DE102022112870A1

DE102022112870A1 - Diagnoseverfahren zum Überprüfen der Funktionalität mindestens einer pneumatischen Ventilfeder

Info

Publication number: DE102022112870A1
Application number: DE102022112870.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Gorontzi
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2042-05-24
Also published as: DE102022112870B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zum Überprüfen der Funktionalität mindestens einer pneumatischen Ventilfeder eines Ventiltriebs eines Hubkolbenmotors, wobei ein Federinnendruck der pneumatischen Ventilfeder erfasst wird.Um Störungen oder Beschädigungen im Betrieb des mit pneumatischen Ventilfedern ausgestatteten Hubkolbenmotors zu verhindern, wird der erfasste Federinndruckwert mit einem Referenzwert verglichen, um eine Fehlfunktion der pneumatischen Ventilfeder zu erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren zum Überprüfen der Funktionalität mindestens einer pneumatischen Ventilfeder eines Ventiltriebs eines Hubkolbenmotors, wobei ein Federinnendruck der pneumatischen Ventilfeder erfasst wird.
Aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 29 49 413 A1 und DE 38 08 542 A1 sind Kolbenmotoren mit Ventiltrieben bekannt, die über eine Kombination aus einer mechanischen Ventilfeder und einer pneumatischen Ventilfeder verfügen. Aus der japanischen Veröffentlichung JP S 61247843 A ist ein Verfahren zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten an Kolben eines Verbrennungsmotors mit pneumatisch-mechanischen Ventilfedern bekannt. Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 2 208 870 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit Ansaugventilen und Ausstoßventilen bekannt, die durch Luftfedern vorgespannt sind, deren jeweiliger Innendruck durch einen Sensor überwacht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, Störungen oder Beschädigungen im Betrieb eines mit pneumatischen Ventilfedern ausgestatteten Hubkolbenmotors zu verhindern.
Die Aufgabe ist bei einem Diagnoseverfahren zum Überprüfen der Funktionalität mindestens einer pneumatischen Ventilfeder eines Ventiltriebs eines Hubkolbenmotors, wobei ein Federinnendruck der pneumatischen Ventilfeder erfasst wird, dadurch gelöst, dass der erfasste Federinnendruckwert mit einem Referenzwert verglichen wird, um eine Fehlfunktion der pneumatischen Ventilfeder zu erkennen. Bei der pneumatischen Ventilfeder kann es sich um eine rein pneumatische Ventilfeder handeln. Der Begriff pneumatische Ventilfeder umfasst aber auch pneumatische Ventilfedern die mit einer mechanischen Feder kombiniert sind. Derartige Ventilfedern werden auch als pneumatisch-mechanische Ventilfedern bezeichnet. Der Federinnendruck der pneumatischen Ventilfeder wird zum Beispiel mit einem Drucksensor erfasst. Mit dem Drucksensor wird der Innendruck in der pneumatischen oder pneumatisch-mechanischen Ventilfeder gemessen. Mit dem gemessenen Federinnendruck oder einer daraus abgeleiteten Bewertungsgröße kann durch den Vergleich mit dem Referenzwert im Rahmen des beanspruchten Diagnoseverfahrens ermittelt werden, ob die pneumatische oder pneumatisch-mechanische Ventilfeder funktionsfähig ist. Dabei kann besonders vorteilhaft auch unterschieden werden, ob die pneumatische Ventilfeder gegebenenfalls noch eingeschränkt funktionsfähig ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Federinnendruckwert im Betrieb des Hubkolbenmotors erfasst wird. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass der Betrieb des Hubkolbenmotors eingeschränkt oder unterbrochen werden kann, wenn eine Fehlfunktion der Ventilfeder erkannt wird. Dadurch können Schäden an einem jeweils betroffenen Zylinder des Hubkolbenmotors wirksam verhindert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Federinnendruckwert im Stillstand des Hubkolbenmotors erfasst wird. Dadurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass der Hubkolbenmotor in Betrieb genommen wird, wenn eine pneumatische oder pneumatisch-mechanische Ventilfeder nicht oder nicht voll funktionsfähig ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert aus einer Simulation stammt. In der Simulation können auf einem Prüfstand oder in einem mit entsprechenden Prüfmitteln ausgestatteten Testfahrzeug relativ einfach geeignete Referenzwerte ermittelt werden. Diese Referenzwerte können dann in einem Kennfeld hinterlegt werden. So kann mit Hilfe des beanspruchten Diagnoseverfahrens im Stillstand und im Betrieb des Hubkolbenmotors sicher erkannt werden, ob eine Fehlfunktion einer pneumatischen oder pneumatisch-mechanischen Ventilfeder vorliegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster erfasster Federinnendruckwert einer ersten pneumatischen Ventilfeder mit einem ebenfalls erfassten zweiten Federinnendruckwert einer zweiten pneumatischen Ventilfeder verglichen wird, um zu überprüfen, ob die erste pneumatische Ventilfeder einwandfrei funktioniert. Dabei wird einer der beiden erfassten Federinnendruckwerte als Referenzwert für den jeweils anderen erfassen Federinnendruckwert verwendet. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass auf die vorab beschriebenen Referenzwerte aus der Simulation verzichtet werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite pneumatische Ventilfeder einem Zylinder des Hubkolbenmotors zugeordnet sind. Das ist insbesondere bei modernen Hubkolbenmotoren vorteilhaft, die in der Regel über je zwei Ventilpaare, also über zwei Auslassventile und zwei Einlassventile je Zylinder verfügen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite pneumatische Ventilfeder unterschiedlichen Zylindern des Hubkolbenmotors zugeordnet sind. So können auf einfache Art und Weise gegebenenfalls zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, die für eine Optimierung des Betriebs des Hubkolbenmotors, insbesondere im Betrieb des Hubkolbenmotors, vorteilhaft sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite pneumatische Ventilfeder gleiche Nockenkonturen aufweisen. Dadurch wird die Vergleichsfunktion im Rahmen des beanspruchten Diagnoseverfahrens vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federinnendruckwert der pneumatischen Ventilfeder in zeitlichen Abständen erfasst und zeitlich analysiert wird, um einen schleichenden oder plötzlichen Druckabfall zu erkennen. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Beschädigungen an Abdichtungen der pneumatischen Ventilfeder auftreten.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Diagnoseverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenmotor mit einer reduzierten Drehzahl beziehungsweise gar nicht in Betrieb genommen oder weiter betrieben wird, wenn der erfasste Federinnendruckwert von dem Referenzwert abweicht. Hier können zum Beispiel Simulationsdaten oder Erfahrungswerte genutzt werden, die eine Abschätzung von Auswirkungen der erfassten Druckabweichungen ermöglichen.
Durch das beanspruchte Diagnoseverfahren können vorteilhaft Beschädigungen an dem Hubkolbenmotor verhindert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
In der einzigen beiliegenden Figur ist das beanspruchte Diagnoseverfahren stark vereinfacht in Form eines Ablaufplans dargestellt.
Das in 1 dargestellte Diagnoseverfahren wird in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine angewendet, die als Hubkolbenmotor ausgeführt ist. Der Hubkolbenmotor umfasst mehrere Zylinder, denen jeweils zwei Ventilpaare eines Ventiltriebs zugeordnet sind. Jedes Ventilpaar umfasst zwei Auslassventile und zwei Einlassventile.
Die Auslassventile und die Einlassventile, die verkürzt als Ventile bezeichnet werden, sind mit pneumatischen Ventilfedern ausgestattet. Bei einer pneumatischen Ventilfeder entsteht die Ventilfederkraft durch Kompression eines Gases in einem Federinnenraum.
Liegt ein Defekt an einer Abdichtung einer pneumatischen Ventilfeder vor, so kann ein für den Motorbetrieb notwendiger Druck unter Umständen nicht oder nicht ausreichend groß erzeugt werden. Das kann zu unerwünschten Beschädigungen des Hubkolbenmotors im Betrieb führen. Zur Lösung dieses Problems wird ein Diagnoseverfahren für pneumatische Ventilfedern vorgeschlagen.
Die pneumatischen Ventilfedern sind mit einem Drucksensor ausgestattet, mit dessen Hilfe der Federinnendruck in der jeweiligen pneumatischen Ventilfeder gemessen werden kann. Die Druckmessung ist aber sowohl im drehenden Motorbetrieb als auch im Stillstand möglich.
Mit dem gemessenen Federinnendruck oder einer daraus abgeleiteten Größe, die im Folgenden als Bewertungsgröße bezeichnet wird, kann durch Vergleich mit einem Referenzwert im Rahmen des Diagnoseverfahrens ermittelt werden, ob die betrachtete pneumatische Ventilfeder funktionsfähig ist.
Als Referenz werden zum Beispiel Werte herangezogen, die aus Versuchen oder einer Simulation stammen und in einem Kennfeld hinterlegt sind. Bei der vorab beschriebenen Ausführung des Hubkolbenmotors mit zwei Ventilpaaren je Zylinder kann bei gleicher Nockenkontur des Ventilpaares auch der Federinnendruck oder eine daraus abgeleitete Größe einer pneumatischen Ventilfeder eines Federpaares als Referenz für die Bewertung der jeweils anderen pneumatischen Ventilfeder des Federpaares herangezogen werden. Auch andere pneumatische Ventilfedern des Hubkolbenmotors können als Referenz dienen, wenn deren Federinnendruck erfasst wird.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, einen zeitlichen Verlauf von zylinderspezifischen Bewertungsgrößen zu beurteilen und aus diesem eine Diagnose zu erstellen. Darüber hinaus ist es unter Umständen vorteilhaft, eine Kombination der vorab beschriebenen Varianten des Diagnoseverfahrens zu nutzen.
Das Diagnoseverfahren ist in 1 vereinfacht dargestellt. Durch Rechtecke 1 bis 6 sind Verfahrensschritte des Diagnoseverfahrens veranschaulicht. In einem Verfahrensschritt 1 wird ein Federinnendruck mindestens einer pneumatischen Ventilfeder gemessen. In einem Verfahrensschritt 2 wird aus der Druckmessung eine Bewertungsgröße bestimmt oder berechnet. In einem Verfahrensschritt 3 wird die vorab ermittelte Bewertungsgröße mit einem Referenzwert verglichen.
Die Rechtecke 4, 5 und 6 veranschaulichen wie das Ergebnis des Vergleichs 3 im Rahmen des Diagnoseverfahrens genutzt werden kann. Wenn bei dem Vergleich der Bewertungsgröße mit dem Referenzwert kein oder kein signifikanter Unterschied festgestellt wird, dann kann davon ausgegangen werden, dass die betrachtete pneumatische Ventilfeder in Ordnung ist. In Verfahrensschritt 4 kann der Hubkolbenmotor normal weiter betrieben werden.
Wenn der Vergleich der Bewertungsgröße mit dem Referenzwert einen eher geringfügigen Unterschied ergibt, dann kann in einem Verfahrensschritt 5 die Drehzahl im Betrieb des Hubkolbenmotors begrenzt werden. Wenn der beim Vergleich der Bewertungsgröße mit dem Referenzwert festgestellte Unterschied signifikant ist, insbesondere einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, dann wird der Betrieb des Hubkolbenmotors in einem Verfahrensschritt 6 unterbrochen beziehungsweise nicht zugelassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2949413 A1 [0002]
DE 3808542 A1 [0002]
JP S61247843 A [0002]
EP 2208870 A1 [0002]

Claims

Diagnoseverfahren zum Überprüfen der Funktionalität mindestens einer pneumatischen Ventilfeder eines Ventiltriebs eines Hubkolbenmotors, wobei ein Federinnendruck der pneumatischen Ventilfeder erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Federinndruckwert mit einem Referenzwert verglichen wird, um eine Fehlfunktion der pneumatischen Ventilfeder zu erkennen.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federinnendruckwert im Betrieb des Hubkolbenmotors erfasst wird.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federinnendruckwert im Stillstand des Hubkolbenmotors erfasst wird.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert aus einer Simulation stammt.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster erfasster Federinnendruckwert einer ersten pneumatischen Ventilfeder mit einem ebenfalls erfassten zweiten Federinnendruckwert einer zweiten pneumatischen Ventilfeder verglichen wird, um zu überprüfen, ob die erste pneumatische Ventilfeder einwandfrei funktioniert.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite pneumatische Ventilfeder einem Zylinder des Hubkolbenmotors zugeordnet sind.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite pneumatische Ventilfeder unterschiedlichen Zylindern des Hubkolbenmotors zugeordnet sind.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite pneumatische Ventilfeder gleiche Nockenkonturen aufweisen.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federinnendruckwert der pneumatischen Ventilfeder in zeitlichen Abständen erfasst und zeitlich analysiert wird, um einen schleichenden oder plötzlichen Druckabfall zu erkennen.
Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenmotor mit einer reduzierten Drehzahl beziehungsweise gar nicht in Betrieb genommen oder weiter betrieben wird, wenn der erfasste Federinnendruckwert von dem Referenzwert abweicht.