DE102018204450A1

DE102018204450A1 - Verfahren zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors

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Publication number: DE102018204450A1
Application number: DE102018204450.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Buhl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: KR102386954B1; WO2019179790A1; US11434844B2; CN111868356B; US20210047949A1; KR20200124747A; CN111868356A; DE102018204450B4

Abstract

Verfahren zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei während des Betreibens des Verbrennungsmotors folgende Schritte durchgeführt werden:
- Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors;
- Messen eines Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors; wobei in einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchgeführt werden:
- Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz (f_R);
- Definieren einer Vergleichsfrequenz (f_V) als ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz (f_R);
- Ermitteln von Amplituden (A_R) von Schwingungen des Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz (f_R) und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz (f_V); und
- definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden (A_R, A_V) sowie deren Absolutwerte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt.
Moderne Verbrennungsmotoren sind häufig mit variablen Ventilhubsteuerungen ausgestattet, welche sich günstig auf verschiedene Kenndaten (z.B. Verbrauch, Leistungsentfaltung, Emissionen, usw.) der Verbrennungsmotoren auswirken. Um Nachteile bei den Abgasemissionen zu vermeiden, hat die mittels der Ventilhubsteuerung bewirkte Ventilhubänderung präzise und zuverlässig zu erfolgen. Hierbei kommen unter anderem Systeme zum Einsatz, die indirekt angesteuert werden (z.B. mittels hydraulischer Stellglieder) und/oder deren elektrische Stellglieder keine Rückschlüsse auf eine korrekt ausgeführte Ventilhubänderung erlauben.
Eine logische Ansteuerung der Ventilhubsteuerung erfolgt mittels elektronischen Motorsteuergeräten (ECU, engl. Engine Control Unit). Üblicherweise werden alle Zylinder zumindest einer Zylinderbank gleich angesteuert, wobei Ventile während des Ansaugens und Ausschiebens geöffnet sind. Eine Umsetzung von Signalen in Stellaktionen erfolgt über Aktoren, z.B. über elektrische, hydraulische Systeme, usw.
Ein Problem beim Betreiben der variablen Ventilhubsteuerung kann sein, dass wenn die Ventilhubumschaltung nicht sauber funktioniert, im Ergebnis der Kraftstoffverbrauch und/oder die Schadstoffemission des Verbrennungsmotors verschlechtert sind.
Eine Möglichkeit, um eventuell auftretende Fehler ohne den Einsatz zusätzlicher Sensorik zu diagnostizieren, ist die Bewertung des ansaug- bzw. abgasseitigen Systemverhaltens anhand physikalischer Größen (z.B. dem Druckverlauf im Ansaugtrakt). Für den Fall einer lediglich partiell erfolgreichen Ventilhubänderung (d.h. ungleiche Ventilhübe auf einer Zylinderbank) unterscheidet sich die von den einzelnen Zylindern angesaugte Luftmasse beträchtlich. Dieser starke Unterschied in den einzelnen Ansaugtakten führt zu einer charakteristischen Anregung der Ansaugstrecke, welche sich anhand des Drucksignals identifizieren lässt.
1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines zeitlichen Verlaufs des Ansaugdrucksignals P in einem Sammlerkanal des Ansaugtrakts eines Verbrennungsmotors. In einem ersten Abschnitt von t=0 bis t₁ ist der Ventilhub aller Zylinder des Verbrennungsmotors im Wesentlichen identisch (fehlerfreies System). Erkennbar ist, dass das Ansaugdrucksignal P in diesem Fall einen zeitlich relativ konstanten Verlauf zeigt. Ab dem Zeitpunkt t₁ finden aufgrund einer fehlerbehafteten Ventilhubsteuerung unterschiedliche Ventilhübe für einzelne Zylinder statt (fehlerhaftes System).
Dies resultiert in Schwingungen des Ansaugdrucksignals P im Ansaugtrakt. Der im rechten Abschnitt von 1 dargestellte Verlauf des Ansaugdrucksignals P wird beispielsweise erreicht, wenn die Ansteuerung für einen Aktuator der variablen Ventilhubsteuerung unterbrochen wurde. Dadurch bleibt einer von vier Zylindern „im alten Hub hängen“, woraus die Druckschwingungen im Sammlerkanal des Ansaugtrakts resultieren.
Durch die Transformation des Drucksignals P in den Fourierraum, die häufig mittels einer DFT (Diskrete Fourier-Transformation) oder einer FFT (Fast-Fourier-Transformation) durchgeführt wird, bietet sich die Möglichkeit, einen Fehler bei der Ventilhubumschaltung zu identifizieren.
2 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Ansaugdrucksignals P bei einem Fehler in einem einzelnen Zylinder eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors. Der Drucksensor ist an den Sammlerkanal des Ansaugtrakts angeschlossen und misst das Ansaugdrucksignal P.
In einem unteren Abschnitt von 2 ist erkennbar, dass bei einer Referenzfrequenz von 15 Hz eine Anregung des Ansaugdrucksignals P auftritt (hervorgehoben durch eine ovale Umrandung). Der untere Abschnitt von 2 zeigt das in den Fourier-Raum transformierte Ansaugdrucksignal P. Jeder Zylinder führt alle zwei Kurbelwellenumdrehungen einen Ansaugtakt durch. Dabei benötigen die vier Takte des Vierzylindermotors zwei Kurbelwellenumdrehungen, was 15 Kurbelwellenumdrehungen pro Sekunde ergibt. Die 15 Hz des Ansaugdrucksignals P korrelieren somit mit der Motordrehzahl von 1.800 Umin^-1.
Ferner erkennbar ist im unteren Abschnitt von 2 auch, dass bei einem Fehler bei einem Zylinder auch eine Anregung des Ansaugdrucksignals P bei 30 Hz stattfindet, die jedoch weniger signifikant ausgeprägt ist.
3 zeigt ein Szenario eines zeitlichen Verlaufs des Ansaugdrucksignals P bei einem fehlerhaften Ansteuern der variablen Ventilhubsteuerung von zwei Zylindern eines Vierzylindermotors. Man erkennt im oberen Abschnitt von 3, dass der Mittelwert des Drucksignals P im Fehlerfall nicht stationär ist. Auch in diesem Fall tritt im Frequenzraum bei der Referenzfrequenz von 15 Hz eine definierte Anregung des Drucksignals P auf (hervorgehoben durch ovale Umrandung).
Dies lässt sich dadurch begründen, dass sich eine Vervielfachung von Fehlern in mehreren Zylindern in einem Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Motors und einer spezifischen Art der Druckamplitude des Ansaugdrucksignals P widerspiegelt, weil ein Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Anzahl der durchgeführten Ansaugtakte besteht. Das Ansaugdrucksignal P im Sammlerkanal des Ansaugtrakts führt dabei hochfrequente, mit der Motordrehzahl korrelierende Schwingungen aus.
Im unteren Abschnitt von 3 ist erkennbar, dass auch im Fehlerfall mit zwei Zylindern des Vierzylindermotors bei 15 Hz eine Anregung des Ansaugdrucksignals P stattfindet. Erkennbar ist ferner, dass im Fourierraum alle höheren Frequenzen größer als 15 Hz des Ansaugdrucksignals P kleine Amplituden aufweisen. Die hohen Werte des Ansaugdrucksignals P zwischen Null und 10Hz im unteren Abschnitt von 3 lassen sich dadurch begründen, dass es sich um ein nicht stationäres Ansaugdrucksignal P handelt.
Zur Lösung des genannten Problems kommen verschiedene Konzepte zum Einsatz. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein direkter Vergleich physikalischer Größen durchgeführt wird, basierend auf einem zum Betriebspunkt gehörenden Erwartungswert und einem Messwert. Dazu kann, wie in US 6 213 068 B1 offenbart, die im Zylinder gefangene Luftmasse oder, wie in DE 10 2008 001 099 A1 offenbart, der Druckverlauf im Ansaugsystem herangezogen werden. EP 1 754 867 A1 zeigt eine ähnliche Vorgehensweise basierend auf dem Zylinderinnendruck bzw. dem vom Zylinder/Motor abgegebenen Drehmoment.
Bei den genannten Ansätzen wird ein sehr gutes mathematisches Modell vorausgesetzt, wobei kleine Fehler nur eine kleine Abweichung zum Modell bewirken. Problematisch ist dabei, wann eine Schwelle gesetzt wird, ab der ein Fehler detektiert wird. Üblicherweise werden auf einer Bank alle n (z.B. vier) Zylinder umgeschaltet, wobei eine Abweichung zwischen Modell und Messung kann sehr klein sein kann. Auf diese Weise ist nicht sichergestellt, dass ein Fehler sicher detektiert werden kann.
Ein weiteres bekanntes Konzept sieht vor, wie zum Beispiel in EP 1 460 254 A1 und in EP 1 580 407 A1 offenbart, dass Druckschwingungen in zwei voneinander unabhängigen Ansaugsystemen bewertet werden, um einen eventuell auftretenden Fehler im Einlasssystem zu diagnostizieren. Dazu wird jeweils die Amplitude in voneinander unabhängigen Ansaugsystemen durch Detektion lokaler Maxima und Minima abgeschätzt und über eine definierte Anzahl von Arbeitsspielen gemittelt. Es folgt ein Vergleich der gemittelten Amplituden und eine Bewertung des Systemzustands in Ordnung/nicht in Ordnung.
Bei einem herkömmlichen Reihenmotor funktioniert dieses Prinzip allerdings höchstwahrscheinlich nicht, weil dieser in der Regel nur ein einzelnes Ansaugsystem aufweist.
Ein weiteres bekanntes, in EP 2 386 742 A1 offenbartes Konzept bewertet/überwacht den Zeitpunkt, an dem das Ein- und Auslassventil schließen. Das Auftreffen der Ventile auf den Ventilsitz ist mit einem akustischen Signal verbunden, welches mit Hilfe eines Klopfsensors aufgenommen und in den Fourierraum transformiert wird. Anschließend werden charakteristische Frequenzen des Klopfsignals bewertet. Dazu wird eine vollständige Fourier-Transformation durchgeführt, die nachteilig sehr rechenintensiv ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Überwachung für eine variable Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors bereit zu stellen.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei während des Betreibens des Verbrennungsmotors folgende Schritte durchgeführt werden:

- Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors;
- Messen eines Ansaugdrucks im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors; wobei in einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchgeführt werden:
- Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz;
- Definieren einer Vergleichsfrequenz;
- Ermitteln von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz; und
- definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden sowie deren Absolutwerte.

Auf diese Weise wird eine vorteilhafte Überwachung der variablen Ventilhubsteuerung bereitgestellt, die überprüft, ob die Umschaltung der Ventile korrekt funktioniert hat. Vorteilhaft wird bereits im Vorfeld festgelegt, welche Frequenzen man betrachten möchte. Bewertet werden dabei die Amplituden des Ansaugdrucksignals bei lediglich zwei Frequenzen. Dies bedeutet im Ergebnis einen begrenzten, niedrigen Rechenaufwand, sodass das Verfahren gut in bestehende elektronische Fahrzeugsteuerungseinrichtungen implementiert werden kann. Weiterhin ist das vorgestellte System hinreichend sensitiv, um auch Fehler auf nur einem Zylinder festzustellen, was bei den bekannten, oben genannten Verfahren nicht sichergestellt werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors, mittels derer während des Betreibens des Verbrennungsmotors folgende Schritte durchführbar sind:

- eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors;
- eine Messeinrichtung zum Messen eines Ansaugdrucks im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors; und
- eine Recheneinrichtung, die ausgebildet ist, in einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchzuführen:
- Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz;
- Definieren einer Vergleichsfrequenz als ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz;
- Ermitteln von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz; und
- definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden sowie deren Absolutwerte.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand von jeweils abhängigen Ansprüchen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Ermitteln der Amplituden mittels eines Görtzel-Algorithmus durchgeführt wird. Vorteilhaft bedeutet dies lediglich einen geringen Berechnungsaufwand gegenüber einer herkömmlichen klassischen Fourier-Transformation.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Bewerten des Verhältnisses der ermittelten Amplituden aufgrund von Verbrennungsmotorspezifischen Kriterien durchgeführt wird. Auf diese Weise kann das Verfahren sehr genau an den jeweils geprüften Verbrennungsmotor angepasst werden und erlaubt dadurch genaue Aussagen über die variable Ventilhubsteuerung des konkreten Verbrennungsmotors.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das nicht-ganzzahlige Vielfache in einem Bereich zwischen 1,3 und 1,7, vorzugsweise 1,5 beträgt. Dadurch wird ein geeigneter Bereich des Verhältnisses zwischen Referenzfrequenz und Vergleichsfrequenz verwendet, bei dem eine gute Aussage über einen Zustand der variablen Ventilhubsteuerung des Verbrennungsmotors getroffen werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass im Falle, dass die beiden Amplituden ein definiertes Verhältnis zueinander aufweisen und ein Absolutwert der Referenzamplitude definiert deutlich größer Null ist, ein Fehler der variablen Ventilhubsteuerung detektiert wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass im Falle, dass die beiden Amplituden dieselbe Größenordnung aufweisen und beide Werte nahe Null sind, die variable Ventilhubsteuerung als fehlerfrei detektiert wird. Dadurch werden Kriterien definiert, mit denen eine eindeutige Unterscheidung einer fehlerbehafteten von einer fehlerfreien Ventilhubsteuerung getroffen wird.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Dabei sind in den Figuren vor allem die erfindungswesentlichen Prinzipien dargestellt, wobei an sich bekannte Elemente gemäß Stand der Technik nicht näher erläutert werden.
Offenbarte Vorteile der Vorrichtung ergeben sich in analoger Weise aus offenbarten Vorteilen des Verfahrens.
In den Figuren zeigt:

1 einen zeitlichen Verlauf eines Ansaugdrucksignals einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors;
2 einen zeitlichen Verlauf eines Ansaugdrucksignals einer variablen Ventilhubsteuerung mit einem Fehler bei einem Zylinder des Verbrennungsmotors;
3 einen zeitlichen Verlauf eines Ansaugdrucksignals einer variablen Ventilhubsteuerung mit einem Fehler bei zwei Zylindern des Verbrennungsmotors;
4 ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 einen zeitlichen Verlauf eines Ansaugdrucksignals einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors mit den beiden erfindungsgemäß ausgewerteten Ansaugdrucksignalen;
6 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens; und
7 einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors.

4 zeigt einen prinzipiellen Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens. In einem Schritt 100 wird eine Referenzfrequenz f_R des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors ermittelt. Zugleich wird das Ansaugdrucksignal P im Sammler-Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors mittels eines Drucksensors gemessen. In einem Schritt 110 wird mit der ermittelten Referenzfrequenz f_R und dem Ansaugdrucksignal P eine Referenzamplitude Af_R des Ansaugdrucksignals P mittels des an sich bekannten Görtzel-Algorithmus berechnet.
In einem Schritt 120 wird eine Vergleichsfrequenz f_V ermittelt, die ein nicht ganzzahliges Vielfachen der Referenzfrequenz f_R darstellt. Das Ansaugdrucksignal P wird zusammen mit der Vergleichsfrequenz f_V benutzt, um in einem Schritt 130 die Vergleichsamplitude A_V der Schwingungen des Ansaugdrucksignals P bei der Vergleichsfrequenz f_V zu berechnen.
In einem Schritt 140 erfolgt ein Vergleichen der ermittelten Referenzamplitude A_R mit der Vergleichsamplitude A_V und ein Bewerten des Vergleichs, wobei definierte Kriterien des Verbrennungsmotors herangezogen werden.
5 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Ansaugdrucksignals P zusammen mit zeitlichen Verläufen der Referenzamplitude A_R und der Vergleichsamplitude A_V des Ansaugdrucksignals P auf der Referenzfrequenz f_R bzw. auf der Vergleichsfrequenz f_V .
Man erkennt im linken Abschnitt, dass das Ansaugdrucksignal P im linken Abschnitt, welches ein fehlerfreies System repräsentiert und in einem rechten Abschnitt, welches ein fehlerbehaftetes System repräsentiert, unterschiedlich ausgebildet ist. Man erkennt, dass die Oberschwingungen auf dem Ansaugdrucksignal P im Fehlerfall wesentlich höher sind als im fehlerfreien Fall.
Der genannte Görtzel-Algorithmus wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors fortlaufend durchgeführt.
Die Vergleichsfrequenz f_V ist die mit einem nicht-ganzzahligen Faktor multiplizierte Referenzfrequenz f_R , wobei der Faktor vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1,3 und 1,7, mehr bevorzugt 1,5 beträgt.
Ein nicht-ganzzahliges Verhältnis der Vergleichsfrequenz f_V zur Referenzfrequenz f_R lässt sich dadurch begründen, dass beim Ausfall von einem oder mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors (z.B. Vierzylindermotor) jeweils ein ganzzahliger Faktor in die Anregung des Ansaugdrucksignals P einfließt. Dadurch schlägt sich ein Fehler der variablen Ventilhubsteuerung im Frequenzraum nicht in einem nicht-ganzzahligen Vielfachen von Schwingungen des Ansaugdrucks P nieder, sodass auf einfache Weise ein Fehlerfall von einem ordnungsgemäßen Zustand der variablen Ventilhubsteuerung unterschieden werden kann. Dabei ist der gewählte nicht-ganzzahlige Faktor auf den jeweiligen zu prüfenden Verbrennungsmotor abzustimmen, was einen spezifischen Kalibriervorgang für den jeweils zu prüfenden Verbrennungsmotor erfordert.
Zu berücksichtigen ist dabei, dass je näher der Faktor an einem ganzzahligen Vielfachen liegt, sich die Abweichungen der Referenzfrequenz f_R von der Vergleichsfrequenz f_V verringern. Angestrebt wird somit ein nicht-ganzzahliger Faktor, bei dem die Abweichungen der Referenz- und der Vergleichsfrequenz im Fehlerfall geringstmöglich sind.
Erkennbar ist im Falle im fehlerfreien Fall (linker Abschnitt von 5), dass die Amplituden A_R , A_V der Referenz- und der Vergleichsfrequenz f_R , f_V sehr ähnlich sind, wobei Spitzen auf der Vergleichsamplitude A_V jeweils einen Beginn einer Durchführung des Görtzel-Algorithmus darstellen. Eine zulässige Größenordnung einer Relation der Amplituden A_R , A_V liegt in einem Bereich von ca. 2 bis ca. 3.
Erkennbar ist ferner, dass im ersten Raster nach der gestrichelten Mittellinie des rechten Abschnitts von 5 (Fehlerfall) die Werte der Referenzamplitude A_R und der Vergleichsamplitude A_V nicht stationär sind bzw. stark überhöhte Oszillationen aufweisen, wodurch diese Werte verworfen werden und der Görtzel-Algorithmus nicht durchgeführt wird.
Im fehlerhaften Bereich geht die Referenzamplitude A_R jeweils nach oben und die Vergleichsamplitude A_V jeweils nach unten, sodass im Ergebnis die beiden Amplituden A_R , A_V stark unterschiedlich sind.
Erforderlich für eine ordnungsgemäße Funktion des Verfahrens ist, dass der Verbrennungsmotor eine gewisse gleichmäßige Drehzahl aufweist, wobei eine gewisse Abweichung in einem transienten Bereich zwar zulässig ist, falls dieser Bereich jedoch überschritten wird, (z.B. während eines starken Beschleunigungsvorgangs), ist das Verfahren nicht funktionsfähig, weil in diesem Fall zu starke Änderungen der Motordrehzahl und des Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt generiert werden (nicht in Figuren dargestellt).
Das Ausmaß der jeweiligen Transienz, in welchem das Verfahren nicht funktionsfähig ist, lässt sich nicht allgemein spezifizieren, sondern muss jeweils von Verbrennungsmotor zu Verbrennungsmotor spezifiziert werden. Vorteilhaft wird durch die Echtzeit-Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eine Auswertung jeweils wieder von neuem gestartet, wenn die genannten erforderlichen Bedingungen des stationären Zustands wieder vorliegen.
Im Ergebnis bedeutet dies, dass ein mittels des vorgeschlagenen Verfahrens detektierter Fehler mehrfach bestätigt bzw. reproduziert werden muss, um als echter Fehler identifiziert zu werden.
Ein mathematischer Formelapparat zur Durchführung des Görtzel-Algorithmus stellt sich wie folgt dar: $ω = (2 \times π / n) \times f$

n ... Sample- bzw. Abtastrate des Verfahrens
Π ... Pi

Q_{t} = 2 \times cos ω \times Q_{t - 1} - Q_{t - 2} + P_{t} + P_{akt}

Q_t ... temporärer Wert des Ansaugdrucks P
P_t ...... aktueller Wert des Ansaugdrucks P
t ... aktueller Zeitschritt

A = SQR (Q_{t - 1}^{2} + Q_{t - 2}^{2} - Q_{t - 1} \times Q_{t - 2} \times 2 \times cos ω)

A ... Amplitude der überlagerten Druckschwingungen in Pa SQR ... Quadratwurzel

Die genannte Prozedur des Görtzel-Algorithmus ist dabei jeweils für die Referenzfrequenz f_R als auch für die zugehörige Vergleichsfrequenz f_V durchzuführen.
Im Ergebnis wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren somit ein eine reduzierte-Fourier Transformation in Form des Görtzel-Algorithmus durchgeführt, mit welcher bereits im Vorfeld spezifizierte Frequenzen von Schwingungen des Ansaugdrucks P analysiert werden.
Vorteilhaft lassen sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine zuverlässige Erkennung und eine hohe Sensitivität realisieren. Ferner ist kein Vergleich mit modellierten Größen erforderlich, da es sich um reale Werte aus dem realen Betrieb des Verbrennungsmotors handelt. Ferner ist auch eine Prüfung von Verbrennungsmotoren mit voneinander nicht unabhängigen Zylinderbänken möglich. Zudem ist für das Verfahren im Vergleich zu klassischen Verfahren mit DFT/FFT-Verfahren lediglich eine geringe Rechenleistung ausreichend.
6 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Vorrichtung 200 zum Ausführen des Erfinders gemäßen Verfahrens zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung.
Man erkennt eine Erfassungseinrichtung 200 zum Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, die funktional mit einer Messeinrichtung 210 (z.B. Drucksensor) zum Messen eines Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbunden ist. Funktional mit der Messeinrichtung 210 ist eine Recheneinrichtung 220 verbunden, die ausgebildet ist, in einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchzuführen:

- Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz f_R ;
- Definieren einer Vergleichsfrequenz f_V als ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz f_R ;
- Ermitteln von Amplituden A_R von Schwingungen des Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz f_R und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz f_V ; und
- definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden A_R , A_V .

Vorteilhaft kann die Vorrichtung 200 als ein elektronisches Motorsteuergerät ausgebildet sein, auf welcher das Verfahren als eine Software abläuft. Eine einfache Adaptierbarkeit des Verfahrens ist auf diese Weise unterstützt.
7 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors.
In einem Schritt 300 wird ein Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors durchgeführt.
In einem Schritt 310 wird Messen eines Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors durchgeführt.
In einem Schritt 320 wird ein Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz f_R und ein Definieren einer Vergleichsfrequenz f_V als ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz f_R durchgeführt.
In einem Schritt 330 wird ein Ermitteln von Amplituden A_R von Schwingungen des Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz f_R und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks P im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz f_V durchgeführt.
In einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchgeführt:
In einem Schritt 340 wird ein definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden A_R , A_V sowie deren Absolutwerte durchgeführt.
Der Fachmann wird auch vorgehend nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6213068 B1 [0015]
DE 102008001099 A1 [0015]
EP 1754867 A1 [0015]
EP 1460254 A1 [0017]
EP 1580407 A1 [0017]
EP 2386742 A1 [0019]

Claims

Verfahren zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei während des Betreibens des Verbrennungsmotors folgende Schritte durchgeführt werden: - Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors; - Messen eines Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors; wobei in einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchgeführt werden: - Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz (f_R); - Definieren einer Vergleichsfrequenz (f_V) als ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz (f_R); - Ermitteln von Amplituden (A_R) von Schwingungen des Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz (f_R) und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz (f_V); und - definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden (A_R, A_V) sowie deren Absolutwerte.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Amplituden (A_R, A_V) mittels eines Görtzel-Algorithmus durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bewerten des Verhältnisses der ermittelten Amplituden (A_R, A_V) aufgrund von Verbrennungsmotorspezifischen Kriterien durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der hervor vorhergehenden Ansprüche, wobei das nicht-ganzzahlige Vielfache in einem Bereich zwischen 1,3 und 1,7, vorzugsweise 1,5 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, dass die beiden Amplituden (A_R, A_V) ein definiertes Verhältnis zueinander aufweisen und ein Absolutwert der Referenzamplitude definiert deutlich größer Null ist, ein Fehler der variablen Ventilhubsteuerung detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Falle, dass die beiden Amplituden (A_R, A_V) dieselbe Größenordnung aufweisen und beide Werte nahe Null sind, die variable Ventilhubsteuerung als fehlerfrei detektiert wird.
Vorrichtung (200) zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors, mittels derer während des Betreibens des Verbrennungsmotors folgende Schritte durchführbar sind: - eine Erfassungseinrichtung (210) zum Erfassen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors; - eine Messeinrichtung (220) zum Messen eines Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors; und - eine Recheneinrichtung (230), die ausgebildet ist, in einem definiert stationären Verhalten des Verbrennungsmotors folgende Schritte zu diskreten Zeitpunkten durchzuführen: - Definieren einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Referenzfrequenz (f_R); - Definieren einer Vergleichsfrequenz (f_V) als ein nicht-ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz (f_R); - Ermitteln von Amplituden (A_R) von Schwingungen des Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Referenzfrequenz (f_R) und von Amplituden von Schwingungen des Ansaugdrucks (P) im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf der Vergleichsfrequenz (f_V); und - definiertes Bewerten eines Verhältnisses der ermittelten Amplituden (A_R, A_V).
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemittel zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn es auf einer Vorrichtung (200) zum Prüfen einer variablen Ventilhubsteuerung eines Verbrennungsmotors abläuft oder auf einem Speichermedium gespeichert ist.