DE102018208037A1 - Verfahren zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine (1), wobei ein Verlauf eines Ist-Saugrohrdrucksignals Abhängigkeit eines Kurbelwellensignals ermittelt wird, wobei der Verlauf des Ist-Saugrohrdrucksignals mit einem Verlauf eines Soll-Saugrohrdrucksignals verglichen und bei einer vorgebbaren Abweichung des Ist-Saugrohrdrucksignals von dem Soll-Saugrohrdrucksignals eine Verschiebung der Ventilsteuerzeiten diagnostiziert wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine aus.
- Bei modernen Fahrzeugen ist die Ventilsteuerung eine wichtige Komponente zur Optimierung der Brennkraftmaschine. Die Ventilsteuerung ist eine Steuerung, die bei einem Hubkolbenmotor die Ventile und infolgedessen den Ladungswechsel durch Öffnen und Schließen der Lufteinlass- und Abgasaustrittskanäle steuert. Er wird in nahezu allen Viertaktmotoren verwendet. Dabei wird ein Ventil von einer Nockenwelle über einen Nocken geöffnet und in der Regel durch die Druckkraft einer Feder wieder geschlossen. Wann ein Ventil öffnet und schließt hat einen erheblichen Einfluss auf das zu zündende Gemisch und damit auch auf die entsprechend gebildendeten Abgase bei der Verbrennung.
- Aktuell kann eine ungewollte Verschiebung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte durch die Erfassung und Verschiebung des sensierten Musters eines Nockenwellengeberrads ermittelt werden. Die Ermittlung einer Verschiebung der Ventilsteuerzeiten ist aufgrund der Emissionsrelevanz gesetzlich erforderlich.
- Offenbarung der Erfindung
- In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine vorgestellt, wobei ein Verlauf eines Ist-Saugrohrdrucksignals in Abhängigkeit eines Kurbelwellensignals ermittelt wird, wobei der Verlauf des Ist-Saugrohrdrucksignals mit einem Verlauf eines Soll-Saugrohrdrucksignals verglichen und bei einer vorgebbaren Abweichung des Ist-Saugrohrdrucksignals von dem Soll-Saugrohrdrucksignals eine Verschiebung der Ventilsteuerzeiten diagnostiziert wird.
- Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass eine Änderung der Ventilsteuerzeiten anhand eines Vergleichs eines Verlaufs des Ist-Saugrohrdrucks mit dem Verlauf eines Soll-Saugrohrdrucks erkannt werden kann. Die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile bilden charakteristische Merkmale innerhalb des Saugrohrdrucksignals. Somit lässt sich eine Änderung der Ventilsteuerzeiten, z. B. aufgrund eines Zahnriemen- oder Steuerkettensprungs, unmittelbar anhand der Abweichung des Ist-Saugrohrdrucksignals von einem Soll-Saugrohrdrucksignal erkennen. In Korrelation des Saugrohrdrucksignals mit der spezifischen Kurbelwellenposition lassen sich die Änderungen diagnostizieren. Aus dem Vergleich des Verlaufs des Ist-Saugrohrdrucks mit dem Verlauf des Soll-Saugrohrdrucks kann eine Abweichung bestimmt werden, so dass eine Verschiebung zwischen den beiden Verläufen erkannt werden kann.
- Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Ist-Saugrohrdrucksignal mittels eines Saugrohrdrucksensors ermittelt wird, da somit die Möglichkeit besteht, einen Nockenwellensensor einzusparen, da eine Diagnose der Ventilsteuerzeiten mittels des Saugrohrdrucksensors durchgeführt werden kann.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Saugrohrdrucksignal mittels eines Heißfilmluftmassensensorssignals und eines Drosselklappensignals modelliert wird. Dies ist von Vorteil für Systeme, bei denen kein Saugrohrdrucksensor verbaut wird. Auch andere Sensoren zur Modellierung des Saugrohrdrucksignals sind denkbar, wie z.B. Temperatursensoren oder andere Drucksensoren.
- Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abweichung anhand eines charakteristischen Merkmals des Verlaufs des Ist- und des Soll-Saugrohrdrucks ermittelt wird. Die Öffnungen und Schließungen der Ventile hinterlassen charakteristische Merkmale im Signal des Saugrohrdrucks.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das charakteristische Merkmal einem Minimum und/oder einem Maximum des Ist-Saugrohrdrucks und/oder des Soll-Saugrohrdrucks entspricht. Minimum- und Maximumstellen günstige Vergleichspunkte für einen Vergleich der Signale dar. Diese charakteristischen Vergleichspunkte lassen sich leicht, z.B. mittels eines Steuergeräts rechnerisch bestimmen und für das Verfahren verwenden.
- Ferner kann vorgesehen sein, dass das charakteristische Merkmal einer vorgebbaren Kurbewellenposition entspricht.
- In einer alternativen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das charakteristische Merkmal einem Gradient in Abhängigkeit des Ist-Saugrohrdrucks und/oder des Soll-Saugrohrdrucks entspricht.
- Vorteilhaft ist es, dass bei der Detektion einer Abweichung, die Brennkraftmaschine in einen Notlaufbetrieb überführt wird. Somit können Schäden an der Brennkraftmaschine vermieden werden.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Betriebszustand ein stationärer Betriebszustand, vorzugsweise ein Leerlaufbetriebszustand oder ein vorgebbarer Lastzustand der Brennkraftmaschine, ist.
- In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
- Figurenliste
- Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, -
2 ein erstes Ausführungsbeispiel für den Ablauf des Verfahrens zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel für den Ablauf des Verfahrens zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine1 mit einem Zylinder2 , der zusammen mit einem Kolben3 einen Brennraum4 einschließt. Der Kolben3 ist mit einem Pleuel5 in bekannter Art und Weise mit einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle6 verbunden. Vorzugsweise wird mittels eines Kurbelwellensensors9 die Kurbelwelleninformation, z.B. die Winkeluhrinformation (inklusive der Phase), ermittelt. Das elektrische Signal des Kurbelwellensensors9 wird einer elektronischen Steuereinheit10 zugeführt. In1 dargestellt ist ein Viertakt-Ottomotor, dieser umfasst des Weiteren mindestens ein Einlassventil11 sowie mindestens ein Auslassventil12 , die zum Beispiel von einer hier nicht dargestellten Nockenwelle zum Beispiel mittels Nocken oder dergleichen betätigt werden. Die Nockenwelle wird dabei über die Kurbelwelle6 , z. B. über einen Zahnriemen oder über eine Steuerkette angetrieben. Leiert der Zahnriemen z. B. durch Altertungserscheinungen aus oder verlängern sich die Steuerkettenglieder, dann können sich die Ventilöffnungszeiten verschieben. Im schlimmsten Fall kann dies zu einem Motorschaden führen. Weiterhin befindet sich an der Kurbelwelle6 ein Drehzahlsensor, mit dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine1 ermittelt werden kann. Das elektrische Signal des Drehzahlsensors wird einer elektronischen Steuereinheit10 zugeführt. Eine Zündkerze15 dient in bekannter Art und Weise der Zündung des Gemisches, eine Einspritzdüse16 , die beispielsweise in den Ansaugkanal17 kurz vor dem Einlassventil11 einspritzt, dient der Gemischbildung. In dem Ansaugkanal17 kann zudem eine Drosselklappe18 angeordnet sein, die mit einem Drosselklappenpositionssensor19 verbunden ist, der wiederum ein elektrisches Signal an das Steuergerät10 übertragen kann. In dem Ansaugkanal17 ist des weiteren ein Saugrohrdrucksensor20 angeordnet, mit dem der Druck in dem Ansaugkanal17 gemessen und an das Steuergerät10 übertragen werden kann. Der Saugrohrdrucksensor20 ist dabei vorzugsweise stromabwärts der Drosselklappe18 und stromaufwärts des Einlassventils11 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zum Saugrohrdrucksensor20 auch ein Heißfilmluftmassensensor36 im Ansaugkanal17 verbaut sein, mit dem der Druck in dem Ansaugkanal17 gemessen und an das Steuergerät10 übertragen werden kann. Der Heißfilmluftmassensensor36 ist dabei vorzugsweise stromabwärts des Lufteinlass des Ansaugkanals und stromaufwärts der Drosselklappe18 angeordet. Ein durch das Steuergerät10 elektrisch ansteuerbarer Bypass21 dient der Leerlaufregelung. Nicht dargestellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Anlasser, der zum Beispiel wie im Stand der Technik bekannt, über ein Freilaufgetriebe oder eine elektrisch schaltbare Kupplung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine1 verbunden werden kann und einen Elektromotor umfasst, der zum Starten der Brennkraftmaschine1 benutzt wird. Das Auslassventil12 verbindet im geöffneten Zustand den Brennraum4 mit einem Auspuff29 , der die Verbrennungsgase unter Schalldämmung an die Umgebung entlässt. An dem Auspuff29 ist eine Lambda-Sonde28 angeordnet, die den Restsauerstoff in den Auspuffgasen und damit das der Verbrennung zugrunde liegende Luft-/Sauerstoffverhältis Ä misst und als elektrisches Signal an die elektronische Steuereinheit10 überträgt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der Brennkraftmaschine auch um eine aufgeladene Brennkraftmaschine handeln. - In der
2 ist der beispielhafte Ablauf des Verfahrens zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine1 in einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. - In einem ersten Schritt
500 wird mittels eines Saugrohrdrucksensors20 ein Ist-Saugrohrdrucksignal, insbesondere ein Ist-Drucksignal, in der Ansaugleitung17 ermittelt. Das vom Saugrohrdrucksensor20 ermittelte Signal wird vorzugsweise von einem Steuergerät10 empfangen und gespeichert. Die Übertragung des Signals erfolgt dabei vorzugsweise kabelgebunden oder drahtlos. - Alternativ oder zusätzlich kann das Ist-Saugrohrdrucksignal in der Ansaugleitung
17 auch mittels eines Heißfilmluftmassensensors36 in Abhängigkeit der Drosselklappenpositionsignals modelliert werden. - In einem Schritt
510 wird das ermittelte Ist-Drucksignal mit der Kurbelwellenposition korreliert. Hierzu wird der mittels der Kurbelwellensensors ermittelte Kurbelwellenwinkel mit dem ermittelten Ist-Drucksignal abgeglichen, so dass ein Ist-Verlauf des Saugrohrdrucks in Abhängigkeit des Kurbelwellensignals und damit des Kurbelwellenwinkels ermittelt werden kann. Das Kurbelwellensignal liegt vorzugsweise als Rechteckspannungssignal vor und wird mittels des Steuergeräts10 vorzugsweise in einen Winkelbereich zwischen 0° bis 720° umgerechnet. Der Verlauf des Ist-Saugrohrdrucks kann dabei vorzugsweise über einen Zeitbereich, mit einem vorgebbaren Startzeitpunkt und einem vorgebbaren Endzeitpunkt ermittelt werden und vom Steuergerät10 empfangen und gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ermitllung des Verlaufs auch erst dann gestartet werden, wenn z.B. ein vorgebbarer Betriebszustand der Brennkraftmaschine1 vorliegt. Vorzugsweise kann der vorgebbare Betriebszustand ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebstzustand, wie z.B. ein Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine sein. Weitere mögliche Betriebszustände sind Betriebszustände mit nahezu gleichbleibender Last oder gleichbleibende Drehzahl der Brennkraftmaschine1 . - In einem Schritt
520 wird der Verlauf des Ist-Saugrohrdrucks mit einem Verlauf des Soll-Saugrohrdrucks abgeglichen. Der Verlauf des Soll-Saugrohrdrucks in Abhängigkeit des Kurbelwellensignals kann z. B. an einem Prüfstand oder an einem Fahrzeug für unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine1 ermittelt und im Steuergerät10 gespeichert werden. Vorzugsweise wird der Verlauf des Soll-Saugrohrdruck in einem Kennfeld im Steuergerät10 abgespeichert. - Im nachfolgenden Schritt
530 wird eine Berechnung einer Verschiebung des Verlaufs des Ist-Saugrohrdrucks vom Verlauf des Soll-Saugrohrdrucks durchgeführt. Dies kann z. B. durch eine Differenzbildung der beiden Verläufe durchgeführt werden. Hierzu kann vorzugsweise ein charakteristisches Merkmal, wie z. B. ein Maximum oder ein Minumum, im Verlauf des Soll-Saugrohrdrucks bestimmt werden und die dazugehörige Soll-Kurbelwellenposition. - Im Anschluss wird das dazugehörige charakteristische Merkmal im Verlauf des Ist-Saugrohrdrucks und die dazugehörige Ist-Kurbelwellenposition ermittelt.
Im Anschluss wird der Betrag der Differenz der ermittelten Soll- und Ist-Kurbelwellenposition für das charakteristische Merkmal gebildet und gegen einen vorgebbaren Schwellenwert geprüft.
Überschreitet der Betrag der Differenz dabei den vorgebbaren Schwellenwert so kann eine Ersatzreaktion durch das Steuergerät10 ausgeführt werden. Mögliche Ersatzreaktionen sind z.B. die Aktivierung der Motorkontrollleuchte oder die Aktivierung eines Notlaufs der Brennkraftmaschine1 .
Da die Abweichung des Verlaufs des Ist-Saugrohrdrucks vom Verlauf des Soll-Saugrohrdrucks direkt mit den Ventilsteuerzeiten korreliert, kann somit auf Defekte wie z. B. Zahnriemenalterung, Zahnriemensprung, Steuerkettensprung, Steuerkettenlängung oder schleichende Alterung der Bauteile geschlossen werden. Somit können Defekte der Brennkraftmaschine verhindert und eine Verschlechterung der Emissionen der Brennkraftmaschine1 vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann aus dem Vorzeichen der Differenz der beiden Kurbelwellenpositionen eine Früh- oder Spätverstellung der Ventilsteuerzeiten ermittelt werden. Im Falle eines positiven Vorzeichens der Differenz liegt eine Frühverstellung der Ventilsteuerzeiten und im Falle eines negativen Vorzeichens der Differenz liegt eine Spätverstellung der Ventilsteuerzeiten vor.
Alternativ kann auch ein charakteristisches Merkmal innerhalb des Ist-Saugrohrdrucks für die Ermittlnung der Abweichung verwendet werden. - Anschließend kann das Verfahren vom Start im Schritt
500 fortgesetzt werden. - In der
3 ist der beispielhafte Ablauf des Verfahrens zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt.
In dieser alternativen Ausführungsform kann das charakteristische Merkmal als ein Gradient ermittelt werden. - In einem ersten Schritt
600 wird ein erster und ein zweiter Soll-Saugrohrdruckwert zu vorzugsweise zwei vorgebbaren Kurbelwellenwinkeln vom Steuergerät10 ermittelt und abgespeichert. Vorzugsweise werden zwei aufeinanderfolgende Kurbelwellenwinkel gewählt. Die beiden Werte werden im Weiteren erster und zweiter Kurbelwellenwinkel bezeichnet. - In einem weiteren Schritt
610 wird ein erster Gradient durch eine Devision einer Differenz des zweiten Soll-Saugrohrdruckwerts vom ersten Soll-Saugrohrdruckwerts und der Differenz des zweiten Kurbelwellenwinkel vom ersten Kurbelwellenwinkel vom Steuergerät10 ermittelt und abgespeichert. - In einem Schritt
620 wird ein erster Ist-Saugrohrdruckwert beim Winkel des ersten Kurbelwellenwinkels und ein zweiten Ist-Saugrohrdruckwert beim Winkel des zweiten Kurbelwellenwinkels vom Steuergerät10 ermittelt und abgespeichert. - In einem Schritt
630 wird ein zweiter Gradient durch eine Devision der Differenz des zweiten Ist-Saugrohrdruckwerts vom ersten Ist-Saugrohrdruckwerts und der Differenz des zweiten Kurbelwellenwinkel vom ersten Kurbelwellenwinkel vom Steuergerät10 ermittelt und abgespeichert. - In einem Schritt
640 wird dann der Betrag der Differenz des ersten Gradienten vom zweiten Gradient durch das Steuergerät10 ermittelt und gegen einen vorgebbaren Schwellenwert geprüft.
Überschreitet der Betrag der Differenz dabei den vorgebbaren Schwellenwert so kann eine Ersatzreaktion durch das Steuergerät10 ausgeführt werden. Mögliche Ersatzreaktionen sind z.B. die Aktivierung der Motorkontrollleuchte oder die Aktivierung eines Notlaufs der Brennkraftmaschine1 . - Anschließend kann das Verfahren vom Start im Schritt
600 fortgesetzt.
Claims (11)
- Verfahren zur Diagnose von Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine (1), wobei ein Verlauf eines Ist-Saugrohrdrucksignals in Abhängigkeit eines Kurbelwellensignals ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Ist-Saugrohrdrucksignals mit einem Verlauf eines Soll-Saugrohrdrucksignals verglichen und bei einer vorgebbaren Abweichung des Ist-Saugrohrdrucksignals von dem Soll-Saugrohrdrucksignals eine Verschiebung der Ventilsteuerzeiten diagnostiziert wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ist-Saugrohrdrucksignal mittels eines Saugrohrdrucksensors (20) ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ist-Saugrohrdrucksignal mittels eines Heißfilmluftmassensensorssignals und/oder eines Drosselklappensignals modelliert wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung anhand eines charakteristischen Merkmals des Verlaufs des Ist-Saugrohrdruckssignals und/oder des Soll-Saugrohrdrucksignals ermittelt wird. - Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Merkmal einem Minimum und/oder einem Maximum des Ist-Saugrohrdrucks und/oder des Soll-Saugrohrdrucks entspricht. - Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Merkmal einem Gradienten in Abhängigkeit des Ist-Saugrohrdrucks und/oder des Soll-Saugrohrdrucks entspricht. - Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion der Abweichung, die Brennkraftmaschine (1) in einen Notlaufbetrieb überführt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnose in einem stationären oder quasi-stationären Betriebszustand, vorzugsweise einem Leerlaufbetriebszustand oder einem vorgebbaren Lastzustand der Brennkraftmaschine (1), durchgeführt wird.
- Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 durchzuführen. - Elektronisches Speichermedium mit einem Computerprogramm nach
Anspruch 9 . - Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (10), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 auszuführen.
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