DE102021133885A1

DE102021133885A1 - Plausibilisierung einer Funktion eines Sensors in einer Luftzuführung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102021133885A1
Application number: DE102021133885.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Grasreiner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Funktion eines Sensors in einer Luftzuführung eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern, aufweisend zumindest: Ermitteln eines Erwartungswerts für einen mittleren Zylinderdruck eines zu diagnostizierenden Zylinders während eines Diagnose-Zeitfensters aus einem Kennfeld; Ermitteln eines Druckänderungsbeitrags einer Zylinderbewegung während des Diagnose-Zeitfensters in Abhängigkeit von einer in Echtzeit ermittelten Drehzahldifferenz zwischen einer ersten Drehzahl zu Beginn des Diagnose-Zeitfensters und einer zweiten Drehzahl zu Ende des Diagnose-Zeitfensters; Ermitteln eines Plausibilisierungs-Saugrohrdrucks aus dem ausgelesenen Erwartungswert und dem ermittelten Druckänderungsbeitrag; Vergleichen des Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwerts mit einem, in dem Diagnose-Zeitfenster gemessenen, Saugrohrdruck-Messwert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Funktion eines Sensors in einer Luftzuführung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor, und einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug.
Sensoren und Aktuatoren zur Regelung vom Verbrennungsmotorenbetrieb unterliegen Alterung und Fehlfunktionen. Damit der Verbrennungsmotor alle gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich Emissionen und Verbrauch erfüllen kann, müssen seine Sensoren/Aktuatoren im Betrieb bzgl. korrekter Funktion geprüft werden.
Beispielsweise kann für den Saugrohrdrucksensor die Plausibilität nicht in allen Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors zufriedenstellend gut getestet werden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Plausibilitätsdiagnose des Saugrohrdrucksensors zu verbessern.
Jeder der unabhängigen Ansprüche bestimmt mit seinen Merkmalen einen Gegenstand, der diese Aufgabe löst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Plausibilisierung einer, insbesondere ordnungsgemäßen, Funktion eines Sensors in einer Luftzuführung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug angegeben. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf, die in der angegebenen oder einer anderen fachmännisch sinnhaften Reihenfolge durchlaufen werden können:

(S40) - Ermitteln, insbesondere Auslesen, eines Erwartungswerts für einen mittleren Zylinderdruck, insbesondere in dem identifizierten Zylinder, während eines Diagnose-Zeitfensters aus einem, insbesondere vorab befüllten und/oder in einem Speicher des Fahrzeugs hinterlegten, Kennfeld; und/oder
(S50) - Ermitteln eines Druckänderungsbeitrags der Zylinderbewegung, insbesondere in dem identifizierten Zylinder, während des Diagnose-Zeitfensters, in Abhängigkeit von einer, insbesondere hochauflösend, in Echtzeit ermittelten Drehzahldifferenz zwischen einer ersten Drehzahl zu Beginn des Diagnose-Zeitfensters und einer zweiten Drehzahl zu Ende des Diagnose-Zeitfensters; und/oder
(S60) - Ermitteln eines Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwerts aus dem ausgelesenen Erwartungswert und dem ermittelten Druckänderungsbeitrag; und/oder
(S70) - Vergleichen des Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwerts mit einem, in dem Diagnose-Zeitfenster gemessenen, Saugrohrdruck-Messwert.

Durch den Rückgriff auf eine hochaufgelöste Echtzeit-Drehzahlerfassung im Fahrzeug kann der Saugrohrdruck ohne eine Zerlegung (sprich ohne Werkstattaufenthalt) und ohne redundante Druckmesstechnik (sprich ohne Zusatzkosten) regelmäßig im regulären Fahrbetrieb plausibilisiert werden.
Bisher konnte der Saugrohrdruck mit vorbekannten Mitteln nur im „kalten und ausgeglichenen“ Stillstand plausibilisiert werden (sprich dort, wo andere Sensoren das gleiche Ergebnis zeigen, bspw. Umgebungsdrucksensor, Kurbelgehäusedrucksensor, Ladedrucksensor, etc.). Im Motorbetrieb weichen mit vorbekannten Mitteln die restlichen Druckwerte von dem Saugrohrdruck ab, der mit der eigentlichen Sensorik gemessen wird. Eine Plausibilisierung im Fahrbetrieb war damit nicht sinnvoll möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor angegeben, das ein Steuermittel aufweist, welches dazu eingerichtet ist, insbesondere mittels eines Verfahrens gemäß einer Ausführung der Erfindung, ermittelte und/oder in einem Speicher, insbesondere einem nicht-flüchtigen Speicher, abgelegte, Abweichungen des gemessenen Saugrohrdruck-Messwerts von dem ermittelten Plausibilisierungs-Saugrohrdruck und/oder i.O.- bzw. n.i.O.-Signale zu der ermittelten Abweichung, zu übergeben (I) an eine Diagnosekomponente des Motorsteuergeräts für weitere Onboard-Diagnosefunktionen, und/oder (II) an eine Steuerkomponente des Motorsteuergeräts für eine Echtzeitregelung von Funktionen des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung und/oder dem dazu ermittelten Signal, und/oder (III) an einen Werkstatt-Tester, der dann bei Überschreiten der Abweichungsschranken eine Überprüfung und einen Tausch des Sensors anweisen kann, und/oder (IV) eine Cloudspeicherung, insbesondere mit nachgelagerter Verfolgung und Auswertung von regelmäßig aufgenommenen Abweichungswerten, um damit einer Fehlfunktion vorausgehend Handlungsanweisungen wie eine Überprüfung oder den Tausch des Sensors zu empfehlen, insbesondere im Rahmen eines anzuweisenden Werkstattaufenthalts, wobei diese Anweisung insbesondere für den Fahrer bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführung weist das Motorsteuergerät einen nichtflüchtigen Speicher auf, wobei das Motorsteuergerät dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere, insbesondere zu einem bzw. unterschiedlichen Diagnosezeitpunkten ermittelte, Abweichungen und/oder Signale in dem nichtflüchtigen Speicher abzulegen.
Gemäß einer Ausführung ist das Motorsteuergerät dazu eingerichtet, in dem Speicher abgelegte Abweichungen und/oder Signale an einen Offboardrechner für Offline-Diagnosefunktionen zu übergeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird offenbart ein Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern und einem Motorsteuergerät gemäß einer Ausführung der Erfindung, wobei der Verbrennungsmotor insbesondere einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder acht Zylinder aufweist und/oder als Otto- oder Diesel-Viertakt- oder Wankelmotor ausgebildet ist. Ein typisches Einsatzgebiet der Erfindung sind beispielsweise Vierzylinder-Otto- oder -Diesel-Motoren.
Die Erfindung ist wegen der zeitgleichen Wechsel zwischen den einzelnen Takten der verschiedenen Zylinder in besonders einfacher Weise ausführbar bei einem, insbesondere als Viertakter ausgebildeten, Verbrennungsmotor mit vier Zylindern. Natürlich sind gemäß anderer Ausführungen auch andere Zylinderzahlen möglich.
Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass mit bekannten Verfahren der Saugrohrdruck nur sinnvoll in einem „kalten und ausgeglichenen“ Betriebszustand des Verbrennungsmotors plausibilisiert werden kann, sprich in Betriebszuständen, in welchen weitere verwendete Sensoren das gleiche Ergebnis zeigen, bspw. Umgebungsdrucksensor, Kurbelgehäusedrucksensor, Ladedrucksensor, etc.). Bei bekannten Verfahren weichen in realen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors während des Fahrbetriebs die restlichen Druckwerte vom Saugrohrdruck ab.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht eine verbesserte Plausibilitätsdiagnose des Saugrohrdrucksensors auch im Fahrbetrieb mit Hilfe bereits vorhandener und für den Betrieb notwendigen Messwerte.
Die Erfindung basiert nun gemäß einer Ausführung unter anderem auf der Idee, einen Druckänderungsbeitrag einer Drehzahländerung der Kurbelwelle aus einem in Echtzeit hochaufgelöst erfassten Drehzahlsignal zu ermitteln und über ein Kennfeld in Relation zu einem Erwartungswert für einen Zylinderdruck in dem vorherrschenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu setzen.
Wenn diese beiden Druckwerte genau genug ermittelt werden - der eine ausgemessen und berechnet und der andere bei Tests während der Entwicklungsphase festgeschrieben und dann ausgelesen - ergibt ihre Differenz die Abweichung vom zu erwartenden Saugrohrdruck. Gemäß einer Ausführung wird die nötige Genauigkeit erreicht, in dem die Berechnung nur innerhalb eines „standardisierten“ Motorbetriebs in Niedrigdrehzahl durchgeführt wird. Eine niedrige Drehzahl hat hier den Vorteil, dass die Einflüsse der Gaskompression auf den Zylinderdruck die Einflüsse der Kolbenreibung überwiegen. Darüber hinaus können die strömungsbedingten Gasreibungen verringert werden. In der Zeit der Ventilöffnung kann besser ein Druckausgleich zwischen Saugrohrdruck und Zylinderdruck erfolgen, d.h. der Zylinderdruck folgt bei Niedrigdrehzahl besser dem Saugrohrdruck.
Für die Ermittlung der Drehzahlentwicklung der Kurbelwelle ist gemäß der Ausführung ein Zeitfenster direkt vor einer Zündung eines Zylinders zu identifizieren, welches keinen wesentlichen Aufbau von Vortriebsdrehmoment beinhaltet, d.h. dass sich die Kurbelwelle dann im Wesentlichen allein durch Massenträgheit weiterdreht. In diesem Zeitfenster wird dann beispielsweise der Drehzahleinbruch (beispielsweise Beginn Zeitfenster vs. Ende Zeitfenster) identifiziert. Dieser setzt sich aus Reibungsverlusten der Mechanik und der Kolbenbremsung durch die Gaskompression zusammen.
Wie vor allem die Berechnung aus der Drehzahlerfassung ausreichend genau möglich ist, ist zu einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Beschreibung der Figuren im Detail erläutert.
Insbesondere soll der Saugrohrdruck ohne Zerlegung (Werkstatt nötig) und redundante Druckmesstechnik (erhöhte Kosten pro Verbau) regelmäßig im regulären Fahrbetrieb plausibilisiert werden können. Vorhandene Sensorik am Motor soll onboard und/oder online benutzt werden für Plausibilisierung/Funktionsprüfung und das Diagnoseergebnis für weitere Verarbeitung im Fahrzeug direkt oder auch abseits für die Remoteanalyse bzw. in der Werkstatt zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: (S10) - Identifizieren eines Standard-Niedrigdrehzahl-Betriebszustands der Brennkraftmaschine während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs.
Damit wird der Aufwand für die Befüllung des Kennfeldes für die Erwartungswerte mittlerer Zylinderdrücke für verschiedene Zylinder-Betriebsfälle in einem überschaubaren Rahmen gehalten.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: (S20) - Bestimmen eines Diagnose-Zeitfensters innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs zwischen den Zündzeitpunkten zweier aufeinanderfolgend gezündeter Zylinder, innerhalb welchem ein Einfluss eines Drehmoments aus einer Verbrennung innerhalb eines der Zylinder, insbesondere für die Zwecke des Verfahrens, vernachlässigbar ist.
Das ermöglicht eine Auswertung der hoch aufgelöst in Echtzeit erfassten Drehzahlentwicklung der Kurbelwelle. Denn solange die Drehmomenten aus einer Zündung in einem der Zylinder nur eine untergeordnete Rolle spielen, ergibt sich diese Drehzahlentwicklung - insbesondere also eine Änderung der Drehzahl - insbesondere aus den Druckverhältnissen in den Zylindern. Im Umkehrschluss ist es also näherungsweise möglich, aus einer bekannten Drehzahlentwicklung über einen bestimmten Kurbelwinkelbereich auf Druckverhältnisse in einem Zylinder rückzuschließen. Die Aussagegenauigkeit dieses Rückschlusses steigt mit der Größe des betrachteten Diagnosefensters ebenso wie mit dem Grad der Abwesenheit von Drehmomenten aus Zündungen im Zylinder.
Gemäß einer Ausführung wird daher ein relativer Schwellenwert von beispielsweise 5 oder 10 % eines maximalen Drehmomentbeitrags durch eine Zündung im Zylinder als drehmomentfrei im Sinne der Erfindung angesehen und/oder das Diagnosefenster auf denjenigen Kurbelwinkel-Bereich vor einem zum Zeitpunkt eines identifizierten Zylinders gesetzt, in welchem diese Bedingung zutrifft.
Gemäß einer Ausführung beinhaltet das Diagnose-Zeitfenster einen Kurbelwinkelberiech von einer Öffnung der Einlassventile eines identifizierten Zylinders bis kurz vor einem Beginn einer Drehzahlsteigerung aufgrund der Zündung des nächsten, zur Zündung anstehenden Zylinders, insbesondere also einen Kurbelwinkelbereich zwischen 340° Kurbelwinkel und 370° Kurbelwinkel (bezogen auf den Ladungswechsel-Oberen-Totpunkt des identifizierten Zylinders bei 360°).
Ein solcher Kurbelwinkelbereich ohne Wärmefreisetzung wird vorliegend auch als Drehmomentloch bezeichnet, weil in einem solchen Kurbelwinkelbereich insbesondere höchstens ein für die Zwecke der Erfindung vernachlässigbares Vortriebsmoment an die Kurbelwelle übertragen wird.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: (S21) - Bestimmen des/eines Diagnose-Zeitfensters zwischen einem Öffnen wenigstens eines Einlassventils des zu diagnostizierenden Zylinders einerseits und andererseits einer Kurbelwellenposition, zu welcher aufgrund eines, auf das Öffnen des Einlassventils folgenden, Zündens eines weiteren Zylinders ein erneuter Drehzahlanstieg beginnt, insbesondere verursacht durch einen Drehmomentbeitrag dieser Zündung. Näherungsweise kann der Beginn des erneuten Drehzahlanstiegs gleichgesetzt werden mit einem Beginn eines relevanten Drehmomentbeitrag dieser Zündung, insbesondere über einen Drehmomentbeitrags-Schwellenwert hinaus.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: - Bestimmen des/eines Diagnose-Zeitfensters zwischen einem Öffnen wenigstens eines Einlassventils und einem darauffolgenden Zündzeitpunkt eines Zylinders.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: (S30) - Identifizieren eines Zylinders, welcher sich zu Beginn des Diagnose-Zeitfensters in einem Ausschiebetakt befindet. Auf diese Weise kann ein großes Diagnosefenster - insbesondere im Sinne eines noch verbleibenden Kurbelwinkelbereichs bis zur Zündung in diesem Zylinder - erreicht werden.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren die Schritte auf: (S80) - Ermitteln einer Abweichung des gemessenen Saugrohrdruck-Messwerts von dem ermittelten Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwert; und/oder (S90) - Vergleichen der ermittelten Abweichung mit einem, insbesondere vorbestimmten, Abweichungsfenster. Damit kann eine Aussage über die weitere Verwendbarkeit des Sensors ohne einen Austausch oder eine anderweitige Abhilfe des identifizierten Messfehlers getroffen werden. Gemäß einer Ausführung beinhaltet das Abweichungsfenster Abweichungen bis zu ±15% oder besser.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren den Schritt auf: (S100) - Bereitstellen eines i.O.-Signals („in Ordnung“), falls die ermittelte Abweichung im Abweichungsfenster liegt, andernfalls Bereitstellen eines n.i.O.-Signals („nicht in Ordnung“). Damit kann das Ergebnis der Plausibilisierung nach einer einfachen Logik weiterverwendet werden, nach der entweder weiterer Handlungsbedarf identifiziert wird oder die korrekte Funktionserfüllung des Sensors bestätigt wird.
Gemäß einer Ausführung wird eine ermittelte Abweichung und/oder ein i.O.- bzw. n.i.O.-Signal zu der ermittelten Abweichung (i) in einem Fehlerspeicher hinterlegt, und/oder (ii) in einem Motorzustand-Überwachungssystem hinterlegt, und/oder (iii) als Kontrollmeldung für einen Fahrzeuginsassen angezeigt.
Um die bezogen auf die mittlere Drehzahl der Kurbelwelle kleinen Abweichungen durch Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors ausreichend genau erfassen zu können, wird gemäß einer Ausführung die Drehzahlentwicklung mit einer echtzeitfähigen Samplingqualität ermittelt. Insbesondere ist vorliegend die Rede von einer echtzeitfähigen Samplingqualität, wenn die Größe - hier die Drehzahl - mit einer Samplingzeit von ca. 1ms oder kleiner, insbesondere laufend und/oder pausenlos, ermittelt wird.
Um eine möglichst recheneffiziente Durchführung des Verfahrens zu unterstützen, wird gemäß einer Ausführung zur Ermittlung der Drehzahlentwicklung eine Drehzahldifferenz aus einem Drehzahlwert zu Beginn des Diagnose-Zeitfensters und einem Drehzahlwert zu Ende des Diagnose-Zeitfensters berechnet.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren:

1 a-c zeigt in schematischen Ansichten einen Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung, wobei in 1a die Einbauumgebung des Verbrennungsmotors, in 1b relevante Parameter sowie in 1c Drehmomentbeiträge an dem Kurbeltrieb des Verbrennungsmotors über die Zeit dargestellt sind.
2 zeigt ein Schaubild mit einem Diagramm einer Drehzahlentwicklung eines Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors nach 1 und einer Darstellung der Takte der einzelnen Zylinder.
3 zeigt ein vergrößertes Detail aus dem Diagramm nach 2.
4 zeigt exemplarisch die Erfassung der Druckgrößen für die Saugrohrdruckplausibilisierung.
5 zeigt schematisch in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.

In 1a ist der Verbrennungsmotor 1 in einer detaillierteren Schemaansicht dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 weist die Zylinder Z1, Z2, Z3 und Z4 auf, wobei alle Zylinder Z ihren Drehmomentbeitrag M an einer Kurbelwelle eines Kurbeltriebs KT bereitstellen. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Luftzuführung mit einem Saugrohr 9 und einem Luftsammler auf (vorliegend gemeinsam als Saugrohr 9 bezeichnet, weil für die Zwecke der beschriebenen Erfindung und ihrer Ausführungen die Differenzierung wegen des gleichen Druckniveaus in den Luftführungen beider Teile irrelevant ist).
In dem Saugrohr 9 ist ein Drucksensor 5 zur Messung eines im Saugrohr vorliegenden Saugrohrdrucks p_saug.mess angeordnet.
Der Verbrennungsmotor 1 weist zusätzlich ein Motorsteuergerät 200 nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung auf, das ein Steuermittel 2 und eine Recheneinheit 4 aufweist. Das Motorsteuergerät 200 weist ferner eine Drehzahl-Erfassungseinheit 6 sowie eine Zylinderdruck-Ermittlungseinheit 7 für die Referenzdrücke aus Umgebung und Luftsammler bzw. Kurbelgehäuse aufweist. In der Zylinderdruck-Ermittlungseinheit 7 ist ein Kennfeld hinterlegt, das (z.B. während der Entwicklung des Fahrzeugs) mit experimentell und/oder simulativ mit Erwartungswerten für einen mittleren Zylinderdruck in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkelbereich und in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors befüllt wurde.
Das Motorsteuergerät 200 weist zudem eine Zylindervolumen-Ermittlungseinheit und eine Zylindertemperatur-Ermittlungseinheit auf und kann auf Messwerte aller Lambdasonden des Verbrennungsmotors 1 zugreifen.
Der 1b ist unter anderem zu entnehmen, dass in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zylinderdruck p jeder Zylinder Z zyklisch einen Drehmomentbeitrag M an den Kurbeltrieb KT anlegen kann. Die Gesamtheit der Drehmomentbeiträge resultiert in einer zeitlich veränderlichen Drehzahl n einer Kurbelwelle des Kurbeltriebs KT.
Der Referenzdruck p kann mittels der Zylinderdruck-Ermittlungseinheit 7, die momentane Drehzahl n mittels der Drehzahl-Erfassungseinheit 6 und ggf. der Recheneinheit 4 des Motorsteuergeräts 2 ermittelt werden.
In 1c ist ein Diagramm einer Drehmomententwicklung M_ges mit einem exemplarischen Drehmomentverlauf 10 am Kurbeltrieb KT bei Normalbetrieb über den Kurbelwinkel KW dargestellt. Ersichtlich ist, dass der Drehmomentbeitrag M alternierend von unterschiedlichen Zylindern Z kommt. In der Darstellung ist ein Drehmoment-Grenzwert 14 eingezeichnet, der insbesondere willkürlich festgelegt ist und bestimmt, unterhalb welches Drehmoments ein Drehmomentbeitrag eines Zylinders als unwesentlich gilt, sodass dann eine Vortriebslücke 12 im Sinne der Erfindung, innerhalb welcher ein Einfluss eines Drehmoments aus einer Verbrennung innerhalb eines der Zylinder vernachlässigbar ist, vorliegt. Dies entspricht dem intermittierenden Betrieb der Kraftmaschine. Folglich kann eine Vortriebslücke 12 im Sinne der Erfindung identifiziert werden, wenn zu einem bestimmten Zeitintervall die Drehmomentbeiträge jedes Zylinders unterhalb des Grenzwerts 14 sind.
In der Darstellung der 1 c ergeben sich leicht unterschiedlich lange Vortriebslücken 12. Innerhalb dieser Vortriebslücken 12 kann insbesondere jeweils ein Diagnose-Zeitfenster 112 festgelegt werden, das den gesamten Zeitraum der Vortriebslücke oder einen Teil davon umfassen kann.
In 2 ist eine Skizze eines beispielhaften Diagramms 150 einer Drehzahlentwicklung 101 eines Viertakter-Zyklus (= ein Arbeitsspiel (ASP): oberer Totpunkt Ladungswechsel (LOT) → Einlass → unterer Totpunkt (UT) → Ventilschluss und Verdichtung → oberer Totpunkt Zündung (ZOT) → Expandieren → UT → Auslass) des Verbrennungsmotors 1 dargestellt.
Das Ablaufdiagramm 150 zeigt den Verlauf 101 der Motordrehzahl n über ein Arbeitsspiel (ASP) eines 4-Zylinder-Ottomotors. Markiert sind die Zündzeitpunkte (ZZP) sowie ein beispielhaft mögliches Diagnose-Zeitfenster 112 für einen zu diagnostizieren Zylinder Z1 in der Verdichtungsphase. Darunter sind die zugehörigen Arbeitstakte der Zylinder Z1-Z4 abgebildet.
Dieses Beispiel eines Vierzylinders zeigt auf, welcher Bereich 112 der Kurbelwinkelskala für die Ladungswechseldiagnose genutzt werden kann. Das Diagnose-Zeitfenster 112 beginnt für den zu diagnostizierenden Zylinder Z1 zum Ende des Auslasstaktes, kurz nachdem die Einlassventile geöffnet wurden, und zudem eine Vortriebslücke vorliegt (vgl. Grenzwert 14 in 1c).
Das Diagnose-Zeitfenster 112 muss insbesondere so gewählt werden, dass der letzte Arbeit leistende Zylinder keine Beschleunigung der Kurbelwelle mehr erzielt und der nächste Arbeit leistende Zylinder noch nicht gezündet hat. Damit ergibt sich das späteste Ende des Diagnose-Zeitfensters 112 kurz vor der Zündung des nächsten Zylinders, hier Z4.
Im Ausführungsbeispiel umfasst das Diagnose-Zeitfenster ein Zeit-/Kurbelwinkel-Intervall von kurz nach einem Öffnen der Einlassventile des zu diagnostizierenden Zylinders Z1 bis kurz vor einer Zündung des nachfolgend zur Zündung vorgesehenen Zylinders Z4. Die Grenzen sind abhängig von einem anliegenden Motorbetriebspunkt und können flexibel auf diesen adaptiert werden. Die dynamische Anpassung der Grenzen des Diagnosezeitfensters 112 ist auch für den dynamischen Fahrbetrieb in Abhängigkeit von Randbedingungen wie einem Zünd-Kurbelwinkel oder einem Einlass- und/oder Auslass-Ventilöffnungs-Kurbelwinkel eines oder mehrerer Zylinder möglich.
Im Ausführungsbeispiel wird daher das Diagnose-Zeitfenster 112 festgelegt zu 340°KW bis 370°KW, bezogen auf eine Kurbelwinkelangabe des Zylinders Z1. In der Darstellung der 1c und 2 - die sich auf den gesamten Verbrennungsmotor mit vier Zylindern bezieht, entspricht dieser Kurbelwinkelwert -20° bis +10° vor oberem Totpunkt des Ladungswechsels von Zylinder Z1 (LOT). Nachfolgend ist nur von 340°KW bis 370°KW die Rede.
In 3 ist das Detail X aus 2, also die Drehzahlentwicklung 101 über den Kurbelwinkel KW während des Diagnose-Zeitfensters 112 mit den Grenzpunkten P1 und P2 des Diagnose-Zeitfensters von Zylinder Z1 eingetragen. Zum Punkt P1 herrscht im diagnostizierten Zylinder Z1 der Druck _P1, zum Punkt P2 der Druck p₂. Der jeweilige Zylinderdruck ist wiederum abhängig von der Drehzahl n₁ bzw. n₂, die zu dem jeweiligen Punkt (=Kurbelwinkel) vorliegt.
Die 2 bis 5 erläutern ein Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Verfahren zur Plausibilisierung von Messwerten des Saugrohrdruck-Sensors 5 des Verbrennungsmotors 1 im Fahrbetrieb mit Hilfe der Kurbelwellendrehzahl n des Kurbelwellentriebs KT.
In 5 sind Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens dargestellt und nachfolgend beschrieben; 4 zeigt Zusammenhänge zwischen verschiedenen gemessenen und/oder anders ermittelten Druckkenngrößen, die in verschiedenen Verfahrensschritten eine Rolle spielen:

(Verfahrensschritt S10) Identifizieren eines Standard-Niedrigdrehzahl-Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs.
(Verfahrensschritt S20/S21) Bestimmen eines Diagnose-Zeitfensters 102 innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs mit einem vernachlässigbaren Einfluss eines Drehmoments aus einer Verbrennung innerhalb eines der Zylinder und zwischen einem Öffnen wenigstens eines Einlassventils des zu diagnostizierenden Zylinders (Startpunkt P1) einerseits und andererseits einer Kurbelwellenposition (Endpunkt P2), zu welcher aufgrund eines Zündens eines weiteren Zylinders Z4 (zu einem Zündzeitpunkt ZZP4) ein erneuter Drehzahlanstieg beginnt.
(Verfahrensschritt S30) Identifizieren eines zu diagnostizierenden Zylinders Z1, welcher sich zu Beginn des Diagnose-Zeitfensters 112 in einem Auslasstakt (vergleiche 2 unten) befindet.
(Verfahrensschritt S40) Ermitteln eines Erwartungswerts p*_zyl,_diag für einen mittleren Zylinderdruck des zu diagnostizierenden Zylinders Z1 während des Diagnose-Zeitfensters 112 aus einem Kennfeld, das im Motorsteuergerät 200 hinterlegt ist.
(Verfahrensschritt S50) Ermitteln eines dynamischen Druckänderungsbeitrags Δp_zyl,dyn der Zylinderbewegung während des Diagnose-Zeitfensters 112 in Abhängigkeit von einer in Echtzeit ermittelten Drehzahldifferenz n1-n2 zwischen einer ersten Drehzahl n1 zu Beginn P1 des Diagnose-Zeitfensters 112 und einer zweiten Drehzahl n2 zu Ende P2 des Diagnose-Zeitfensters 112.
(Verfahrensschritt S60) Ermitteln eines Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwerts p_saug aus dem ausgelesenen Erwartungswert p*_zyl,diag und dem ermittelten dynamischen Druckänderungsbeitrag Δp_zyl,dyn, vorliegend beispielsweise mittels einer Differenzwertbildung.
(Verfahrensschritt S70) Vergleichen des Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwerts p_saug mit einem, in dem Diagnose-Zeitfenster gemessenen, Saugrohrdruck-Messwert p_saug,mess.
(Verfahrensschritt S80) Ermitteln einer Abweichung Δ_plausdes gemessenen Saugrohrdruck-Messwerts p_saug,mess von dem ermittelten Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwert p_saug, vorliegend beispielsweise mittels einer Quotientenbildung.
(Verfahrensschritt S90) Vergleichen der ermittelten Abweichung mit einem insbesondere vorbestimmten Abweichungsfenster [0,85 p_saug; 1,15 p_saug], vorliegend bestimmt zu p_saug ± 15%.
(Verfahrensschritt S100) Bereitstellen eines i.O.-Signals, falls die ermittelte Abweichung im Abweichungsfenster liegt, andernfalls Bereitstellen eines n.i.O.-Signals.

Im Ausführungsbeispiel sind verschiedene Möglichkeiten zur Nutzung der ermittelten Abweichung Δ_plausdes gemessenen Saugrohrdruck-Messwerts p_saug,mess von dem ermittelten Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwert p_saug für Onboard-Diagnose 204 und/oder Offboard-Diagnose 208 und/oder Regelungsaufgaben 206 mittels der Motorsteuerung 2 vorgesehen (vgl. 6).
Dazu wird kontinuierlich im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs die ermittelte Abweichung in einem nichtflüchtigen Speicher 202 des Motorsteuergeräts 200 abgelegt bzw. zur weiteren Nutzung hinterlegt. Wenn beispielsweise zur Mittelwertbildung für jeden Zylinder Z in regelmäßigen Abständen gemäß der beispielhaften Ausführung die Abweichung ermittelt und damit die gemessenen Saugrohrdruck-Sensorwerte des Sensors 5 plausibilisiert werden, wird in dem Speicher 202 der Abweichungswert und/oder das jeweils zugehörige i.O./n.i.O.-Signal abgespeichert - insbesondere mit Zeitstempel und/oder Ausgangswerten für die Ermittlung und/oder Angabe des diagnostizierten Zylinders, beispielsweise Z1.
Die abgespeicherten Abweichungswerte und/oder das jeweils zugehörige i.O./n.i.O.-Signal können in Echtzeit, d.h. insbesondere sofort im Fahrbetrieb, beispielsweise einer Online-Diagnosekomponente 204 und/oder einer Motorregelung 206 der Motorsteuerung 2 bereitgestellt werden. Auch können die Abweichungswerte und/oder das jeweils zugehörige i.O./n.i.O.-Signal zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in der Werkstatt, einem Offboard-Diagnoserechner 208 zur Verfügung gestellt werden.
Nachfolgend ist zu dem Verfahrensschritt S50 - unter anderem anhand der Darstellungen der 2 bis 4- detailliert erläutert, wie der dynamische Druckänderungsbeitrags Δp_zyl,dyn der Zylinderbewegung während des Diagnose-Zeitfensters 112 in Abhängigkeit von einer in Echtzeit ermittelten Drehzahldifferenz n₁-n₂ zwischen einer ersten Drehzahl n1 zu Beginn P1 des Diagnose-Zeitfensters 112 und einer zweiten Drehzahl n₂ zu Ende P2 des Diagnose-Zeitfensters 112 im Ausführungsbeispiel ermittelt wird.
Wie der dynamische Druckänderungsbeitrags Δp_zyl,dyn der Zylinderbewegung ermittelt wird, kann der nachfolgenden Beschreibung zu den Gleichungen (1) bis (17) entnommen werden, wobei aus dem bestimmten Diagnosezeitfenster (siehe Erläuterungen zu den 2 und 3) resultiert, dass φ₁ zunächst dem Kurbelwinkel KW=340° von P1 und φ₂ dem Kurbelwinkel KW=370° von P2 entspricht. Entsprechend gilt im gezeigten Ausführungsbeispiel Δp_zyl,dyn= Δp_{zyl,dyn,340-370}.

Die Ermittlung des dynamische Druckänderungsbeitrags Δp_zyl,dyn basiert auf einer Druckbilanzierung des diagnostizierten Zylinders Z1 auf Basis des gemessenen Drehzahlverlaufs:

\frac{d}{d t} (\frac{1}{2} \cdot J_{0} \cdot ω^{2}) = (M_{t a n} - M_{R} - M_{L}) \cdot ω

Formelzeichen	Bedeutung
J₀, J	Allg. / anteiliges Massenträgheitsmoment
φ	Winkelstellung der Kurbelwelle
ω	Winkelgeschwindigkeit
M_tan	Moment durch Gaskraft im Zylinder und oszillierender Massenkraft
M_R	Moment durch Reibungsverluste
M_L	Moment durch Lastabnahme
M_M	Anteiliges Moment durch rotatorische Massenträgheit
n_mot	Aktuell anliegende Motordrehzahl

Durch Differentation, Substitution und Einführung eines Massenmoments (Aufteilung der Trägheitsanteile) ergibt sich die Gleichung: $J \cdot \dot{ω} = \sum_{i} M_{i} = M_{t a n} - M_{R} - M_{L} - M_{M}$
Teilt man die Gleichung sinnvoll auf in einen „Gleichanteil“ und einen „Wechselanteil“ so erhält man folgende Subgleichungen:

„Gleichanteil“: $\bar{M_{t a n}} = \bar{M_{R}} - \bar{M_{L}}$

Die Bilanzierung des Gleichanteils geht von einem stationären Betriebspunkt aus. Das mittlere bereitgestellte Moment hält die mittlere Drehzahl konstant, weil es korrespondiert mit den Momentenforderungen aus Last und Reibung.

„Wechselanteil“: $J \cdot \dot{ω} = \tilde{M_{t a n}} - \tilde{M_{R}} - \tilde{M_{M}}$

Eine Umwandlung von zeitbasierter Ableitung zur kurbelwinkelbasierter Differenzenbildung erfolgt mit Hilfe des Zusammenhangs $ω = \frac{d φ}{d t} = π \cdot \frac{n_{m o t}}{30} per$
$\dot{ω} \approx {(\frac{π}{30})}^{2} \cdot n m o t \cdot \frac{Δ n m o t}{Δ φ}$

Die entscheidenden Größen aus Gleichung (1) werden für die Auswertung weiter detailliert. Der Zusammenhang für das resultierende Moment aus der innerzylindrischen Gaskraft und der ergibt sich zu:

\tilde{M_{t a n}} = [A_{K} \cdot [p_{z y l} (φ) - p_{0}] - m_{o s z} \cdot \ddot{s} (φ)] \cdot r_{K} \cdot \frac{sin (φ + β)}{cos β}

Formelzeichen	Bedeutung
A_K	Kolbendeckfläche = const.
r_K	Wirkradius der Kurbelwelle entspricht halben Hub = const.
l_Pl	Pleuellänge = const.
m_osz	Oszillatorische Massenteil entspricht Kolbenbaugruppe und anteiliger Pleuelmasse = const.
p_zyl	Im Zylinder vorherrschender Druck
p₀	Referenzdruck, Kurbelgehäusedruck
β(_φ)	Pleuelschwenkwinkel in Abhängigkeit der Kurbelwinkelstellung
s̈(φ)	Kolbenbeschleunigung in Abhängigkeit von der Kolbenstellung

Eine weitere Detaillierung der variablen Faktoren aus Gleichung (3) ergibt: $\ddot{s} (φ, \dot{φ}, \ddot{φ}) = r_{k} \cdot \ddot{φ} \cdot sin φ + r_{k} \cdot {\dot{φ}}^{2} \cdot cos φ + \frac{r_{K}}{2} \cdot \ddot{φ} \cdot λ_{P i} \cdot sin (2 \cdot φ) + r_{K} \cdot {\dot{φ}}^{2} \cdot λ_{P l} \cdot cos (2 \cdot φ)$
Unter der Annahme einer konstanten mittleren Drehzahl n_mot vereinfacht sich der Zusammenhang für die Kolbenbeschleunigung zu: ${\ddot{s}}_{r e d} (φ, \dot{φ}) = r_{K} \cdot {\dot{φ}}^{2} \cdot (cos φ + λ_{p l} \cdot cos (2 φ))$
Die Annahme führt zu einem Fehler, der vernachlässigt werden kann. Der Einfluss der Winkelbeschleunigung hat über das gesamte Kennfeld eine vernachlässigbar kleine Abweichung zur Folge. $β (φ) = arcsin (λ_{P l} \cdot sin φ)$
Schubstangenverhältnis $λ_{P l} = \frac{r_{K}}{l_{P l}}$
$p_{z y l} = {\bar{p}}_{z y l}$
Bezug zum Umgebungsdruck $p_{0} = p_{u m g}$
oder wie im Weiteren auch genutzt der
Bezug zum Saugrohrdruck $p_{0} = p_{s a m m} = p_{u m g} - D P S$
wobei DPS für den Unterdruck (Druckdifferenz) im Saugrohr steht.
Das Reibmoment aus Gleichung (1) kann verschiedenartig dargestellt werden. Es kann entweder ein Modell eingeführt werden, welches Messdaten für einen bestimmten Betriebspunkt der Diagnose widerspiegelt. Ein zielführender Ansatz hierbei wäre eine funktionale Verknüpfung des Terms mit der Drehzahl, der Last und der Öltemperatur.
Im Folgenden wird allerdings davon ausgegangen, dass die Diagnose in fest definierten Stationärlastpunkten durchgeführt wird. Dadurch lässt sich das mittlere Reibmoment für diesen Lastpunkt als unveränderlich annehmen. $\tilde{M_{R}} = c o n s t .$
Der gleiche Ansatz wird ebenfalls für das mittlere anteilige Moment durch rotatorische Massenträgheit und das Massenträgheitsmoment genutzt. $\tilde{M_{M}} = c o n s t .$
$J = c o n s t .$
Eine geeignete Wahl von Diagnosekonstanten im stationären Betriebspunkt erlaubt eine einfache Applikation der Parameter im Nachhinein.
Die Auflösung von Gleichung (1) nach dem Gasmoment ergibt: $\tilde{M_{t a n}} = J \cdot \dot{ω} + \tilde{M_{R}} + \tilde{M_{M}}$
Nach Einsetzen der Zusammenhänge aus Gleichungen (9) bis (11) kann man auf folgende Vereinfachung mit der Applikationskonstante K_RM schlussfolgern: $\tilde{M_{t a n}} = J \cdot \dot{ω} + K_{R M}$
Applikation der Diagnose:
In 3 ist das Detail X aus 2, also die Drehzahlentwicklung 101 über den Kurbelwinkel KW während des Diagnose-Zeitfensters 112 mit den Messpunkten P1 und P2 in der Ausschiebephase von Zylinder Z1 eingetragen. Zum Punkt P1 herrscht im Zylinder der Druck P₁, zum Punkt P2 der Druck p₂.
Der Gradient der Winkelgeschwindigkeit aus Gleichung (2) wird erweitert. Die zu ermittelnde Drehzahl muss dabei gemittelt werden und Konstanten werden wieder gekennzeichnet. $\dot{ω} \approx {(\frac{π}{30})}^{2} \cdot \bar{n_{m o t}} \cdot \frac{Δ n_{m o t}}{Δ φ}$
$\dot{ω} \approx {(\frac{π}{30})}^{2} \cdot \frac{n_{m o t_{2}} + n_{m o t_{1}}}{2} \cdot \frac{n_{m o t_{2}} - n_{m o t_{1}}}{φ_{2} - φ_{1}}$
$\dot{ω} \approx \frac{1}{2} \cdot {(\frac{π}{30})}^{2} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}}$
$\dot{ω} \approx K_{ω} \cdot \frac{n_{m o t}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}}$
Der Term für das Tangentialmoment aus Gleichung (3) wird nachfolgend erweitert um die Zusammenhänge aus den Gleichungen (4) bis (8) und Konstanten werden gekennzeichnet. $\tilde{M_{t a n}} = [\frac{(p_{1} + p_{2} - 2 \cdot p_{u m g} + 2 \cdot D P S)}{2} \cdot A_{K} - m_{o s z} \cdot \ddot{s} (φ)] \cdot r_{K} \cdot \frac{sin (φ + β)}{cos β}$
$\tilde{M_{t a n}} = [\frac{(p_{1} + p_{2} - 2 \cdot p_{u m g} + 2 \cdot D P S)}{2} \cdot A_{K} - m_{o s z} \cdot \ddot{s} (φ)] \cdot K_{K}$
mit einer Kinematikkonstanten für den Stationärpunkt, in welchem die Diagnose stattfindet $K_{K} = r_{K} \cdot \frac{sin (φ + β)}{cos β}$
Nach Einsetzen von Gleichung (14) und (13) in Gleichung (12), Auflösung nach den Zylinderdrücken und Zusammenfassung aller Konstanten ergibt sich: $\begin{matrix} [\frac{(p_{1} + p_{2} - 2 \cdot p_{u m g} + 2 \cdot D P S)}{2} \cdot A_{K} - m_{o s z} \cdot \ddot{s} (φ)] \cdot K_{K} = J \cdot K_{ω} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}} + K_{R M} \\ \frac{p_{1} + p_{2}}{2} = \frac{J \cdot K_{ω}}{K_{K} \cdot A_{K}} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}} + \frac{K_{R M}}{K_{K} \cdot A_{K}} + \frac{m_{o s z} \cdot \ddot{s} (φ)}{A_{K}} + p_{u m g} - D P S \\ \frac{p_{1} + p_{2}}{2} = K_{1} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}} + K_{2} + \frac{m_{o s z} \cdot \ddot{s} (φ)}{A_{K}} + p_{u m g} - D P S \end{matrix}$
Alle Druckgrößen und Drehzahlen in der Gleichung (15) sind für die Bedatung der gezeigten Konstanten messbar zu den Zeitpunkten P1 und P2. Eine geeignete, an sich bekannte Indiziermesstechnik löst die nötigen physikalischen Größen kurbelwinkelbasiert oder zumindest gemittelt über mehrere Arbeitsspiele auf. Zusätzlich oder alternativ zur Indiziermesstechnik kann auf Daten eines geeigneten Betriebsmodells, beispielsweise der Motorsteuerung, zurückgegriffen werden. Die Kinematikkonstante K_K kann tabelliert und in Abhängigkeit von der Kolbenstellung eingesetzt werden.
Der Einfluss der Drehzahl n_mot bezüglich der oszillatorischen Massen kann beispielsweise echtzeitfähig berechnet oder in Form einer Lookup-Tabelle eines geeignet hinterlegten Betriebsmodells bezüglich Drehzahl und Last auf dem Steuergerät 200 abgelegt werden.
Die reduzierte Kolbenbeschleunigung (vgl. insbesondere Gleichung (4)) lässt sich für die beiden diskreten Punkte formulieren: ${\ddot{s}}_{r e d} (φ, \dot{φ}) = r_{K} \cdot {[\frac{\frac{π}{30} (n_{m o t_{1}} + n_{m o t_{2}})}{2}]}^{2} \cdot [cos (\frac{φ_{1} + φ_{2}}{2}) + cos (φ_{1} + φ_{2})]$
Die Konstanten K₁ und K₂ können anhand von Referenzmessungen (Motorfunktion bzw. Ladungswechsel OK) bestimmt werden.
Nach Bestimmung der Applikationskonstanten K₁ und K₂ lässt sich die Gleichung (15) benutzen, um den dynamische Druckänderungsbeitrag Δp_zyl,dyn aus der Drehzahländerung zu bestimmen: ${\bar{p}}_{z y l, d i a g} = K_{1} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}} + K_{2} + \frac{m_{o s z} \cdot {\ddot{s}}_{r e d} (φ, n_{m o t})}{A_{K}} + p_{u m g} - D P S$
Gleichung (16) kann mit den folgenden Entsprechungen nach dem Plausibilisierungs-Saugrohrdruck p_saug aufgelöst werden: $Δ p_{z y l, d y n} = K_{1} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}} + K_{2} + \frac{m_{o s z} \cdot {\ddot{s}}_{r e d} (φ, n_{m o t})}{A_{K}}$
und $p_{s a u g} = p_{u m g} - D P S$
Wenn nun als diagnostischer Zylinderdruck anstatt des über den Zusammenhang aus Gleichung (16) berechneten Werts p_zyl,diag ein vorbestimmter Wert p*_zyl,diag für den Betriebszustand des Verbrennungsmotors und den Kurbelwinkelbereich des Diagnose-Zeitfensters 112 ausgelesen und verwendet wird (vergleiche Verfahrensschritt S40: Ermitteln eines Erwartungswerts p*_zyl,diag für einen mittleren Zylinderdruck des zu diagnostizierenden Zylinders Z1), ergibt sich: $p_{s a u g} = {\bar{p}}_{z y l, d i a g}^{*} - K_{1} \cdot \frac{n_{m o t_{2}}^{2} - n_{m o t_{1}}^{2}}{φ_{2} - φ_{1}} - K_{2} - \frac{m_{o s z} \cdot {\ddot{s}}_{r e d} (φ, n_{m o t})}{A_{K}}$
Der auf diese Weise ermittelte Plausibilisierungs-Saugrohrdruck p_saug kann anschließend gemäß Verfahrensschritt 70 mit einem Messwert des Saugrohr-Drucksensors 5 in der Mitte des Diagnose-Zeitfensters 112 verglichen werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Steuermittel
4: Recheneinheit
5: Drucksensor im Saugrohr
6: Erfassungseinheit für die Drehzahl der Kurbelwelle
7: Zylinderdruck-Ermittlungseinheit
9: Saugrohr (+Luftsammler)
10: Drehmomentverlauf des Verbrennungsmotors
12: Vortriebslücken
14: vorbestimmte Grenze für relevanten Drehmomentbeitrag
150: Diagramm Drehzahlentwicklung
101: Drehzahlverlauf
112: Diagnose-Zeitfenster
200: Motorsteuergerät
202: Speicher
204: Diagnosekomponente einer Motorsteuerung
206: Steuerkomponente einer Motorsteuerung
208: Offboard-Diagnoserechner
KT: Kurbeltrieb
KW: Kurbelwinkel
LSt: stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis, Kraftstoff-spezifisch
M: Drehmoment eines Zylinders in 1
n: Drehzahl
pzyl,diag: Druckkennzahl, hier diagnostischer Zylinderdruck
p*zyl,diag: Erwartungswerts für einen mittleren Zylinderdruck (aus einem Kennfeld)
p0: Atmosphärendruck unter Normbedingungen (1013hPa)
Δpzyl,dyn: dynamische Druckänderungsbeitrag
psaug: Plausibilisierungs-Saugrohrdruck
psaug,mess: gemessener Saugrohrdruck-Messwert
Δplaus: Druckabweichung
P: Messzeitpunkte zu Beginn und zu Ende des Diagnose-Zeitfensters
R: ideale Gaskonstante
SB: stationärer Niedriglast-Betrieb
Z: Zylinder
ZZP: Zündzeitpunkt eines Zylinders

Claims

Verfahren zur Plausibilisierung einer Funktion eines Sensors (5) in einer Luftzuführung eines Verbrennungsmotors (1) mit mehreren Zylindern (Z), aufweisend zumindest: (S40) Ermitteln eines Erwartungswerts (p*_zyl,diag) für einen mittleren Zylinderdruck (p_zyl,diag) eines zu diagnostizierenden Zylinders (Z1) während eines Diagnose-Zeitfensters (112) aus einem Kennfeld, (S50) Ermitteln eines Druckänderungsbeitrags (Δp_zyl,dyn) einer Zylinderbewegung während des Diagnose-Zeitfensters in Abhängigkeit von einer in Echtzeit ermittelten Drehzahldifferenz zwischen einer ersten Drehzahl (n1) zu Beginn (P1) des Diagnose-Zeitfensters und einer zweiten Drehzahl (n2) zu Ende (P2) des Diagnose-Zeitfensters, (S60) Ermitteln eines Plausibilisierungs-Saugrohrdrucks (p_saug) aus dem ausgelesenen Erwartungswert und dem ermittelten Druckänderungsbeitrag, (S70) Vergleichen des Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwerts mit einem, in dem Diagnose-Zeitfenster gemessenen, Saugrohrdruck-Messwert (p_saug,mess) des Sensors (5).
Verfahren gemäß Anspruch 1, aufweisend: (S10) Identifizieren eines Standard-Niedrigdrehzahl-Betriebszustands (SB) des Verbrennungsmotors während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Niedrigdrehzahl-Niedriglast-Betriebszustands.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; aufweisend: (S20) Bestimmen eines Diagnose-Zeitfensters innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs zwischen den Zündzeitpunkten (ZZP3, ZZP4) zweier aufeinanderfolgend gezündeter Zylinder, innerhalb welchem ein Einfluss eines Drehmoments aus einer Verbrennung innerhalb eines der Zylinder vernachlässigbar ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; aufweisend: (S21) Bestimmen des/eines Diagnose-Zeitfensters zwischen einem Öffnen wenigstens eines Einlassventils des zu diagnostizierenden Zylinders und einer Kurbelwellenposition, zu welcher aufgrund eines, auf das Öffnen des Einlassventils folgenden, Zündens eines weiteren Zylinders ein erneuter Drehzahlanstieg beginnt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3; aufweisend: Bestimmen des/eines Diagnose-Zeitfensters zwischen einem Öffnen wenigstens eines Einlassventils und einem darauffolgenden Zündzeitpunkt eines Zylinders.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; aufweisend: (S30) Identifizieren eines zu diagnostizierenden Zylinders (Z1), welcher sich zu Beginn des Diagnose-Zeitfensters in einem Auslasstakt befindet.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; aufweisend: (S80) Ermitteln einer Abweichung (Δ_plaus) des gemessenen Saugrohrdruck-Messwerts von dem ermittelten Plausibilisierungs-Saugrohrdruckwert, (S90) Vergleichen der ermittelten Abweichung mit einem Abweichungsfenster.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Abweichungsfenster Abweichungen bis zu ±15% beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, aufweisend: (S100) Bereitstellen eines i.O.-Signals, falls die ermittelte Abweichung im Abweichungsfenster liegt, andernfalls eines n.i.O.-Signals.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ermittelte Abweichung und/oder ein i.O.- bzw. n.i.O.-Signal zu der ermittelten Abweichung - in einem Fehlerspeicher hinterlegt wird, und/oder - in einem Motorzustand-Überwachungssystem hinterlegt wird, und/oder - als Kontrollmeldung für einen Fahrzeuginsassen angezeigt werden.
Motorsteuergerät (200) für einen Verbrennungsmotor, aufweisend ein Steuermittel (2), das dazu eingerichtet ist, insbesondere mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ermittelte und/oder in dem Speicher abgelegte, Abweichungen des gemessenen Saugrohrdruck-Messwerts von dem ermittelten Plausibilisierungs-Saugrohrdruck und/oder i.O.- bzw. n.i.O.-Signale zu der ermittelten Abweichung, zu übergeben - an eine Diagnosekomponente (204) des Motorsteuergeräts für weitere Onboard-Diagnosefunktionen, und/oder - an eine Steuerkomponente (206) des Motorsteuergeräts für eine Echtzeitregelung von Funktionen des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung und/oder dem dazu ermittelten Signal und/oder - an einen Werkstatt-Tester, der dann bei Überschreiten der Abweichungsschranken eine Überprüfung und einen Tausch des Sensors anweisen kann, und/oder - eine Cloudspeicherung, insbesondere mit nachgelagerter Verfolgung und Auswertung von regelmäßig aufgenommenen Abweichungswerten, um damit einer Fehlfunktion vorausgehend Handlungsanweisungen wie eine Überprüfung oder den Tausch des Sensors zu empfehlen, insbesondere im Rahmen eines anzuweisenden Werkstattaufenthalts, wobei diese Anweisung insbesondere für den Fahrer bereitgestellt werden kann.
Motorsteuergerät gemäß Anspruch 11, aufweisend einen nichtflüchtigen Speicher (202), dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere, zu einem bzw. unterschiedlichen Diagnosezeitpunkten, insbesondere, ermittelte Abweichungen und/oder Signale in dem nichtflüchtigen Speicher (202) abzulegen.
Motorsteuergerät gemäß Anspruch 12, dazu eingerichtet, in dem Speicher abgelegte Abweichungen und/oder Signale an einen Offboardrechner (208) für Offline-Diagnosefunktionen zu übergeben.
Verbrennungsmotor (1) mit mehreren Zylindern (Z), gekennzeichnet durch ein Motorsteuergerät (200) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.