-
Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung einer Nockenwellenverstellung
einer Brennkraftmaschine, wobei ein Sollwert einer Winkelposition
mit einem Istwert der Winkelposition verglichen wird.
-
Variable
Ventilsteuerungen durch Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine
sind beispielsweise aus den Aufsätzen „Tanz der
Ventile" sowie „Variable
Ventilsteuerung" der
Zeitschrift „mot Profi
Spezial Variable Ventilsteuerung",
Nr. 3/2002, Vereinigte Motor-Verlage, Stuttgart, bekannt.
-
Die
Nockenwellenverstellung erlaubt eine mechanische Variation der Ventilansteuerungszeiten am
Ein- und Auslasskanal einer Zylinderkammer. Die dafür erforderliche
Verstellung der Nockenwelle in Richtung früh oder spät erfolgt beispielsweise über einen
Flügelzellenversteller
oder dergleichen per Öldruck.
Die Steuerung des Öldrucks
in den einzelnen Kammern geschieht durch Magnetventile, die über ein
pulsweitenmoduliertes Signal ausgehend vom Steuergerät ange sprochen
werden. Dabei muss die Nockenwelle innerhalb einer einzuhaltenden
Zeit den Sollwert ausreichend genau erreichen. Ist dies nicht gegeben,
so handelt es sich um eine Fehlverstellung. Fehlstellungen während der
variablen Nockenwellenverstellung führen unter anderem zu einer
Abgasverschlechterung durch eine nicht mehr optimale Verbrennung
bis hin zu Verbrennungsaussetzern. Des Weiteren wird der Fahrer
ein fehlendes Drehmoment bzw. fehlende Leistung und Einbußen bei
der Laufruhe wie beispielsweise Ruckeln, die durch fehlerhafte Nockenwellenpositionen
und dadurch resultierende Füllungsunterschiede
zwischen den Zylinderbänken auftreten,
bemängeln.
-
Die
Diagnose der Nockenwellensteuerung erfolgt gegenwärtig durch
ein Überprüfen der
Verstellwinkel der Nockenwelle. Dazu wird die betragsmäßige Differenz
zwischen Soll- und Istwert mit applizierbaren Schwellwerten verglichen.
Bei Über-bzw. Unterschreiten
der Schwellwerte für
einen zu applizierenden Zeitraum erfolgt ein Setzen eines Fehlers der
Nockenwellen-Verstelleinheit. Ein Verstellfehler der Nockenwelle
wird immer dann gesetzt, wenn nach Ablauf der Entprellzeit die Ist-Winkelposition außerhalb
eines zulässigen
Toleranzbandes liegt. Mit einer Nockenwellendiagnose nach Stand
der Technik kann nur ein allgemeiner Verstellfehler der Nockenwelle
diagnostiziert werden.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine differenziertere
Fehlerdiagnose zu ermöglichen.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das
eingangs genannte Problem wird durch ein Verfahren zur Überwachung
einer Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, wobei ein
Sollwert einer Winkelposition mit einem Istwert der Winkelposition
verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Fehlertypen
anhand des Verlaufs des Istwertes über der Zeit erkannt werden
können,
gelöst.
Die Fehlertypen werden in einen ersten Fehlertyp und einen zweiten
Fehlertyp unterteilt. Der erste Fehlertyp liegt vor, wenn das Nockenwellen-Verstellsystem langsamer
reagiert, als dies in einem Worst-Case-Fall erlaubt wird (slow response). Der
zweite Fehlertyp liegt vor, wenn das Nockenwellen-Verstellsystem
nicht auf Sollwert Änderungen
reagiert oder auf dem Weg zu dem zu erreichenden Sollwert blockiert
wird (target error).
-
In
einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste
Fehlertyp als erkannt gilt, wenn ein abgespeicherter Sollwert nach
einer maximalen Zeit (Dauer von erstem-Timer = Tmax1)
nicht ausreichend genau erreicht ist. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn der erste Fehlertyp als erkannt gilt, wenn ein Werteband um
den Sollwert nach einer maximalen Zeit nicht erreicht ist. Statt
das Erreichen eines genauen Wertes zu fordern, wird somit das Erreichen eines
Toleranzbandes als ausreichend erachtet.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
der erste Fehlertyp als erkannt gilt, wenn der Istwert zusätzlich einen
Fehlerschwellwert bei bereits bekanntem Fehler überschritten hat.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
der zweite Fehlertyp als erkannt gilt, wenn die Differenz der Istwerte
zwischen der Startzeit und der maximalen Zeit zusätzlich einen Fehlerschwellwert
nicht überschritten
hat. Die Startzeit ist der Zeitpunkt, zu dem eine Veränderung
der Soll-/Istdifferenz > Schwellwert festgestellt
worden ist. Die maximale Zeit ist die Zeitvorgabe, nach der der
abgespeicherte Sollwert, welcher die Soll-/Istdifferenz hervorgerufen
hat, eigentlich ausreichend genau erreicht worden sein müßte. Der
Fehlerschwellwert ist ein Differenzwert, bei dessen Unterschreiten davon
ausgegangen wird, dass zwei aufeinanderfolgende Messwerte der Winkelposition,
dies kann ein Vergleich zweier Istwerte oder ein Vergleich des Istwertes
mit einem Sollwert sein, keinen merklichen Unterschied zwischen
beiden Werten ergibt.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
der Sollwert der Winkelposition zu Beginn der Stellerüberwachung
wie vorher gespeichert wird. Der Beginn der Stellerüberwachung
wird gestartet, wenn die Differenz zwischen Sollwert und Istwert
einen Mindestwert überschreitet. Ein
Prüfzyklus
wird immer mit einer ausreichend großen Soll-/Istdifferenz gestartet.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
der Istwert der Winkelposition zu Beginn der Stellerüberwachung
gespeichert wird. Zur weiteren Auswertung mittels eines Diagnosesystems
sind daher gespeicherter Istwert und gespeicherter Sollwert verfügbar.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
der Extremwert des Istwerts der Winkelposition während des Ablaufs der maximalen
Zeit (Dauer von 2nd-Timer = Tmax2)
gespeichert wird. Mit dieser Maßnahme
sind sämtliche
Fehlerwerte bzw. Diagnosewerte zur weiteren automatisierten Auswertung
mittels eines Diagnosesystems verfügbar.
-
Das
eingangs genannte Problem wird auch durch eine Brennkraftmaschine
mit einer Vorrichtung zur Überwachung
einer Nockenwellenverstellung, die nach einem Verfahren nach einem
der auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche arbeiten kann, gelöst.
-
Zeichnungen
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
-
1 ein erstes Diagramm einer
Winkelposition über
der Zeit mit Darstellung eines ersten Fehlertypus bei sprungförmiger Nockenwellenverstellung;
-
2 eine Darstellung gemäß 1 bei einem zweiten Fehlertyp;
-
3 eine Darstellung gemäß 1 bei einem dritten Fehlertyp;
-
4 eine Darstellung gemäß 1 mit mehreren Fehlertypen.
-
5 ein Diagramm einer Winkelposition über der
Zeit bei kontinuierlicher Nockeewellenverstellung und zweigeteilter
Zeitmessung im fehlerfreien Fall;
-
6 eine Darstellung gemäß 5 bei einem ersten Fehler;
-
7 eine Darstellung gemäß 5 bei einem zweiten Fehler.
-
In 1 dargestellt ist eine relative
Winkelposition α über der
Zeit t. Die relative Winkelposition α stellt die relative Verdrehung
der Nockenwelle gegenüber
einer Grundposition dar. Dargestellt sind jeweils Sollwerte α und ein
Istwert β.
Bis zu einer Zeit t = 0 ist ein Sollwert α1 vorgegeben,
ab der Zeit t = 0 ist ein Sollwert α2 vorgegeben.
In 1 dargestellt ist nun
der zeitliche Verlauf des Istwertes β über der Zeit t. Die Sollwertvorgabenänderung
von α1 auf α2 verläuft
im Wesentlichen sprungartig, die tatsächliche Verstellung des Istwertes β kann nicht
sprungartig erfolgen. Um den Sollwert α2 herum
ist ein Toleranzbereich γ definiert,
entsprechend ist um den Sollwert α1 ein Toleranzbereich ϕ definiert.
Wenn der Istwinkel β in
den Toleranzbändern γ bzw. ϕ liegt,
so wird davon ausgegangen, dass der jeweilige Sollwert erreicht worden
ist. Bei dem in 1 dargestellten
Sprung von dem Sollwert α1 auf den Sollwert α2 zum
Zeitpunkt t = 0 wird nun die Zeitdauer bestimmt, die der Istwinkel β in den Bereich γ um den Sollwinkel α2 als Stellzeit
benötigt.
Ist das Toleranzband γ zum
Zeitpunkt t = Tmax nicht erreicht, so liegt
ein Fehler vor. Im vorliegenden Fall liegt der Istwinkel β außerhalb
beider Toleranzbänder γ und ϕ,
der Istwinkel β hat
sich zum Sollwinkel α2 hin verändert.
-
Ausschlaggebend
ist eine ausreichend große
Sollwertänderung,
die den Zeitpunkt t = 0 festlegt. Zum Zeitpunkt t = 0 wird auf den
aktuellen, ungefilterten Istwinkel geschaut und dieser in einer
RAM-Zelle abgelegt. Wenn das Verstellsystem nicht in der Lage ist,
innerhalb einer vorgegebenen Zeit den vorgegebenen Sollwert zu erreichen,
läuft ein
Fehlerzeitzähler
mit einem Timeout gleich Tmax und es wird
zu diesem Zeitpunkt erneut auf den aktuellen Istwinkel geschaut
und dieser in einer zweiten RAM-Zelle abgelegt. Zum Zeitpunkt t
= Tmax werden diese beiden Istwinkel voneinander subtrahiert
und der Absolutwert dieser Differenz mit dem Fehlerband ϕ verglichen.
Ist die ermittelte Istwertdifferenz größer als diese Schwelle, so
wurde eine vorausgehende Verstellung erkannt und somit ein sogenanntes "slow response" Verhalten als Fehler
detektiert, weil es das Verstellsystem nicht geschafft hat, in der
vorgegebenen Zeit den Sollwert zu erreichen.
-
2 zeigt einen zweiten Fehler,
der als "target
error" bezeichnet
wird. Das gesamte System schafft es hier nicht, dass Toleranzband ϕ um
den Winkel α1 zu verlassen. Wie zuvor werden hier zum Zeitpunkt
t = 0 und t = Tmax die eingelesenen Istwinkelwerte
voneinander subtrahiert. Ist der Absolutwert kleiner als die "target error" Fehlerschwelle,
nämlich das
Toleranzband ϕ, so wurde keine vorausgeganene Verstellung
erkannt und somit zum Zeitpunkt des Timeouts t = Tmax ein "target error" erkannt und in einen
zugehörigen
Fehlerspeicher eingetragen.
-
3 zeigt einen weiteren Fehlerfall,
bei dem es das Verstellsystem zunächst schafft, die Nockenwelle
ausreichend schnell zu verstellen, die Nockenwelle dann aber schlagartig
auf dem Weg zum Sollwert α2 hängenbleibt.
Um auch diesen Fall detektieren zu können, wird der Sollwertfilter
an einen Mittellagesteller angepasst. Dies bedeutet, dass die Stellüberwachung
nicht anspricht, solange der Istwert sich innerhalb eines Zulässigkeitsbandes
Z befindet. Der gefilterte und um einen Toleranzbereich Z erweiterte
Sollwert ist in 3 als αZ bezeichnet.
Befindet sich der Istwert β in
dem durch αZ vorgegebenen Bereich, so arbeitet das gesamte
Verstellsystem fehlerfrei. Verlässt
der Istwert β den
Sollwertbereich αZ, so wird der Fehlerzähler aktiviert. Dies ist in
der Darstellung der 3 zum
Zeitpunkt t = 0 der Fall. Um den zum Zeitpunkt t = 0 festgelegten
Sollwert α3 wird nun ähnlich wie in den Darstellungen
zu 1 und 2 ein Toleranzband ϕ3 definiert. Wird dieses Toleranzband ϕ3 bis zum Zeitpunkt t = Tmax nicht
verlassen, so liegt wiederum ein "target error", mithin die zweite Fehlerart, vor.
Wird das Toleranzband ϕ3 zum Zeitpunkt
t = Tmax verlassen, das Toleranzband αZ aber
nicht erreicht, so liegt wiederum ein "slow response" Fehler vor.
-
4 zeigt die möglichen
Fehlerarten noch einmal in einem Diagramm zusammengefasst. Dargestellt
ist wiederum der Verstellwinkel α über der Zeit
t. Die Kurve 1 entspricht der Sollwertvorgabe. Kurve 2 zeigt den
fehlerfreien Verlauf. Die Kurven 3 und 4 zeigen den als "target error" bezeichneten ersten
Fehlerfall, bei der Kurve 3 wird das untere Toleranzband φ erst gar
nicht verlassen, bei Kurve 4 wird dieses zwar verlassen, nach einer
kurzen Zeit der fehlerfreien Verstellung tritt jedoch der zweite
Fehlerfall auf. Kurve 5 stellt den als "slow response" bezeichneten ersten Fehlerfall dar.
-
5 zeigt eine Darstellung
gemäß 1, also eine relative Winkelposition α über der
Zeit T. Im Unterschied zu der anhand der 1 bis 4 dargestellten
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird hier eine Zweiteilung der Zeitmessperioden vorgenommen. Dargestellt
ist eine Sollwertkurve A sowie eine Istwertkurve B. Wird zu einem
Zeitpunkt T = T0 eine Abweichung des Sollwertes
A vom Istwert B festgestellt, so wird zumindest ein erster Timer
gestartet und die relativen Abweichungen ΔAB = A-B bis zum Zeitpunkt T
= T1 gemesssen. Ist bis zu diesem Zeitpunkt
die Abweichung ΔAB
unterhalb eines Schwellwertes gesunken, so liegt ein fehlerfreier
Fall vor. Ist bis zu diesem Zeitpunkt die Abweichung ΔAB nicht
unter einen Schwellwert gesunken, so liegt ein Fehlerfall vor, wie
dies in den 6 und 7 dargestellt ist. Innerhalb
einer zweiten Zeitmessperiode bis zum Zeitpunkt Tmax2 wird
nun die Art des Fehlers bestimmt. Innerhalb der ersten Zeitmessperiode
bis zum Zeitpunkt Tmax1 wird also nur ermittelt,
ob ein Fehler vorliegt, innerhalb der zweiten Zeitmessperiode bis
zum Zeitpunkt Tmax2 wird sodann ermittelt,
um welchen Fehlertyp es sich handelt. In 6 dargestellt ist beispielhaft der Fehler "slow response" bei dem zwar der
Sollwert nicht erreicht wird, ein Band um den Ausgangswert aber
verlassen wird. In 7 dargestellt
ist der Fehlerfall des TargetErrors, bei dem ein Band um den Ausgangswert
erst gar nicht verlassen wird. Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach den 5 bis 7 unterscheidet sich von
dem ersten Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen nur durch die in Tmax1 und
Tmax2 zweigeteilte Zeitmessperiode.
-
Die Überwachung
der Nockenwellensteuerung erfolgt also durch einen Vergleich von
Ist- und Sollwert der Nockenwellenverstellwinkel. Dazu wird die
vorzeichenabhängige
Differenz zwischen Soll- und Istwert mit einem öltemperatur- und drehzahlabhängigen Schwellwert
verglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren
vereint die beiden möglichen
Verstellarten der geschalteten – mit
nur zwei möglichen Stellpositionen – und der
kontinuierlichen Nockenwellenverstellung. Wenn die Nockenwelle es
innerhalb einer einzuhaltenden Verstellzeit Tmax1 nicht schafft,
den aufgrund einer ausreichend großen Sollwertänderung
entstandenen Winkelbereich auszugleichen, erfolgt ein Setzen des
Fehlers der Nockenwellenverstelleinheit. Das parallel dazu ablaufende erfindungsgemäße Verfahren
bestimmt, ob es sich bei diesem Fehlverhalten um einen target error
oder um ein slow response Verhalten gehandelt hat.
-
Nach
Ablauf der einzuhaltenden Verstellzeit Tmax1,
wird überprüft ob der
Nockenwellensteller in dieser Zeit in der Lage war, die zu Beginn
des Prüfzyklusses
anstehende Soll-/Istdifferenz
auszugleichen. Beträgt
die Nockenwellenistwinkeldifferenz zwischen dem zu Beginn der Überwachung
abgespeicherten Istwinkel und dem Extremwert während der gesamten Diagnosedauer
weniger als ein vorgegebener Schwellwert, so handelt es sich bei
dem diagnostizierten Fehlverhalten um einen „target error". Wäre die Differenz
größer als
ein Schwellwert, wird davon ausgegangen, dass sich die Nockenwelle
noch verstellt hat und ein „slow
response" Verhalten
als Fehler eingetragen.