DE19955250A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer variablen Zylinderverdichtung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer variablen ZylinderverdichtungInfo
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Abstract
Mit geringem Aufwand und ohne Einsatz eines besonderen Sensors kann die Funktion der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung dadurch überwacht werden, daß jeweils vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung die Laufunruhe der Brennkraftmaschine ermittelt wird und daß beide Laufunruhewerte miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob eine Veränderung der Laufunruhe eingetreten ist. Denn eine Veränderung der Laufunruhe ist ein Indiz für eine korrekte Funktion der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Funktionsüberwachung für eine Vorrichtung
zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer
Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Eine Anpassung der Zylinderverdichtungen an die
Betriebszustände einer Hubkolben-Brennkraftmaschine,
insbesondere an die Last, unter der die Maschine läuft, ist
wünschenswert. Wenn nämlich z. B. bei niedriger Last die
Dichtung erhöht und bei Vollast verringert werden kann,
lassen sich erhebliche Einsparungen des Kraftstoffverbrauchs
erzielen. Mit einer variablen Verdichtungseinstellung, wie
sie z. B. aus der DE 198 44 200 A1 oder der DE 197 03 948 C1
bekannt ist, wird zweckmäßigerweise zur Vermeidung des
motorschädlichen Klopfens bei Vollast eine niedrige
Verdichtung (z. B. ε = 8) eingestellt. Bei einem
hochaufgeladenen Motor läßt sich damit ein hohes
spezifisches Vollast-Drehmoment realisieren. Bei Teillast
wird die Verdichtung erhöht (z. B. ε = 15). Damit lassen sich
im Vergleich zu Saugmotoren und zu konventionell
aufgeladenen Motoren erhebliche Wirkungsgrad-Verbesserungen
erzielen. Aus den beiden genannten Schriften DE 197 03 948 C1
und DE 198 44 200 A1 sind Vorrichtungen zur variablen
Einstellung der Zylinderverdichtung bekannt, bei denen die
wirksame Länge der Pleuel, welche die Kolben in den
Zylindern mit der Kurbelwelle verbinden, veränderbar ist.
Würde bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer
Vorrichtung zur variablen Einstellung der
Zylinderverdichtung ausgestattet ist, ein Defekt an dieser
Vorrichtung auftreten, so würde das nachteiligerweise zu
einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs führen. Um diesen
Nachteil zu vermeiden, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben,
womit die Funktion der Vorrichtung zu variablen Einstellung
der Zylinderverdichtung überwacht und eine Fehlfunktion bzw.
ein Defekt dieser Vorrichtung möglichst schnell erkannt
werden kann.
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1
bzw. 4 dadurch gelöst, jeweils vor und nach einer
Ansteuerung der Vorrichtung zur Veränderung der
Zylinderverdichtung ein Motorbetriebsparameter, der auf eine
Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt wird
und daß beide Werte des Motorbetriebsparameters miteinander
verglichen werden, um festzustellen, ob eine Veränderung des
Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei eine
Veränderung des Motorbetriebsparameters ein Indiz für eine
korrekte Funktion der Vorrichtung zur variablen Einstellung
der Zylinderverdichtung darstellt. Mit der Erfindung ist
eine Funktionsüberwachung für eine Vorrichtung zur variablen
Einstellung der Zylinderverdichtung möglich, die keine
zusätzlichen Sensoren zur Erfassung der Zylinderverdichtung
benötigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
Demnach ist es zweckmäßig, daß während des Schubbetriebs der
Brennkraftmaschine die Vorrichtung zur Veränderung der
Zylinderverdichtung angesteuert und der
Motorbetriebsparameter vor und nach der Ansteuerung dieser
Vorrichtung ermittelt wird, um die Funktionsüberwachung
durchzuführen.
Desweiteren ist es zweckmäßig, die Vorrichtung zur
Veränderung der Zylinderverdichtung zylinderindividuell
anzusteuern und vor und nach der Ansteuerung für jeden
einzelnen Zylinder den Motorbetriebsparameter zu ermitteln,
um für jeden Zylinder die Funktionsüberwachung
durchzuführen.
Als für die Funktionsüberwachung der variablen Verdichtung
geeignete Motorbetriebsparameter kommen die Laufunruhe oder
der Brennraumdruck oder der Saugrohrdruck oder das
Motordrehmoment in Frage.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur variablen
Einstellung der Zylinderverdichtung und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur
Funktionsüberwachung der Vorrichtung zur variablen
Einstellung der Zylinderverdichtung.
In der Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine mit
vier Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 und den darin sich
bewegenden Kolben K1, K2, K3 und K4 dargestellt. Die
nachfolgend beschriebene Erfindung ist aber nicht auf eine
Brennkraftmaschine mit vier Zylindern beschränkt. Jeder der
Kolben K1, K2, K3 und K4 ist in bekannter Weise über ein
Pleuel P1, P2, P3 und P4 mit einer Kurbelwelle KW verbunden.
Die Verdichtung in den einzelnen Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4
der Brennkraftmaschine ist variabel veränderbar.
Insbesondere kann die Verdichtung in den einzelnen Zylindern
an die Last der Brennkraftmaschine angepaßt werden. Wie aus
den einleitend zitierten Druckschriften DE 197 03 948 C1 und
DE 198 44 200 A1 bekannt, wird die Verdichtung in den
Zylindern bei niedriger Last erhöht und bei Vollast
verringert. Der hauptsächliche Effekt dabei besteht in einer
Einsparung des Kraftstoffverbrauchs. Die Verdichtung in den
Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 kann, wie in den genannten
Druckschriften ausführlich beschrieben ist, durch eine
Verstellung der wirksamen Länge der Pleuel P1, P2, P3 und P4
bewerkstelligt werden. In der Fig. 1 sind hierzu im Bereich
der Kurbelwelle KW für jeden Pleuel P1, P2, P3 und P4
steuerbarer Vorrichtungen V1, V2, V3 und V4 vorgesehen,
welche eine Verlängerung oder Verkürzung der Pleuel P1, P2,
P3, P4 bewirken und damit den oberen bzw. unteren Totpunkt
der Kolben K1, K2, K3, K4 verschieben, was einer Veränderung
der Verdichtungsverhältnisse in den Zylindern Z1, Z2, Z3, Z4
zur Folge hat. Auf die Vorrichtungen V1, V2, V3 und V4 zur
Veränderung der Länge der Pleuel P1, P2, P3 und P4 wird hier
nicht näher eingegangen, da diese in den Druckschriften
DE 197 03 948 C1 und DE 198 44 200 A1 detailliert beschrieben
sind.
Die Vorrichtungen V1, V2, V3 und V4, die auch als
Verdichtungsstellglieder bezeichnet werden können, werden
von einer Steuerschaltung VS angesteuert. Wie bereits
gesagt, steuert diese Schaltung VS die
Verdichtungsstellglieder V1, V2, V3, V4 zylinderindividuell
in Abhängigkeit von der aktuellen Last der
Brennkraftmaschine an.
Die Vorrichtung zur variablen Einstellung der
Zylinderverdichtung soll auf ihre Funktionsfähigkeit
überwacht werden. Dazu ist eine
Funktionsüberwachungsschaltung FÜ vorgesehen, in der der
nachfolgend anhand des in der Fig. 2 dargestellten
Ablaufdiagramms beschriebene Überwachungsprozeß abläuft.
In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird festgestellt, ob
sich die Brennkraftmaschine gerade im Schubbetrieb befindet.
Wenn das der Fall ist, findet im zweiten Verfahrensschritt 2
eine erste Messung der Laufunruhe lu(i) statt. Dazu ist ein
Laufunruhesensor LS vorgesehen. Die Laufunruhe wird von dem
Sensor LS in bekannterWeise (vergleiche DE OS 25 07 057,
US 4,495,920) beispielsweise dadurch bestimmt, daß die
zylinderindividuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine
gemessen und mit der mittleren Drehzahl aller Zylinder
verglichen wird. Die Abweichung zwischen beiden Meßgrößen
stellt dann die von dem jeweiligen Zylinder verursachte
Laufunruhe dar.
Die Funktionsüberwachung während des Schubbetriebs ist
deshalb günstig, weil hier infolge der Schubabschaltung die
Kraftstoffeinspritzung inaktiv ist. Es wird dann durch die
für die Funktionsüberwachung vorgenommene
Verdichtungsänderung kein Verbrennungsprozeß gestört; d. h.
es gibt keine unerwünschten Auswirkungen auf das
Fahrverhalten und das Klopfen des Motors. Alternativ zum
Schubbetrieb könnte die Funktionsüberwachung auch in
stationären Betriebszuständen, wie z. B. Leerlaufbetrieb, zum
Einsatz kommen.
Nach der Messung der ersten Laufunruhe lu(i) wird im
darauffolgenden Verfahrensschritt 3 eine Änderung der
Verdichtung desjenigen Zylinders vorgenommen, für den zuvor
die Laufunruhe ermittelt worden ist. Nach der Änderung der
Zylinderverdichtung wird im nächsten Verfahrensschritt 4
eine zweite Messung der Laufunruhe lu(i+1) des betreffenden
Zylinders durchgeführt.
Im Verfahrensschritt 5 wird die Abweichung zwischen der
ersten Messung lu(i) und der zweiten Messung lu(i+1) der
Laufunruhe bestimmt. Vorzugsweise wird die Differenz
zwischen den beiden Meßwerten lu(i+1) und lu(i) bestimmt.
übersteigt der Betrag dieser Abweichung eine vorgegebene,
vom Betriebspunkt (z. B. Motortemperatur, Motordrehzahl)
abhängige Schwelle S, kann davon ausgegangen werden, daß die
Vorrichtung zur variablen Einstellung der
Zylinderverdichtung ungestört ist. Denn wenn eine
Veränderung der Verdichtung in einem Zylinder vorgenommen
wird, muß das auch zwangsweise einen Einfluß auf die
Laufunruhe des betreffenden Zylinders haben. Wenn nun die
nach einer Änderung der Zylinderverdichtung gemessene
Laufunruhe sich gegenüber der vor der Änderung der
Zylinderverdichtung gemessenen Laufunruhe verändert hat,
dürfte das ein sicheres Indiz dafür sein, daß die Änderung
der Laufunruhe auf die Änderung der Zylinderverdichtung
zurückzuführen ist. Insofern muß also die Vorrichtung zur
variablen Einstellung der Zylinderverdichtung korrekt
funktioniert haben. Im anderen Fall, wenn zwischen den
beiden Meßwerten lu(i) und lu(i+1) keine den Schwellwert S
übersteigende Abweichung registriert wird, ist wohl von
einem Defekt der Vorrichtung auszugehen, da sie trotz
Ansteuerung von der Steuerschaltung VS keine Veränderung der
Zylinderverdichtung bewirkt hat.
Aus der Höhe der Laufunruheänderung kann auch auf die Größe
der Verdichtungsänderung geschlossen werden. Eine große
Verdichtungsänderung führt nämlich zu einer großen
Veränderung der Laufunruhe. Somit wäre eine quantitative
Diagnose der Verdichtungsänderung möglich.
Statt die Verdichtungsänderung über die Laufunruhe zu
überwachen, können auch andere Motorbetriebsparameter
herangezogen werden, welche auf eine Verdichtungsänderung
reagieren. Zu solchen Motorbetriebsparametern können z. B.
die von einem Brennraumdrucksensor oder einem
Drehmomentensensor oder einem Saugrohrdrucksensor erfaßten
Größen gehören.
Eine durch die Verdichtungsänderung hervorgerufene Änderung
des Motordrehmoments bzw. des Schleppmoments kann durch eine
Ansteuerung der Drosselklappe kompensiert werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Vorrichtung zur
variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer
Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung (V1,
V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung ein
Motorbetriebsparameter, der auf eine Veränderung der
Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt wird und daß beide
Werte des Motorbetriebsparameters miteinander verglichen
werden, um festzustellen, ob eine Veränderung des
Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei eine
Veränderung des Motorbetriebsparameters ein Indiz für eine
korrekte Funktion der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur
variablen Einstellung der Zylinderverdichtung darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
während des Schub- oder Leerlaufbetriebes der
Brennkraftmaschine die Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur
Veränderung der Zylinderverdichtung angesteuert und der
Motorbetriebsparameter vor und nach der Ansteuerung dieser
Vorrichtung ermittelt wird, um die Funktionsüberwachung
durchzuführen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zylinderindividuell die Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur
Veränderung der Zylinderverdichtung angesteuert und vor und
nach der Ansteuerung für jeden Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) der
Motorbetriebsparameter ermittelt wird, um für jeden Zylinder
(Z1, Z2, Z3, Z4) die Funktionsüberwachung durchzuführen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorbetriebsparameter
für die Funktionsüberwachung die Laufunruhe herangezogen
wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorbetriebsparameter
für die Funktionsüberwachung der Brennraumdruck oder der
Saugrohrdruck oder das Motordrehmoment herangezogen wird.
6. Anordnung zur Funktionsüberwachung einer Vorrichtung zur
variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer
Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel (FÜ) vorhanden sind, welche jeweils vor und nach
einer Ansteuerung der Vorrichtung (V1,
V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung einen
Motorbetriebsparameter messen, der auf eine Veränderung der
Zylinderverdichtung reagiert, und daß die Mittel beide Werte
des Motorbetriebsparameters miteinander verglichen, um
festzustellen, ob eine Veränderung des
Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei eine
Veränderung des Motorbetriebsparameters ein Indiz für eine
korrekte Funktion der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur
variablen Einstellung der Zylinderverdichtung darstellt.
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