DE19829441A1 - Diagnoseverfahren für den elektromagnetisch betätigten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für den elektromagnetisch betätigten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, deren Hubventile mittels Elektromagnet-Aktuatoren unter Einwirkung jeweils zweier einander entgegengerichteter Rückstellfedern oszillierend bewegt werden, wobei die Position jedes Hubventils oder des dieses betätigenden Ankers, der im Aktuator zwischen zwei Magnetspulen oszillierend geführt wird, mittels eines Positions-Sensors meßbar ist. Erfindungsgemäß wird zunächst eine Mittellagen-Bestimmung des Hubventils durchgeführt, wozu die im wesentlichen betriebswarme Brennkraftmaschine aus einem niedrigen Betriebspunkt (wie Leerlauf o. ä.) heraus abgestellt und anschließend daran zumindest der Aktuator des zu diagnostizierenden Hubventils elektrisch vollständig abgeschaltet wird, so daß nach einer gewissen Zeitspanne, innerhalb derer dieses Hubventil seine Schwingungsbewegung im wesentlichen beendet hat, dessen Mittellage mit Hilfe des Sensors gemessen wird. Bei einer Abweichung der gemessenen Mittellage von der Soll-Mittellage errechnet ein an das elektronische Steuerungssystem des Ventiltriebes ankoppelbares Diagnosehilfsmittel einen Korrekturwert, unter Zugrundelage dessen am geeignet ausgebildeten Aktuator eine Mittellagen-Korrektur durchführbar ist. Angegeben sind ferner weitere Zusatzmaßnahmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für den elektromagnetisch betä­ tigten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, deren Hubventile mittels Elek­ tromagnet-Aktuatoren unter Einwirkung jeweils zweier einander entgegenge­ richteter Rückstellfedern oszillierend bewegt werden, wobei die Position je­ des Hubventiles oder des dieses betätigenden Ankers, der im Aktuator zwi­ schen zwei Magnetspulen oszillierend geführt wird, mittels eines Posi­ tions-Sensors meßbar ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 196 31 909 A1 verwiesen.

Eine Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetisch betätigten Ventiltrieb wird im Hinblick auf die gewaltigen systemimmanenten Vorteile dieses Ven­ tiltriebes bevorzugt zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges verwendet. Nun muß aber jede komplexe Baugruppe eines Kraftfahrzeuges sowohl bei der Her­ stellung im Werk als auch später beim Kundendienst möglichst schnell und genau auf Fehler überprüfbar sein, um Zeit und damit Kosten zu sparen. Ei­ ne Brennkraftmaschine mit einem elektromechanischen Ventiltrieb stellt eine sehr komplexe Baugruppe dar, die ohne geeignete Hilfsmittel nur mit sehr großem Zeitaufwand überprüfbar und reparierbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein im Hinblick auf die ge­ nannten Anforderungen geeignetes Diagnoseverfahren für den elektroma­ gnetisch betätigten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 aufzuzeigen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Mittellagen-Bestirnmung des Hubventiles durchgeführt wird, wozu die im we­ sentlichen betriebswarme Brennkraftmaschine aus einem niedrigen Betriebs­ punkt (wie Leerlauf o. ä.) heraus abgestellt und anschließend daran zumin­ dest der Aktuator des zu diagnostizierenden Hubventiles elektrisch vollstän­ dig abgeschaltet wird, so daß nach einer gewissen Zeitspanne, innerhalb de­ rer dieses Hubventil seine Schwingungsbewegung im wesentlichen beendet hat, dessen Mittellage mit Hilfe des Sensors gemessen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Im Sinne einer kurzen Zusammenfassung ist es In halt der vorliegenden Er­ findung, einige Abläufe aufzuzeigen, die es ermöglichen, schnell und effizi­ ent Teile des elektromagnetischen Ventiltriebes zu testen sowie gegebe­ nenfalls Einstellungen vorzunehmen. Diese Abläufe bzw. insbesondere vor­ teilhafte Weiterbildungen des im Patentanspruch 1 beschriebenen Diagno­ severfahrens greifen dabei auf ein Diagnosehilfsmittel zurück, mit dem man in der Lage ist, mit einem elektronischen Steuergerät des Ventiltriebes bzw. mit der Steuerelektronik der Brennkraftmaschine eine Kommunikation über eine Datenschnittstelle durchzuführen.

Vorgänge wie das später noch erläuterte sog. Anschwingen oder das sog. Abwerfen der Hubventile sowie das (ebenfalls später noch erläuterte) Hoch­ schleppen der Brennkraftmaschine oder die Ansteuerung der Aktuatoren mit einer festen Frequenz werden dabei bevorzugt vom Diagnosehilfsmiftel aus­ gelöst und von einem Steuergerät des Ventiltriebes oder der Brennkraftma­ schine ausgeführt. Desweiteren werden Meßwerte wie insbesondere die Po­ sition des Hubventiles vom genannten über die Datenschnittstelle an das Diagnosehilfsmittel übermittelt und vorzugsweise dort verarbeitet und be­ wertet.

Im einzelnem wird zunächst vorgeschlagen, eine Mittellagen-Bestimmung des Hubventiles durchzuführen, d. h. zu ermitteln, in welcher Position sich das schwingungsfähige Hubventil-Aktuator-System insbesondere unter Ein­ fluß der genannten Rückstellfedern bei elektrisch abgeschaltetem Aktuator in seiner Ruhelage befindet. Hierzu soll die Brennkraftmaschine betriebswarm sein, insbesondere um unvermeidbare Reibungsverluste im System so ge­ ring als möglich zu halten. Ausgehend vom Leerlaufpunkt oder einem ähnli­ chen sog niedrigen" Betriebspunkt (d. h. insbesondere niedrige Drehzahl) der Brennkraftmaschine wird diese abgestellt und anschließend daran sofort zumindest der Aktuator des zu diagnostizierenden Hubventiles elektrisch vollständig abgeschaltet. Letzteres schwingt dann aus, d. h. beendet oszilie­ rend seine ursprüngliche Schwingungsbewegung, und nimmt schließlich die besagte Mittellage ein, die nun mittels des vorhandenen Positions-Sensors gemessen werden kann. Hierdurch erhält man bereits eine fundamentale Grundlagen-Information.

Hierauf aufbauend können nun weitere Maßnahmen durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, daß bei einer Abweichung der gemessenen Mit­ tellage von der Soll-Mittellage das bereits erwähnte, an das elektronische Steuerungssystem des Ventiltriebes ankoppelbare Diagnosehilfsmittel einen Korrekturwert errechnet, unter Zugrundelage dessen am geeignet ausgebil­ deten Aktuator eine Mittellagen-Korrektur durchführbar ist. Unter der Voraus­ setzung, daß der Aktuator über einen Einstellmechanismus für die Soll- Mittellage verfügt, kann bei stillgesetzter Brennkraftmaschine das Diagnose­ hilfsmittel zunächst die gemessene Mittellagenabweichung für jedes Ventil in einen vorzeichenbehafteten Korrekturwert umrechnen, beispielsweise in eine Anzahl von Umdrehungen einer Einstellschraube nach rechts oder nach links. Dieser vorzeichenbehaftete Korrekturwert kann dann in geeigneter übersichtlicher Form am Diagnosehilfsmittel dargestellt werden, bspw. gra­ fisch. An Hand dieser Darstellung kann die korregierende Einstellung am Aktuator durchgeführt werden. Abschließend sollte eine erneute Mittel­ lagen-Bestimmung zur Kontrolle durchgeführt werden, wobei gegebenenfalls eine Feinkorrektur erfolgen kann, d. h. es erfolgt eine Wiederholung des beschrie­ benen Ablaufes, bis die tatsächliche Mittellage dem Sollwert derselben ent­ spricht.

Bei einem Ventiltrieb mit einem insbesondere hydraulischen Ventilspielaus­ gleichselement ist es weiterhin möglich, daß nach durchgeführter Mittel­ lage-Bestimmung das bereits genannte Diagnosehilfsmittel über einem festen Zeitraster den Gradienten der mit Hilfe des Positions-Sensors ermittelten Positionsänderung berechnet. Hierdurch läßt sich die Güte des (hydraulischen) Ventilspiel-Ausgleichelementes bewerten. Als Vorausset­ zung sollte auch hier wieder die Brennkraftmaschine betriebswarm sein und zunächst die Mittellagenbestimmung des Hubventiles durchgeführt werden. Danach wird bevorzugt in einem festen Zeitraster laufend die Position des Hubventiles gemessen und an das Diagnosehilfsmittel übermittelt, woraus dieses den Gradienten berechnet, mit dem das hydraulische Ventilspiel-Aus­ gleichelement zusammengedrückt wird. Dies liefert eine direkte Aussage über die Qualität des Ausgleichselementes.

Ebenfalls überprüft werden können die Rückstellfedern des schwingungsfä­ higen Aktuator-Hubventil-Systemes. Hierzu wird vorgeschlagen, daß nach erfolgter Mittellage-Bestimmung einer Hubventil-Aktuator-Einheit dieses Hubventil mittels des Aktuators in Schwingung versetzt und danach der Ak­ tuator elektrisch vollständig abgeschaltet wird, wonach die Wegintegrale der beiden Halbschwingungen des Hubventiles über der Zeit ermittelt werden. Durch geeignete Bewertung dieserWegintegrale ergibt sich eine Aussage zu den Federkonstanten des schwingungsfähigen Aktuator-Hubventil-Sys­ temes.

Neben den bislang beschriebenen Diagnoseschritten, die sämtlich auf einer zuvor durchgeführten Mittellage-Bestimmung basieren, können darüberhin­ aus insbesondere unter Zuhilfenahme des besagten Diagnosehilfsmittels weitere Diagnoseschritte durchgeführt werden.

So ist eine akustische Bewertung der Funktionsfähigkeit der Aktuatoren möglich, wozu die Brennkraftmaschine idealerweise stillgesetzt wird. Dann können gesteuert über das Diagnosehilfsmittel ein oder mehrere Hubventile selektiv angeschwungen und mit einer festen oder variablen Schaltfrequenz betrieben werden. Um diese Schaltvorgänge besser hörbar zu machen, kann dabei die Aufsetzgeschwindigkeit der Hubventile auf deren Ventilsitz (sowie die Aufsetzgeschwindigkeit des auf das Hubventil einwirkenden Aktua­ tor-Ankers, der oszillierend zwischen den beiden Aktuator-Magnetspulen be­ wegt wird) durch einen geänderten Stromverlauf in den Aktuator-Magnet­ spulen vergrößert werden.

Schließlich soll noch kurz eine besonders vorteilhafte Kompressionsprüfung als Diagnoseverfahren an einer mit einem elektromagnetischen Ventiltrieb ausgerüsteten Brennkraftmaschine beschrieben werden:

Die Voraussetzungen hierfür sind neben einer betriebswarmen Brennkraft­ maschine (d.h Öltemperatur und Kühlmitteltemperatur derselben liegen je­ weils oberhalb eines Schwellwertes), daß eine Brennkraftmaschinen-Anlaß­ vorrichtung vorhanden ist, die es ermöglicht, eine ausreichend hohe Anlaß­ drehzahl zu erreichen und die über ein systemeigenes Steuergerät oder di­ rekt über das Diagnosehilfsmittel aktiviert werden kann. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn eine bestimmte Anlaßdrehzahl eingestellt werden kann. Selbstverständlich sind zur Durchführung dieser Diagnose bei nicht befeu­ erter Brennkraftmaschine Maßnahmen zu ergreifen, die ein ungewolltes Fortbewegen des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeu­ ges verhindern.

Dann kann zunächst - gesteuert über das Diagnosehilfsmittel - ein An­ schwingen aller Hubventile erfolgen, so daß sie in offener Stellung gehalten werden. Daraufhin erfolgt ein Hochschleppen der Brennkraftmaschine mit der Anlaßvorrichtung, falls möglich auf eine bestimmte Enddrehzahl. Durch Auslaufenlassen der Brennkraftmaschine bis zum Stillstand kann der Dreh­ zahlgradient hierbei ermittelt werden, wobei dieser Gradient ein Maß für das Reibmoment der Brennkraftmaschine ist. Daraufhin erfolgt ein erneutes Hochschleppen der Brennkraftmaschine mit der Anlaßvorrichtung, falls mög­ lich abermals auf eine bestimmte Enddrehzahl. Nun wird jedoch die Brenn­ kraftmaschine gezielt abgebremst, und zwar unter Nutzung der Kompressi­ ons- und Expansionsphasen eines Brennkraftmaschinen-Zylinders, wozu alle Hubventile nur dieses zu diagnostizierenden Zylinders nach Erreichen der Enddrehzahl geschlossen und nur in den Umkehrpunkten des Zylinder-Kol­ bens kurzzeitig zum Druckausgleich geöffnet werden, und zwar initiiert durch das Diagnosehilfsmittel. Bewertet man nun den sich damit ergebenden Brennkraftmaschinen-Drehzahlgradienten unter Berücksichtigung des im er­ sten Schritt mit geöffneten Hubventilen ermittelten Drehzahlgradienten (der ein Maß für das Reibmoment der Brennkraftmaschine ist), so sind Aussagen über die Kompression des betreffenden Brennkraftmaschinen-Zylinders möglich. Die letztgenannten Verfahrensschritte mit der gezielten Abbrem­ sung durch die Kompressions- und Expansionsphasen können dann nach­ einander für sämtliche Brennkraftmaschinen-Zylinder durchgeführt werden.

Insbesondere unter Zuhilfenahme des lediglich abstrakt beschriebenen Dia­ gnosehilfsmittels, welches im wesentlichen ein spezielles mit den systemei­ genen elektronischen Steuergeräten der Brennkraftmaschine oder des Ven­ tiltriebes kompatibles elektronisches Steuergerät ist, können somit gezielt nicht nur die beschriebenen, sondern auch weitere Vorgänge ausgelöst wer­ den, die dann im wesentlichen von dem oder den systemeigenen Steuerge­ rät(en) ausgeführt werden. Die Resultate dieser Vorgänge werden dann über die Datenschnittstelle zwischen den Steuergeräten an das Diagnosehilfs­ mittel übermittelt und vorzugsweise dort verarbeitet und bewertet.

Claims (4)

1. Diagnoseverfahren für den elektromagnetisch betätigten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, deren Hubventile mittels Elektromagnet-Aktu­ atoren unter Einwirkung jeweils zweier einander entgegengerich­ teter Rückstellfedern oszillierend bewegt werden, wobei die Position jedes Hubventiles oder des dieses betätigenden Ankers, der im Ak­ tuator zwischen zwei Magnetspulen oszillierend geführt wird, mittels eines Positions-Sensors meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Mittellagen-Bestimmung des Hubventiles durchgeführt wird, wozu die im wesentlichen be­ triebswarme Brennkraftmaschine aus einem niedrigen Betriebspunkt (wie Leerlauf o. ä.) heraus abgestellt und anschließend daran zum in­ dest der Aktuator des zu diagnostizierenden Hubventiles elektrisch vollständig abgeschaltet wird, so daß nach einer gewissen Zeitspan­ ne, innerhalb derer dieses Hubventil seine Schwingungsbewegung im wesentlichen beendet hat, dessen Mittellage mit Hilfe des Sensors gemessen wird.

2. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung der gemessenen Mittellage von der Soll-Mittellage ein an das elektronische Steue­ rungssystem des Ventiltriebes ankoppelbares Diagnosehilfsmittel ei­ nen Korrekturwert errechnet, unter Zugrundelage dessen am geeignet ausgebildeten Aktuator eine Mittellagen-Korrektur durchführbar ist.

3. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 für einen Ventiltrieb mit einem insbesondere hydraulischen Ventilspielausgleichselement, dadurch gekennzeichnet, daß nach durchgeführter Mittellage-Be­ stimmung ein an das elektronische Steuerungssystem des Ventil­ triebes ankoppelbares Diagnosehilfsmittel über einem festen Zeitra­ ster den Gradienten der mit Hilfe des Positions-Sensors ermittelten Positionsänderung berechnet.

4. Diagnoseverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Rückstellfedern nach erfolgter Mittellage-Bestimmung einer Hubventil-Aktuator-Einheit dieses Hubventil mittels des Aktuators in Schwingung versetzt und danach der Aktuator elektrisch vollständig abgeschaltet wird, wonach die Weg integrale der beiden Halbschwingungen des Hubventiles über der Zeit ermittelt werden.