EP2297443A1 - Verfahren und vorrichtung zur fehlerdiagnose in einem motorsystem mit variabler ventilansteuerung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur fehlerdiagnose in einem motorsystem mit variabler ventilansteuerung

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EP2297443A1
EP2297443A1 EP09730887A EP09730887A EP2297443A1 EP 2297443 A1 EP2297443 A1 EP 2297443A1 EP 09730887 A EP09730887 A EP 09730887A EP 09730887 A EP09730887 A EP 09730887A EP 2297443 A1 EP2297443 A1 EP 2297443A1
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internal combustion
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Funktion eines oder mehrerer variabel ansteuerbarer Einlass- (8) und/oder Auslassventile (12) an einem Verbrennungsmotor (1); mit folgenden Schritten: - Bestimmen einer modellierten Druckangabe (Pmod), die eine Angabe über einen Druck in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors (1) bereitstellt, anhand eines Druckverlaufmodells, wobei das Druckverlaufmodell betriebspunktabhängig einen Druckverlauf eines fehlerfreien Verbrennungsmotors (1) beschreibt: Bereitstellen einer Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks (Pman) in dem Luftsystem; Ermitteln einer Abweichungsgröße abhängig von der modellierten Druckangabe (Pmod) und der Angabe des tatsächlichen Drucks (Pman) in dem Luftsystem; Erkennen eines Fehlers der Funktion des Einlass- (8) und/oder Auslassventils (12) abhängig von der Abweichungsgröße.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Fehlerdiagnose in einem Motorsystem mit variabler Ventilansteuerung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose der Funktion von Einlass- und Auslassventilen von Zylindern eines Verbrennungsmotors durch Überwachung des Saugrohrdrucks.
Stand der Technik
Saugrohrdrucksensoren werden verwendet, um Fehlverhalten von Einlassventilen in einem Verbrennungsmotor zu detektieren. Dabei wird der Verlauf des Saugrohrdrucks in eine Frequenzdomäne transformiert und durch Feststellen einer fehlenden Oberwelle detektiert, wenn ein Fehler beim Schalten eines der Einlassventile festgestellt werden kann. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht geeignet, um bei einem Verbrennungsmotor mit variabel steuerbaren Einlass- und Auslassventilen festzustellen, wann und an welchem der Ventile ein Fehler aufgetreten ist.
Ein elektrohydraulisches Ventilsystem (EHVS: Electro-Hydraulical Valve System) für den Einsatz in einem Verbrennungsmotor umfasst Ventile mit hydraulischen Aktua- toren sowohl an der Einlassseite zum Einlassen eines Luft- Kraftstoff-Gemisches in die Zylinder als auch der Auslassseite zum Auslassen von Abgas in einen Abgasstrang. Die elektro-hydraulischen Ventile bieten die Möglichkeit, Einlass- und Auslassventile separat und vollständig variabel anzusteuern, wobei die Ansteuerung jedes der Ventile zu einem willkürlichen Zeitpunkt mit einer variablen und anpassbaren Anstiegszeit für das Öffnen und Schließen möglich ist. Dadurch kann ein breiter Bereich von Verbrennungsstrategien für den Betrieb des Verbrennungsmotors realisiert werden.
Die elektrohydraulischen Ventile enthalten in der Regel keine Einrichtung, um den tatsächlichen Stellzustand, wie z.B. den Ventilhub, festzustellen. Daher ist es nicht möglich, eine direkte Rückmeldung zu erhalten, die den Stellzustand angibt, bzw. eine Information darüber angibt, ob sich das betreffende Ventil in einem geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet.
Um die Ventile auf Fehler zu überprüfen, ist daher ein Verfahren für die Diagnose der Funktion der Ventile notwendig. Eine Diagnose der Aktuatoren kann durch Vorsehen von Positionssensoren an jedem Aktuator erreicht werden. Dieser Ansatz erhöht jedoch die Kosten des Gesamtsystems erheblich. Somit ist es notwendig, alternative Methoden vorzuschlagen, und vorzugsweise weitere Sensoren, die be- reits in dem Motorsystem vorhanden sind und die zu anderen Zwecke benötigt werden, indirekt zu verwenden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern von variabel ansteuerbaren Ventilen eines Verbren- nungsmotors vorzusehen, wobei die Diagnose ohne Sensoren zur Überprüfung des Ventilhubs der Ventile durchgeführt wird. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Detektion eines Fehlers eines Einlass- und Auslassventils die Art des Fehlers zu identifizieren.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Diagnose der Funktion mehrerer variabel ansteuerbarer Einlass- und/oder Auslassventile an einem Verbrennungs- motor vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Bestimmen einer modellierten Druckangabe, die eine Angabe über einen Druck in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors bereitstellt, anhand eines Druckverlaufmodells, wobei das Druckverlaufmodell betriebspunktabhängig einen Druckverlauf eines fehlerfreien Verbrennungsmotors beschreibt; - Bereitstellen einer Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks in dem Luftsystem;
- Ermitteln einer Abweichungsgröße abhängig von der modellierten Druckangabe und der Angabe des tatsächlichen Drucks in dem Luftsystem;
- Erkennen eines Fehlers bei der Ansteuerung der Einlass- und/oder Auslassventile abhängig von der Abweichungsgröße.
Da die Ventile Teil des Luftsystems des Verbrennungsmotors sind, haben ihre Fehler direkten Einfluss auf die Sensoren im Luftsystem, wie z.B. den Luftmassensensor und den Saugrohrdrucksensor. Die Einflüsse der Funktion der Ventile auf ande- re Sensoren (z.B. Nockenwellenwinkel, Lambda-Sonde) würde zusätzliche Informationen über weitere Motoraktuatoren und ihre Zustände erfordern, so dass bei dem obigen Verfahren ein Druckverlaufmodell, das die Lufteinlasssensoren als Eingangsgrößen verwendet, die Komplexität bei der Fehlerdetektion von Fehlern der Funktion der Ventile reduziert. Dazu wird der Druckverlauf in dem Luftsystem für einen ordnungsgemäß funktionierenden Verbrennungsmotor modelliert und der sich für einen Betriebspunkt ergebende modellierte Druck mit dem tatsächlichen Druck im Luftsystem verglichen. Anhand der Abweichung der Drücke voneinander wird ein Fehler bei der Ventilansteuerung festgestellt. Weiterhin kann durch den Fehler eine Plausibilisierung der Ventilstellung durchgeführt werden, die von an den Ventilen angebrachten Positionssensoren detektiert wird.
Weiterhin kann der Fehler abhängig von der Abweichungsgröße und abhängig von einem von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Schwellwerts erkannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Art des Fehlers abhängig von der Lage einer bestimmten Zeitperiode, in der mithilfe der Abweichungsgröße der Fehler erkannt wird, erkannt. - A -
Die Zeitperiode kann als der Zeitbereich zwischen den Zeitpunkten von aufeinander folgenden Ansteuerungen der einzelne Ventile definiert sein , wobei ein Fehler desjenigen Einlass- und/oder Auslassventils erkannt wird, dessen Ansteuerung den Beginn der Zeitperiode markiert, in der abhängig von der Abweichungsgröße der Fehler erkannt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Druckverlaufsmodell abhängig von einem Einlernsignal und abhängig von der Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks in dem Luftsystem bei einem Betrieb eines fehlerfreien Verbrennungsmotors einge- lernt werden.
Das Druckverlaufsmodell kann den periodischen Verlauf des Drucks im Luftsystem anhand einer Fourierbeziehung mit Fourier- Koeffizienten nachbilden, wobei die Fou- rier- Koeffizienten anhand der gemessenen Druckangabe ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Diagnose der Funktion mehrerer variabel ansteuerbarer Einlass- und/oder Auslassventile an einem Verbrennungsmotor vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:
- eine Modellierungseinheit zum Bestimmen einer modellierten Druckangabe, die eine Angabe über einen Druck in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors bereitstellt, anhand eines Druckverlaufmodells, wobei das Druckverlaufmodell betriebspunktabhängig einen Druckverlauf eines fehlerfreien Verbrennungsmotors beschreibt;
- eine Einheit zum Ermitteln einer Abweichungsgröße abhängig von der modellierten Druckangabe und der Angabe des tatsächlichen Drucks in dem Luftsystem;
- eine Auswerteeinheit zum Erkennen eines Fehlers bei der Ansteuerung der Einlass- und/oder Auslassventile abhängig von der Abweichungsgröße.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schalter vorgesehen sein, um abhängig von einem Einlernsignal der Modellierungseinheit die Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks in dem Luftsystem bereitzustellen, so dass das Druckverlaufsmodell abhängig von den gemessenen Druckangaben bei einem Betrieb eines fehlerfreien Verbrennungsmotors eingelernt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Luftzuführungsteils eines Zylinders mit einem Einlassventil;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Verbrennungsmotor mit Luftzuführung und
Abgasabführung;
Fig. 3 eine Darstellung der möglichen Freiheitsgrade für frei ansteuerbare
Ventile in einem Motorsystem;
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 ein Signal-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung des von dem
Drucksensor gemessenen Druckverlaufs und der Stelllängen (Hub) der einzelnen Ventile;
Fig. 6 der Druckverlauf des durch den Drucksensor gemessenen Saugrohrdruck und ein Signalmodell, das die ersten sechs Oberwellen der Fourier- Reihe des modellierten Saugrohrdruckverlaufs angibt und der Verlauf des Fehlers zwischen dem modellierten Signal und dem tat- sächlichen Druckverlauf;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des tatsächlichen Druckverlaufs und des modellierten Druckverlaufs unter Verwenden der ersten sechs Oberwellen der Fourier- Reihe in einem Fehlerfall, bei dem sich bei dem ersten Zylinder das Auslassventil nicht öffnet und den Verlauf des quadrierten Fehlers zwischen dem tatsächlichen und dem modellierten Druckverlauf;
Fig. 8 zeigt den Verlauf des quadrierten gefilterten Fehlers zwischen dem modellierten Signal und dem fehlerhaften Signal, wobei sich die Auslassventile des ersten und dritten Zylinders nicht öffnen;
Fig. 9 den Verlauf des tatsächlichen Drucks im Saugrohr und des modellierten Drucksignals sowie den Verlauf des quadrierten Fehlers;
Fig. 10 den Verlauf des quadrierten und gefilterten Fehlers zwischen dem modellierten Drucksignal und einem fehlerhaften Drucksignal sowohl für einen Fehler des Einlassventils des ersten Zylinders als auch für einen Fehler des Einlassventils des dritten Zylinders;
Fig. 11 zeigt den Verlauf des quadrierten und gefilterten Fehlers zwischen dem modellierten Drucksignal und dem tatsächlichen fehlerbehafteten Drucksignal für fehlerhafte Einlass- und Auslassventile des ersten und dritten Zylinders;
Fig. 12 zeigt den Verlauf des tatsächlichen Drucksignals und des modellierten Drucksignals im Fehlerfall, bei dem ein Einlassventil später als erwartet öffnet;
Fig. 13 zeigt den Verlauf des Drucksignals und des modellierten Signals im
Fehlerfall, bei dem das Auslassventil des ersten Zylinders später als erwartet schließt.
Beschreibung von Ausführungsformen
In Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Luftzuführungssystems für einen einzelnen Zylinder 2 eines Verbrennungsmotors 1 dargestellt. Das Luftzuführungssystem umfasst ein Saugrohr 3, in dem eine Drosselklappe 4 angeordnet ist, um die Luftzufuhr zu dem Zylinder 2 über das Saugrohr 3 zu steuern. Stromaufwärts der Drosselklappe 4 ist in der Regel ein Luftmassensensor 6 vorgesehen, um die in die Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 strömende Luftmenge zu detektieren. Im Bereich stromabwärts der Drosselklappe 4 ist weiterhin ein Drucksensor 7 vorgesehen, der den von der Stellung des Drosselklappe 4 abhängigen Luftdruck im Saugrohr 3 erfasst. Die Luft wird aus dem Saugrohr 3 über ein entsprechendes Einlassventil 8 von dem Saugrohr 3 in den Brennraum des Zylinders 2 eingelassen, abhängig von dem Öffnungszustand des Einlassventils 8.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht des Motorsystems mit dem Verbrennungsmotor 1, der vier Zylinder 2 aufweist, dargestellt. Die Zylinder sind mit Zl -Z4 in ihrer Anordnungsfolge im Motorblock bezeichnet. Die Zündfolge der Zylinder 2 entspricht Zl- Z3-Z2-Z4. Das Motorsystem umfasst eine gemeinsame Luftzuführung 10, in der die Drosselklappe 4 angeordnet ist. Stromaufwärts der Drosselklappe 4 ist der Luftmassensensor 6 angeordnet und stromabwärts der Drosselklappe 4 ist ein Saugrohr- drucksensor 7 vorgesehen, mit dem der momentane Druck im Saugrohr 3 erfasst werden kann.
Die vier Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 sind jeweils mit einem Einlassventil 8 und einem Auslassventil 12 versehen. Das Saugrohr 3 verzweigt sich, um Luft zu den entsprechenden Einlassventilen 8 des jeweiligen Zylinders 2 zuzuführen. Die Auslassventile 12 der Zylinder 2 dienen zum Auslassen von Verbrennungsabgas aus den Zylindern 2 in einen Abgasstrang 13. Im gezeigten Motorsystem sind die verwendeten Einlassventile 8 und Auslassventile 12 frei ansteuerbare Ventile, deren Öffnungszustände variabel eingestellt werden können.
In Fig. 3 sind zur Veranschaulichung der Ansteuerbarkeit der Einlass- und Auslassventile 8, 12 verschiedene Verläufe des Durchflussquerschnitts eines frei ansteuerbaren Ventils über einem bestimmten Zeitraum dargestellt, während dem das Ventil geöffnet und wieder geschlossen wird. Man erkennt die mehreren Freiheitsgrade bei der Ansteuerung eines solchen Ventils. Es ist möglich, die Größe des Durchlassquerschnittes im geöffneten Zustand, die Geschwindigkeit, mit dem das Ventil geöffnet bzw. geschlossen wird (gekennzeichnet durch die Steigung des Durchlassquerschnittes über der Zeit), sowie die Öffnungszeit und die Schließzeit des Ventils zu steuern. Diese Freiheitsgrade können durch eine geeignete Ansteuerung der Ventile genutzt werden. Kommt es zwischen der Ansteuerung des Ventils und dem Verhalten des Ventils zu Abweichungen, so liegt ein Fehlerfall vor. Einige Fehlerfälle, bei denen das Verhalten des Ventils nicht dem gewünschten Verhalten entspricht, können für den Betrieb eines derartigen Motorsystems, bei dem die Einlass- und Auslassventile 8, 12 variabel unabhängig voneinander ansteuerbar sind, gravierend sein.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ermöglicht es nun, bei dem oben beschriebenen Motorsystem, Fehler der Einlass- und Auslassventile Fehlerfälle fest- zustellen, wenn die Einlass- bzw. Auslassventile 8, 12 bei entsprechender Ansteuerung gar nicht geöffnet werden, das Einlassventil 8 zu spät geöffnet wird bzw. das Auslassventil 12 zu spät geschlossen (bei geöffnetem Einlassventil) wird.
Ein Fehler eines Ventils wird festgestellt, wenn der Druckverlauf im Saugrohr von einem modellierten Druckverlauf abweicht. Der modellierte Druckverlauf entspricht einem Druckverlauf, der im Idealfall vorliegen würde, wenn bei bekannter Luftsystemdynamik das Verhalten der Einlass- 8 und Auslassventile 12 dem gewünschten Verhalten entspricht. Der Druckverlauf im Saugrohr kann beispielsweise modelliert werden, indem ein Druckverlauf eines Verbrennungsmotors 1 mit fehlerlosen Ein- lass- 8 und Auslassventilen 12 aufgezeichnet wird. Anschließend wird der resultierende Druckverlauf mithilfe einer Fourier-Analyse analysiert. Da der Druckverlauf im Saugrohr 3 ein periodisches Signal ist, kann dieser wie folgt dargestellt werden:
a N N
Pma« (t) = -ξ- + ∑ an ■ cos(nü5 ot) +£ b„ • sin(rcG5 ot)
■^ κ=l κ=l
Dabei entspricht a0 einer Gleichkomponenten, die zum Annähern des modellierten Signals benötigt wird, Pmod dem modellierten Drucksignal für den Saugrohrdruck, N der Nummer der Harmonischen, ω der Winkelfrequenz der Grundschwingung, und an und bn der geraden und ungeraden Fourier- Koeffizienten. Die Fourier- Koeffizienten der obigen Formel können bestimmt werden durch:
ao = - ∞s(n®ot)dt
Auf diese Weise können bei Kenntnis der Fehlerfreiheit von Einlass- und Auslassventilen 8, 12 eines Verbrennungsmotors 1 die entsprechende Fourier- Koeffizienten an und bn für den Verlauf des Drucksignals bestimmt werden, die die Grundlage für das modellierte Drucksignal sind. Das Drucksignal wird also durch Bestimmung der Koeffizienten an und bn modelliert. Da die Drucksignalverläufe vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 abhängig sind, müssen die Koeffizienten an und bn abrufbar gemacht werden, z.B. in einem Kennfeld abgelegt werden, so dass abhängig von der Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1, der Last M des Verbrennungsmotors 1, der Temperatur T des Verbrennungsmotors 1 und anderen Parametern den für den fehlerfreien Betrieb zu erwartenden Saugrohrdruck modelliert werden. Je nach gewünschter Genauigkeit des zu modellierenden Saugrohrdrucks kann die Anzahl der Oberschwingungen (Index n) gewählt werden. Im Allgemeinen erhält man bereits bei n = 3 gute Ergebnisse beim modellierten Drucksignalverlauf. Durch Verwenden der obigen Formel mit den bestimmten Koeffizienten an und bn erhält man ein an den Verbrennungsmotor 1 angepasstes Druckverlaufsmodell, das den Verlauf des Saugrohrdrucks Pman modelliert.
Beim Betrieb der Einlass- 8 und Auslassventile 12 mit einer Abgasrückführung im Teillastbetrieb, die durch zeitliche Überlappung der Öffnungszeiten des Einlassventils 8 und des Auslassventils 12 realisiert wird, sind auch Rückkopplungen des Schließvorgangs des Auslassventils 12 durch eine Auswertung des Druckverlaufs des Saugrohrdrucksensors 7 feststellbar. Die Überlappung der Öffnungszeiten ent- steht durch ein frühes Öffnen des Einlassventils 8 zu einem Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 12 noch geöffnet ist. D.h., das Auslassventil 12 wird geschlossen, während das Einlassventil 8 bereits geöffnet ist, um Luft bzw. ein Luft- Kraftstoffgemisch in den Zylinder 2 einzulassen. Dadurch kann eine Abgasrückführung realisiert werden.
Fehler in den Einlass- und Auslassventilen 8, 12 werden nun festgestellt, indem kontinuierlich der momentan im Saugrohr 3 vorherrschende, gemessene Saugrohrdruck Pman mit einem gemäß der obigen Formel für den Druckverlauf modellierten Saugrohrdruck Pmod verglichen wird. Der modellierte Saugrohrdruck Pmod berück- sichtigt dabei die Frequenz der Grundschwingung abhängig von der momentanen Drehzahl n des Verbrennungsmotors 1.
Bei einer Abweichung zwischen dem modellierten Wert und dem momentanen Druckwert, die größer ist als ein vorgegebener Schwellwert. Über die zeitliche Lage der Abweichung lässt sich bestimmen, an welchem Zylinder 2 der Fehler aufgetreten ist und ob der Fehler an dem Einlassventil 8 oder dem Auslassventil 12 aufgetreten ist.
In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Diagnosefunktion dargestellt. Die Diagnosefunktion wird mithilfe einer Modellierungseinheit 20, einer Vergleichseinheit 21 und einer Auswerteeinheit 22 realisiert. Die Modellierungseinheit 20 umfasst einen Kennfeldspeicher 23, in dem die Fourier- Koeffizienten an und bn gespeichert werden können. Anhand von Angaben über die Ansteuerzeiten (Öff- nungszeitpunkt, Öffnungsdauer bzw. Schließzeitpunkt) von Einlassventil 8 und Auslassventil 12, die durch die Parameter EV und IV angegeben werden und die der Modellierungseinheit 20 bereitgestellt werden, kann entsprechend einem Saugrohr- druckmodell ein Druck Pmod modelliert werden, der bei einem ordnungsgemäß funktionierenden Verbrennungsmotor 1 dem momentanen Druck im Saugrohr 3 ent- spricht. Zeitpunkten von aufeinander folgenden Ansteuerungen der einzelnen Ventile definiert sind
Die Angaben EV, IV über die Ansteuerzeiten von Einlassventil 8 und Auslassventil 12 werden von einer Motorsteuereinheit oder dergleichen bereitgestellt und werden betriebspunktabhängig, d.h. abhängig von z.B. einer Motordrehzahl n, einem anliegenden Lastmoment M, der Temperatur T des Verbrennungsmotors 1 bzw. des Saugrohrs 3, bestimmt, so dass sich letztlich der modellierte Druck Pmod als betriebspunktabhängige Größe ergibt. Auch weitere Parameter können berücksichtigt werden. Weiterhin kann der modellierte Druck Pmod noch von einem Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 1 abhängen, wie z.B. von einer der folgenden Betriebsarten: Teillastbetrieb, Zylinderabschaltung, Selbstzündungsbetrieb und dergleichen.
Der Kennfeldspeicher 23 speichert Modellwerte des Drucks Pmod abhängig von den Angaben EV, IV über die Ansteuerzeiten von Einlassventil 8 und Auslassventil 12. Der Saugrohrdrucksensor 7 erfasst den aktuellen Saugrohrdruck Pman. Sowohl der modellierte Saugrohrdruck Pmod als auch der gemessene Saugrohrdruck Pman werden der Vergleichereinheit 21 zugeführt, in der der modellierte Saugrohrdruck Pmod und der gemessene Saugrohrdruck Pman miteinander verglichen werden. Aus dem modellierten Saugrohrdruck Pmod und dem gemessene Saugrohrdruck Pman wird eine Abweichungsgröße A bestimmt, die der Auswerteeinheit 22 übermittelt wird. Die Abweichungsgröße A entspricht einer Angabe über die Differenz zwischen dem modellierten Saugrohrdruck Pmod und dem gemessene Saugrohrdruck Pman . Die Angabe über die Differenz zwischen den beiden Saugrohrdrücken Pmod , Pman kann quadriert werden, um als Abweichungsgröße A eine vorzeichenneutrale Angabe über die Differenz zwischen den Saugrohrdrücken Pmod , Pman zu erhalten.
In der Auswerteeinheit 22 wird ein Fehler erkannt, wenn die Abweichungsgröße A einen Betrag übersteigt, der durch einen Schwellwert S angegeben wird. Dann wird das Fehlersignal F generiert, das eine Diagnose in der Auswerteeinheit 22 startet und/oder eine Plausibilisierung von Positionssensoren an den Einlass- 8 und/oder Auslassventilen 12 zulässt. Der Schwellwert S kann abhängig von der Drehzahl n und/oder dem Lastmoment M des Verbrennungsmotors 1 bestimmt sein, um die bei verschiedenen Betriebspunkten auftretenden Druckniveaus zu berücksichtigen.
Die Auswerteeinheit 22 erhält weiterhin die Angaben EV, IV über die Ansteuerzeiten für jedes der Einlass- 8 und Auslassventile 12, so dass abhängig von dem momentanen Ansteuerungszustand der Ventile 8, 12 und dem Fehlersignal F die Fehlerart und den Ort des Fehlers (der Zylinder 2, dem das fehlerhafte Einlass- 8 oder Auslassventils 12 zugeordnet ist) erkannt werden können. Insbesondere können durch Analysieren der Zeiträume zwischen einzelnen Ventilansteuerungsänderungen z.B. ein Öffnen und Schließen eines der Ventile 8, 12 zu einem Öffnen und Schließen eines der nächsten Ventile 8, 12 Zeiträume definiert werden. Wenn das Fehlersignal F einen Fehler angibt, so kann über den Zeitraum, in dem der Fehler aufgetreten ist, das Ventil 8, 12 identifiziert werden, an dem der Fehler aufgetreten ist.
Mit Hilfe eines Schalters 24 kann der tatsächliche Saugrohrdruck Pman der Modellierungseinheit 20 zugeführt werden, um dort ein Einlernen des Kennfeldes 23 vorzunehmen. Das Einlernen erfolgt durch Bestimmen der Fourier- Koeffizienten aus den gemessenen Werten des Saugrohrdrucks Pman und durch Zuordnen der Fourier- Koeffizienten zu dem jeweiligen Betriebspunkt bzw. den Angaben EV, IV über die Ansteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile 8, 12. Das Einlernen kann durch das Einlernsignal E angezeigt werden.
In Fig. 5 sind die Verläufe des gemessenen Drucks (obere Kurve) und die Ventilöff- nungszeit bei einer Drehzahl von 2.000 U/min über dem Kurbelwellenwinkel dargestellt. Die Auslassventile 12 weisen größere Hübe (in mm) auf als die Einlassventile 8.
In Fig. 6 sind in der oberen Kurve der Verlauf des gemessenen Saugrohrdrucks Pman und das modellierte Drucksignal Pmod einander überlagert. Das modellierte
Drucksignal Pmod wurde mit n = 6, d.h. unter Berücksichtigung von 6 Harmonischen, modelliert. Die untere Kurve zeigt die Abweichungen zwischen dem modellierten Drucksignal Pmod und dem tatsächlichen Druck Pman. In dieser und in allen nachfolgenden Darstellungen sind Verläufe anstatt über der Zeit über dem Drehwinkel in π rad aufgetragen, um so eine Drehzahlunabhängigkeit zu erreichen.
Fig. 7 zeigt den Verlauf des Saugrohrdruckes und des mithilfe der sechs Harmonischen modellierten Drucksignals Pmod in einem Fall, bei dem im ersten Zylinder 2 sich das Auslassventil 12 nicht öffnet. Die untere Kurve zeigt die quadrierte Abwei- chung zwischen den beiden Drucksignalen Pman, Pmod.- Das Quadrieren der Abweichung dient dazu, die Abweichung vorzeichenneutral bewerten zu können.
Wie in Fig. 8 gezeigt, kann die quadrierte Abweichung zwischen dem modellierten Druckverlauf Pmod und dem tatsächlichen Druckverlauf Pman gefiltert werden. Ein Fehler eines der Ventile 8, 12 kann festgestellt werden, wenn der so ermittelte Wert den vorgegebenen Schwellwert S übersteigt. Der Schwellwert S, der im Beispiel der Fig. 8 ca. 250 kPa2 beträgt, ist vorzugsweise drehzahlabhängig gewählt und im gezeigten Beispiel für eine Drehzahl von 3.000 U/min festgelegt. Der Verlauf der quadrierten Abweichung, der in Fig. 8 gezeigt ist, signalisiert für den Zylinder Zl und Zy- linder Z3 ein sich nicht öffnendes Einlassventil 8. Dies wird von der Auswerteeinheit 22 dadurch festgestellt, dass die Abweichung unmittelbar nach der Ansteuerung zur Öffnung der Einlassventile der Zylinder Zl und Z3 erfolgt.
In Fig. 9 sind die Verläufe des modellierten Saugrohrdruckes Pmod und des tatsächli- chen Saugrohrdrucks Pman aufgetragen (obere Kurve) und die entsprechenden quadrierten Abweichungen sind in der unteren Kurve dargestellt. Der hier dargestellte Fehlerfall entspricht einem Fehler, bei dem sich beim ersten Zylinder Zl das Auslassventil 12 nicht öffnet. Dies wird von der Auswerteeinheit 22 dadurch festgestellt, dass die Abweichung unmittelbar nach der Ansteuerung zum Schließen des Aus- lassventils des Zylinders Zl erfolgt.
Fig. 10 zeigt die quadrierten und gefilterten Abweichungen zwischen dem Verlauf des modellierten Saugrohrdrucks Pmod und dem Verlauf des tatsächlichen Drucks Pman für die Fehlerfälle, dass sich die Einlassventile 8 der Zylinder Zl und Z3 nicht öffnen. Die Schwelle, bei der ein Fehler erkannt werden soll, liegt bei etwa 250 kPa2 bei einer Drehzahl von 3.000 U/min.
In Fig. 11 werden mehrere Verläufe von quadrierten und gefilterten Abweichungen zwischen dem modellierten Druckverlauf und dem tatsächlichen Druckverlauf für fehlerhafte Einlassventile 8 der Zylinder Zl und Zylinder Z3 bzw. fehlerhafte Auslassventile 12 des Zylinders Zl und Zylinders Z3 dargestellt.
Fig. 12 zeigt die Verläufe des modellierten Saugrohrdruckes Pmod und des tatsächlichen Saugrohrdruckes Pman bei einem Fehlerfall, bei dem ein Einlassventil 8 sich später als erwartet für den ersten Zylinder Zl öffnet. Die untere Kurve zeigt die quadrierte Abweichung zwischen beiden Druckverläufen.
Fig. 13 zeigt den gemessenen Druckverlauf und den modellierten Druckverlauf bei einem Fehlerfall, bei dem das Auslassventil 8 des ersten Zylinders Zl sich später als gewünscht schließt und in der unteren Kurve wird entsprechend die quadrierte Abweichung zwischen den Druckverläufen dargestellt.
Aus den Diagrammen der Fig. 5 bis Fig. 13 und insbesondere aus den Diagrammen der Fig. 11 lässt sich entnehmen, dass für jeden Fehlerfall sich eine Abweichung zwischen dem Verlauf des modellierten Saugrohrdrucks Pmod und des tatsächlichen Saugrohrdrucks Pman an einer zeitlichen Position ergibt, die eindeutig einem bestimmten Ventil, d.h. dem Einlass- 8 oder dem Auslassventil 12 und einem bestimmten Zylinder Zl bis Z4 zuordenbar ist. Durch Kenntnis der Zeitbereiche, bei denen der Druckverlauf im Saugrohr maßgeblich durch ein bestimmtes Einlass- bzw. Aus- lassventil 8, 12 bestimmt wird, lässt sich eine Fehlfunktion des entsprechenden Ven- tils 8, 12 mit hoher Zuverlässigkeit bestimmen. Die Zeitbereiche sind insbesondere durch Zeitperioden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ventilansteuerungen, die jeweils zum Öffnen oder Schließen der Ventile 8, 12 führen, definiert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Diagnose der Funktion eines oder mehrerer variabel ansteuerbarer Einlass- (8) und/oder Auslassventile (12) an einem Verbrennungsmotor (1); mit folgenden Schritten: - Bestimmen einer modellierten Druckangabe (Pmod), die eine Angabe über einen Druck in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors (1) bereitstellt, anhand eines Druckverlaufmodells, wobei das Druckverlaufmodell betriebspunktabhängig einen Druckverlauf eines fehlerfreien Verbrennungsmotors (1) beschreibt; - Bereitstellen einer Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks (Pman) in dem Luftsystem;
- Ermitteln einer Abweichungsgröße abhängig von der modellierten Druckangabe (Pmod) und der Angabe des tatsächlichen Drucks (Pman) in dem Luftsystem; - Erkennen eines Fehlers der Funktion des Einlass- (8) und/oder Auslassventils (12) abhängig von der Abweichungsgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fehler abhängig von der Abweichungsgröße und abhängig von einem von einer Drehzahl (n) und/oder ei- nem Lastmoment (M) des Verbrennungsmotors (1) abhängigen Schwellwerts erkannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Art des Fehlers abhängig von der Lage einer bestimmten Zeitperiode, in der mithilfe der Abweichungsgrö- ße (A) der Fehler erkannt wird, bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Zeitperiode als der Zeitbereich zwischen den Zeitpunkten von aufeinander folgenden Ansteuerungen der einzelnen Ventile definiert sind, wobei ein Fehler desjenigen Einlass- (8) und/oder Auslassventils (12) erkannt wird, dessen Ansteuerung den Beginn der Zeitperiode markiert, in der abhängig von der Abweichungsgröße (A) der Fehler erkannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Druckverlaufsmo- dell abhängig von einem Einlernsignal und abhängig von der Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks (Pman) in dem Luftsystem bei einem Betrieb eines fehlerfreien Verbrennungsmotors (1) eingelernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Druckverlaufsmodell den periodi- sehen Verlauf des Drucks im Luftsystem anhand einer Fourierbeziehung mit
Fourier- Koeffizienten nachbildet, wobei die Fourier- Koeffizienten anhand der gemessenen Druckangabe (Pman) ermittelt werden.
7. Vorrichtung zur Diagnose der Funktion mehrerer variabel ansteuerbarer Ein- lass- (8) und/oder Auslassventile (12) an einem Verbrennungsmotor (1); umfassend:
- eine Modellierungseinheit (20) zum Bestimmen einer modellierten Druckangabe (Pmod). die eine Angabe über einen Druck in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors (1) bereitstellt, anhand eines Druckverlaufmodells, wobei das Druckverlaufmodell betriebspunktabhängig einen Druckverlauf eines fehlerfreien Verbrennungsmotors (1) beschreibt;
- eine Einheit (21) zum Ermitteln einer Abweichungsgröße abhängig von der modellierten Druckangabe (Pmod) und der Angabe des tatsächlichen Drucks (Pman) in dem Luftsystem; - eine Auswerteeinheit (22) zum Erkennen eines Fehlers der Funktion der
Einlass- (8) und/oder Auslassventile (12) abhängig von der Abweichungsgröße.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Schalter (24) vorgesehen ist, um abhängig von einem Einlernsignal der Modellierungseinheit (20) die gemessenen Druckangabe bereitzustellen, so dass das Druckverlaufsmodell abhängig von der Angabe des tatsächlichen, momentanen Drucks (Pman) in dem Luftsystem bei einem Betrieb eines fehlerfreien Verbrennungsmotors (1) eingelernt wird.
9. Computerprogramm, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
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