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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Brennkraftmaschinen mit
variablem Kompressionsverhältnis.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
für den
Diagnosebetrieb einer Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung einer
Brennkraftmaschine mit variablem Kompressionsverhältnis.
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Das "Kompressionsverhältnis" einer Brennkraftmaschine
ist definiert als das Verhältnis
des Zylindervolumens, wenn der Kolben sich im unteren Totpunkt (BDC)
befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn der Kolben sich im oberen
Totpunkt (TDC) befindet. Je höher
das Kompressionsverhältnis,
desto höher
ist im Allgemeinen die thermische Effizienz und die Kraftstoffausnutzung
der Brennkraftmaschine. Es sind Brennkraftmaschinen mit einem sogenannten "variablen Kompressionsverhältnis" entwickelt worden,
die z.B. ein höheres
Kompressionsverhältnis unter
Bedingungen geringer Last und ein niedrigeres Kompressionsverhältnis während Hochlastbedingungen
aufweisen. Zur Variation des Kompressionsverhältnisses sind verschiedene
Techniken beschrieben worden, einschließlich beispielsweise der Verwendung
von "Sub-Kammern" und "Sub-Kolben" zur Variation des
Volumens eines Zylinders (vgl.
US
4 246 873 ,
US 4 286
552 ); der Variation der tatsächlichen Dimensionen aller
oder eines Teils der Kolben, die an einem Pleuel fester Länge angeordnet
sind (vgl.
US 5 865 092 );
die Variation der tatsächlichen
Länge des Pleuels
selbst (vgl.
US 5 724 863 ,
US 5 146 879 ); und die Verwendung
exzentrischer Ringe oder Buchsen (bushings) entweder am unteren "großen" Ende eines Pleuels
oder am oberen "kleinen" Ende des Pleuels
zur Variation der Länge
des Pleuels oder der Höhe
des auf und ab beweglichen Kolbens (vgl.
US 5 562 068 ,
US 5 960 750 ,
US 5 417 185 und japanische Veröffentlichung
JP 03092552 ).
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Bei
der Kontrolle des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit variabler
Kompression ist es wichtig, genau und verlässlich festzustellen, ob eine
Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
zur Variation des Kompressionsverhältnisses der Brennkraftmaschine,
nachfolgend Motor genannt, wie gewünscht funktioniert. Dies wird
z.B. besonders wichtig bei der Regelung der Zündzeitsteuerung des Motors.
Um insbesondere unter Hochlastbedingungen bei Minimierung des Motorklopfens
die Kraftstoffausnutzung zu maximieren, kann es wünschenswert
sein, die Zündzeitsteuerung
des Motors basierend auf dem festgestellten Kompressionsverhältnis des
Motors zu variieren (vgl.
US
4 834 031 ). In einem solchen Falle wird ein dafür bestimmter
Sensor – wie
etwa ein Verbrennungsdrucksensor oder ein Kolbenpositionssensor – verwendet,
um den Kompressionsverhältnis-Betriebsmodus
der Brennkraftmaschine mit variablem Kompressionsverhältnis zu
bestimmen.
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Aus
der
DE 199 55 250
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung
einer Brennkraftmaschine mit variablem Kompressionsverhältnis bekannt.
Dabei wird vorgeschlagen, einen Motorbetriebsparameter zu beobachten,
welcher auf einen Wechsel des Kompressionsverhältnisses mit einer entsprechend
großen Änderung
seines Wertes reagiert.
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Diese Änderung
wird sodann als Indiz für
ein korrektes Funktionieren der Einstelleinrichtung für das Kompressionsverhältnis gewertet.
Als Beispiele für
geeignete Motorbetriebsparameter werden die Laufunruhe, der Brennraumdruck,
der Saugrohrdruck und das Motordrehmoment genannt.
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Die
DE 38 33 323 A1 betrifft
eine Brennkraftmaschine mit einem Zusatzkolben, über welchen das Kompressionsverhältnis kontinuierlich
verändert
werden kann. Ausgehend von dieser Situation beschreibt das Dokument
ein spezielles Verfahren, mit dem durch eine kombinierte Einstellung
des Zündzeitpunktes
und des Kompressionsverhältnisses
ein Betrieb mit maximalem Drehmoment ohne Klopfen des Motors erreicht
werden kann.
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Die
US 5 311 765 betrifft Klopfdetektoren
für Brennkraftmaschinen,
und die
DE 37 31 109
C3 ein Verfahren zur Meldung eines Defektes in einer Motorleistungssteuerung,
wobei unter anderem akustische oder optische Warnsignale abgegeben
werden.
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Schließlich beschreibt
die
US 5 417 185 eine Einrichtung
zur Veränderung
des Kompressionsverhältnisses
mit einer exzentrischen Lagerung an der Pleuelstange, wobei die
Einrichtung von einem Computer gesteuert wird. Eine Abweichung zwischen dem
vom Computer vorgegebenen, gewünschten Kompressionsverhältnis und
dem tatsächlichen Kompressionsverhältnis soll
beispielsweise über
einen Klopfsensor festgestellt werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin,
ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Diagnose des Betriebs einer Einrichtung
für ein
variables Kompressionsverhältnis bereitzustellen,
welches bzw. welche nicht auf speziell dafür vorgesehenen Sensoren innerhalb
der Brennkraftmaschine beruht.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren für
die Diagnose des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit mehreren
Kompressionsverhältnis-Betriebszuständen bereitgestellt.
Das Verfahren enthält
die Schritte der Bestimmung einer Änderung der Zündungsanpassung
(spark adjustment), die zur Vermeidung eines Klopfens erforderlich
ist, wenn der Motor in ausgewählten
der Kompressionsverhältnis-Betriebszustände betrieben
wird sowie der Bewertung des Betriebs der Brennkraftmaschine basierend
wenigstens teilweise auf der Änderung
der Zündungsanpassung. Vorzugsweise
wird ein erster Zündungsanpassungswert
bestimmt, während
der Motor in einem ersten der Kompressionsverhältnis-Betriebszustände betrieben
wird, und es wird ein zweiter Zündungsanpassungswert
in einem zweiten der Kompressionsverhältnis-Betriebszustände bestimmt.
Weiterhin wird eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Zündungsanpassungswert
bestimmt, und es wird basierend auf einem Vergleich der Differenz
mit einem vorgegebenen Grenzwert eine Anzeige des Motorbetriebs
bereitgestellt. Die Anzeige kann z.B. ein Zustands-Flag sein, das
im Computerspeicher gesetzt wird, und/oder eine hörbare oder
sichtbare Anzeige. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einem Motor
mit variablem Kompressionsverhältnis
verwendet werden, der diskrete Kompressionsverhältnis-Betriebsmodi aufweist,
z.B. ein "hohes" und ein "niedriges" Kompressionsverhältnis, oder
bei einem Motor mit kontinuierlich variablem Kompressionsverhältnis, der
mehrere dazwischenliegende Kompressionsverhältnis-Betriebsmodi aufweist.
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Vorteilhafterweise
kann der Betrieb eines Motors mit variablem Kompressionsverhältnis in
einem oder mehreren Kompressionsverhältnis-Betriebszuständen genau
und verlässlich
bestimmt werden ohne Rückgriff
auf einen oder mehrere dafür
vorgesehene Sensoren, wie z.B. Drucksensoren oder Näherungs bezehungsweise
Positionssensoren. Die hier beschriebenen Verfahren, die lediglich
mittels eines Computerprogramms implementierbar sind, können für diagnostische
Zwecke verwendet werden, um den Betrieb einer Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
wie z.B. eines einziehbaren Pleuels oder Kolbenkopfes oder einer
Verbrennungs-Subkammer auszuwerten. Durch die vorliegende Erfindung
werden die Kosten und die Komplexität, die mit der Herstellung,
dem Zusammenbau, dem Betrieb und der Aufrechterhaltung einer Brennkraftmaschine
mit variablem Kompressionsverhältnis
verbunden sind, reduziert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine korrespondierende
Vorrichtung für
den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit variablem Kompressionsverhältnis bereitgestellt. Die
Vorrichtung enthält
mindestens einen im Motor angeordneten Sensor zur Erzeugung eines
Signals, das ein Motorklopfen repräsentiert, eine Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
zur Konfiguration des Motors in ausgewählten Kompressionsverhältnis-Betriebszuständen, und
einen Regler bzw. eine Steuerung in Kommunikation mit dem Sensor
und der Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
mit einem Computerprogrammcode zur Bestimmung einer Änderung
der Zündungsanpassung,
die zur Vermeidung eines Motorklopfens erforderlich ist, wenn der
Motor durch die hierzu vorgesehene Steuereinrichtung angesteuert
wird, den Motor in ausgewählten
der Kompressionsverhältnis-Betriebszustände zu betreiben,
und zur Bewertung des Betriebs der Brennkraftmaschine basierend
wenigstens teilweise auf der Änderung
der Zündungsanpassung.
Eine Benachrichtigungsvorrichtung in Kommunikation mit dem Regler
stellt dem Fahrer eines die Brennkraftmaschine anführenden
Fahrzeugs eine Information betreffend den Betrieb der Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
bereit.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, wobei
gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung einer beispielhaften Brennkraftmaschine mit variablem
Kompressionsverhältnis;
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2 ein
Flussdiagramm eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb
einer Brennkraftmaschine mit variablem Kompressionsverhältnis;
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3 ein
Flussdiagramm für
ein erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren
eines variablen Kompressionsverhältnisses;
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4 ein
Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zur Bestimmung, ob die
notwendigen Motorbetriebszustände
vor der Ausführung
des Diagnoseverfahrens gemäß 3 vorliegen;
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5 ein
Flussdiagramm entsprechend einem ersten Diagnosezustand des Verfahrens
gemäß 3;
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6 ein
Flussdiagramm entsprechend einem zweiten Diagnosezustand des Verfahrens
gemäß 3;
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7 ein
Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens entsprechend Block 602 von 6;
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8 ein
Flussdiagramm entsprechend einem dritten Diagnosezustand des Verfahrens
gemäß 3;
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9 ein
Flussdiagramm entsprechend einem vierten Diagnosezustand des Verfahrens
gemäß 3;
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10 ein
Flussdiagramm entsprechend einem fünften Diagnosezustand des Verfahrens
gemäß 3;
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11 ein
Flussdiagramm entsprechend einem Verfahren zur Bestimmung eines
Zündungsanpassungswertes
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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12 ein
Flussdiagramm entsprechend einem Verfahren zur Bestimmung, ob eine
Klopf-Regelungsstrategie gemäß dem Verfahren
der 6 und 8 aktiv ist.
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1 zeigt
eine beispielhafte Brennkraftmaschine mit einem variablen Kompressionsverhältnis gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie der Fachmann erkennt, ist die vorliegende Erfindung
unabhängig
von der speziellen zugrunde liegenden Motorkonfiguration und der
Bauteilkonstruktion, und sie kann als solche bei einer Mehrzahl
von verschiedenen Brennkraftmaschinen mit mehr als einem Kompressionsverhältnis-Betriebszustand
angewendet werden. Der Motor kann z.B. konstruiert sein und betrieben
werden als Motor mit diskreten Kompressionsverhältnissen, der z.B. bei hoher
oder bei niedriger Kompression arbeitet, oder als Motor mit kontinuierlich
variablem Kompressionsverhältnis,
der bei irgendeiner Anzahl von diskreten Kompressionsverhältnissen
arbeiten kann. In ähnlicher
Weise ist die vorliegende Erfindung nicht begrenzt auf einen speziellen
Typ einer Einrichtung oder eines Verfahrens zum Einstellen oder
zur Variation des Kompressionsverhältnisses einer Brennkraftmaschine.
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Gemäß 1 enthält ein Motor 110 mehrere Zylinder
(in der Figur nur einer dargestellt), welche jeweils eine Brennkam mer 111,
einen auf und ab beweglichen Kolben 112 und Einlass- und
Auslassventile 120 und 118 zur Verbindung der
Brennkammer 111 mit Einlass- und Auslasskrümmern 124 und 122 aufweisen.
Der Kolben 112 ist an ein Pleuel 114 gekoppelt,
welches wiederum an den Kurbelzapfen 117 einer Kurbelwelle 116 gekoppelt
ist. Über
einen Kraftstoffinjektor 115 wird der Brennkammer 111 Kraftstoff zugeleitet
und proportional zur Kraftstoffpulsbreite (FPW) abgegeben, die durch
einen elektronischen Motor- oder Fahrzeugregler bzw. eine Motorsteuerung 60 (oder
einen äquivalenten
mikroprozessorbasierten Regler) und den elektronischen Treiberschaltkreis 129 bestimmt
wird. Die Luftladung in den Einlasskrümmer 124 wird nominell über eine
elektronisch kontrollierte Drosselplatte 136 bereitgestellt, die
innerhalb eines Drosselklappenkörpers 126 angeordnet
ist. Ein Zündfunke
wird der Brennkammer 111 über eine Zündkerze 113 und ein
Zündsystem 119 entsprechend
einem Frühverstellungs-(oder
Verzögerungs-)Signal
(SA) der Zündung
vom elektronischen Regler 60 bereitgestellt.
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Wie
in 1 gezeigt, enthält der Regler 60 nominell
einen Mikroprozessor oder einen Zentralprozessor (CPU) 66 in
Kommunikation mit über
eine Speicherverwaltungseinheit (MMU) 64 computerlesbaren
Speichereinrichtungen 68, 70 und 72.
Die MMU 64 kommuniziert Daten (einschließlich ausführbarer
Programmbefehle) zu und von der CPU 66 und zwischen den
computerlesbaren Speichereinrichtungen, welche z.B. Nur-Lese-Speicher (ROM) 68, Wahlzugriffs-Speicher
(RAM) 70, Erhaltungsspeicher (KAM) 72 und andere
Speichereinrichtungen aufweisen können, die für eine flüchtige oder nicht flüchtige Datenspeicherung
erforderlich sind. Die computerlesbaren Speichereinrichtungen können unter
Verwendung beliebiger bekannter Speichereinrichtungen implementiert
werden wie etwa programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROMs), elektrisch
pro grammierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROMs), elektrisch löschbarer
PROMs (EEPROMs), Flash Memories und anderer elektrischer, magnetischer,
optischer oder Kombinationsspeichereinrichtungen, die in der Lage
sind, Daten einschließlich
ausführbarer
Programmcodes zu speichern, die von der CPU 66 zur Kontrolle
der Brennkraftmaschine und/oder des die Brennkraftmaschine enthaltenden
Kraftfahrzeuges verwendet werden. Ein Eingabe/Ausgabe-(I/O) Interface 62 wird
zur Kommunikation mit verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und Regelungsschaltkreisen bereitgestellt,
einschließlich – ohne hierauf
begrenzt zu sein – der
in 1 gezeigten Einrichtungen. Diese Einrichtungen
enthalten einen Motordrehzahlsensor 150, einen elektronischen
Kraftstoffregelungstreiber 129, eine Zündanlage 119, einen
Ansaug-Absolutdrucksensor (MAP) 128, einen Luftmassenfluss-Sensor
(MAF, "Airmeter") 134 einen
Drosselklappen-Positionssensor 132, einen elektronischen
Drosselklappeneinstellmotor 130, einen Einlassluft-Temperatursensor 138,
einen Motorklopfsensor 140 und einen Motorkühlmittel-Temperatursensor 142.
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Der
Motor
110 gemäß
1 enthält ferner eine
Variable-Kompressions-("Kompressionsverhältnis-Einstell-")Einrichtung
170.
Gemäß einer
nicht einschränkend
zu verstehenden Ausgestaltung wird die Variable-Kompressionsverhältnis-Einrichtung
170 dazu
betrieben, die effektive Länge
des Pleuels
114 und damit das Spielraum-Volumen und das
Kompressionsverhältnis
des Motors zu variieren. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise
in der
DE-Anmeldung 102 35
852.4 bzw. der parallelen
US-Anmeldung
09/682,263 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in
die Anmeldung aufgenommen werden. Die tatsächliche Konstruktion und Konfiguration
der variablen Kompressionseinrichtung, die in
1 gezeigt
ist, soll den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht begrenzen.
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Gemäß einem
nicht einschränkend
zu verstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die variable
Kompressionseinrichtung von 1 weiter
unten beschrieben als in einem "hohen" Kompressionsverhältnis-Modus
arbeitend (Kompressionsverhältnis
von 13:1 und darüber)
oder in einem "niedrigen" Kompressionsverhältnis-Modus
arbeitend (Kompressionsverhältnis
von 11:1 oder darunter).
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Die 2 bis 11 zeigen
bevorzugte Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit variablem
Kompressionsverhältnis
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Verfahren sind in ihrer Anwendbarkeit nicht begrenzt
auf einen bestimmten Motor oder einen Typ einer Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung,
werden jedoch hier der Einfachheit halber unter Bezugnahme auf den
Motor mit variablem Kompressionsverhältnisses von 1 beschrieben.
Die hier beschriebenen Verfahren können mit Vorteil für eine Bestimmung
eingesetzt werden, ob eine Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung des
Motors ordnungsgemäß arbeitet.
Obwohl die Verfahren allein oder in Verbindung mit der Diagnose anderer
Motor- und Antriebsstrang-Hardware und -Software verwendet werden
können,
beruhen die Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung auf einer Bestimmung der Änderung der Grenzzündung (borderline
spark) für
einen Wechsel im Kompressionsverhältnis als einer unabhängigen Einschätzung des
tatsächlichen
Kompressionsverhältnisses
eines Motors mit variablem Kompressionsverhältnis. Die Verfahren der vorliegenden
Erfindung sind sowohl bei Systemen mit diskretem variablem Kompressionsverhältnis wie
dem vorstehend beschriebenen Zwei-Zustände-System mit diskreten "HI"- und "LOW"-Kompressionsverhältnis-Zuständen anwendbar,
als auch bei Systemen mit kontinuierlich variablem Kompressionsverhältnis, die
z.B. "HI" und "LOW"-Zustände aufweisen,
welche die Grenzen eines kontinu erlchen Bereiches von Kompressionsverhältnis-Zuständen repräsentieren.
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Gemäß 2 weist
ein Diagnoseverfahren die Schritte der Ansteuerung und des Betriebs
einer Brennkraftmaschine mit variablem Kompressionsverhältnis in
einem ersten Kompressionsverhältniszustand
(Schritt 202) und sodann der Bestimmung der bei einem ersten
Kompressionsverhältniszustand
zur Vermeidung eines Motorklopfens benötigten Zündungsanpassung (Schritt 204)
auf. Das Motorklopfen kann wie in 1 gezeigt
durch einen oder mehrere Klopfsensoren detektiert und gemäß eines
geeigneten Verfahrens geregelt werden. Das Ausgangssignal des Klopfsensors
wird verwendet, um eine Klopf-Regelungsstrategie
abzuleiten, welche die Ableitung eines Grenzzündungs-Winkels (borderline spark
angle) (spk_bdl) umfasst sowie die Anpassung (spk_add(i)) hieran,
die zu einer Vermeidung des Klopfens erforderlich ist, wobei "i" zwischen 1 und der Anzahl der Motorzylinder
(numcyl) liegt. Der Wert spk_bdl kann unter Verwendung beliebiger
aus dem Stand der Technik bekannter geeigneter Verfahren abgeleitet
werden. Die Zündungsanpassungswerte (spk_add(i))
für einen
oder mehrere Zylinder können wie
weiter unten in Bezug auf 11 beschrieben bestimmt
werden. Der Motor wird dann in einem zweiten Kompressionsverhältnis-Zustand
(Schritt 206) betrieben, und es wird bei dem zweiten Kompressionsverhältnis-Betriebszustand eine
Bestimmung der zur Vermeidung eines Motorklopfens notwendigen Zündungsanpassung
vorgenommen (Schritt 208). Die Zündungsanpassungswerte, welche
im Computerspeicher gespeichert wurden, werden dann verglichen,
und es wird eine Bewertung vorgenommen, um festzustellen, ob die
Kompress ionsverhältnis-Einstelleinrichtung
ordnungsgemäß funktioniert
(Schritt 210).
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3 zeigt
ein Flussdiagramm einer Diagnoseroutine gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Routine wird vorzugsweise in Form von Computersoftware implementiert,
welche im Computerspeicher abgelegt ist und von einer oder mehreren übergeordneten
Software-Supervisoren (executives) oder Modulen im Fahrzeug und/oder
im Motorregler kontrolliert wird. Bei der Kompressionsverhältnis-Diagnose handelt
es sich um eine sogenannte "Zustandsmaschine" mit einer Mehrzahl
von Zuständen,
die durch eine Variable "CR_KD_mode", welche im RAM gespeichert
ist, repräsentiert
werden. Gemäß einem bevorzugten
Verfahren enthält
CR_KD_mode einen ersten Zustand (CR_KD_mode=0), welcher einen normalen
Betrieb des Motors (ohne Ausführung
der Diagnoseroutine) repräsentiert;
einen zweiten Zustand (CR_KD_mode=1), welcher die Bestimmung einer
Zündungsanpassung
(d.h. eines "Klopfsummanden" ("knock adder")), die zur Vermeidung
eines Motorklopfens erforderlich ist, anfordert, wobei das Motorkompressionsverhältnis auf "HI" gesetzt (vorgegeben)
ist; einen dritten Zustand (CR_KD_mode=2), welcher die Bestimmung
eines Klopfsummanden bei niedriger Kompression anfordert; einen
vierten Zustand (CR_KD_mode=3), welcher das Rücksetzen des Kompressionsverhältnisses
auf den Anfangswert (z.B. hohe Kompression) anfordert; einen fünften Zustand
(CR_KD_mode=4), welcher einen Vergleich der Klopfsummanden bei hoher
Kompression und bei niedriger Kompression anfordert, um festzustellen,
ob ein möglicher
Fehler oder eine Versagensbedingung in Bezug auf die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
des Motors existiert.
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Das
in 3 gezeigte Diagnoseverfahren enthält zunächst Schritte
zur Bestimmung, ob die erforderlichen Motorbetriebsbedingungen vorliegen (Schritte 302 und 304).
Eine beispielhafte Überprüfung relevanter
Motorbetriebsbedingungen wird wie in 4 gezeigt
durchgeführt.
Man beachte, dass die in 4 dargestellten Schritte nur
beispielhaft sind und nominell eine oder mehrere Überprüfungen der Motorbetriebsbedingungen
oder -parameter involvieren, welche den Betrieb der Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
und die Genauigkeit des diagnostischen Tests beeinflussen können. Falls
z.B. die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
auf dem Öldruck
basiert, um den Motor in einem oder mehreren Kompressionsverhältnis-Betriebsmodi
zu konfigurieren, kann die Öltemperatur überprüft werden, um
sicherzustellen, dass das Öl
innerhalb eines vorgegebenen Bereiches und damit im Zustand einer
erforderlichen Viskosität
ist. Alternativ kann – wie
in 4 gezeigt – die
Motortemperatur bestimmt und als Maß für die Öltemperatur verwendet werden.
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Gemäß 4 wird
ein Kompressionsverhältnis-Diagnose-Anforderungs-Flag
(CR_KD_desired) abgefragt, um zu bestimmen, ob ein Ausführungsmodul
eines entsprechenden Fahrzeug- oder Motorreglers eine Kompressionsverhältnisdiagnose
angefordert hat (Schritt 402). Falls CR_KD_desired auf "TRUE" gesetzt ist (Schritt 404),
wird gemäß Schritt 406 eine
Motortemperatur bestimmt. Die Motortemperatur kann unter Verwendung
irgendeines bekannten oder geeigneten Mittels erfasst oder erschlossen werden.
Vorzugsweise wird – wie
oben in Bezug auf 1 beschrieben – ein Motorkühlmitteltemperatur-(ect=enginge
coolant temperature)-Sensor 150 verwendet.
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Die
Motorkühlmitteltemperatur
ect wird dann mit einer vorgegebenen minimalen Motorkühlmitteltemperatur
(CR_KD_MINECT) verglichen, die erforderlich ist, um die Kompressionsverhältnis-Diagnose auszuführen (Schritt 408).
CR_KD_MINECT wird im Computerspeicher gespeichert und kann empirisch unter
Verwendung von Motortest- und/oder Kalibrationsdaten abgeleitet
werden. Falls ect CR_KD_MINECT überschreitet,
sind die notwendigen Bedingungen erfüllt und das Verfahren fährt -wie in 3 gezeigt-
mit Schritt 308 fort. In Abhängigkeit vom Zustand (0 bis
5) des Kompressionsverhältnis-Diagnosemodus-Flags
CR_KD_mode werden die entsprechenden, weiter unten mit Bezug auf
die 5 bis 10 beschriebenen Schritte ausgeführt. Wenn
andererseits gemäß Schritt 304 die
Motorbetriebsbedingungen nicht erfüllt sind, wird das Kompressionsverhältnis des
Motors nach einem vorgegebenen Plan eingestellt und CR_KD_mode wird
auf "0" gesetzt (Schritt 306).
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5 zeigt
ein Flussdiagramm entsprechend einem ersten Diagnosezustand (CR_KD_mode=0)
des Verfahrens von 3. zunächst werden in Schritt 502 durchschnittliche
Klopfsummanden CR_KD1_knk_add(i) und CR_KD3_knk_add(i) für jeden
der Zylinder i = 1 bis numcyl entsprechend den Diagnosemodi 1 beziehungsweise
3 auf Null initialisiert. Das Diagnosemodus-Flag CR_KD_mode wird dann auf "1" gesetzt (Schritt 504), um
beginnend während
eines nachfolgenden Durchlaufs der Diagnoseroutine die Bestimmung
des Modus 1 Klopfsummanden zu erlauben. Ein Modus 1 Einstellzeitgeber
("settling timer") (CR_KD_atmr1) wird
dann auf "0" initialisiert (Schritt 504).
CR_KD_atmr1 erlaubt, dass eine vorgegebene Anzahl an Werten der
Zündungsanpassung
erfasst wird, um eine Verlässlichkeit
zu garantieren. Die Kontrolle der Diagnoseroutine wird dann an Schritt 308 von 3 zurückgegeben.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm entsprechend eines zweiten Diagnosezustands (CR_KD_mode=1)
des Verfahrens von 3. Falls bei Schritt 308 CR_KD_mode=1
ist, bestimmt der Regler, ob die Betriebsbedingungen für eine Fortsetzung
des Modus 1 Diagnosezustandes vorliegen (Schritte 602 und 604).
Vorzugsweise werden die Motordrehzahl (eng_spd) und die Luftmasse
(aircharge) auf eine Lage innerhalb entsprechender vorgege bener
Grenzen überprüft, bevor
mit dem Rest der Modus 1 Diagnoseschritte fortgefahren wird. Z.B. muss
wie in 7 gezeigt eng_spd innerhalb des Bereiches CR_KD_MINRPM
und CR_KD_MAXRPM liegen und die Luftladung innerhalb des Bereiches CR_KD_MINAIR
und CR_KD_MAXAIR. CR_KD_MINRPM, CR_KD_MAXRPM, CR_KD_MINAIR und CR_KD_MAXAIR
werden im Computerspeicher gespeichert und können empirisch unter Verwendung
von Motortest- und/oder Kalibrationsdaten abgeleitet werden. eng_spd
kann, wie im Stand der Technik bekannt ist und oben mit Bezug auf 1 beschrieben
wurde, unter Verwendung eines Sensors 150 ermittelt werden,
und die Luftladung kann wie bekannt unter Verwendung eines MAF-Sensors 134 und/oder
eines MAP-Sensors 128 gemessen oder erschlossen werden.
Falls die Bedingungen gemäß den Schritten 704 und 708 erfüllt sind,
fährt der
Modus 1 Zustand mit Schritt 606 von 6 fort.
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Wenn
in 6 die obigen Bedingungen von 7 überprüft wurden,
wird der gewünschte
Kompressionsverhältnis-Betriebszustand
(Des_CR) auf eine hohe Kompression gesetzt (Schritt 606).
Dies wird erreicht durch Veranlassung der Kompressionsverhältnis-Einstellvorrichtung,
den Motor in einen hohen Kompressionsverhältnis-Betriebszustand zu konfigurieren.
Falls eine Klopf-Regelungsstrategie aktiv ist (Schritt 608),
wird der Modus 1-Einstellzeitgeber CR_KD_atmr1 um einen vorgegebenen
Betrag (bg_timer) erhöht,
der z.B. gleich der seit der vorhergegangenen Berechnung von CR_KD_atmr1
verstrichenen Zeit ist (Schritt 610). Hinsichtlich der
Bestimmung, ob eine Klopf-Regelungsstrategie aktiv ist, wird auf
die Diskussion von 12 unten verwiesen. Nominell
entspricht bg_timer 0,01 sek. Der Durchschnitts-Klopfsummand für Modus 1 (CR_KD1_knk_add(i))
wird dann für
jeden Zylinder i = 1 bis numcyl als gefilterter Mittelwert über eine
vorgegebene Zeitdauer CR_KD1_SETTM bestimmt: CR_KD1_knk_add(i)
= (1 – CR_KD1_FK·CR_KD1_knk_add(i)(old)
+ CR_KD1_FK·spk_add(i),worin
CR_KD1_FK eine Filterkonstante (nominell 0.1), CR_KD1_knk_add(i)(old)
der vorherige Wert der Größe CR_KD1_knk_add(i),
und spk_add(i) der Ausgangswert der Klopfstrategie bei hoher Kompression
ist, welcher den Zündungsbetrag
repräsentiert, der
von einer Vorwärtsberechnung
der Grenzzündung
(spk_bdl) zur Vermeidung eines Motorklopfens subtrahiert wird. CR_KD1_SETTM
repräsentiert
eine Zeitdauer, die von dem gefilterten Mittelwert der Zylinderzündungsanpassungswerte CR_KD1_knk_add(i)
benötigt
wird, um einen asymptotischen Zustand zu erreichen, und ist nominell
ein kalibrierbarer Rundungsskalar (round scalar), welcher empirisch
aus Motortest- und/oder Kalibrierungsdaten bestimmt werden kann.
CR_KD_atmr1 wird dann mit einer vorgegebenen Minimalzeit (CR_KD1_SETTM)
verglichen (Schritt 616). Falls CR_KD_atmr1 CR_KD1_SETTM überschreitet,
werden die Schritte 618 und 620 ausgeführt, um CR_KD1_knk_add(i)
im Computerspeicher zu speichern, um das Diagnosemodus-Flag CR_KD_mode auf
Modus "2" zu setzen, und um
einen Modus 2 Erfassungszeitgeber (sampling timer) CR_KD_atmr2 zu
initialisieren. Wenn in Schritt 616 der Modus 1 Zeitgeber
CR_KD1_SETTM nicht überschreitet, dann
wird die Kontrolle an Block 308 zurückgegeben und die Diagnose
fährt fort,
den Modus 1 Durchschnitts-Klopfsummanden so lange zu berechnen, wie
die Bedingungen in Block 602 und 608 erfüllt bleiben.
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Wenn,
erneut bezugnehmend auf Block 604 von 6,
die Bedingungen von Block 602 nicht erfüllt sind, oder wenn gemäß Block 608 die
Klopf-Regelungsstrategie inaktiv ist, dann wird die Berechnung des
Modus 1 Durchschnitts-Klopfsummanden umgangen und das Motorkompressionsverhältnis wird
auf eine normal geplante Einstellung gesetzt (Schritt 614).
Die Schritte 616, 618 und 620 werden dann
wie oben beschrieben ausgeführt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können die
Zündungs-"Summanden"-Werte spk_add(i) bei hohen und niedrigen
Kompressionsverhältnissen
gemäß den in 11 gezeigten
Schritten bestimmt werden. Zunächst
wird – wie
aus dem Stand der Technik bekannt – ein Klopfsensor verwendet,
um das Auftreten eines Motorklopfens für jeden der Zylinder i = 1
bis numcyl festzustellen (Schritt 1102). Falls ein Motorklopfen
detektiert wird (Schritt 1104), werden für jeden
der Zylinder entsprechende Klopfsummandenwerte (spk_add(i)) bestimmt
unter Verwendung früherer
Klopfsummandenwerte (spk_add(i)(old)) und eines vorgegebenen Zündungsverringerungswertes
(SPK_DECREMENT) (Schritt 1114). SPK_DECREMENT ist ein kalibrierbarer
Wert mit einem nominellen Wert von etwa 0,5° des Zündungswinkels. Falls kein Klopfen
festgestellt wird, wird ein temporärer Klopfsummandenwert (spk_add_temp)
auf den vorhergehenden Klopfsummandenwert (spk_add(i)(old)) plus
einem Zündungserhöhungswert
(SPK_INCREMENT) gesetzt (Schritt 1106). SPK_INCREMENT ist
in ähnlicher
Weise ein kalibrierbarer Wert mit einem nominellen Wert von etwa
0,1° des
Zündungswinkels.
Falls spk_add_temp kleiner oder gleich einer Zündungssummandengrenze (SPK_ADD_LIM)
von nominell 10° des
Zündungswinkels
ist, und falls die Summe aus der Grenzzündung (spk_bdl) und spk_add_temp
kleiner als eine Schätzung
(spk_mbt) des Zündungswinkels
ist, der für
ein maximales bestes Drehmoment (maximum best torque) erforderlich
ist, dann wird spk_add(i) dem Wert spk_add_temp gleichgesetzt (Schritte 1108, 1110 und 1112).
Der Wert spk_mbt kann geschätzt
unter Verwendung irgendeines im Stand der Technik bekannten, geeigneten
Verfahrens werden. Falls spk_add_temp SPK_ADD_LIM überschreitet, wird
spk_add_temp bei dem Wert von SPK_ADD_LIM abgeschnitten (Schritt 1109).
Falls die Summe spk_bdl + spk_add_temp größer oder gleich spk_mbt ist,
wird spk_add(i) beim Wert spk_mbt minus spk_bdl abgeschnitten (Schritt 1111).
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Gemäß 6 können die
Zündungs-Zeitsteuerungswerte
spk_mbt, spk_bdl und spk_add(i) wiederum – wie in 12 gezeigt – benutzt
werden, um gemäß Schritt 608 zu
bestimmen, ob eine Klopf-Regelungsstrategie aktiv ist. Für jeden
Zylinder wird ein endgültiger
Zündwert
(spk_final) gemäß Schritt 1202 bestimmt: spk_final = MIN((spk_bdl + spk_add(i)), spk_mbt)
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Falls
spk_add(i) kleiner als SPK_ADD_LIM ist und falls spk_final kleiner
als spk_mbt ist, dann wird die Klopfstrategie als aktiv betrachtet (knock_active=TRUE)
(Schritt 1208). Ein einfaches knock_active-Flag kann in
dem Falle gesetzt werden, dass die Klopfstrategie für irgendeinen
der Zylinder aktiv ist; alternativ können individuelle Klopfflags
für jeden
der Zylinder gesetzt werden. Andernfalls wird das/werden die knock_active-Flag(s)
auf FALSE gesetzt (Schritt 1207).
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8 zeigt
ein Flussdiagramm entsprechend einem dritten Diagnosezustand (CR_KD_mode=2)
des Verfahrens von 3. Die in 8 gezeigten
Schritte sind den Schritten von 6 ähnlich mit
der Ausnahme, dass ein durchschnittlicher Klopfsummand für Modus
2 (CR_KD2_knk_add(i)) berechnet wird (Schritt 812). CR_KD2_knk_add(i)
wird für
jeden der Zylinder i = 1 bis numcyl als ein gefilterter Mittelwert über eine
vorgegebene Zeitdauer CR_KD2_SETTM bestimmt: CR_KD2_knk_add(i)
= (1 – CR_KD2_FK)·CR_KD2_knk_add(i)(old)
+ CR_KD2_FK·spk_add(i),wobei
CR_KD2_FK eine Filterkonstante (nominell 0.1), CR_KD2_knk_add(i)(old)
der frühere
Wert der Größe CR_KD2_knk_add(i),
und spk_add(i) der Ausgangswert der Klopfstrategie bei niedriger
Kompression ist, welcher den Zündungsbetrag
repräsentiert, der
von einer Vorwärtsberechnung
der Grenzzündung
(spk_bdl) zur Vermeidung eines Motorklopfens subtrahiert wird. CR_KD2_SETTM
repräsentiert
eine Zeitdauer, die vom gefilterten Mittelwert der Zylinder-Zündungsanpassungswerte CR_KD2_knk_add(i)
benötigt
wird, um einen asymptotischen Zustand zu erreichen, und ist nominell
ein kalibrierbarer Rundungsskalar, der empirisch aus Motortest-
und/oder Kalibrierungsdaten bestimmt werden kann. Falls CR_KD_atmr2
eine minimale Einstellzeit CR_KD2_SETTM überschreitet, dann wird CR_KD2_knk_add(i)
im Computerspeicher gespeichert und das Diagnosemodus-Flag CR_KD_
wird auf "3" gesetzt (Schritte 816 und 818).
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Wenn
die Bedingungen von Block 802 nicht erfüllt sind oder wenn die Klopf-Regelungsstrategie gemäß Block 808 inaktiv
ist, dann wird bezugnehmend auf Block 804 von 8 die
Berechnung eines Modus 2 Durchschnitts-Klopfsummanden umgangen und
das Motorkompressionsverhältnis
wird auf eine normal geplante Einstellung gesetzt (Schritt 814).
Die Schritte 816 und 818 werden dann wie oben
beschrieben ausgeführt.
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9 zeigt
ein Flussdiagramm entsprechend einem vierten Diagnosezustand (CR_KD_mode=3)
des Verfahrens von 3. Der vierte Diagnosezustand
beinhaltet das Zurücksetzen des
gewünschten
Kompressionsverhältnisses (Des_CR)
auf den anfänglichen
Kompressionsverhältnis-Betriebszustand,
d.h. eine hohe Kompression (Schritt 902), und das Setzen
von CR_KD_mode auf "4" (Schritt 904).
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10 ist
ein Flussdiagramm entsprechend einem fünften Diagnosezustand (CR_KD_mode=4) des
Verfahrens von 3. Falls CR_KD_ ist, dann wird
Schritt 1002 ausgeführt,
um für
jeden der Zylinder i = 1 bis numcyl Differenzwerte (DIFF(i)) zwischen den
Modus 2 und Modus 1 Klopfsummandenwerten CR_KD2_knk_add(i) beziehungsweise CR_KD1_knk_add(i)
zu bestimmen. Der Zweck besteht darin, eine Differenz in den Klopfsummandenwerten
bei hoher gegenüber
niedriger Kompression zu bestimmen, d.h., wenn die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
das Kompressionsverhältnis des
Motors ändert, ändert sich
eine Vorwärtsabschätzung der
Grenzzündung
entsprechend. Für eine
nominell arbeitende Kompress ionsverhältnis-Einstelleinrichtung ist
zu erwarten, dass die Klopfanpassungen (spk_add(i)) klein sind.
Wenn daher der Absolutwert von DIFF(i) einen vorgegebenen Betrag überschreitet,
wird daraus geschlossen, dass die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
möglicherweise
nicht wie vorgesehen funktioniert hat. Dies wird festgestellt durch
Vergleich des Absolutwertes von DIFF(i) mit vorgegebenen Grenzwerten (CR_KD_ERRLIM(i)),
die im Computerspeicher gespeichert sind (Schritt 1004).
Die Grenzwerte CR_KD_ERRLIM(i) werden empirisch unter Verwendung
von Motortestdaten bestimmt. Falls der Absolutwert von DIFF(i) geringer
als CR_KD_ERRLIM(i) ist, wird ein Betriebsstatus-Flag (CR_KD_fault(i))
auf "1" gesetzt, was einen
möglichen
Versagenszustand anzeigt, der mit dem Betrieb der Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
entsprechend Zylinder i verbunden ist (Schritt 1006). Andernfalls
wird CR_KD_fault(i) in Schritt 1012 auf "0" gesetzt. CR_KD_mode wird dann auf "0" gesetzt, und ein Diagnosestatus-Flag
(CR_KD_complete) wird bei Abschluss des Diagnosetestes auf "1" gesetzt (Schritte 1008 und 1010).
Das Betriebsstatus-Flag (CR_KD_fault(i))
kann im Reglerspeicher gespeichert werden, oder es kann verwendet
werden, einen ersten Code zu erzeugen und zu speichern, der eine mögliche Versagensbedingung
an wenigstens einem Zylinder und/oder der zugehörigen Kompressionsverhältnis-Einrichtung
anzeigt, und separate Codes zu erzeugen und zu speichern, die den
Betriebsstatus eines jeden Zylinders und/oder der zugehörigen Kompressionsverhältnis-Einrichtungen
anzeigen.
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Falls
die Diagnose eine mögliche
Versagensbedingung anzeigt, können
durch einen Fahrzeug- oder Motorregler geeignete Maßnahmen
eingeleitet werden, um den Motor in einen Standard oder "Heimschlepp" ("limp home") Modus zu setzen, oder
um die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
in einem oder mehreren von ausgewählten Modi zu konfigurieren.
Die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
kann so gesteuert werden, dass alle oder ausgewählte Zylinder der Brennkraftmaschine in
einen Standard-Betriebsmodus des Kompressionsverhältnisses
gesetzt werden. Zusätzlich
kann ein entsprechendes optisches, akustisches oder andersartiges
Diagnosesignal erzeugt werden, um einen Fahrzeugführer über eine
mögliche
Versagensbedingung in Bezug auf die Kompressionsverhältnis-Einstelleinrichtung
zu informieren. Z.B. kann ein Diagnosezeichen (z.B. OBD-II Borddiagnose)
oder eine andere am Armaturenbrett angebrachte Anzeige erleuchtet
oder aktiviert werden, oder es kann eine Textnachricht angezeigt
werden, welche den Fahrer zur Wartung des Fahrzeuges auffordert.
Das Signal oder Zeichen kann spezifisch für einen speziellen Zylinder
oder eine Gruppe von Zylindern in Bezug auf die Kompressionsverhältnis-Einrichtung
sein. Die Versagensbedingung kann ferner unter Verwendung anderer
Motorsensoren und Diagnoseverfahren verifiziert oder bestätigt werden.