DE102019205998B4

DE102019205998B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: DE102019205998B4
Application number: DE102019205998.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Holzeder; Thomas Burkhardt
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2039-04-27
Also published as: DE102019205998A1

Abstract

Verfahren zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine (100) mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Brennkraftmaschine (100) eine Verstellvorrichtung (140) aufweist, die im Betrieb der Brennkraftmaschine (100) das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine (100) einstellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:- Erfassen eines Messsignalverlaufs (310) mit einem Saugrohrdrucksensor (160), der einem Ansaugtrakt (110) der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet ist, und/oder mit einem Abgasdrucksensor (170), der einem Abgastrakt (120) der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet ist, wobei der Messsignalverlauf (310) des Saugrohrdrucksensors (160) charakteristisch für einen Druckverlauf einer Ansaugluft (180) im Ansaugtrakt (110) ist und der Messsignalverlauf (310) des Abgasdrucksensors (170) charakteristisch für einen Druckverlauf eines Abgases (190) im Abgastrakt (120) ist;- Ermitteln eines Istwerts (320) mittels des erfassten Messsignalverlaufs (310), wobei der Istwert (320) charakteristisch für ein aktuell vorherrschendes Verdichtungsverhältnis (330) der Brennkraftmaschine (100) bei aktuell bestehenden Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist;- Bereitstellen eines Sollwerts (340), der charakteristisch für ein aktuell erwartetes Verdichtungsverhältnis (350) der Brennkraftmaschine (100) bei denselben Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist;- Vergleichen (352) des Istwerts (320) mit dem Sollwert (340) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine (100) mit variablem Verdichtungsverhä ltn is.

Description

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Brennkraftmaschine eine Verstellvorrichtung aufweist, die im Betrieb der Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine variieren kann.
Eine herkömmliche Hubkolbenbrennkraftmaschine verfügt über Zylinder, in denen ein Kraftstoff verbrannt wird. Jeder Zylinder umschließt einen Brennraum der Brennkraftmaschine, wobei der Brennraum von einer Zylinderwand, einem Zylinderkopf und einem Kolben begrenzt wird. Der Kolben ist durch einen Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden. Mit jeder Umdrehung der Kurbelwelle variiert das Volumen des Brennraums zwischen einem Minimum im sogenannten oberen Totpunkt und einem Maximum im sogenannten unteren Totpunkt des Kolbens. Das Verhältnis des Brennraumvolumens zwischen dem unteren Totpunkt zum Brennraumvolumen im oberen Totpunkt wird als Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bezeichnet.
Das Verdichtungsverhältnis hat großen Einfluss auf Druck und Temperatur eines Zylindergases, welches zur Verbrennung vorgesehen ist. Das Verdichtungsverhältnis ist somit ein wichtiger Parameter für eine Leistung, für einen Kraftstoffverbrauch und/oder eine Schadstoffemission der Brennkraftmaschine. Für unterschiedliche Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sind unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse in Bezug auf die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen optimal. Herkömmlich wird bei Entwicklung und Konstruktion der Brennkraftmaschine durch die Dimensionierung von den Zylindern, den Kolben, den Pleueln und der Kurbelwelle das Verdichtungsverhältnis fest gewählt und ist während der gesamten Betriebszeit der Brennkraftmaschine, auch bei unterschiedlichen Betriebsparametern, gleich. Das eingestellte Verdichtungsverhältnis ist somit ein Kompromiss zwischen den verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und folglich nicht optimal bei unterschiedlichen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine.
Moderne Brennkraftmaschinen können ein System aufweisen, das das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs der Brennkraftmaschine variieren kann, und die Brennkraftmaschine in allen, beziehungsweise in mehreren Betriebspunkten der Brennkraftmaschine hinsichtlich der Leistung, dem Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffemission mit einem optimalen Verdichtungsverhältnis betreiben zu können. Hierbei spricht man von Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis. Insbesondere aufgrund des signifikanten Einflusses des Verdichtungsverhältnisses auf die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine ist es notwendig, die Funktionalität eines solchen Systems zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu überprüfen.
Herkömmlich wird das System zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses mit einem Positionssensor an einer jeweilig geeigneten Stelle überwacht. Allerdings muss ein solcher Sensor an schnell rotierenden/oszillierenden Baugruppen angeordnet sein, wodurch eine Signalübertragung an eine Steuereinheit aufwendig, teuer und fehleranfällig ist. Außerdem bedeutet ein zusätzlicher Sensor im System zusätzliche Kosten, weshalb Überprüfungsverfahren mittels bereits im System vorhandener Sensoren bevorzugt werden sollten.
DE 10 2015 216 258 A1 beschreibt ein Verfahren einer Diagnose eines variablen Kompressionsratenverstellers (VCR-Stellers) zur Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, mit folgenden Schritten:

- Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses mittels des VCR-Stellers;
- Durchführen einer Drehzahlregelung, insbesondere einer Leerlaufdrehzahlregelung, wobei die Drehzahlregelung ein Stellmoment vorgibt und die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine vorgegebene Solldrehzahl zu regeln;
- Erkennen eines Fehlers des VCR-Stellers abhängig von dem Stellmoment.

DE 10 2015 221 809 A1 offenbart ein Verfahren zur Diagnose einer variablen Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses in einem Hubkolben/Verbrennungsmotor, wobei ein Fehler der variablen Verstellung des Verdichtungsverhältnisses abhängig von einer gemessenen Zustandsgröße des Abgassystems, insbesondere einer gemessenen Abgastemperatur, signalisiert wird.
DE 10 2016 206 491 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem VCR-Steller zur Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder des Verbrennungsmotors, insbesondere basierend auf einer Angabe eines tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses mit folgenden Schritten:

- Bestimmen eines modellierten Ist-Motormoments, eines modellierten Kompressionswirkungsgrades und eines tatsächlichen Ist-Motormoments;
- Bestimmen eines tatsächlichen Kompressionswirkungsgrades basierend auf einer Momentenbilanz; und
- Ermitteln des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses abhängig von dem tatsächlichen Kompressionswirkungsgrad.

DE 102 47 942 A1 offenbart ein Diagnoseverfahren für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit variablen Kompressionsverhältnisses, wobei das Diagnoseverfahren die Bestimmung einer Änderung des Leerlauf-Luftflusses beziehungsweise des Leerlauf-Luftmassenstroms des Motors aufweist, wenn der Motor bei bestimmten Kompressionsverhältnissen betrieben wird, und die Bewertung des Betriebs der Brennkraftmaschine wenigstens zum Teil, auf dieser Änderung basiert.
DE 102 51 493 A1 offenbart ein Diagnoseverfahren für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die in mehreren Kompressionsverhältnis-Betriebszuständen betrieben werden kann, wobei das Diagnoseverfahren die Schritte der Bestimmung einer Änderung der Zündungsanpassung enthält, zur Vermeidung eines Klopfens erforderlich ist, wenn der Motor in bestimmten der Kompressionsverhältnis-Betriebszuständen betrieben wird, und der Bewertung des Betriebs der Brennkraftmaschine, basierend zumindest teilweise auf der Änderung der Zündungsanpassung.
DE 10 2018 125 793 A1 offenbart im Allgemeinen ein Verfahren und Systeme zum Steuern eines Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis.
DE 10 2017 109 358 A1 betrifft eine Steuervorrichtung für ein VCR-Pleuel, das mittels einer, bevorzugt hydraulischen, Ansteuerschaltung betätigbar ist.
DE 198 45 965 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Istwertes des Verdichtungsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis.
DE 199 55 250 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der eine einfache und zuverlässige Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Brennkraftmaschine eine Verstellvorrichtung aufweist, die in Betrieb der Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine einstellt, folgende Schritte auf:

- Erfassen eines Messsignalverlaufs mit einem Saugrohrdrucksensor, der einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, und/oder mit einem Abgasdrucksensor, der einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, wobei der Messsignalverlauf des Saugrohrdrucksensors charakteristisch für einen Druckverlauf einer Ansaugluft im Ansaugtrakt ist und der Messsignalverlauf des Abgasdrucksensors charakteristisch für einen Druckverlauf eines Abgases im Abgastrakt ist;
- Ermitteln eines Istwerts mittels des erfassten Messsignalverlaufs, wobei der Istwert charakteristisch für ein aktuell vorherrschendes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei aktuell bestehenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ist;
- Bereitstellen eines Sollwerts, der charakteristisch für ein aktuell erwartetes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei denselben Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ist;
- Vergleichen des Istwerts mit dem Sollwert zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis die Verstellvorrichtung auf, die im Betrieb der Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine einstellt beziehungsweise steuert. Die Verstellvorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform den Zylinderkopf und die mit ihm fest verbundenen Zylinder der Brennkraftmaschine relativ zur bezüglich eines Fahrzeugs festen Rotationsachse einer Kurbelwelle bewegen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Verstellvorrichtung mittels eines Aktuators einen effektiven Abstand zwischen Kurbelzapfen der Kurbelwelle und Kolbenauge des Kolbens variieren beziehungsweise einstellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Verstellvorrichtung zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine eine Länge eines Pleuels, das den Kurbelzapfen mit dem Kolbenauge verbindet variieren. Die oben genannten Ausführungsformen ermöglichen unter anderen Ausführungsformen eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses indem der obere Totpunkt beziehungsweise der untere Totpunkt der Kolbenbewegung in dem Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechend den gewünschten Parametern der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird mit dem Saugrohrdrucksensor oder mit dem Abgasdrucksensor der Messsignalverlauf erfasst. Der Saugrohrdrucksensor ist dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeordnet. Dies bedeutet, dass der Saugrohrdrucksensor im Betrieb der Brennkraftmaschine dazu eingerichtet ist, den Druck der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zu erfassen und weiterzugeben. Der Saugrohrdrucksensor ist demgemäß stromauf der Brennräume der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Saugrohrdrucksensor ist ein bekanntes Bauteil einer Brennkraftmaschine und dessen Messsignale können unter anderem beispielsweise zur Steuerung einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine herangezogen werden.
Der Messsignalverlauf des Saugrohrdrucksensors ist gemäß der vorliegenden Offenbarung charakteristisch für den Druck bzw. den Druckverlauf der Ansaugluft im Ansaugtrakt. Der Druck der Ansaugluft im Ansaugtrakt ändert sich im Betrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise aufgrund von Ventilöffnungen von Einlassventilen und/oder aufgrund des Betriebs der Drosselklappe der Brennkraftmaschine. Demgemäß können aus dem Messsignalverlauf des Saugrohrdrucksensors Druckänderungen aufgrund der oben genannten Vorgänge innerhalb der Brennkraftmaschine abgelesen werden. Der Druck der Ansaugluft im Ansaugtrakt hängt bei der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis zusätzlich von dem aktuell vorherrschenden Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine ab. Demgemäß können auch Druckänderungen aufgrund des aktuell eingestellten Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine aus dem Messsignalverlaufs des Saugrohrdrucksensors abgelesen werden. Demgemäß kann anhand des Messsignalverlaufs auf das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis rückgeschlossen werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird mit dem Saugrohrdrucksensor oder mit dem Abgasdrucksensor der Messsignalverlauf erfasst. Der Abgasdrucksensor ist dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zugeordnet. Der Abgasdrucksensor ist in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnet und ist dazu eingerichtet, den Druck beziehungsweise den Druckverlauf des Abgases in dem Abgastrakt zu erfassen. Der Druck des Abgases in dem Abgastrakt hängt beispielsweise von den Öffnungsvorgängen beziehungsweise von den Schließvorgängen von Auslassventilen der Brennkraftmaschine ab. Öffnen sich beispielsweise die Auslassventile, strömt Abgas von den Brennräumen in den Abgastrakt, wodurch der Druck des Abgases in dem Abgastrakt steigt. Diese Druckänderung kann von dem Abgasdrucksensor erfasst und mittels des Messsignalverlaufs ausgegeben und weiterverarbeitet werden. Bei Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis hängt der Druck des Abgases in dem Abgastrakt beziehungsweise der Druckverlauf des Abgases in dem Abgastrakt von dem aktuell eingestellten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine ab. Demgemäß kann anhand des Druckverlaufs des Abgasdrucksensors der Brennkraftmaschine auf das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine rückgeschlossen werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Istwert mittels des erfassten Messsignalverlaufs ermittelt. Der Istwert kann dabei mittels des Messsignalverlaufs aus dem Saugrohrdrucksensor, mittels des Messsignalverlaufs aus dem Abgasdrucksensor oder mittels des Messsignalverlaufs aus dem Saugrohrdrucksensor und dem Messsignalverlauf von dem Abgasdrucksensor ermittelt werden. Der Istwert ist demgemäß charakteristisch für das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine, da wie oben ausgeführt, das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine unmittelbar, beziehungsweise mittelbar in dem Druckverlauf der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt beziehungsweise in dem Druckverlauf des Abgases in dem Abgastrakt abgelesen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Istwert charakteristisch für ein aktuell vorherrschendes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei aktuell bestehenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine. Die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine können beispielsweise eine Drehzahl und/oder eine Last und/oder andere Parameter der Brennkraftmaschine sein. Je nach Drehzahl der Brennkraftmaschine beziehungsweise je nach Last der Brennkraftmaschine sollte das Verdichtungsverhältnis von der Verstellvorrichtung angepasst werden, um einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Demgemäß hängt das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis von den aktuell bestehenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ab, sofern die Verstellvorrichtung bzw. die für eine ordnungsgemäße Einstellung des gewünschten Verdichtungsverhältnisses benötigten Bauteile ordnungsgemäß funktionieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der Sollwert bereitgestellt. Der Sollwert ist charakteristisch für ein aktuell erwartetes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei denselben Betriebsparametern der Brennkraftmaschine. Der Sollwert kann gemäß einer Ausführungsform während der Entwicklung der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis ermittelt beziehungsweise festgelegt werden und in einem Speicher einer Steuereinheit hinterlegt sein. Der Sollwert kann gemäß einer Ausführungsform beispielsweise auch eine Kennlinie, die von einem bestehenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängig ist, sein. Der Sollwert kann gemäß einer anderen Ausführungsform auch als ein Kennfeld, das von mehreren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine beziehungsweise von dem entsprechenden Verdichtungsverhältnis abhängig ist, sein. Der Sollwert kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein mathematisches Modell sein, das mehrere Variablen wie beispielsweise das erwartete Verdichtungsverhältnis beziehungsweise verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine als Eingangsgrößen aufweist. Das mathematische Modell kann bei den entsprechenden Betriebsparametern beziehungsweise dem entsprechenden erwarteten Verdichtungsverhältnis den Sollwert ausgeben und bereitstellen.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der Istwert mit dem Sollwert verglichen. Der Vergleich kann dabei beispielsweise mittels einer Differenzbildung des Istwerts und des Sollwerts erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Vergleich auch mittels einer Verhältnisbildung des Istwerts und des Sollwerts erfolgen. Aus dem Vergleich wird gemäß der vorliegenden Offenbarung die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis ermöglicht. Weicht beispielsweise der Sollwert zu stark von dem Istwert ab beziehungsweise weicht ein Verhältnis von dem Istwert zu dem Sollwert zu stark von einem erwarteten Verhältnis ab, kann erkannt werden, dass die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nicht gegeben ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Istwert durch zusätzliche Komponenten der Brennkraftmaschine beeinflusst werden. Eine dieser zusätzlichen Komponenten ist beispielsweise die Drosselklappe der Brennkraftmaschine. Bei der Ermittlung des Istwerts und des Sollwerts kann die Beeinflussung durch die zusätzlichen Komponenten berücksichtigt werden.
Es ist denkbar, dass die Verstellvorrichtung nicht wie gewünscht, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion, eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine realisieren kann. Dies schlägt sich in dem Druckverlauf der Ansaugluft in dem Abgastrakt beziehungsweise in dem Druckverlauf des Abgases in dem Abgastrakt während des Betriebs der Brennkraftmaschine nieder. Mittels des Saugrohrdrucksensors beziehungsweise mittels des Abgasdrucksensors wird der Messsignalverlauf erfasst, woraus gemäß vorliegender Offenbarung die Fehlfunktion der Verstellvorrichtung der Brennkraftmaschine ersichtlich sein kann. Mittels der Istwertermittlung basierend auf dem entsprechenden Messsignalverlaufs kann aus dem Istwert ebenso die Fehlfunktion der Brennkraftmaschine abgelesen werden. Mittels des Vergleichs des entsprechenden Istwertes, der charakteristisch für die Fehlfunktion ist, mit dem Sollwert, der charakteristisch für die ordnungsgemäße Funktionalität der Brennkraftmaschine ist, kann demgemäß die Fehlfunktion der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis erkannt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messsignalverlauffunktion der Istwert.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht eine vergleichsweise einfache Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, da keine zusätzlichen Sensoren oder Bauteile in der Brennkraftmaschine verbaut werden müssen, um die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis zu überprüfen. Der Saugrohrdrucksensor beziehungsweise der Abgasdrucksensor sind bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen bereits vorhanden und werden für unterschiedliche Zwecke genutzt. Dadurch, dass gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung die Messsignalverläufe des Saugrohrdrucksensors beziehungsweise des Abgasdrucksensors zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis herangezogen werden ist das Verfahren kostengünstig und einfach realisierbar.
Der Brennraum eines jeden Zylinders ist durch mindestens ein Einlassventil mit dem Ansaugtrakt und durch mindestens ein Auslassventil mit dem Abgastrakt verbunden. Während einer Verbrennung eines Kraftstoff-/Luftgemischs innerhalb eines der Zylinder sind dessen Einlass-/und Auslassventile geschlossen und das expandierende Verbrennungsgas treibt über den Kolben und das Pleuel die Rotation der Kurbelwelle an. Gleichzeitig befinden sich beispielsweise die jeweils anderen Zylinder der Brennkraftmaschine in einem anderen Arbeitstakt (Ansaugen, Verdichten, Ausschieben), in denen die Einlass-/und die Auslassventile zeitweise mehr oder weniger geöffnet sind. Die rotierende Kurbelwelle bewegt die Kolben dieser anderen Zylinder und verändert deren Brennraumvolumen. Die Kolbenbewegung verdichtet beziehungsweise entspannt das Kraftstoff-/ Luftgemisch in den Zylindern. Der Zylinderinnendruck steigt beziehungsweise fällt annährend anhand der Adiabatengleichung für ideale Gase.
Demgemäß bewirkt eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses auch einen veränderten Verlauf des Zylinderinnendrucks. Bei mindestens teilweise geöffneten Einlass- beziehungsweise Auslassventilen strömt je nach Druckdifferenz am jeweiligen Ventil das Kraftstoff-/Luftgemisch über die Ventile in den Ansaugtrakt beziehungsweise in den Abgastrakt aus, oder es strömt die Ansaugluft aus dem Ansaugtrakt oder das Abgas aus dem Abgastrakt in den Zylinder ein. Den entsprechenden Gasmassenstrom über die Ventile beschreibt folgende Gleichung: ${\dot{m}}_{P h i, h \to P} = A_{e} * p_{h i, h} * \sqrt{\frac{2 κ}{(κ - 1) * R * T_{P h i, h}}} * ψ (\frac{p_{l c}}{p_{h i, h}})$
In der oben genannten Gleichung ist p_high der momentane Druck auf der Hochdruckseite des Ventils, p_low der momentane Druck auf der Niederdruckseite des Ventils, T_Phigh die momentane Gastemperatur auf der Hochdruckseite des Ventils, k der Adiabatenexponent des Gases, R die spezifische Gaskonstate, Aeff die momentane effektive Ventilquerschnittsfläche und ṁ_Phi, _h→P der momentane Gasmassestrom über das Ventil von der Hoch/ zur Niederdruckseite. Zusätzlich beschreibt $ψ (\frac{p_{l c}}{p_{h i, h}})$
die Durchflussfunktion, die nachstehend detailliert dargestellt ist. $ψ (\frac{p_{l c}}{p_{h i, h}}) = \sqrt{{(\frac{p_{l c}}{p_{h i, h}})}^{\frac{2}{κ}} - {(\frac{p_{l c}}{p_{h i, h}})}^{\frac{κ - 1}{κ}}}$
Aus den oben genannten Formeln kann die starke Abhängigkeit des entsprechenden Ventilmassenstroms von den Drücken vor und nach dem Ventil erkannt werden. Da das variable Verdichtungsverhältnis den tatsächlich vorherrschenden Zylinderdruck beeinflusst, beeinflusst es auch den tatsächlichen Ventilmassenstrom. Die Ventilmassenströme können von den Drucksensoren (Saugrohrdrucksensor und Abgasdrucksensor) erfasst werden. Der Ventilmassenstrom von dem Zylinder in den Ansaugtrakt wird von dem Saugrohrdrucksensor erfasst und der Ventilmassenstrom von dem Zylinder in den Abgastrakt wird von dem Abgasdrucksensor erfasst. Demgemäß ist der Druckverlauf des Abgases in den Ansaugtrakt von dem tatsächlich vorherrschenden Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine abhängig und der Druckverlauf des Abgases in den Abgasstrom ist ebenso von dem tatsächlich vorherrschenden Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine abhängig. Mittels der Erfassung der Messsignalverläufe des Saugrohrdrucksensors beziehungsweise des Abgasdrucksensors kann demgemäß auf das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis rückgeschlossen werden. Die Zusammenhänge zwischen dem aktuell vorherrschendem Verdichtungsverhältnis und dem entsprechenden Druckverläufen der Ansaugluft beziehungsweise des Abgases ermöglichen eine robuste und genaue Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß einer Ausführungsform wird während der Entwicklung der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis an einer fehlerfreien Brennkraftmaschine in dem jeweiligen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine mit einem gewünschten Verdichtungsverhältnis der Druck der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt gemessen beziehungsweise der Druck des Abgases in dem Abgastrakt gemessen. Die gemessenen Drücke beziehungsweise Druckverläufe werden über eine bestimmte Zeitspanne ermittelt und entsprechend als Sollwert in dem Speicher für den entsprechenden Betriebspunkt beziehungsweise als Sollwerte für die entsprechenden Betriebspunkte in dem Speicher hinterlegt. Diese hinterlegten Sollwerte können zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis in Betrieb der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird aus dem Messsignalverlauf ein Mittelwert über eine bestimmte Zeitspanne gebildet. Der Mittelwert wird bei der Ermittlung des Istwerts herangezogen. Zusätzlich wird der Sollwert bereitgestellt, wobei der Sollwert charakteristisch für einen erwarteten Mittelwert des erwarteten Verdichtungsverhältnisses über die bestimmte Zeitspanne ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Messsignalverlauf des Saugdrucksensors beziehungsweise der Messsignalverlauf des Abgasdrucksensors über die bestimmte Zeitspanne ermittelt. Die Zeitspanne kann demgemäß einen vollen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine umfassen. Die Zeitspanne kann gemäß einer anderen Ausführungsform auch eine bestimmte Sekunden- und/oder Minutenanzahl umfassen. Aufgrund der Mittelung können beispielsweise mehrere Ventilöffnungs- beziehungsweise Schließzyklen in die Auswertung mit einfließen. Dadurch wird das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich robust und genau. Dadurch, dass der Mittelwert bei der Ermittlung des Istwerts herangezogen wird, berücksichtigt auch der Istwert beispielsweise mehrere Schließbeziehungsweise Öffnungszyklen der Ventile. Der bereitgestellte Sollwert ist gemäß der Ausführungsform charakteristisch für den erwarteten Mittelwert des erwarteten Verdichtungsverhältnisses über die bestimmte Zeitspanne. Dieser Sollwert ist demgemäß gut mit dem Istwert vergleichbar, wodurch das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform insgesamt vorteilhaft robust ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird für den Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert ein Schwellenwert bereitgestellt. Der Schwellenwert kann beispielsweise in dem Speicher gespeichert sein und aus diesem Speicher für den Vergleich bereitgestellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird erkannt, dass die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis fehlerhaft ist, wenn ein Ergebnis des Vergleichs des Istwerts mit dem Sollwert von einem erwarteten Ergebnis um mehr als den Schwellenwert abweicht. Das erwartete Ergebnis kann gemäß dieser Ausführungsform ebenso in den Speicher hinterlegt und aus dem Speicher bereitgestellt sein. Der Vergleich mittels des Schwellenwerts und dem erwarteten Ergebnis ist vergleichsweise einfach ausführbar und ermöglicht demgemäß eine einfache aber dennoch sehr robuste Möglichkeit die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis zu überprüfen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Schwellenwert ein Grenzband, wobei erkannt wird, dass die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis fehlerhaft ist, wenn ein Ergebnis des Vergleichs außerhalb des Grenzbandes liegt oder aus dem Grenzband ausbricht.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollwert aus einer Sollwertdatenbank bereitgestellt. Die Sollwertdatenbank stellt die Sollwerte für eine Vielzahl oder für alle erwarteten Verdichtungsverhältnisse der Brennkraftmaschine bei entsprechenden Betriebsparametern bereit. Die Sollwertdatenbank kann gemäß dieser Ausführungsform in dem Speicher hinterlegt sein. Die Sollwertdatenbank kann gemäß vorliegender Ausführungsform anhand der aktuell herrschenden Parameter der Brennkraftmaschine wie beispielsweise der Drehzahl beziehungsweise der Last ausgelesen werden, wodurch daraus der entsprechende Sollwert bereitgestellt wird. Während der Entwicklung der Brennkraftmaschine mit variablen Verdichtungsverhältnissen können die Vielzahl beziehungsweise alle erwarteten Verdichtungsverhältnisse der Brennkraftmaschine bei allen beziehungsweise bei der Vielzahl von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Diese Messergebnisse können demgemäß in der Sollwertdatenbank bei entsprechenden Betriebsparametern hinterlegt werden. Dadurch ist das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform für die Vielzahl beziehungsweise für alle erwarteten Verdichtungsverhältnisse beziehungsweise für eine Vielzahl oder alle erwarteten Betriebszustände der Brennkraftmaschine einsetzbar.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Istwert mittels einer ermittelten Höhe von Druckschwingungen ermittelt. Die ermittelte Höhe von Druckschwingungen ist eine Differenz aus ermitteltem Maximum und ermitteltem Minimum des erfassten Messsignalverlaufs, wobei der erfasste Messsignalverlauf auch eine einzelne Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine bei aktuell bestehenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine zurückzuführen ist. Zusätzlich wird gemäß dieser Ausführungsform der Sollwert aus einer erwarteten Höhe von Druckschwingungen bereitgestellt, wobei die erwartete Höhe von Druckschwingungen eine Differenz aus erwartetem Maximum und erwartetem Minimum des erwarteten Druckverlaufs basieren auf der einzelnen Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine bei denselben Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ist.
Aus dem Messsignalverlauf von dem Saugrohrdrucksensor beziehungsweise aus dem Messsignalverlauf von dem Abgasdrucksensor kann die einzelne Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine abgelesen werden. Die einzelne Kolbenbewegung kann dabei gemäß einer Ausführungsform einen einzigen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine abbilden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die einzelne Kolbenbewegung Teile eines einzelnen Arbeitstakts der Brennkraftmaschine abbilden. Dabei weist der erfasste Messsignalverlauf ein Maximum auf das charakteristisch für den oberen Totpunkt beziehungsweise für den unteren Totpunkt der Kolbenbewegung ist. Der erfasste Messsignalverlauf weist gemäß der Ausführungsform zusätzlich ein Minimum auf, das charakteristisch für den oberen Totpunkt beziehungsweise den unteren Totpunkt der Kolbenbewegung ist. Die Differenz aus dem ermittelten Maximum und dem ermittelten Minimum des erfassten Messsignalverlaufs während einer einzelnen Kolbenbewegung stellt die ermittelte Höhe von Druckschwingungen dar. Diese Höhe ist eine gut vergleichbare Größe, wodurch das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich robust ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die ermittelte Höhe auch aus einer Vielzahl von Kolbenbewegungen gemittelt dargestellt werden. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird der Sollwert ebenso als erwartete Höhe von Druckschwingungen dargestellt. Die erwartete Höhe von Druckschwingungen stellen demgemäß ebenso die Differenz aus dem erwarteten Maximum und dem erwarteten Minimum des erwarteten Druckverlaufs basierend auf der einzelnen Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine bei denselben Betriebsparametern der Brennkraftmaschine dar. Die erwartete Höhe von Druckschwingungen kann gemäß dieser Ausführungsform bei der Entwicklung der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis ermittelt und in dem Speicher hinterlegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollwert aus einer Sollwertdatenbank bereitgestellt, die Sollwerte für eine Vielzahl oder für alle erwarteten Höhen von Druckschwingungen von Kolbenbewegungen der Brennkraftmaschine bei entsprechenden Betriebsparametern bereitgestellt. Bei der Entwicklung der Brennkraftmaschine können für die Vielzahl beziehungsweise für alle erwarteten Höhen von Druckschwingungen von den Kolbenbewegungen der Brennkraftmaschine bei den entsprechenden Betriebsparametern die entsprechenden Sollwerte gemessen und in der Sollwertdatenbank gespeichert und daraus bereitgestellt werden. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann der entsprechende Sollwert bei aktuell vorherrschenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine zum Vergleich des Sollwerts mit dem Istwert bereitgestellt werden. Dadurch kann das Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis bei einer Vielzahl beziehungsweise bei allen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, wodurch das Verfahren vielseitig einsetzbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Messsignalverlauf mithilfe einer Fourier-Analyse als eine Überlagerung von einer Vielzahl von mathematischen Funktionen angenähert, wobei der Messsignalverlauf als Messsignalverlaufsfunktion aus der Überlagerung der Vielzahl der mathematischen Funktionen bereitgestellt wird. Im Allgemeinen ist der Messsignalverlauf des Saugrohrdrucksensors beziehungsweise der Messsignalverlauf des Abgasdrucksensors keine einfache Sinusschwingung. Der Messsignalverlauf weist vielmehr einen komplexeren Verlauf auf. Mittels einer Recheneinheit kann aus dem komplexen Messsignalverlauf mittels der Fourier-Analyse als die Überlagerung von der Vielzahl von mathematischen Funktionen angenähert werden. Eine solche mathematische Funktion kann für eine Weiterverarbeitung des Messsignalverlaufs einfacher sein. Dadurch wird das Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis zusätzlich einfacher und kann gegebenenfalls schneller ausgewertet werden. Der Messsignalverlauf wird gemäß dieser Ausführungsform als Messsignalverlaufsfunktion aus der Überlagerung der Vielzahl der mathematischen Funktionen bereitgestellt. Die Messsignalverlaufsfunktion kann gemäß dieser Ausführungsform eine Fourierreihe sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird aus der Messsignalverlaufsfunktion dessen Phase und/oder Amplitude für das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei aktuell bestehenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt. Gemäß dieser Ausführungsform wird die ermittelte Phase und/oder die ermittelte Amplitude für die Ermittlung des Istwerts herangezogen. Zusätzlich wird gemäß dieser Ausführungsform der Sollwert der charakteristisch für eine erwartete Phase und/oder eine erwartete Amplitude der bei denselben Betriebsparametern bereitgestellt. Die Phase und/oder die Amplitude der Messsignalverlaufsfunktion stellt eine gut vergleichbare Größe dar, die für die Istwertermittlung herangezogen wird. Die Phase und/oder die Amplitude der Messsignalverlaufsfunktion können sehr einfach anhand aus der Messsignalverlaufsfunktion mittels mathematischer Methoden ermittelt werden. Dies kann beispielsweise in der Recheneinheit erfolgen. Zum Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert wird ein Sollwert bereitgestellt, wobei der bereitgestellte Sollwert charakteristisch für die erwartete Phase beziehungsweise die erwartete Amplitude bei denselben Betriebsparametern, wie entsprechend den Betriebsparametern der Messsignalverlaufsfunktion beziehungsweise dessen Phasen und/oder dessen Amplitude ist.
Gemäß einer Ausführungsform werden aus der Messsignalverlaufsfunktion mehrere Phasen und/oder mehrere Amplituden für das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bei aktuell bestehenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt. Es ist denkbar, dass die Messsignalverlaufsfunktion in die einzelnen mathematischen Funktionen zerlegt wird und dass aus den einzelnen mathematischen Funktionen die dazugehörige Phase beziehungsweise die dazugehörige Amplitude ermittelt wird. Demgemäß können für die Istwertermittlung diese Phasen beziehungsweise diese Amplituden herangezogen werden. Für einen entsprechenden Vergleich des Sollwerts mit dem Istwert sollte der bereitgestellte Sollwert dies berücksichtigen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Sollwert aus einer Sollwertdatenbank bereitgestellt, die Sollwerte für eine Vielzahl oder für alle erwarteten Phasen und/oder alle erwarteten Amplituden der Messsignalverlaufsfunktion bei entsprechenden Betriebsparametern der Brennkraftmaschine bereitstellt. Gemäß dieser Ausführungsform werden die entsprechenden erwarteten Phasen und/oder erwarteten Amplituden bei der Entwicklung der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis gemessen beziehungsweise ermittelt und in der Sollwertdatenbank hinterlegt. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Sollwertdatenbank in den Speichern hinterlegt sein. Für den Vergleich des Sollwerts mit den entsprechenden Istwerten kann der entsprechende Sollwert bei dem bestimmte Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus der Sollwertdatenbank bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine der Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis bei einem Schubabschaltbetrieb der Brennkraftmaschine ausgeführt. Die Schubabschaltung ist eine beabsichtigte, temporäre Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr in die Brennräume der Brennkraftmaschine, wenn die Brennkraftmaschine keine Leistung abgeben soll, sondern durch in Schwung befindliche Massen der Brennkraftmaschine geschleppt wird. Der Messsignalverlauf ist während des Betriebs der Brennkraftmaschine im Schubabschaltbetrieb frei von Einflüssen der Verbrennung. Dadurch kann vorteilhaft einfach der Druckverlauf der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt beziehungsweise des Abgases in dem Abgastrakt aus dem Messsignalverlauf ausgewertet werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis eine Steuereinheit auf, die zur Steuerung eines oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise eine Motorsteuereinheit sein. Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung ein Teil der Motorsteuereinheit ist oder als zusätzliche Steuereinheit verbaut ist, beispielsweise in einem Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine.
Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis mit einer Steuereinheit,
2 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Überprüfen einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einer Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eine Brennkraftmaschine 100 mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Brennkraftmaschine 100 einen Ansaugtrakt 110 und einen Abgastrakt 120 aufweist. Die Brennkraftmaschine 100 weist zusätzlich einen Zylinderblock 130, Zylinder 132, Kolben 134 und einen Zylinderkopf 136 auf. Die Zylinder 132, die Kolben 134 und der Zylinderkopf 136 bilden ein Brennraumvolumen aus, das je nach Kolbenposition variiert. Die Brennkraftmaschine 100 weist zusätzlich eine Verstellvorrichtung 140 auf, die dazu eingerichtet ist im Betrieb der Brennkraftmaschine 100 das Verdichtungsverhältnis in den Zylindern 132 einzustellen. Der Ansaugtrakt 110 der Brennkraftmaschine 100 weist eine Drosselklappe 150 auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ansaugluft 180, die den Zylindern 132 zugeführt wird, zu steuern. Der Ansaugtrakt 110 der Brennkraftmaschine 100 weist zusätzlich einen Saugrohrdrucksensor 160 auf, der in Strömungsrichtung der Ansaugluft 180 zwischen der Drosselklappe 150 und dem Zylinder 132 angeordnet ist. Der Saugrohrdrucksensor 160 der Brennkraftmaschine 100 ist dazu eingerichtet einen Druck der Ansaugluft 180 in dem Ansaugtrakt 110 zu messen. Diesbezüglich erfasst der Saugrohrdrucksensor 160 einen Messsignalverlauf. Der Abgastrakt 120 der Brennkraftmaschine 100 weist gemäß dieser Ausführungsform einen Abgasdrucksensor 170 auf. Der Abgasdrucksensor 170 ist dazu eingerichtet einen Druck eines Abgases 190, das in den Abgastrakt 120 strömt zu erfassen. Der Abgasdrucksensor 170 ist in Strömungsrichtung des Abgases 190 stromab der Zylinder 132 angeordnet. Der Abgasdrucksensor 170 erfasst zur Messung des Drucks des Abgases 190 in dem Abgastrakt 120 einen Messsignalverlauf. Die Brennkraftmaschine 100 aus 1 weist gemäß dieser Ausführungsform eine Steuereinheit 200 auf. Die Steuereinheit 200 weist eine Recheneinheit 210, einen Programmspeicher 220, einen Datenspeicher 230 und einen Fehlerspeicher 240 auf. Die Steuereinheit 200 ist dazu eingerichtet in Betrieb der Brennkraftmaschine 100 Messsignalverläufe des Saugrohrdrucksensors 160 und des Abgasdrucksensors 170 zu verarbeiten. Die Messsignalverläufe des Saugrohrdrucksensors 160 beziehungsweise des Abgasdrucksensors 170 sind dabei charakteristisch für den Druckverlauf der Ansaugluft 180 in dem Ansaugtrakt 110 beziehungsweise des Abgases 190 in dem Abgastrakt 120. Die Recheneinheit 210 der Steuereinheit 200 ist dazu eingerichtet die Messsignalverläufe auszuwerten. Diesbezüglich kann die Recheneinheit 210 Programme aus dem Programmspeicher 220 und/oder Daten aus dem Datenspeicher 230 heranziehen. Sofern die Recheneinheit 210 der Steuereinheit 200 einen Fehler in der Auswertung der Messsignalverläufe erkennt, kann sie einen Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 240 veranlassen. Die Steuereinheit 200 kann zusätzlich mittels einer Fehleranzeigevorrichtung 250 beispielsweise einem Fahrer eines Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine 100 einen Fehler anzeigen.
Die Steuereinheit 200 ist gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
Die Steuereinheit 200 ist gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet ein in 2 dargestelltes Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine 100 mit variablem Verdichtungsverhältnis auszuführen. Die 2 zeigt ein Blockschaltbild 300 eines solchen Verfahrens. Demgemäß ist die Steuereinheit 200 dazu ausgebildet aus einem Messsignalverlauf 310 einen Istwert 320 zu ermitteln. Der Messsignalverlauf 310 wird gemäß dieser Ausführungsform der Steuereinheit 200 aus dem Saugrohrdrucksensor 160 und dem Abgasdrucksensor 170 bereitgestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird aus dem Messsignalverlauf 310 ein Mittelwert 312 gebildet. Der Mittelwert 312 wird dabei während einer bestimmten Zeitspanne 370 gebildet. Aus dem gebildeten Mittelwert 312 wird anschließend der Istwert 320 ermittelt. Aus Betriebsparametern 360 der Brennkraftmaschine 100, wie beispielsweise einer Drehzahl oder einer Last, wird ein erwartetes Verdichtungsverhältnis 350 der Brennkraftmaschine 100 mit variablem Verdichtungsverhältnis erfasst, das bei der Istwertermittlung 320 berücksichtigt wird.
Aus den Betriebsparametern 360 wird zusätzlich ein erwartetes Verdichtungsverhältnis 350 ermittelt, womit ein Sollwert 340 bereitgestellt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird das erwartete Verdichtungsverhältnis 350 über die bestimmte Zeitspanne 370 gemittelt, woraus ein erwarteter Mittelwert 352 ermittelt wird, der bei der Bereitstellung des Sollwerts 340 einfließt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Sollwert 340 aus einer Sollwertdatenbank 340 bereitgestellt, wobei die Sollwertdatenbank 390 Sollwerte für unterschiedliche Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 100 und bei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen der Brennkraftmaschine 100 bereitstellt.
Der Istwert 320 wird mit dem Sollwert 340 verglichen, um zu überprüfen ob die Brennkraftmaschine 100 mit variablem Verdichtungsverhältnis ordnungsgemäß funktioniert. Der Vergleich 354 des Istwerts 320 mit dem Sollwert 340 wird gemäß einer Ausführungsform in der Recheneinheit 210 der Steuereinheit 200 ausgeführt. Der Vergleich 354 liefert ein Ergebnis 400 das gemäß einer Ausführungsform mit einem erwarteten Ergebnis 410 verglichen wird. Das erwartete Ergebnis 410 kann in dem Datenspeicher 230 der Steuereinheit 200 gespeichert und für die Auswertung des Ergebnisses 400 herangezogen werden. Zusätzlich wird gemäß dieser Ausführungsform ein Schwellenwert 380 bereitgestellt, der bei der Auswertung des Ergebnisses 400 herangezogen wird. Der Schwellenwert 380 kann ebenso in dem Datenspeicher 230 der Steuereinheit 200 hinterlegt sein und für die Auswertung des Ergebnisses 400 entsprechend herangezogen werden. Es wird beispielsweise erkannt, dass die Brennkraftmaschine 100 mit variablem Verdichtungsverhältnis nicht ordnungsgemäß funktioniert, wenn das Ergebnis 400 von dem erwarteten Ergebnis 410 um mehr als den Schwellenwert 380 abweicht. Sollte dies auftreten, kann ein Eintrag in den Fehlerspeicher 240 der Steuereinheit 200 erfolgen. Zudem kann erkannt werden, dass die Brennkraftmaschine 100 mit variablem Verdichtungsverhältnis ordnungsgemäß funktioniert, wenn das Ergebnis 400 des Vergleichs 354 des Istwerts 320 mit dem Sollwert 340 von dem erwarteten Ergebnis 410 um weniger als den Schwellenwert 380 abweicht.

Claims

Verfahren zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine (100) mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Brennkraftmaschine (100) eine Verstellvorrichtung (140) aufweist, die im Betrieb der Brennkraftmaschine (100) das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine (100) einstellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Erfassen eines Messsignalverlaufs (310) mit einem Saugrohrdrucksensor (160), der einem Ansaugtrakt (110) der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet ist, und/oder mit einem Abgasdrucksensor (170), der einem Abgastrakt (120) der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet ist, wobei der Messsignalverlauf (310) des Saugrohrdrucksensors (160) charakteristisch für einen Druckverlauf einer Ansaugluft (180) im Ansaugtrakt (110) ist und der Messsignalverlauf (310) des Abgasdrucksensors (170) charakteristisch für einen Druckverlauf eines Abgases (190) im Abgastrakt (120) ist; - Ermitteln eines Istwerts (320) mittels des erfassten Messsignalverlaufs (310), wobei der Istwert (320) charakteristisch für ein aktuell vorherrschendes Verdichtungsverhältnis (330) der Brennkraftmaschine (100) bei aktuell bestehenden Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist; - Bereitstellen eines Sollwerts (340), der charakteristisch für ein aktuell erwartetes Verdichtungsverhältnis (350) der Brennkraftmaschine (100) bei denselben Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist; - Vergleichen (352) des Istwerts (320) mit dem Sollwert (340) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine (100) mit variablem Verdichtungsverhä ltn is.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei aus dem Messsignalverlauf (310) ein Mittelwert (312) über eine bestimmte Zeitspanne (370) gebildet wird und der Mittelwert (312) bei der Ermittlung des Istwerts (320) herangezogen wird, und wobei der Sollwert (340) charakteristisch für einen erwarteten Mittelwert (352) des erwarteten Verdichtungsverhältnisses (350) über die bestimmte Zeitspanne (370) ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für den Vergleich (352) des Istwerts (320) mit dem Sollwert (340) ein Schwellenwert (380) bereitgestellt wird und erkannt wird, dass die Funktionsfähigkeit der Brennkraftmaschine (100) mit variablem Verdichtungsverhältnis fehlerhaft ist, wenn ein Ergebnis (400) des Vergleichs (352) des Istwerts (320) mit dem Sollwert (340) von einem erwarteten Ergebnis (410) um mehr als den Schwellenwert (380) abweicht.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sollwert (340) aus einer Sollwertdatenbank (390) bereitgestellt wird, die Sollwerte (340) für eine Vielzahl oder für alle erwarteten Verdichtungsverhältnisse (350) der Brennkraftmaschine (100) bei entsprechenden Betriebsparametern (360) bereitstellt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Istwert (330) mittels einer ermittelten Höhe von Druckschwingungen ermittelt wird, wobei die ermittelte Höhe von Druckschwingungen eine Differenz aus ermitteltem Maximum und ermitteltem Minimum des erfassten Messsignalverlaufs (310) basierend auf einer einzelnen Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine (100) bei aktuell bestehenden Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist, und wobei der Sollwert (340) aus einer erwartete Höhe von Druckschwingungen bereitgestellt wird, wobei die erwartete Höhe von Druckschwingungen eine Differenz aus erwartetem Maximum und erwartetem Minimum des erwarteten Druckverlaufs basierend auf der einzelnen Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine (100) bei denselben Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Sollwert (340) aus einer Sollwertdatenbank (390) bereitgestellt wird, die Sollwerte (340) für eine Vielzahl oder für alle erwarteten Höhen von Druckschwingungen von Kolbenbewegungen der Brennkraftmaschine (100) bei entsprechenden Betriebsparametern (360) bereitstellt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Messsignalverlauf (310) mit Hilfe einer Fourier-Analyse als eine Überlagerung von einer Vielzahl von mathematischen Funktionen angenähert wird, und wobei der Messsignalverlauf (310) als Messsignalverlauffunktion (312) aus der Überlagerung der Vielzahl der mathematischen Funktionen bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei aus der Messsignalverlauffunktion (312) dessen Phase und/oder Amplitude für das aktuell vorherrschende Verdichtungsverhältnis (330) der Brennkraftmaschine (100) bei aktuell bestehenden Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ermittelt wird und die ermittelte Phase und/oder die ermittelte Amplitude für die Ermittlung des Istwerts (320) herangezogen wird, und wobei der Sollwert (340) charakteristisch für eine erwartete Phase und/oder eine erwartete Amplitude bei denselben Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Sollwert (340) aus einer Sollwertdatenbank (390) bereitgestellt wird, die Sollwerte (340) für eine Vielzahl oder für alle erwarteten Phasen und/oder alle erwarteten Amplituden bei entsprechenden Betriebsparametern (360) der Brennkraftmaschine (100) bereitstellt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren bei einem Schubabschaltbetrieb der Brennkraftmaschine (100) ausgeführt wird.
Vorrichtung zur Überprüfung einer Funktionsfähigkeit einer Brennkraftmaschine (100) mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (200) aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.