DE10230899B4 - Verfahren zum Diagnostizieren einer fehlerhaften Ventilhubstellung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Diagnostizieren eines Defektes eines Verstellmechanismus zum Verstellen des Ventilhubes mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine, deren Betrieb von einem Betriebssteuergerät geregelt wird, bei welchem Verfahren ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, der bei einer tatsächlichen Verstellung des Ventilhubes von dem Betriebssteuergerät auf einen Sollwert geregelt wird, überwacht wird und das Betriebssteuergerät aus einer bei einer angesteuerten Ventilhubverstellung auftretenden Abweichung des Betriebsparameters von dem Sollwert auf einen Defekt des Verstellmechanismus schließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebssteuergerät so ausgelegt ist, dass es bei Erkennen eines Defektes des Verstellmechanismus den Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechend dem Ist-Hub des Einlassventils zum Zeitpunkt der angesteuerten Ventilhubverstellung regelt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Defektes eines Verstellmechanismus zum Verstellen des Ventilhubes mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine, deren Betrieb von einem Betriebssteuergerät geregelt wird.
  • Brennkraftmaschinen mit Einlassventilen, deren Ventilhub durch einen Verstellmechanismus kontinuierlich oder diskret verstellbar ist, werden in Kraftfahrzeugen immer häufiger eingesetzt, siehe z.B. DE 195 20 117 C2 und MTZ Motortechnische Zeitschrift 61 (2000) 11, S. 730–743. Hierbei kann das Problem auftreten, dass der Verstellmechanismus defekt wird und sich dadurch ein anderer Ventilhub als erwartet einstellt. Dieser Fehler führt zu einer Erhöhung der Schadstoffemissionen und einer entsprechenden Abweichung zwischen dem erwünschten Drehmoment und dem tatsächlich abgegebenen Drehmoment. Diese Situation kann zwar mittels eines Ventilhubsensors erfasst werden. Ein derartiger zusätzlicher Sensor bedeutet jedoch einen entsprechenden Aufwand.
  • In der DE 690 21 139 T2 ist eine Methode zur Fehlererfassung für ein System zur Steuerung der Verstellung des Arbeitswinkels von Ventilen in Brennkraftmaschinen beschrieben. Bei diesem Fehlererkennungsverfahren wird eine Überwachung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in Form von mehreren Koeffizienten dazu benutzt, aus einer bei einer angesteuerten Ventilhubverstellung auftretenden Abweichung des Istwertes von den Sollwerten dieser Koeffizienten auf einen Defekt des Verstellmechanismus zu schließen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Diagnostizieren einer fehlerhaften Ventilhub verstellung eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine anzugeben, das ohne Ventilhubsensor auskommt, wobei im Fehlerfall ein Betrieb der Brennkraftmaschine sichergestellt werden soll.
  • Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bestimmte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bei einer tatsächlichen Verstellung des Ventilhubes von dem Betriebssteuergerät auf einen Sollwert, insbesondere einen konstanten Sollwert, geregelt werden, bei einem Defekt des Verstellmechanismus jedoch von dem Sollwert deutlich abweichen, wenn eine Ventilhubverstellung angesteuert, jedoch nicht ausgeführt wird. Das Betriebssteuergerät kann dann aus einer derartigen Abweichung dieses Betriebsparameters von dem Sollwert auf einen Defekt des Verstellmechanismus schließen. Dabei ist das Betriebssteuergerät derart ausgelegt, dass es bei Erkennen eines Defektes des Verstellmechanismus den Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechend dem Ist-Hub des Einlassventils zum Zeitpunkt der angesteuerten Ventilhubverstellung regelt.
  • Bevorzugter Betriebsparameter für diesen Zweck ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Lambda). Falls beispielsweise das Betriebssteuergerät den Verstellmechanismus ansteuert, um von einem kleinen Ventilhub auf einen großen Ventilhub umzuschalten, und in dieser Situation aufgrund eines Defektes des Verstellmechanismus keine Ventilhubverstellung erfolgt, wird das Betriebssteuergerät die Kraftstoffeinspitzung entsprechend den Sollwerten für den großen Ventilhub ausführen. Da das Einlassventil in seiner Stellung kleineren Ventilhubes nur eine entsprechend geringere Luftmenge in den zugehörigen Zylinder einlässt, wird sich ein fetteres Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellen. Diese Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird von der ohnehin vorhandenen Lambda-Sonde erfasst, und das Betriebssteuergerät schließt hieraus auf einen Defekt des Verstellmechanismus. Es versteht sich, dass im Prinzip das gleiche Verfahren abläuft, wenn das Betriebssteuergerät von einem großen Ventilhub auf einen kleinen Ventilhub umschaltet.
  • Wie erwähnt, ist insbesondere das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als zu überwachender Betriebsparameter für das erfindungsgemäße Diagnostizierverfahren geeignet, da sich eine fehlerhafte Ventilhubverstellung besonders deutlich in einer Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bemerkbar macht. Es können jedoch auch andere Betriebsparameter wie z. B. der Saugrohr druck, der Luftmassenstrom, die Drehzahl oder das Drehmoment als Betriebsparameter für das erfindungsgemäße Diagnostizierverfahren herangezogen werden, da sich auch diese Betriebsparameter bei einer angesteuerten, jedoch nicht ausgeführten Ventilhubverstellung ändern. Allerdings wird eine Überwachung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufgrund der höheren Zuverlässigkeit bevorzugt.
  • Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine kann das erfindungsgemäße Verfahren zylinderindividuell durchgeführt werden, so dass dann jeder einzelne Verstellmechanismus diagnostiziert wird.
  • Das erfindungsgemäße Diagnostizierverfahren kann bei Brennkraftmaschinen sowohl mit kontinuierlicher wie auch diskreter Ventilhubverstellung verwendet werden. Vorzugsweise wird es bei Brennkraftmaschinen mit diskreter Ventilhubverstellung eingesetzt, da in diesem Fall ein Defekt des Verstellmechanismus zu einer sprunghaften Änderung des überwachten Betriebsparameters führt.
  • Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Zeichnung beschrieben, in der
  • 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Betriebssteuergerät in schematischer Weise darstellt und
  • 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Diagnostizieren eines Defektes eines Ventilhub-Verstellmechanismus ist.
  • Die 1 zeigt in schematischer Weise eine Brennkraftmaschine 1 vom Otto-Typ mit mehreren Zylindern 2 (von denen nur einer angedeutet ist), einem Ansaugtrakt 3, einem Abgastrakt 4, einem Einlassventil 5, einem (nicht dargestellten) Aus lassventil, einem Aktuator mit einem Verstellmechanismus 6 zum Verstellen des Ventilhubes des Einlassventils 5, einem Einspritzventil 7 zum Einspritzen von Kraftstoff und einer Zündkerze 8. Ferner ist im Abgastrakt 4 eine Lambda-Sonde 9 zum Detektieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (des Lambda-Wertes) vorgesehen. Gegebenenfalls ist ein weiterer Sensor 10 vorgesehen, der als Drehzahl- oder Drehmomentsensor ausgebildet sein kann.
  • Der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird von einem Betriebssteuergerät 11 geregelt, das, wie durch gestrichelte Linien angedeutet, Signale von der Lambda-Sonde 9 und gegebenenfalls dem Sensor 10 sowie von weiteren (nicht dargestellten) Sensoren empfängt und zu Steuerbefehlen verarbeitet, mit denen unter anderem die Betätigung des Einlassventils 5, des Einspritzventils 7 und der Zündkerze 8 gesteuert wird.
  • Der Verstellmechanismus 6 ist beispielsweise so ausgebildet, dass er das Einlassventil 5 zwischen einem kleinen und großen Ventilhub verstellen kann, also zum Ausführen einer diskreten Ventilhubverstellung ausgebildet ist. Das Betriebssteuergerät 11 ist nun so ausgelegt, dass es einen Defekt des Verstellmechanismus 6 wie folgt diagnostizieren kann:
    Wenn das Betriebssteuergerät 11 an den Verstellmechanismus 6 einen Steuerbefehl abgibt, um das Einlassventil 5 beispielsweise vom kleinen Ventilhub auf den großen Ventilhub umzustellen, und der Verstellmechanismus 6 wegen eines Defektes diese Ventilhubverstellung tatsächlich nicht ausführt, so erkennt das Betriebssteuergerät 11 mangels eines entsprechenden Ventilhubsensors diesen Fehler zunächst nicht. Das Betriebssteuergerät 11 veranlasst daher das Einspritzventil 7, eine größere Kraftstoffmenge entsprechend dem großen Ventilhub einzuspritzen. Da jedoch das Einlassventil 5, das in der kleinen Ventilhubstellung verblieben ist, nur eine entsprechend geringere Luftmenge in den Zylinder 2 einlässt, stellt sich im Zylinder 2 ein fetteres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein. Diese Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird von der Lambda-Sonde 9 detektiert, die den geänderten Lambda-Wert an das Betriebssteuergerät 11 abgibt. Das Betriebssteuergerät 11 erkennt dann anhand eines Vergleiches von Soll- und Ist-Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, dass sich dieses unzulässig geändert hat. Hieraus schließt das Betriebssteuergerät 11 auf einen Defekt des Verstellmechanismus 6.
  • Das Betriebssteuergerät 11 ändert dann die Regelung der Brennkraftmaschine so, dass alle Aktoren einschließlich des Aktors des Einspritzventils 7 entsprechend dem kleinen Ventilhub des Einlassventils 5 angesteuert werden. Außerdem gibt das Betriebssteuergerät 11 ein Fehlersignal an eine Fehleranzeige 12 ab, die dem Fahrer anzeigt, dass ein entsprechender Fehler aufgetreten ist.
  • Ein Beispiel des beschriebenen Verfahrens wird durch das Flussdiagramm der 2 veranschaulicht. Wenn die Abfrage in Stufe 13 ergibt, dass der Ventilhub verändert wurde, so wird ein Timer bzw. Zähler im Betriebssteuergerät 11 in Gang gesetzt (Stufe 14). Hierdurch wird ein Zeitfenster von z. B. ½ bis 1 sec. geöffnet, das der maximalen Dauer entspricht, die das Abgas für die Strecke vom Zylinder bis zur Lambda-Sonde benötigt.
  • Wenn die Abfrage gemäß Stufe 15 ergibt, dass sich der Lambda-Wert nicht sprunghaft verändert hat, so wird in der Stufe 16 geprüft, ob der Timer bzw. Zähler abgelaufen ist. Falls nicht, kehrt die Routine zu der Stufe 15 zurück. Wenn sich der Lambda-Wert nicht sprunghaft verändert hat (Stufe 15) und der Timer bzw. Zähler abgelaufen ist (Stufe 16), so bedeutet dies, dass kein Fehler in der Ventilhubverstellung aufgetreten ist (Stufe 17). Wenn dagegen die Abfrage der Stufe 15 – innerhalb des Zeitfensters – ergibt, dass sich der Lambda-Wert sprunghaft verändert hat, so führt dies in der oben be schriebenen Weise zu einem Fehlereintrag und einer entsprechenden Fehlerreaktion (Stufe 18).
  • Wie bereits erwähnt, könnte für das beschriebene Diagnostizierverfahren statt des Luft/Kraftstoff-Verhältnis auch ein anderer Betriebsparameter wie z. B. der Saugrohrdruck, der Luftmassenstrom, die Drehzahl oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 verwendet werden. Zu diesem Zweck würde das Signal des Sensors 10 oder eines anderen Sensors eingesetzt werden, der den betreffenden Betriebsparameter direkt oder indirekt erfasst. Im übrigen läuft jedoch das Diagnostizierverfahren in der oben beschriebenen Art und Weise ab.
  • Gegebenenfalls könnten die Signale der Lambda-Sonde und eines weiteren Sensors auch gemeinsam bei dem Diagnostizierverfahren verwendet werden. Dies könnte beispielsweise zum Diagnostizieren eines Verstellmechanismus zum kontinuierlichen Verstellen des Ventilhubes vorteilhaft sein, bei dem eine kleine angesteuerte Ventilhubverstellung im Falle eines Defektes nur eine entsprechend kleine Abweichung des überwachten Betriebsparameters von einem Sollwert zur Folge hat.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Diagnostizieren eines Defektes eines Verstellmechanismus zum Verstellen des Ventilhubes mindestens eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine, deren Betrieb von einem Betriebssteuergerät geregelt wird, bei welchem Verfahren ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, der bei einer tatsächlichen Verstellung des Ventilhubes von dem Betriebssteuergerät auf einen Sollwert geregelt wird, überwacht wird und das Betriebssteuergerät aus einer bei einer angesteuerten Ventilhubverstellung auftretenden Abweichung des Betriebsparameters von dem Sollwert auf einen Defekt des Verstellmechanismus schließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebssteuergerät so ausgelegt ist, dass es bei Erkennen eines Defektes des Verstellmechanismus den Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechend dem Ist-Hub des Einlassventils zum Zeitpunkt der angesteuerten Ventilhubverstellung regelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter, der zur Überwachung auf einen Defekt des Verstellmechanismus benutzt wird, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Betriebsparameter, der zur Überwachung auf einen Defekt des Verstellmechanismus benutzt wird, die Drehzahl oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Betriebsparameter, der zur Überwachung auf einen Defekt des Verstellmechanismus benutzt wird, der Druck oder der Luftmassenstrom im Saugrohr der Brennkraftmaschine ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es zylinderindividuell durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung bei einer Brennkraftmaschine mit diskreter Ventilhubverstellung.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebssteuergerät bei Erkennen eines Defektes des Verstellmechanismus eine Fehleranzeige betätigt.
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