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit mehreren Zylindern 30 auf. Kraftstoff kann jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 10 von einem Kraftstoffsystem (nicht dargestellt), der einen oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und Einspritzer 166 aufweist, bereitgestellt werden.
Der Verbrennungsmotor 10 überträgt über eine Drehmomenteingangswelle 18 Kraft auf das Getriebe 44. Im dargestellten Beispiel ist das Getriebe 44 ein kraftgeteiltes Getriebe (oder Transaxle), das einen Planetengetriebesatz 22 und ein oder mehrere sich drehende Zahnradelemente aufweist. Das Getriebe 44 weist ferner einen elektrischen Generator 24 und einen Elektromotor 26 auf. Der elektrische Generator 24 und der Elektromotor 26 können auch als elektrische Maschinen bezeichnet werden, weil sie jeweils entweder als Motor oder als Generator arbeiten können. Drehmoment wird vom Getriebe 44 ausgegeben, um Fahrzeugantriebsräder 52 über eine Kraftübertragungsgetriebeanordnung 34, eine Drehmomentabtriebswelle 19 und eine Differenzial-und-Achsen-Anordnung 36 anzutreiben.
Der Generator 24 ist antreibbar mit dem Elektromotor 26 verbunden, so dass der elektrische Generator 24 und der Elektromotor 26 jeweils unter Verwendung von elektrischer Energie von einer Speichervorrichtung für elektrische Energie, die hier als Batterie 54 dargestellt ist, betrieben werden können. Gemäß einigen Ausführungsformen kann eine Energiewandlungsvorrichtung in der Art eines Wechselrichters zwischen die Batterie und den Motor geschaltet sein, um die Gleichspannungsausgabe der Batterie in eine Wechselspannungsausgabe zur Verwendung durch den Motor umzuwandeln. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Wechselrichter jedoch im Elektromotor ausgebildet sein. Infolge der mechanischen Eigenschaften des Planetengetriebesatzes kann der Generator 24 durch ein Kraftausgabeelement (auf einer Ausgabeseite) des Planetengetriebesatzes 22 über eine mechanische Verbindung 32 angetrieben werden, wie nachstehend weiter dargelegt wird.
Der Elektromotor 26 kann in einem regenerativen Modus, d.h. als ein Generator, betrieben werden, um Energie von der Fahrzeugbewegung und/oder vom Verbrennungsmotor zu absorbieren und die absorbierte kinetische Energie in eine für die Speicherung in der Batterie 54 geeignete Energieform umzuwandeln. Ferner kann der Elektromotor 50 nach Bedarf als ein Motor oder ein Generator betrieben werden, um durch den Verbrennungsmotor bereitgestelltes Drehmoment zu verstärken oder zu absorbieren, beispielsweise während eines Übergangs des Verbrennungsmotors 10 zwischen verschiedenen Verbrennungsmodi (beispielsweise während Übergängen zwischen einem Funkenzündmodus und einem Kompressionszündmodus).
Der Planetengetriebesatz 22 weist ein Hohlrad 42, ein Sonnenrad 43 und eine Planetengetriebeanordnung 46 auf. Das Hohlrad und das Sonnenrad können durch den Träger miteinander gekoppelt werden. Eine erste Eingangsseite des Planetengetriebesatzes 22 ist mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelt, während eine zweite Eingangsseite des Planetengetriebesatzes 22 mit dem Generator 24 gekoppelt ist. Eine Abtriebsseite des Planetengetriebesatzes ist durch die Kraftübertragungsgetriebeanordnung 34, die ein oder mehrere ineinander eingreifende Zahnradelemente 60–68 aufweist, mit den Fahrzeugantriebsrädern 52 gekoppelt. Bei einem Beispiel können die ineinander eingreifenden Zahnradelemente 60–68 Stufenverhältniszahnräder sein, wobei die Trägeranordnung 46 Drehmoment auf die Stufenverhältniszahnräder übertragen kann. Zahnradelemente 62, 64 und 66 sind an einer Vorgelegewelle 17 montiert, wobei das Zahnradelement 64 in ein durch einen Elektromotor angetriebenes Zahnradelement 70 eingreift. Der Elektromotor 26 treibt das Zahnradelement 70 an, das als eine Drehmomenteingabe für die Vorgelegewellegetriebeanordnung wirkt. Auf diese Weise können der Planetenträger 46 (und folglich der Verbrennungsmotor und der Generator) über ein oder mehrere Zahnradelemente mit den Fahrzeugrädern und dem Motor gekoppelt werden. Das Hybridantriebssystem 100 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen unter Einschluss eines Vollhybridsystems betrieben werden, wobei das Fahrzeug nur durch den Verbrennungsmotor und den Generator in Zusammenwirken oder nur durch den Elektromotor oder eine Kombination davon angetrieben wird. Alternativ können auch unterstützende oder milde Hybridausführungsformen verwendet werden, wobei der Verbrennungsmotor die Primärdrehmomentquelle ist und der Elektromotor während spezifischer Bedingungen, wie während eines Eintippereignisses, selektiv Drehmoment hinzufügt.
Wie hier mit Bezug auf 3 dargelegt wurde, können der Motor 26 und/oder der Generator 24 während ausgewählter Bedingungen verwendet werden, um den nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotor 10 in Drehung zu versetzen. Insbesondere kann während Bedingungen, in denen das Antriebssystem 100 nicht betrieben wird, ansprechend auf eine Anforderung zum Testen der Kompression des Verbrennungsmotors, Batterieenergie verwendet werden, um den Motor/Generator zu betreiben, um den nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotor in Drehung zu versetzen. Durch Überwachen einer Änderung des Stroms der Batterie 54 während des Drehens des Verbrennungsmotors über mehrere Verbrennungsmotorzyklen können Zylinderkompressionsparameter in der Art des Zylinderkompressionsdrehmoments und von Druckwerten abgeleitet werden. Während des Drehens kann ein Ansaugnocken ganz vorbewegt werden und kann eine Ansaugdrossel ganz geöffnet werden, um den Luftstrom zu den Zylindern zu erhöhen, wodurch es ermöglicht wird, höhere Spitzenzylinderdrücke zu erreichen. Dies verbessert dabei das Signal-Rausch-Verhältnis von den Zylindern gesammelter Daten und ermöglicht eine zuverlässigere Diagnostik. Auf der Grundlage von Abweichungen der geschätzten Zylinderkompressionsparameter von erwarteten Werten kann die Kompressionsverschlechterung in einem oder mehreren Verbrennungsmotorzylindern identifiziert werden. Dies ermöglicht es, das Motordrehmoment für ein nicht störendes Kompressionstesten zu verwenden.
Das Fahrzeug kann in einem ersten Verbrennungsmotor-Ein-Modus gefahren werden, der hier auch als ein "Verbrennungsmotormodus" bezeichnet wird, wobei der Verbrennungsmotor 10 in Zusammenwirken mit dem elektrischen Generator betrieben wird (der dem Planetengetriebesatz ein Reaktionsdrehmoment bereitstellt und ein Nettoplanetenabtriebsdrehmoment für den Antrieb ermöglicht) und als die Primärdrehmomentquelle für das Antreiben der Räder 52 verwendet wird (der Generator kann den Rädern auch Drehmoment bereitstellen, falls er sich im Motormodus befindet). Während des "Verbrennungsmotormodus" kann Kraftstoff dem Verbrennungsmotor 10 von einem Kraftstofftank über den Kraftstoffeinspritzer 166 zugeführt werden, so dass der Verbrennungsmotor mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt werden kann, um das Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere wird die Verbrennungsmotorleistung auf das Hohlrad des Planetengetriebesatzes übertragen. Es sei am Rande bemerkt, dass der Generator dem Sonnenrad 43 Drehmoment bereitstellt, wodurch ein Reaktionsdrehmoment für den Verbrennungsmotor erzeugt wird. Folglich wird Drehmoment durch den Planetenträger an die Zahnräder 62, 64, 66 an der Vorgelegewelle 17 ausgegeben, welche die Leistung wiederum auf die Räder 52 überträgt. Optional kann der Verbrennungsmotor betrieben werden, um mehr Drehmoment auszugeben als für den Antrieb erforderlich ist, wobei die zusätzliche Energie in diesem Fall vom Generator (im Erzeugungsmodus) absorbiert wird, um die Batterie 54 zu laden oder anderen Fahrzeuglasten elektrische Energie zuzuführen.
Das Fahrzeug kann auch in einem "Unterstützungsmodus" gefahren werden, in dem der Verbrennungsmotor 10 betrieben wird und als Primärquelle für das Drehmoment zum Antreiben der Räder 52 verwendet wird und der Elektromotor als eine zusätzliche Drehmomentquelle verwendet wird, die zusammen damit wirken soll, und um das vom Verbrennungsmotor 10 bereitgestellte Drehmoment zu ergänzen. Während des "Unterstützungsmodus" wird dem Verbrennungsmotor 10 Kraftstoff zugeführt, um den mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotor in Drehung zu versetzen und den Fahrzeugrädern Drehmoment bereitzustellen.
Bei einem anderen Beispiel kann das Fahrzeug in einem Verbrennungsmotor-Ausgeschaltet-Modus gefahren werden, der hier auch als nur elektrischer Modus bezeichnet wird, wobei der batteriegespeiste Elektromotor 26 als die einzige Drehmomentquelle für das Antreiben der Räder 52 betrieben und verwendet wird. Dabei kann während des Verbrennungsmotor-Ausgeschaltet-Modus, unabhängig davon, ob sich der Verbrennungsmotor dreht oder nicht, kein Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 10 eingespritzt werden. Der "Verbrennungsmotor-Ausgeschaltet-Modus" kann beispielsweise während des Bremsens, während niedriger Drehzahlen, während des Haltens an Ampeln usw. verwendet werden. Insbesondere wird dem Zahnradelement 70 Motorleistung zugeführt, welches wiederum die Zahnradelemente an der Vorgelegewelle 17 und daran die Räder 52 antreibt.
Das Antriebssystem 100 kann ferner ein Steuersystem aufweisen, das eine Steuereinrichtung 12 aufweist, die dafür ausgelegt ist, Informationen von mehreren Sensoren 16 (von denen hier verschiedene Beispiele beschrieben werden) zu empfangen und Steuersignale zu mehreren Betätigungselementen 81 (von denen hier verschiedene Beispiele beschrieben werden) zu senden. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 verschiedene Druck- und Temperatursensoren, einen Kraftstoffpegelsensor, verschiedene Abgassensoren usw. einschließen. Die verschiedenen Betätigungselemente können beispielsweise den Getriebesatz, Zylinderkraftstoffeinspritzer (nicht dargestellt), eine Luftansaugdrossel, die mit dem Verbrennungsmotoransaugkrümmer (nicht dargestellt) gekoppelt ist, usw. einschließen. Die Steuereinrichtung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die eingegebenen Daten verarbeiten und die Betätigungselemente ansprechend auf die verarbeiteten eingegebenen Daten auf der Grundlage eines darin einprogrammierten Befehls oder Codes, entsprechend einer oder mehreren Routinen, auslösen. Eine als Beispiel dienende Steuerroutine wird hier mit Bezug auf 3 beschrieben.
2 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders des Verbrennungsmotors 10 (aus 1). Der Verbrennungsmotor 10 kann Steuerparameter von einem Steuersystem empfangen, das die Steuereinrichtung 12 aufweist und worin über eine Eingabevorrichtung 132 von einem Fahrzeugbediener 130 eingegeben wird. In diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Als ein weiteres Beispiel kann eine Eingabe vom Fahrzeugbediener in Bezug auf einen gewünschten Modus einer Bergabfahrt auf der Grundlage einer Position einer Taste 58 empfangen werden, wie zuvor mit Bezug auf 1 erörtert wurde. Der Zylinder (hier auch "Verbrennungskammer") 30 des Verbrennungsmotors 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 aufweisen. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad des Personenkraftfahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen. Insbesondere sind der Generator 24 und das Antriebssystem unter Einschluss des Motors 26 mit der Kurbelwelle gekoppelt und stellen Drehmoment für das Ankurbeln des Verbrennungsmotors bereit.
Der Zylinder 30 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftdurchgängen 142, 144 und 146 empfangen. Der Ansaugluftdurchgang 146 kann mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zusätzlich zum Zylinder 30 kommunizieren. Gemäß einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Ansaugdurchgänge eine Aufladevorrichtung in der Art eines Turboladers oder eines Superchargers aufweisen. Beispielsweise zeigt 2 den mit einem Turbolader, einschließlich eines zwischen den Ansaugdurchgängen 142 und 144 angeordneten Kompressors 174, und einer entlang einem Abgasdurchgang 148 angeordneten Abgasturbine 176 versehenen Verbrennungsmotor 10. Der Kompressor 174 kann durch eine Welle 180 zumindest teilweise durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wobei die Aufladevorrichtung als ein Turbolader ausgelegt ist. Bei anderen Beispielen, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem Supercharger versehen ist, kann die Abgasturbine 176 optional fortgelassen werden, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Motor oder vom Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Eine Drossel 20 einschließlich einer Drosselplatte 164 kann entlang einem Ansaugdurchgang des Verbrennungsmotors bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck von den Zylindern des Verbrennungsmotors bereitgestellter Ansaugluft zu ändern. Beispielsweise kann die Drossel 20 stromabwärts des Kompressors 174 angeordnet sein, wie in 2 dargestellt ist, oder alternativ stromaufwärts des Kompressors 174 bereitgestellt sein.
Der Abgasdurchgang 148 kann Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zusätzlich zum Zylinder 30 empfangen. Ein Abgassensor 128 ist mit dem Abgasdurchgang 148 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 gekoppelt dargestellt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe des Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses in der Art beispielsweise eines UEGO-(universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff)-Sensors, eines Zweizustandssauerstoffsensors oder eines EGO-Sensors (wie dargestellt), eines HEGO-(erwärmter EGO)-Sensors, eines NOx-, HC- oder CO-Sensors ausgewählt werden. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht dargestellt), die sich im Abgasdurchgang 148 befinden, geschätzt werden. Alternativ kann die Abgastemperatur auf der Grundlage von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen in der Art der Drehzahl, der Last, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR), der Funkenverzögerung usw. abgeleitet werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es sei bemerkt, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination der nachstehend angeführten Temperaturschätzverfahren geschätzt werden kann.
Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Ansaugventile und ein oder mehrere Abgasventile aufweisen. Beispielsweise ist gezeigt, dass der Zylinder 30 wenigstens ein Ansaugabblasventil 150 und wenigstens ein Abgasabblasventil 156, das sich an einem oberen Bereich des Zylinders 30 befindet, aufweist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10, einschließlich des Zylinders 30, wenigstens zwei Ansaugabblasventile und wenigstens zwei Abgasabblasventile, die sich an einem oberen Bereich des Zylinders befinden, aufweisen.
Das Ansaugventil 150 kann von der Steuereinrichtung 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Ähnlich kann das Abgasventil 156 von der Steuereinrichtung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und eines oder mehrere von Nockenprofilschalt-(CPS)-, veränderlichen Nockenzeitsteuerungs-(VCT)-, veränderlichen Ventilzeitsteuerungs-(VVT)- und/oder veränderlichen Ventilhub-(VVL)-Systemen verwenden, die von der Steuereinrichtung 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern. Die Position des Ansaugventils 150 und des Abgasventils 156 kann durch Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das Ansaug- und/oder das Abgasventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein durch elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil und ein durch Nockenbetätigung gesteuertes Abgasventil, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, aufweisen. Gemäß wieder anderen Ausführungsformen können die Ansaug- und Abgasventile durch ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder Ventilbetätigungssystem oder ein veränderliches Ventilzeitsteuerungsbetätigungselement oder Ventilzeitsteuerungsbetätigungssystem gesteuert werden.
Wie mit Bezug auf 3 herausgearbeitet wurde, kann während Bedingungen, wenn ein Kompressionsniveau des Zylinders 30 diagnostiziert wird, der Ansaugnocken 151 ganz vorbewegt werden, um die Zeitsteuerung des Ansaugventils 150 ganz vorzuschieben. Zur gleichen Zeit kann die Drossel 20 ganz geöffnet werden. Dabei wird der Luftstrom in den Zylinder maximiert, wodurch erhöhte Zylinderspitzendrücke ermöglicht werden. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis während eines Kompressionstests des Zylinders und stellt genauere und zuverlässigere Kompressionstestergebnisse bereit.
Der Zylinder 30 kann ein Kompressionsverhältnis aufweisen, welches das Verhältnis der Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 im unteren Zentrum und im oberen Zentrum befindet. Herkömmlich liegt das Kompressionsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. Bei einigen Beispielen, wo unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden, kann das Kompressionsverhältnis jedoch erhöht werden. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn Kraftstoffe mit höheren Oktanzahlen oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Kompressionsverhältnis kann auch erhöht werden, falls eine Direkteinspritzung infolge ihrer Wirkung auf das Klopfen des Verbrennungsmotors verwendet wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung aufweisen. Das Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 30 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 ansprechend auf das Funkenvorlaufsignal SA von der Steuereinrichtung 12 einen Zündfunken bereitstellen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch fortgelassen werden, beispielsweise dort wo der Verbrennungsmotor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzen von Kraftstoff, wie es bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann, einleiten kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Einspritzern, um ihm ein Klopf- oder Vorzündungsunterdrückungsfluid bereitzustellen, versehen werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Fluid ein Kraftstoff sein, wobei der Einspritzer auch als Kraftstoffeinspritzer bezeichnet wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 30 als einen Kraftstoffeinspritzer 166 aufweisend gezeigt. Der Kraftstoffeinspritzer 166 ist als direkt mit dem Zylinder 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff darin direkt proportional zur Pulsbreite des von der Steuereinrichtung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangenen Signals FPW einzuspritzen. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 166 eine so genannte Direkteinspritzung (nachstehend auch als "DI" bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bereit. Während 2 den Einspritzer 166 als einen Seiteneinspritzer zeigt, kann er sich auch über dem Kolben, wie in der Nähe der Position der Zündkerze 192, befinden. Eine solche Position kann infolge der geringeren Flüchtigkeit einiger alkoholbasierter Kraftstoffe die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Verbrennungsmotor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird. Alternativ kann sich der Einspritzer oben und in der Nähe des Ansaugventils befinden, um die Mischung zu verbessern.
Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 166 von einem Hochdruckkraftstoffsystem 8 unter Einschluss von Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und eines Kraftstoffzuteilers zugeführt werden. Alternativ kann Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden, wobei in diesem Fall die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Kompressionstakts begrenzter sein kann als wenn ein Hochdruckkraftstoffsystem verwendet wird. Ferner können die Kraftstofftanks, wenngleich dies nicht dargestellt ist, einen Druckwandler aufweisen, der der Steuereinrichtung 12 ein Signal bereitstellt. Es sei bemerkt, dass der Einspritzer 166 gemäß einer alternativen Ausführungsform ein Porteinspritzer sein kann, der Kraftstoff in den Ansaugstutzen stromaufwärts des Zylinders 30 einbringt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, zeigt 2 nur einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Dabei kann jeder Zylinder seinen eigenen Satz von Ansaug-/Abgasventilen, eines Kraftstoffeinspritzers (von Kraftstoffeinspritzern), einer Zündkerze usw. aufweisen.
Kraftstofftanks im Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Qualitäten, wie unterschiedlichen Zusammensetzungen, enthalten. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, eine unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffmischungen und/oder Kombinationen davon usw. einschließen. Bei einem Beispiel könnten Kraftstoffe mit unterschiedlichen Alkoholgehalten einschließen, dass ein Kraftstoff Benzin ist und der andere Ethanol oder Methanol ist. Bei einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor Benzin als erste Substanz und eine Alkohol enthaltende Kraftstoffmischung, wie E85 (die aus etwa 85 % Ethanol und 15 % Benzin besteht) oder M85 (die aus etwa 85 % Methanol und 15 % Benzin besteht), als zweite Substanz verwenden. Andere Alkohol enthaltende Kraftstoffe könnten eine Mischung von Alkohol und Wasser, eine Mischung von Alkohol, Wasser und Benzin usw. sein.
Die Steuereinrichtung 12 ist in 2 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Ein-/Ausgabeports 108, ein elektronisches Speichermedium zum Ausführen von Programmen und Kalibrierwerten, das in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip 110 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 112, einen Haltespeicher 114 und einen Datenbus aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann verschiedene Signale von mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den vorstehend erörterten Signalen empfangen, einschließlich einer Messung des induzierten Massenluftstroms (MAF) von einem Massenluftstromsensor 122, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 118 gekoppelten Temperatursensor 116 und eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 140 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ), der Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor, eines Krümmerdrucksignals (MAP) von einem Sensor 124, eines Zylinders AFR vom EGO-Sensor 128 und einer abnormen Verbrennung von einem Klopfsensor. Das Verbrennungsmotordrehzahlssignal RPM kann durch die Steuereinrichtung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden.
Der Speichermediumnurlesespeicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, welche durch den Prozessor 106 ausführbare Befehle darstellen, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die vorweggenommen aber nicht spezifisch angeführt sind, auszuführen.
Dabei sind innerhalb jedes Zylinders angemessene Kompressionsniveaus erforderlich, damit der Verbrennungsmotor 10 geeignet arbeiten kann. Demgemäß kann ein Verbrennungsmotorkompressionstest von einem Wartungstechniker intermittierend ausgeführt werden, um das Kompressionsniveau in jedem Zylinder zu diagnostizieren. Eine unangemessene Zylinderkompression kann verwendet werden, um eine Verschlechterung verschiedener Zylinderkomponenten, wie Ventile, Dichtungen, Ringe usw., zu diagnostizieren. Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass der Verbrennungsmotor, wenn ein Kompressionstest angefordert wird, unter Verwendung von Energie vom Fahrzeugsystemmotor oder -generator nicht mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt werden kann, während das Ansaugventil vorbewegt ist und die Ansaugdrossel ganz geöffnet ist. Ein Batteriestrom kann dann überwacht werden. Weil die Batterie einen Innenwiderstand hat, ändert sich die Spannung an den Batterieanschlüssen als Funktion des Drehwiderstands des Verbrennungsmotors, der von der Kompression in jedem Zylinder abhängt. Demgemäß kann eine überwachte Änderung des Batteriestroms während des Drehens des nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors verwendet werden, um das im Kompressionstakt jedes Zylinders erzeugte Drehmoment und den darin erzeugten Druck zu schätzen. Falls ein Zylinder nicht genug Druck oder Drehmoment erzeugt, kann eine Kompressionsverschlechterung angegeben werden. Dies ermöglicht es, eine Kompressionsdiagnose nicht störend und im Wesentlichen automatisch auszuführen. Zusätzlich werden die Zeit und die Arbeit verringert, die ein Techniker benötigt. Auf der Grundlage des anhand der Änderung des Batteriestroms abgeleiteten Zylinderdruckprofils kann die Natur der Kompressionsverschlechterung bestimmt werden. Auch kann der Wartungstechniker den verschlechterten Zylinder demontieren, um die Ursache der Kompressionsverschlechterung zu identifizieren.
Nun wird mit Bezug auf 3 eine als Beispiel dienende Routine 300 zum Ausführen eines nicht störenden Kompressionstests gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Durch Drehen eines nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors unter Verwendung von Motordrehmoment, während der Luftstrom in die Zylinder durch Öffnen der Drossel und Vorbewegen der Ansaugnocken erhöht wird, können Änderungen des Batteriestroms verwendet werden, um Zylinderkompressionsparameter mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis abzuleiten.
Bei 301 kann bestätigt werden, dass eine Anforderung zum Testen der Kompression am Fahrzeug empfangen wurde. Bei einem Beispiel kann die Anforderung zum Testen der Kompression durch das Fahrzeug von einem Wartungstechniker empfangen werden, während sich das Fahrzeug in einem ausgeschalteten Zustand befindet (beispielsweise in einer Garage geparkt ist). Der Wartungstechniker kann den Test unter Verwendung eines einfachen diagnostischen Werkzeugs anfordern, das am Fahrzeug angebracht wird (beispielsweise an einem Ort an der Karosserie des Fahrzeugs). Alternativ kann die Anforderung durch eine berührungsinteraktive Anzeige am Armaturenbrett des Fahrzeugs empfangen werden.
Nach der Bestätigung der Anforderung bei 302 kann bestätigt werden, dass ausgewählte Bedingungen des Verbrennungsmotors erfüllt sind. Insbesondere kann bestätigt werden, dass die Verbrennungsmotortemperatur innerhalb eines definierten Bereichs liegt. Beispielsweise kann bestätigt werden, dass die Verbrennungsmotortemperatur oberhalb einer Schwelle (beispielsweise 60 °F) liegt. Dabei kann das Drehen beim Kompressionstest nur ausgeführt werden, wenn die Verbrennungsmotortemperatur innerhalb der Grenze liegt und nachdem eine Anforderung zum Testen der Kompression am Fahrzeug empfangen wurde und während das Fahrzeug nicht in Betrieb ist.
Nach dem Bestätigen der Verbrennungsmotorbedingungen kann der Kompressionstest automatisch eingeleitet werden (d.h. ohne weitere Eingaben von einem Fahrzeugbediener oder vom Wartungstechniker). Bei 304 umfasst die Routine das Drehen des nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors unter Verwendung von Motordrehmoment von einem batteriebetriebenen Elektromotor (oder Generator) des Fahrzeugsystems. Das Drehen kann ausgeführt werden, während die Ansaugventilzeitsteuerung vorgeschoben ist und die Ansaugdrossel offen ist, wie bei 306–308 erörtert. Insbesondere kann Drehmoment vom Elektromotor/Generator des Fahrzeugs verwendet werden, um den Verbrennungsmotor für eine erste, kürzere Dauer (beispielsweise 15 Sekunden) auf eine erste, höhere Drehzahl des Verbrennungsmotors (beispielsweise 1000 U/min) in Drehung zu versetzen. Dieses anfängliche Drehen wird verwendet, um die Reibungsveränderlichkeit bei der Kompression, die sich aus einem Mangel eines Ölfilms ergibt, zu verringern oder zu beseitigen, und um genügend Öldruck bei einer durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Ölpumpe aufzubauen, um dabei zu helfen, den Ansaugnocken zu betätigen.
Bei 306 kann die Ansaugventilzeitsteuerung ganz vorgeschoben werden, indem der Ansaugnocken ganz vorbewegt wird. Bei 308 kann die Ansaugdrossel ganz geöffnet werden. Durch Drehen des Verbrennungsmotors bei ganz vorbewegtem Ansaugventil und ganz geöffneter Ansaugdrossel kann mehr Luft in den Zylinder aufgenommen werden, wodurch ermöglicht wird, dass ein größerer Spitzendruck im Zylinder erzeugt wird. Dies verbessert dabei das Signal-Rausch-Verhältnis des Zylinders. Bei 310 umfasst das Drehen des Verbrennungsmotors das Drehen des Verbrennungsmotors mit einer zweiten, niedrigeren Drehzahl (beispielsweise 1000 U/min bis lediglich 200 U/min) während einer zweiten, längeren Dauer (beispielsweise 30 Sekunden). Die zweite Verbrennungsmotordrehzahl kann niedriger als die erste Verbrennungsmotordrehzahl sein und eine auf die niedrigste erreichbare Verbrennungsmotordrehzahl reduzierte Verbrennungsmotordrehzahl einschließen, die eine ausreichende Steuerung der Verbrennungsmotordrehzahl beibehält. Bei einem Beispiel können die erste Drehzahl und die erste Dauer auf dem Druck der mit dem Verbrennungsmotor und dem Ansaugnocken gekoppelten mechanischen Ölpumpe beruhen, während die zweite Drehzahl und die zweite Dauer auf dem Krümmerdruck in Bezug auf BP beruhen.
Beispielsweise können die zweite Drehzahl und/oder die zweite Dauer eingestellt werden, um MAP an oder in die Nähe von BP zu bringen. Insbesondere kann bei 312 bestätigt werden, dass MAP bei oder in der Nähe von BP liegt. Falls dies nicht der Fall ist, kann die Verbrennungsmotordrehzahl bei 314 eingestellt werden, um MAP näher an BP zu bringen.
Das Drehen des Verbrennungsmotors mit der zweiten Drehzahl kann auch das Drehen des Verbrennungsmotors mit einer Verbrennungsmotordrehzahl auf der Grundlage des Batterieladezustands (Batterie-SOC) einschließen, wobei die Drehzahl zunimmt, wenn der Batterie-SOC zunimmt. Falls der Batterie-SOC jedoch unter eine Schwelle abfällt, kann der Kompressionstest abgebrochen werden und kann der Verbrennungsmotor unter Kraftstoffzufuhr in Drehung versetzt werden, um den Batterie-SOC wiederaufzuladen und ein Außerbetriebsetzen des Fahrzeugs zu vermeiden.
Bei 316–324 umfasst die Routine das Angeben der Zylinderkompressionsverschlechterung auf der Grundlage einer Änderung des Batteriestroms während des Drehens. Insbesondere umfasst die Routine bei 316 eine Schätzung eines Zylinderkompressionstaktdrehmoments auf der Grundlage einer Änderung des Fahrzeugbatteriestroms. Hier wird ein Kompressionstaktdrehmoment für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors auf der Grundlage von Änderungen des Batteriestroms geschätzt, während der Druck des Ansaugkrümmers im Wesentlichen an oder um BP liegt. Bei 318 wird das geschätzte Zylinderkompressionsdrehmoment eingestellt, um Reibungseffekte (insbesondere den Effekt der Motorkühlmitteltemperatur-(ECT)-basierten Reibung) auf die Drehmomentschätzung zu beseitigen. Beispielsweise kann das geschätzte Zylinderkompressionsdrehmoment unter Verwendung eines Faktors modifiziert werden, der auf der ECT und der Verbrennungsmotordrehzahl beruht. Die Steuereinrichtung kann eine 3D-Tabelle auf der Grundlage der ECT und der Verbrennungsmotordrehzahl verwenden, um das geschätzte Zylinderkompressionsdrehmoment einzustellen. Eine weitere Verfeinerung der Kompressionsdrehmomentschätzung kann unter Verwendung von Informationen von MAP- und BP-Werten ausgeführt werden, um jegliche Pumpverluste abzuleiten. Schließlich können BP-Höheneffekte in der Kompressionsschwelle berücksichtigt werden.
Bei 320 umfasst die Routine das Umwandeln des modifizierten Kompressionstaktdrehmoments für jeden Zylinder in einen abgeleiteten Kompressionstaktdruck für die jeweiligen Zylinder unter Verwendung eines skalaren Algorithmus. Dabei kann ein skalarer Algorithmus verwendet werden, weil das Drehmoment proportional zum Druck ist. Auf diese Weise kann ein Kompressionsdruck für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors auf der Grundlage des geschätzten Zylinderkompressionshubdrehmoments abgeleitet werden. Dabei besteht ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens gegenüber relativen Kompressionstests darin, dass es eine Absolutdruckmessung bereitstellt, was die Detektion einer schlechten Kompression selbst dann ermöglicht, wenn alle Zylinder gleich beeinträchtigt sind.
Bei 322 kann der abgeleitete Kompressionsdruck für jeden Zylinder mit einem erwarteten Kompressionstaktdruck verglichen werden, und die Zylinderkompressionsverschlechterung kann auf der Grundlage des abgeleiteten Zylinderkompressionsdrucks in Bezug auf den erwarteten Zylinderkompressionsdruck angegeben werden. Der erwartete Kompressionsdruck für jeden Zylinder kann in einer Nachschlagetabelle im Speicher der Steuereinrichtung gespeichert werden und auf einem oder mehreren von der Motorkühlmitteltemperatur, der Verbrennungsmotordrehzahl von BP und von MAP beruhen. Insbesondere kann bei 322 bestimmt werden, ob der abgeleitete Zylinderkompressionsdruck beim oder um den erwarteten Zylinderkompressionsdruck liegt. Falls der abgeleitete Zylinderkompressionsdruck nicht vom erwarteten Zylinderkompressionsdruck abhängt, kann bei 324 festgestellt werden, dass die Zylinderkompressionsniveaus zufrieden stellend sind, und es kann ein Hinweiszeichen gesetzt werden, welches angibt, dass der Verbrennungsmotor den Kompressionstest bestanden hat.
Falls der abgeleitete Zylinderkompressionsdruck vom erwarteten Zylinderkompressionsdruck abweicht, falls der abgeleitete Zylinderkompressionsdruck beispielsweise um mehr als einen Schwellenbetrag niedriger als der erwartete Zylinderkompressionsdruck ist, kann bei 326 festgestellt werden, dass das Kompressionsniveau in einem oder mehreren identifizierten Zylindern des Verbrennungsmotors nicht zufrieden stellend ist und kann ein Hinweiszeichen gesetzt werden, welches angibt, dass die entsprechenden Zylinder den Kompressionstest nicht bestanden haben.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Kompressionstest bei mehreren Verbrennungsmotordrehzahlen ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor nicht mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt werden und kann der Batteriestrom anfänglich bei einer ersten, niedrigeren Verbrennungsmotordrehzahl überwacht werden. Dann kann der Verbrennungsmotor nicht mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt werden und kann der Batteriestrom bei einer zweiten, höheren Verbrennungsmotordrehzahl überwacht werden. Durch Ausführen des Tests bei verschiedenen Verbrennungsmotordrehzahlen wird die Zuverlässigkeit der Ergebnisse verbessert. Durch die Verwendung des Elektromotors zum Drehen des Verbrennungsmotors statt der Verwendung des Anlassers zum Drehen des Verbrennungsmotors ist ein breiterer Bereich von Verbrennungsmotordrehzahlen verfügbar. Weil das Anlasserdrehmoment zusätzlich durch eine 12-V-Batterie erzeugt wird, deren Strom nicht genau überwacht wird, können Drehmomentvorhersagealgorithmen, die den Motor/Generator und den HEV-Batteriestrom verwenden, reifer und genauer sein und in einer kraftgeteilten Steuereinrichtung leicht verfügbar sein.
Es sei bemerkt, dass zusätzlich zur Bestimmung der Zylinderverschlechterung gemäß einigen Ausführungsformen auf der Grundlage des Trends der Änderung des Zylinderkompressionsdrucks (oder des Trends der Änderung des Zylinderkompressionsdrehmoments oder des Trends der Änderung des Batteriestroms) die Natur der Verschlechterung bestimmt werden kann. Beispielsweise kann ansprechend auf einen langsamen Anstieg des Kompressionsdrucks festgestellt werden, dass die Kolbenringe lecken. Bei einem anderen Beispiel kann ansprechend darauf, dass der Kompressionsdruck langsam ansteigt und ein Zielniveau nicht erreicht, ein Ventilleck identifiziert werden.
Nun wird mit Bezug auf 4 ein als Beispiel dienender Kompressionstest dargestellt. Die Karte 400 aus 4 zeigt in der Auftragung 402 den Batteriestrom (I_batt) einer Fahrzeugsystembatterie, die mit einem Elektromotor/Generator gekoppelt ist, in der Auftragung 404 die Ansaugdrosselöffnung und in der Auftragung 406 die Ansaugnockenzeitsteuerung. Die Auftragungen sind über die Zeit dargestellt, wobei die Zeit als Verbrennungsmotorzyklen dargestellt ist. Beim vorliegenden Beispiel kann der Verbrennungsmotor ein Reihen-Vierzylindermotor sein, wobei jeder Verbrennungsmotorzyklus durch die Zündung von jedem der Zylinder 1–4 in der dargestellten Zündreihenfolge (Cyl_1 dann Cyl_3 dann Cyl_4 und dann Cyl_2) definiert ist. Das dargestellte Beispiel zeigt die Ergebnisse von 2 Verbrennungsmotorzyklen.
Vor t1 kann der Verbrennungsmotor abgeschaltet sein und kann das Hybridfahrzeug nicht arbeiten. Während dieser Zeit kann die Ansaugdrossel geschlossen sein (Auftragung 404) und kann der Ansaugnocken in eine Nominalposition gesetzt sein. Bei t1 wird eine Anforderung vom Kompressionstesten empfangen. Ansprechend auf die Anforderung wird der Verbrennungsmotor unter Verwendung von Motordrehmoment nicht mit Kraftstoff versorgt in Drehung versetzt, und es werden Änderungen des Batteriestroms beobachtet (Auftragung 402). Der Verbrennungsmotor wird in Drehung versetzt, während die Ansaugdrossel ganz geöffnet ist und der Ansaugnocken ganz vorbewegt ist, um die Menge der in die Zylinder aufgenommenen Luft zu maximieren.
Wie in der Auftragung 402 dargestellt ist, kann der Batteriestrom (und dementsprechend der Zylinderkompressionsdruck) allmählich ansteigen, dann abfallen und dann über die Takte jedes Verbrennungsereignisses zum Anfangswert zurückkehren. Im dargestellten Beispiel kann die Änderung des Batteriestroms während des Zündens von Cyl_4 während jedes der zwei Verbrennungsmotorzyklen niedriger als erwartet sein. Insbesondere kann sich der Batteriestrom für Cyl_4 ändern, so dass er niedriger als eine obere Schwelle Thr_1 und höher als eine untere Schwelle Thr_2 ist. Im Vergleich kann sich der Batteriestrom für alle anderen Zylinder so ändern, dass er höher als die obere Schwelle Thr_1 und niedriger als die untere Schwelle Thr_2 ist. Ansprechend auf die Änderung des Batteriestroms während die Zündung von Cyl_4 kleiner als erwartet ist, kann festgestellt werden, dass die Kompression von Cyl_4 verschlechtert ist, und es kann ein Diagnostikcode dafür festgelegt werden. Bei t2 kann der Kompressionstest abgeschlossen werden und können die Drossel und der Ansaugnocken in ihre Ursprungspositionen zurückgeführt werden. Auf diese Weise kann eine Zylinderkompression mit einer reduzierten Zeit und Komplexität identifiziert werden.
Bei einem Beispiel umfasst ein Hybridfahrzeugsystem einen Verbrennungsmotor unter Einschluss eines Zylinders, einen Elektromotor/Generator, der mit einer Batterie gekoppelt ist, einen Ansaugnocken, der mit einem Ansaugventil gekoppelt ist, eine Ansaugdrossel, die mit einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, und eine Fahrzeugsteuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann mit computerlesbaren Befehlen konfiguriert werden, um ansprechend auf eine Bedieneranforderung eines Kompressionstests Folgendes auszuführen: Drehen des nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors unter Verwendung des Motors, während der Ansaugnocken ganz vorbewegt ist und die Ansaugdrossel ganz geöffnet ist, Überwachen einer Änderung des Batteriestroms während eines Kompressionstakts des Zylinders, Schätzen jeweils eines Zylinderkompressionsdrehmoments und eines Zylinderkompressionsdrucks auf der Grundlage der überwachten Änderung und Angeben der Zylinderkompressionsverschlechterung auf der Grundlage des von einem erwarteten Zylinderkompressionsdruck abweichenden geschätzten Zylinderkompressionsdrucks. Hier schließt das Drehen des Verbrennungsmotors das Drehen des Verbrennungsmotors bei einer Verbrennungsmotordrehzahl auf der Grundlage des Batterie-SOC ein, wobei die Drehzahl und die Länge des Tests erhöht werden können, wenn der SOC erhöht wird.
Auf diese Weise kann ein nicht störender Zylinderkompressionstest ausgeführt werden, der die Zeitdauer, die Arbeit und die Komplexität verringert, die ein Techniker für das Ausführen eines Tests benötigt. Insbesondere kann der Test nach einer Testanforderung durch den Techniker im Wesentlichen automatisch ausgeführt werden. Dadurch, dass keine Demontage des Verbrennungsmotors erforderlich ist, ist eine Beschädigung an Zylinderkomponenten in der Art von Zündkerzengewinden verringert. Durch Ableiten des Zylinderdrucks auf der Grundlage der Änderung des Batteriestroms wird die Notwendigkeit zweckgebundener Zylinderdruckwandler verringert. Dies stellt Vorteile in Bezug auf eine Kosten- und Komponentenverringerung bereit.
Es sei bemerkt, dass die hier aufgenommenen als Beispiel dienenden Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, interruptgetriebener, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen darstellen. Dabei können verschiedene der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie dient einer einfachen Erläuterung und Beschreibung. Eine oder mehrere der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen können, abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Steuersystem des Verbrennungsmotors zu programmieren ist.
Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Boxermotoren und andere Typen von Verbrennungsmotoren angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden, speziell dar. Diese Ansprüche können "ein" Element oder "ein erstes" Element oder die Entsprechung davon betreffen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob sie in Bezug auf den Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder verschieden sind, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4539841 [0003]
US 5663493 [0003]

Claims

Verfahren für ein Hybridfahrzeug, welches folgende Schritte umfasst: Drehen eines nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors unter Verwendung von Motordrehmoment bei vorgeschobener Zeitsteuerung des Ansaugventils und offener Ansaugdrossel und auf der Grundlage einer Änderung des Batteriestroms während des Drehens, Angeben der Zylinderkompressionsverschlechterung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehen nur ausgeführt wird, wenn die Verbrennungsmotortemperatur innerhalb einer Grenze liegt und eine Anforderung zum Testen der Kompression durch das Fahrzeug empfangen wurde.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Anforderung zum Testen der Kompression durch das Fahrzeug von einem Wartungstechniker empfangen wird, während sich das Fahrzeug in einem abgeschalteten Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehen bei vorgeschobener Zeitsteuerung des Ansaugventils das Drehen bei ganz vorgeschobener Zeitsteuerung des Ansaugventils aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Drehen bei ganz vorgeschobener Zeitsteuerung des Ansaugventils das Drehen bei ganz vorbewegtem Ansaugnocken aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehen bei offener Ansaugdrossel das Drehen bei ganz offener Ansaugdrossel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehen des nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotors unter Verwendung von Motordrehmoment die Verwendung von Drehmoment von einem Elektromotor/Generator des Fahrzeugs zum Drehen des Verbrennungsmotors mit einer ersten, höheren Drehzahl für eine erste, kürzere Dauer und dann zum Drehen des Verbrennungsmotors mit einer zweiten, niedrigeren Drehzahl für eine zweite, längere Dauer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Drehzahl und die erste Dauer auf dem Druck einer mit dem Verbrennungsmotor und einem Ansaugnocken gekoppelten mechanischen Ölpumpe beruhen und wobei die zweite Drehzahl und die zweite Dauer auf dem Krümmerdruck in Bezug auf den barometrischen Druck beruhen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angeben der Zylinderkompressionsverschlechterung auf der Grundlage einer Änderung des Anlasserstroms während des Drehens folgende Schritte aufweist: Schätzen eines Zylinderkompressionstaktdrehmoments auf der Grundlage der Änderung des Fahrzeugbatteriestroms, Ableiten eines Zylinderkompressionsdrucks auf der Grundlage des geschätzten Zylinderkompressionstaktdrehmoments und Angeben der Zylinderkompressionsverschlechterung auf der Grundlage des abgeleiteten Zylinderkompressionsdrucks in Bezug auf einen erwarteten Zylinderkompressionsdruck.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erwartete Zylinderkompressionsdruck auf einer oder mehreren von der Motorkühlmitteltemperatur, der Verbrennungsmotordrehzahl, BP und MAP beruht.