DE102018213342A1 - Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern und mit einem Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselauslassventil je Zylinder, wobei für jedes Gaswechselauslassventil ein Schaltschlepphebel vorgesehen ist, mit dem das Gaswechselauslassventil nach einem Gaswechselhub während einer Kolbenabbewegung für einen Hilfshub öffenbar ist, wobei in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Drucksensor zur Messung eines Abgasdruckes angeordnet ist und ein Steuergerät zur Auswertung des Drucksignales vorgesehen ist, ob der Hilfshub zugeschalten oder abgeschaltet worden ist,gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte:gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte:- ständiges Messes des Abgasdruckes mit dem Drucksensor,- zylinderselektive Zuordnung des Abgasdruckes,- Zuschalten oder Abschalten des Gaswechselventil-Hilfshubs,- Differenzbildung der mathematisch integrierten zylinderzugeordneten Druckwerte,

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 048 951 A1 bekannt. In dieser Offenlegungsschrift ist ein Dieselmotor mit einem, pro Zylinder mit zwei Einlassventilen versehenen Zylinderkopf bekannt. Eines der beiden Einlassventile ist für einen als Tangentialkanal ausgebildeten Einlassventilkanal und das andere der beiden Einlassventile ist für einen als Spiralkanal ausgebildeten Einlassventilkanal vorgesehen. Der als Spiralkanal ausgebildete Einlassventilkanal ist bei Teillast verschließbar. Weiter ist vorgesehen, dass bei jedem der beiden Einlassventile zwei verschiedene Ventilhubkurven einstellbar sind, die sich kombinieren lassen, um
    • a: bei Teillast den Tangentialkanal ganz zu öffnen und den Spiralkanal dicht zu verschließen, um
    • b: bei Volllast den Tangentialkanal und den Spiralkanal ganz zu öffnen und
    • c: um zwischen Teillast und Volllast den Tangentialkanal teilweise zu öffnen und den Spiralkanal dicht zu verschließen.
  • Eine derartige gattungsgemäße Ventilhubeinstellung kann beispielsweise mit einem Schaltschlepphebel durchgeführt werden, wie er in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 006 420 A1 beschrieben ist. In dieser Offenlegungsschrift wird eine Baueinheit für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einem über ein Drehgelenk an einem Ende auf einem Kopf eines Abstützelements angebundenen Schaltschlepphebel, der aus einem ersten und einem zweiten Arm besteht. Der erste und der zweite Arm liegen unmittelbar nebeneinander und sind zueinander baugleich und hierdurch miteinander austauschbar. Die Arme sitzen an einem anderen Ende auf einer gemeinsamen Schwenkachse, in deren Bereich eine Ventilschaftauflage vorliegt. Der erste Arm hat einen Kontakt mit einem Niedrig- oder Nullhub und der zweite Arm hat einen Kontakt mit einem Großhubnocken. Beiden Armen sind respektive Nockenanlaufflächen immanent, wobei im Bereich des Drehgelenks Koppelmittel zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Arme mit- und voneinander vorgesehen sind und wobei der zweite Arm von einer Nockenrückstellfeder beaufschlagt ist.
  • Bei Brennkraftmaschinen wird die innere Abgasrückführung zur Verringerung von Emissionen und zur Erhöhung der Abgastemperatur verwendet. Dies kann beispielsweise durch einen zusätzlichen Hilfshub des Auslassventils erreicht werden. Der Haupthub öffnet das Auslassventil zum Ausstoßen der Verbrennungsabgase, anschließend öffnet der Hilfshub dasselbe Auslassventil erneut, um einen Teil der bereits ausgestoßenen Abgase wieder in den Brennraum zurück zu saugen. Hierbei spricht man von innerer Abgasrückführung.
  • Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass keine Überwachung der Kinematik eines Schaltschlepphebels möglich ist, insbesondere wird ein Steckenbleiben oder nicht Umschalten des Schaltschlepphebels nicht erkannt.
  • Um dieses Problem zu lösen wird in der Deutschen Patentschrift DE 10 2007 053257 D4 ein Verfahren zur Überprüfung einer Ventilhubumschaltung einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten beschrieben:
    • - Bestimmen, ob ein Umschaltfehler und/oder ein äußeres Ereignis auftritt das die Funktionsweise der Ventilhubschaltung beeinflussen kann,
    • - Sperren der Ventilhubumschaltung, wenn der Umschaltfehler und/oder ein solches äußeres Ereignis eingetreten ist,
    • - Aktivieren und überprüfen der Ventilhubumschaltung während wenigstens eines unkritischen Betriebszustands,
    • - Freigeben der Ventilhubumschaltung, wenn die Ventilhubumschaltung keine Auffälligkeiten während der Überprüfung zeigt.
  • Dieses bekannte Verfahren zur Überprüfung einer Ventilhubumschaltung ist jedoch relativ aufwendig und kann nur in unkritischen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
  • Um ein einfaches Verfahren zur Ermittlung des Schaltzustands einer Ventilsteuereinheit zumindest eines durch eine Zylinderabschaltung abschaltbaren Zylinders einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, wird in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 219 136 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, wobei für die Zylinderabschaltung Ventile des zumindest einen abschaltbaren Zylinders mittels der Ventilsteuereinheit von einer Bewegung einer Nockenwelle entkoppelt werden, wobei ein Klopfsensorsignal eines Klopfsensors der Brennkraftmaschine erfasst und auf ein Auftreten eines Signalcharakteristikums für einen mittels der Ventilsteuereinheit abgeschalteten Zylinder hinaus bewertet wird.
  • Auch die Auswertung eines Klopfsensorsignals hat sich in der Praxis als relativ aufwendig herausgestellt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, welches möglichst kostenneutral realisiert werden kann.
  • Hierbei sollen zwei unterschiedliche Diagnosen möglich sein:
    1. 1. Umschaltdiagnose: Hier wird überwacht, ob der Schaltvorgang des Schaltschlepphebels erfolgreich war.
    2. 2. Statische Diagnose: Hier wird überwacht, ob der Hilfshub bei allen Zylindern erfolgreich aktiviert oder deaktiviert wurde.
  • Die erste Diagnose wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 erzielt.
  • Während der Umschaltung (Ein/Aus) des Hilfshubs muss der Zylindervergleichswert kurzzeitig über eine definierte Schwelle ansteigen. Bei Nichtauftreten hat keine oder nur eine unvollständige Umschaltung stattgefunden. Vergleiche ÜW-Fenster 1, in 3.
  • Die zweite Diagnose wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 erzielt.
  • Im Stationärbetrieb der Brennkraftmaschine, ohne Hilfshubumschaltung muss der Zylindervergleichswert unter einer definierten Schwelle liegen. Vergleiche ÜW-Fenster 2, 3.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt eine Aufsicht auf einen Schaltschlepphebel.
    • 2 zeigt in einem ersten Diagramm einen Haupthub und einen Hilfshub eines Gaswechselventils.
    • 3 zeigt in einem zweiten Diagramm einen Druckverlauf in einem Abgaskrümmer.
  • 1 zeigt eine Aufsicht auf einen exemplarischen Schaltschlepphebel 1, mit dem eine Gaswechselventilhubumstellung für einen nicht dargestellten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine durchführbar ist. Eine Betätigungsrolle für einen Gaswechselauslassventil-Haupthub ist mit 4 beziffert, eine Betätigungsrolle für ein Gaswechselauslassventil-Hilfshub ist mit 5 beziffert. Mit Hilfe eines Schaltpins 6 kann zwischen Haupthub 2 und Hilfshub 3 der Betrieb der Brennkraftmaschine umgeschaltet werden. Da dieser beispielhafte Schaltschlepphebel 1 aus dem Stand der Technik bereits sehr gut bekannt ist, wird dieser hier nicht weiter beschrieben.
  • 2 zeigt in einem ersten Diagramm den Hub eines Gaswechselventils bestehend aus einem Haupthub 2 und einem Hilfshub 3.
  • Über eine Y-Achse ist ein Gaswechselventilhub in [mm] dargestellt, für einen Bereich von -1mm bis +9mm. Über eine X-Achse ist ein Nockenwinkel dargestellt, in einem Bereich von 120° Nockenwinkel bis 360° Nockenwinkel. Wie eingangs erwähnt kann mit dieser Gaswechselventilbetätigung der Haupthub 2 genutzt werden, zum Ausstoßen der Verbrennungsabgase, wobei anschließend der Hilfshub 3 dieses Gaswechselventil wieder erneut öffnet, um einen Teil der bereits ausgestoßenen Abgase wieder in den Brennraum zurück zu saugen, um eine sogenannte innere Abgasrückführung (iAGR) darzustellen, zur Schadstoffminimierung und zum Erhöhen der Abgastemperatur.
  • 3 zeigt in einem zweiten Diagramm einen Druckverlauf in einem Abgaskrümmer. Das zweite Diagramm ist in ein oberes, ein mittleres und ein unteres Teildiagramm aufgeteilt.
  • In den drei Teildiagrammen sind zwei Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern und mit einem Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselauslassventil je Zylinder dargestellt, wobei für jedes Gaswechselauslassventil ein Schaltschlepphebel 1 vorgesehen ist. Mit diesem Schaltschlepphebel 1 ist ein Gaswechselauslassventil nach einem Gaswechselventil-Haupthub 2 und während einer Kolbenabbewegung für einen Gaswechselauslassventil-Hilfshub 3, oder eben nur mit einem Gaswechselventil-Haupthub 2 öffenbar. Hierbei ist in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Drucksensor zur Messung eines Abgasdrucks angeordnet und ein Steuergerät zur Auswertung eines Drucksignals vorgesehen, ob der Gaswechselauslassventil-Hilfshub 3 zugeschalten oder abgeschaltet worden ist. Selbstverständlich kann der Schaltschlepphebel 1 auch für Gaswechseleinlassventile eingesetzt werden.
  • Bei dem Drucksensor handelt es sich bevorzugt um einen Drucksensor mit einer Zeitauflösung des Messwertes von mindestens einer Millisekunde [ms].
  • In dem oberen Teildiagramm ist als Graph ein Absolutdruck im Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine dargestellt. Über eine Y-Achse ist der Absolutdruck von 1600 bis 2800 Hektopascal [hPa] dargestellt. Über eine X-Achse ist die Zeit für alle drei Teildiagramme dargestellt, von 0 bis ca. 220 Sekunden [s].
  • In dem mittleren Teildiagramm ist der Absolutdruck jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet, der gerade Abgas ausstößt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine sechs Zylinder auf, entsprechend den sechs Graphen.
  • In dem unteren Teildiagramm ist die Differenz der mathematisch integrierten zylinderzugeordneten Druckwerte dargestellt. Darüber hinaus sind im unteren Teildiagramm zwei erste Überwachungsfenster 1 (ÜW-Fenster 1) und ein zweites Überwachungsfenster 2 (ÜW-Fenster 2) dargestellt. In dem linken ersten Überwachungsfenster 1 ist eine Einschaltung eines Schaltschlepphebels 1 und in dem rechten ersten Überwachungsfenster 1 ist eine Abschaltung des Schaltschlepphebels 1 dargestellt.
  • Die Umschaltdiagnose, bei der überwacht wird, ob ein Schaltvorgang erfolgreich war, ist in dem Überwachungsfenster 1 dargestellt und ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
    • - Ständiges Messen des Abgasdrucks mit dem Drucksensor,
    • - Zylinderselektive Zuordnung des Abgasdrucks,
    • - Differenzbildung der mathematisch integrierten zylinderzugeordneten Druckwerte,
    • - Wenn beim Zuschalten oder Abschalten der Differenzdruckintegrale ein vorgegebener Druckwert nicht überschreitet, Ausgeben eines Fehlersignals durch das Steuergerät.
  • Demgegenüber ist im Überwachungsfenster 2 eine statische Diagnose dargestellt, bei der überwacht wird, ob der Hilfshub bei allen Zylindern erfolgreich aktiviert oder deaktiviert wurde. Diese Diagnose ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
    • - Ständiges Messen des Abgasdrucks mit dem Drucksensor,
    • - Zylinderselektive Zuordnung des Abgasdrucks,
    • - Zuschalten des Gaswechselventil-Hilfshubs 3,
    • - Differenzbildung der mathematischen integrierten zylinderzugeordneten Druckwerte,
    • - Wenn nach einem Zuschalten des Gaswechselventil-Hilfshub die Differenz der Druckintegrale einen vorgegebenen Druckwert überschreitet, Ausgeben eines Fehlersignals durch das Steuergerät.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt:
    • Ziel der Erfindung ist es, ein teilaktiviertes System bzw. ein Steckenbleiben eine Schaltschlepphebels 1 bzw. eine fehlerhafte Abschaltung des Systems mit Hilfe eines bereits vorhandenen Abgasdrucksensors zu erkennen. Als Überwachungsmerkmal werden die Abgaskrümmerdruckverläufe im Abgasstrang der Brennkraftmaschine der Ausschubvorgänge der einzelnen Zylinder gegeneinander verglichen. Dieser Zylindervergleichswert dient als Grundlage für die folgend beschriebenen Überwachungsmodi:
      • - Umschaltdiagnose: Hier wird überwacht, ob der Schaltvorgang erfolgreich war. Während der Umschaltung (Ein/Aus) des Hilfshubes 3 muss der Zylindervergleichswert kurzzeitig über eine definierte Schwelle ansteigen. Bei Nichtauftreten hat keine oder nur eine unvollständige Umschaltung stattgefunden (Vergleiche Überwachungsfenster 1).
      • - Statische Diagnose: Hier wird überwacht, ob der Hilfshub 3 bei allen Zylindern erfolgreich aktiviert oder deaktiviert wurde. Im Stationärbetrieb beispielsweise bei 1500 Umdrehungen [1/min] ohne Hilfshubumschaltung muss der Zylindervergleichswert unter einer definierten Schwelle liegen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Schaltschlepphebel
    2.
    Gaswechselauslassventil-Haupthub
    3.
    Gaswechselauslassventil-Hilfshub
    4.
    Betätigungsrolle für Gaswechselauslassventil-Haupthub
    5.
    Betätigungsrolle für Gaswechselauslassventil-Hilfshub
    6.
    Schaltpin
    ÜW-Fenster 1:
    Überwachungsfenster 1
    ÜW-Fenster 2:
    Überwachungsfenster 2
  • 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
    • DE 102005048951 A1 [0002]
    • DE 102010006420 A1 [0003]
    • DE 102007053257 [0006]
    • DE 102015219136 A1 [0008]

Claims (2)

  1. Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern und mit einem Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselauslassventil je Zylinder, wobei für jedes Gaswechselauslassventil ein Schaltschlepphebel (1) vorgesehen ist, mit dem das Gaswechselauslassventil nach einem Gaswechselauslassventil-Haupthub (2) während einer Kolbenabbewegung für einen Gaswechselauslassventil-Hilfshub (3) öffenbar ist, wobei in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Drucksensor zur Messung eines Abgasdruckes angeordnet ist und ein Steuergerät zur Auswertung eines Drucksignales vorgesehen ist, ob der Gaswechselventil-Hilfshub (3) zugeschalten oder abgeschaltet worden ist, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: - ständiges Messes des Abgasdruckes mit dem Drucksensor, - zylinderselektive Zuordnung des Abgasdruckes, - Zuschalten oder Abschalten des Gaswechselventil-Hilfshubs (3), - Differenzbildung der mathematisch integrierten zylinderzugeordneten Druckwerte, - wenn beim Zuschalten oder Abschalten die Differenz der Druckintegrale einen vorgegebenen Druckwert nicht überschreitet, ausgeben eines Fehlersignales durch das Steuergerät.
  2. Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern und mit einem Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselauslassventil je Zylinder, wobei für jedes Gaswechselauslassventil ein Schaltschlepphebel (1) vorgesehen ist, mit dem das Gaswechselauslassventil nach einem Gaswechselauslassventil-Haupthub (2) während einer Kolbenabbewegung für einen Gaswechselauslass-Hilfshub (3) öffenbar ist, wobei in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Drucksensor zur Messung eines Abgasdruckes angeordnet ist und ein Steuergerät zur Auswertung des Drucksignales vorgesehen ist, ob der Gaswechselauslassventil-Hilfshub (3) korrekt arbeitet, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: - ständiges Messes des Abgasdruckes mit dem Drucksensor, - zylinderselektive Zuordnung des Abgasdruckes, - Zuschalten des Gaswechselventil-Hilfshubs (3), - Differenzbildung der mathematisch integrierten zylinderzugeordneten Druckwerte, - wenn nach einem Zuschalten des Gaswechselventil-Hilfshubs (3) die Differenz der Druckintegrale einen vorgegebenen Druckwert überschreitet, ausgeben eines Fehlersignales durch das Steuergerät.
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