WO2019048416A1 - Verfahren zur überprüfung der funktion eines drucksensors im luft-ansaugtrakt oder abgas-auslasstrakt eines verbrennungsmotors im betrieb und motor-steuerungseinheit - Google Patents

Verfahren zur überprüfung der funktion eines drucksensors im luft-ansaugtrakt oder abgas-auslasstrakt eines verbrennungsmotors im betrieb und motor-steuerungseinheit Download PDF

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Tobias Braun
Frank Maurer
Jürgen DINGL
Sven-Michael Eisen
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method with which a respective pressure sensor which is arranged for measuring pressure in the air intake tract or in the exhaust gas outlet tract of an internal combustion engine can be checked for its faultless function, in particular with regard to its dynamic behavior, in order to ensure trouble-free and in particular to ensure lawful operation of the respective internal combustion engine over the entire operating period with respect to the emission of pollutants ⁇ . Furthermore, the present invention relates to a motor control unit which is adapted to carry out the inventions ⁇ inventive method.
  • Reciprocating internal combustion engines which are shortened in the context of this description also referred to only as internal combustion engines, have one or more cylinders in each of which a reciprocating piston is arranged.
  • FIG. 1 shows by way of example a cylinder of an optionally also multi-cylinder internal combustion engine with the most important functional units.
  • the respective reciprocating piston 6 is arranged linearly movable in the respective cylinder 2 and closes with the cylinder 2 a combustion chamber 3 a.
  • the respective reciprocating piston 6 is connected to a respective crank pin 8 via a so-called connecting rod 7
  • crankshaft 9 is connected, wherein the crank pin 8 is arranged eccentrically to the crankshaft axis of rotation 9a.
  • the stroke ⁇ piston 6 is driven linearly “downwards”.
  • the translational Lifting movement of the reciprocating piston 6 is transmitted by means of connecting rod 7 and crank pin 8 to the crankshaft 9 and converted into a rotational movement of the crankshaft 9, which moves the reciprocating piston 6 after overcoming a bottom dead center in the cylinder 2 again in the opposite direction "up" to a top dead center.
  • the combustion chamber 3 In order to enable continuous operation of the internal combustion engine 1, the combustion chamber 3 must first be filled with the fuel-air mixture during a so-called working cycle of a cylinder 2, the fuel-air mixture in the combustion chamber 3 compressed, then ignited and expanded to drive the piston 6 are burned and finally the remaining after combustion exhaust gas are expelled from the combustion chamber 3. Continuous repetition of this process results in a continuous operation of the internal combustion engine 1 with delivery of a work proportional to the combustion energy.
  • Inlet camshaft 23 for actuating the intake valves 22 and an exhaust camshaft 33 for actuating the exhaust ⁇ valves 32.
  • mechanical components for power transmission are present, which may also include a valve clearance compensation (eg tappets,
  • the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 are driven by the internal combustion engine 1 itself.
  • the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 are respectively controlled via suitable intake camshaft control adapters 24 and exhaust camshaft control adapters 34 such as gears, sprockets, or pulleys by means of a timing transmission 40 , which, for example, a gear transmission, a timing chain or a timing belt, in a predetermined position to each other and to the crankshaft 9 via a corresponding crankshaft control adapter 10, which is designed as a gear, sprocket or belt ⁇ wheel, coupled to the crankshaft 9.
  • FIG. 1 shows by way of example the coupling between inlet camshaft 23 and exhaust camshaft 33 and the crankshaft 9 shown by means of pulleys and timing belt.
  • the rotation angle of the crankshaft which has been covered by a working cycle, is referred to below as the working phase or simply phase.
  • a covered within a working phase angle of rotation of the crankshaft is referred to as corresponding phase angle ⁇ .
  • the respective current crankshaft phase ⁇ angle of the crankshaft 9 can be detected continuously by means of a connected to the crankshaft 9 or the crankshaft control adapter 10 position sensor 43 and an associated crankshaft position sensor 41.
  • the position sensor can be designed, for example, as a toothed wheel with a plurality of teeth distributed equidistantly over the circumference, wherein the number of individual teeth determines the resolution of the crankshaft phase angle signal.
  • the current phase angles of the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 may additionally be detected continuously by means of corresponding position sensors 43 and associated camshaft load sensors 42.
  • ⁇ additional actuators within the mechanical coupling link between the crankshaft 9 and inlet ⁇ camshaft 23 and the exhaust camshaft 33 for example integrated into the intake camshaft adapter 24 and the Auslassnockenwellenadapter 34 having a desired controllable phase offset between the crankshaft 9 and intake camshaft 23 and exhaust camshaft 33.
  • ⁇ phase adjuster in so-called variable valve trains.
  • an electronic, programmable Mo ⁇ tor control unit 50 (CPU) is shown for control of the motor functions, with signal inputs 51 for receiving the various sensor signals and with signal and Leis ⁇ tung outputs 52 for driving respective actuators and actuators and is equipped with an electronic processing unit 53 and an associated electronic storage unit 54.
  • Parameters for the combustion such as the supplied, possibly directly injected fuel quantity to vote on it.
  • the so-called charge exchange ie the intake of fresh gas and the expulsion of the exhaust gas is largely dependent on the timing of the intake valves 22 and exhaust valves 32, ie the time course of the respective valve strokes with respect to the time course of the piston stroke and height and course the pressures in the air intake tract and in the exhaust gas outlet tract.
  • the charge change in operation depends on the phase angles of the intake and exhaust valves in relation to the crankshaft phase angle and thus the Pha ⁇ senlage of the reciprocating piston in cooperation with the respective pressure curve in the air intake tract and in the exhaust gas outlet tract.
  • Fuel injection quantities and possibly different compression ⁇ tion ratios can result from these errors significant negative effects in terms of emissions, consumption, performance, smoothness, etc. Possible causes of the deviations described may be, for example:
  • air-intake system or simply “intake system”, “induction” or “intake tract” a Ver ⁇ brennungsmotors the expert sums it together all the components that are used for air supply to the respective combustion chambers of the cylinders and thus define the so-called air path , These may include, for example, an air filter, an intake manifold, intake manifold or manifold or short intake manifold, a throttle valve, and possibly a compressor and the intake port ⁇ in the cylinder or the inlet channel of the cylinder belong.
  • exhaust gas exhaust tract or simply “exhaust tract”
  • exhaust tract or “exhaust system”
  • all components are summarized over which the exhaust flows and thus form the so-called exhaust path, such as: The exhaust port or the exhaust port of each cylinder, exhaust pipes, exhaust gas recirculation components, particulate filters, catalytic converters and silencers. _
  • the phase and / or amplitude to be determined ⁇ least a selected frequency signal of the measured pressure oscillations with respect to the crankshaft phase angle signal using Discrete-Four- ier transformation from the pressure oscillation signal. Furthermore, based on the determined phase position and / or amplitude of at least one respective selected signal frequency, using current reference values or reference characteristic curves, the current values of said deviations are determined.
  • the reference values or reference characteristic curves were previously determined on an ideal reference internal combustion engine of the same type and stored in corresponding characteristic diagrams or currently determined by means of a respective algebraic model function.
  • document DE 10 2015 209 665 A1 discloses a method for identifying valve control times of an internal combustion engine.
  • the phase angle of selected signal frequencies of the measured pressure oscillations are above ⁇ be credited determined.
  • the valve control times of the relevant internal combustion engine are then determined using reference phase angles and associated reference valve control times of the same signal frequencies of the pressure oscillations of a reference internal combustion engine and / or a model function derived therefrom.
  • phase positions of selected signal frequencies of the measured pressure oscillations in the inlet and / or outlet tract, with respect to the crankshaft phase angle signal are determined by means of discrete Fourier transformation.
  • intake valve lift phase difference and exhaust valve lift phase difference lines of equal phase positions of the selected signal frequencies are determined and a common intersection of the determined lines determined by signal frequency-dependent phase shift.
  • the intake valve lift phase difference and the exhaust valve lift phase difference are determined and the piston stroke phase difference is determined from the value of the phase shifts that have occurred.
  • Documents DE 10 2015 226 138 B3 and DE 10 2015 226 461 A1 each disclose a method for determining the composition of the fuel used for operating an internal combustion engine. These methods are based on the measurement and analysis of the pressure oscillations in the intake tract of the respective internal combustion engine by means of discrete Fourier transformation. In this case, for example, in addition to the determined
  • the present invention is therefore based on the object of providing a simple, cost-effective and reliable method by means of which a malfunction of a pressure sensor arranged in the air intake tract or exhaust gas outlet tract of a combustion engine, during operation, in particular with respect to its dynamic Behavior, reliable and timely can be determined.
  • This object is achieved by a method for checking the function of a pressure sensor in the air intake tract or exhaust gas outlet tract of an internal combustion engine in operation according to the main claim.
  • a pressure oscillation signal Discrete-Fourier transform
  • a value of a specific operating mofetils of Burn ⁇ voltage motors is formation using, for several selected signal frequencies determined.
  • values of Commission IIis ⁇ tikums are then determined from each other.
  • deviation values are then used to evaluate the function of the respective pressure sensor, wherein the correct functioning of the pressure sensor is confirmed if none of the determined deviation values is exceeding a predetermined deviation threshold, and wherein diagnoses a malfunction of the pressure sensor when at least once exceeds at least one of the determined From ⁇ weichungsock a predetermined deviation threshold.
  • this pressure sensor can be checked without additional sensors, purely on the basis of Druckschwin ⁇ supply signal of the pressure sensor to be checked even that function.
  • the measurements and analyzes of the pressure oscillation signal which are executed repeatedly in operation anyway, can largely be resorted to, which ensures timely detection of a malfunction of the pressure sensor.
  • DFT discrete Fourier transform
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • Measurement of the respective sensor type set a deviation limit.
  • This deviation limit is in the used through ⁇ out the method for comparison with the determined deviation values, the proper functioning of the pressure sensor is asserted when none of the difference values calculated will exceed the predetermined deviation threshold, and on the other hand diagnoses a malfunction of the pressure ⁇ sensors if at least once, so at least ⁇ reaches the predetermined deviation limit in a measuring passage, at least one of ermit- telten deviation values or at least the largest deviate ⁇ deviation value or more.
  • a further embodiment of the method according to the invention makes use of the knowledge that malfunctions of a pressure sensor have a different effect both on the phase position and on the amplitude of the respective signal frequencies.
  • This embodiment of the method is accordingly characterized ge ⁇ denotes that at the pressure oscillation signal, a crankshaft phase angle signal is determined simultaneously, and the phase position and / or the amplitude of the selected signal ⁇ frequencies of the measured pressure oscillations with respect to the crankshaft phase angle signal are determined and that based on the respectively determined phase position or amplitude or Phase position and amplitude of the respective signal frequency per value of a specific operating characteristic of the combus ⁇ tion motor is determined.
  • crankshaft phase angle signal required for carrying out the method according to the invention can be determined by means of a toothed wheel connected to the crankshaft and a Hall sensor. Such a sensor arrangement is also already present in modern internal combustion engines for other purposes.
  • the crankshaft phase angle signal generated thereby can be easily shared by the method according to the invention. This has the advantage that no additional sensor has to be arranged and thus no additional costs for carrying out the method according to the invention are caused.
  • This embodiment is particularly advantageous if, in particular, the determination of the corresponding operating characteristic on the phase position or amplitude or phase position and amplitude of a respective signal frequency is determined.
  • the particular operating characteristic of the internal combustion engine one or more of the following operating parameters: an intake valve lift phase position, an exhaust valve phasing, a piston stroke phase position, a fuel composition, a Be ⁇ commencement timing of the fuel injection, Injection amount of the fuel injection, a compression ratio of the cylinder, a trim of the intake tract and a valve ⁇ operation deviation value.
  • a further deviation value can first be determined on the basis of another specific operating characteristic to confirm the first deviation value ,
  • the selected signal frequencies correspond to the intake frequency as fundamental frequency or first harmonic and the further multiple, that is to say the second to nth of the so-called
  • the intake frequency is again in clear connection with the speed of the internal combustion engine.
  • the phase position referred to in this context as the phase angle and the amplitude of the selected signal frequencies with respect to the crankshaft phase angle can be determined.
  • the method, as well as the individual methods for determining the aforementioned operating parameters, on an electronic programmable engine control unit (CPU) of the respective internal combustion engine are executed. This has the advantage that no separate control or computing device is required and the algorithms of the method in the corresponding processes of the engine control programs, and in particular ⁇ special in the algorithms for determining the operating parameters can be integrated.
  • the motor control unit for controlling an internal combustion engine, has at least one electronic processing unit, at least one electronic storage unit, a plurality of signal inputs and a plurality of signal outputs.
  • the electronic processing unit can also have a number of separate or combined computing units and memory units. In this case, in at least one of the electronic processing units and / or in the electronic memory unit , 0
  • the engine control unit according to the invention is that the program code and calculation parameters for performing the method according to the invention can be embedded directly into the routines and program sequences for controlling the operation of the internal combustion engine and that also no separate control units are required.
  • FIG. 1 a simplified schematic drawing to explain the
  • FIG. 2 shows a simplified block diagram for illustrating an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows a further detail from the simplified block diagram according to FIG. 1 for a more detailed illustration of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram in which the essential method steps in the individual blocks are summarized.
  • Pressure vibration signal DS_S using Discrete Fourier transform DFT for several selected signal frequencies SF1, SF2 to SFX (also SF1 ... X) each have a value of the specific operating characteristics BChk_Wl, BChk_W2 to BChk_WX (also BChk_Wl ... X) of the internal combustion engine 1 determined.
  • the individual determined values of the operating characteristic, BChk_Wl, BChk_W2 to BChk_WX are represented in FIG. 2 by the blocks B3.1, B3.2 to B3.X.
  • One or more operating parameters which are determined on the basis of the same pressure oscillation signal DS_S can be used as a specific operating characteristic, according to one of the methods of the prior art mentioned in the introduction.
  • an intake valve ⁇ stroke phase position, an exhaust valve lift phase position or a piston stroke phase position can be used as a specific operating characteristics, which can be determined for example with one of the disclosed in the prior art method.
  • a fuel composition, a start time of the force ⁇ fuel injection, an injection quantity of fuel injection, a compression ratio of the cylinders, a trim of the inlet tract and valve train deviation value, determined according to the methods disclosed in the input patent documents mentioned, can be used as a specific operating characteristic.
  • This may for example, by comparison, especially Diffe ⁇ ence education of any two determined values. It can For example, first the most distant values are determined and the difference between these two values is formed. Whereby a maximum deviation value is found. Or, all determined values of the operating characteristic BChk_Wl ... X are compared with all other values of the operating characteristic, resulting in several deviation values Aw_Wl, Aw_W2 to Aw_WY (also Aw_Wl ... Y), which in FIG. 1, B4.2bisB4.Y blocks is shown.
  • a respective comparison of the determined deviation values Aw_Wl, Aw_W2 to Aw_WX with a predefined deviation limit value Aw_Gw takes place as to whether at least one of the determined deviation values Aw_Wl, Aw_W2 to Aw_WX reaches the deviation limit value Aw_Gw or exceeds Aw_Wl ... X> Aw_Gw. This is illustrated in block B5.
  • the deviation limit Aw_Gw was to play determined in advance of the loading humor normal operation of the engine 1 at ⁇ empirically or by calculation and in which, in Figure 2 illustrated storage unit 54 of the electronic engine control unit 50 (CPU) deposited. On the same motor control unit 50, the inventive method can also be performed, which is stored there in the form of program code.
  • FIG. 3 shows a further detail of the simplified block diagram according to FIG. 1 for a more detailed illustration of an embodiment of the method according to the invention.
  • a crankshaft phase angle signal Kw_Pw is determined simultaneously with the pressure oscillation signal DS-S. This is done, for example, by means of a crankshaft position sensor 41 provided anyway on the internal combustion engine, as shown in FIG.
  • the block B2 is further detailed in FIG. 3 in order to represent by the blocks B2.1, B2.2 to B2.X that for the selected signal frequencies SF1, SF2 to SFX (also SF1... X) of the measured pressure oscillation signal DS_S in each case the phase position Phil, Phl2 to PhlX (also Phll ... X) and / or the amplitude Ampi, Amp2 to AmpX (also Ampl ... X) of the selected signal frequencies SF1 ... X are determined with respect to the crankshaft phase angle signal Kw_Pw_S. Based on the respectively determined phase position Phll ... X or Amplitude Ampl ... X or phase position Phll ... X and Amplitude Ampl ... X, the respective value of a specific operating characteristic BChk_Wl ... X of the internal combustion engine 1 for the respective signal frequency SF1 ... X is determined.
  • the invention relates to a method for checking the function of a pressure sensor in the air intake tract or exhaust outlet tract of a combustion ⁇ engine during operation and a motor control unit for performing the method and is based on that dynamic pressure oscillations of the intake air in the air -Ansaug Bread or the exhaust gas in the exhaust gas outlet tract of the relevant internal combustion engine in operation by means of the respective pressure sensor are measured, and based on the pressure oscillation signal obtained using discrete Fourier transform for a plurality of selected signal frequencies each have a value of a specific operating characteristic of the internal combustion engine and deviation values of the values determined for the different signal frequencies are determined from each other. Depending on whether deviation values determined fall below or exceed a predefined limit value, the proper functioning of the
  • Pressure sensor confirmed or diagnosed a malfunction of the pressure sensor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Drucksensors (44) im Luft-Ansaugtrakt (20) oder Abgas-Auslasstrakt (30) eines Verbrennungsmotors (1) im Betrieb sowie eine Motor-Steuerungseinheit (50) zur Durchführung des Verfahrens und basiert darauf,dass dynamische Druckschwingungen der Ansaugluft im Luft-Ansaugtrakt (20) oder des Abgases im Abgas-Auslasstrakt (30) des betreffenden Verbrennungsmotors (1) im Betrieb mittels des betreffenden Drucksensors (44) gemessen werden, und auf Basis des erhaltenen Druckschwingungssignals (DS_S) mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation (DFT) für mehrere ausgesuchten Signalfrequenzen (SF...X) jeweils ein Wert eines bestimmten Betriebscharakteristikums (BChk_W1...X) des Verbrennungsmotors (1) sowie Abweichungswerte (Aw_W1...Y) der für die unterschiedlichen Signalfrequenzen (SF1...X) ermittelten Werte voneinander ermittelt werden. In Abhängigkeit davon, ob ermittelte Abweichungswerte (Aw_W1...Y) einen vorgegebenen Grenzwert (Aw_Gw) unter- oder überschreiten, wird die einwandfreie Funktion des Drucksensors (44) bestätigt (DSens=ok) oder eine Fehlfunktion (DSens_Ffkt) des Drucksensors (44) diagnostiziert. Hierdurch gelingt es, eine einwandfreie Funktion des Drucksensors (44) zu überwachen und im Versagensfall entsprechende Maßnahmen einzuleiten, die eine Fehlfunktion des Verbrennungsmotors und einen ggf. darauf basierenden erhöhten Schadstoffausstoß verhindern.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Drucksensors im Luft-Ansaugtrakt oder Abgas-Auslasstrakt eines Verbrennungs- motors im Betrieb und Motor-Steuerungseinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren mit dem ein jeweiliger Drucksensor, der zur Druckmessung im Luft-Ansaugtrakt oder im Abgas-Auslasstrakt eines Verbrennungsmotors angeordnet ist auf seine fehlerfreie Funktion, insbesondere im Hinblick auf dessen dynamisches Verhalten, überprüft werden kann, um einen störungsfreien und insbesondere in Bezug auf den Schadstoff¬ ausstoß gesetzeskonformen Betrieb des jeweiligen Verbrennungsmotors über die gesamte Betriebsdauer hinweg sicher zu stellen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Motor-Steuerungseinheit, die zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Hubkolben-Verbrennungsmotoren, die im Rahmen dieser Be- Schreibung verkürzt auch nur als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden, weisen ein oder mehrere Zylinder auf in denen jeweils ein Hubkolben angeordnet ist. Zur Veranschaulichung des Prinzips eines Hubkolben-Verbrennungsmotors wird im Folgenden Bezug auf Figur 1 genommen, die beispielhaft einen Zylinder eines ggf. auch mehrzylindrigen Verbrennungsmotors mit den wichtigsten Funktionseinheiten darstellt.
Der jeweilige Hubkolben 6 ist linear beweglich im jeweiligen Zylinder 2 angeordnet und schließt mit dem Zylinder 2 einen Brennraum 3 ein. Der jeweilige Hubkolben 6 ist über ein so- genanntes Pleuel 7 mit einem jeweiligen Hubzapfen 8 einer
Kurbelwelle 9 verbunden, wobei der Hubzapfen 8 exzentrisch zur Kurbelwellendrehachse 9a angeordnet ist. Durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 3 wird der Hub¬ kolben 6 linear "abwärts" angetrieben. Die translatorische Hubbewegung des Hubkolbens 6 wird mittels Pleuel 7 und Hubzapfen 8 auf die Kurbelwelle 9 übertragen und in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 9 umgesetzt, die den Hubkolben 6 nach Überwindung eines unteren Totpunktes im Zylinder 2 wieder in Gegenrichtung "aufwärts" bis zu einem oberen Totpunkt bewegt. Um einen kontinuierlichen Betrieb des Verbrennungsmotors 1 zu ermöglichen muss während eines sogenannten Arbeitsspiels eines Zylinders 2 zunächst der Brennraum 3 mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllt, das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 3 verdichtet, dann gezündet und zum Antrieb des Hubkolbens 6 expandierend verbrannt werden und schließlich das nach der Verbrennung verbleibende Abgas aus dem Brennraum 3 ausgeschoben werden. Durch kontinuierliche Wiederholung dieses Ablaufs ergibt sich ein kontinuierlicher Betrieb des Verbrennungsmotors 1 unter Abgabe einer zur Verbrennungsenergie proportionalen Arbeit.
Je nach Motorkonzept ist ein Arbeitsspiel des Zylinders 2 in zwei über eine Kurbelwellenumdrehung (360°) verteilte Takte
(Zweitaktmotor) oder in vier über zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°) verteilte Takte (Viertaktmotor) gegliedert.
Als Antrieb für Kraftfahrzeuge hat sich bis heute der Vier¬ taktmotor durchgesetzt. In einem Ansaugtakt wird, bei Ab¬ wärtsbewegung des Hubkolbens 6, Kraftstoff-Luft-Gemisch oder auch nur Frischluft (bei Kraftstoff-Direkteinspritzung) aus dem Luft-Ansaugtrakt 20 in den Brennraum 3 eingebracht. Im folgenden Verdichtungstakt wird, bei Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 6, das Kraftstoff-Luft-Gemisch oder die Frischluft im Brennraum 3 verdichtet sowie ggf. separat Kraftstoff mittels eines, zu einem Kraftstoff-Zuführsystem gehörenden, Einspritzventils 5 direkt in den Brennraum 3 eingespritzt. Im folgenden Arbeitstakt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels einer Zündkerze 4 gezündet, expandierend verbrannt und bei Abwärtsbewegung des Hubkolbens 6 unter Abgabe von Arbeit entspannt. Schließlich wird in einem Ausschiebetakt, bei erneuter Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 6, das verbleibende Abgas aus dem Brennraum 3 in den Abgastrakt 30 ausgeschoben . Die Abgrenzung des Brennraumes 3 zum Luft-Ansaugtrakt 20 oder Abgastrakt 30 des Verbrennungsmotors erfolgt in der Regel und insbesondere bei dem hier zugrungegelegten Beispiel über Einlassventile 22 und Auslassventile 32. Die Ansteuerung dieser Ventile erfolgt nach heutigem Stand der Technik über mindestens eine Nockenwelle. Das gezeigte Beispiel verfügt über eine
Einlassnockenwelle 23 zur Betätigung der Einlassventile 22 und über eine Auslassnockenwelle 33 zur Betätigung der Auslass¬ ventile 32. Zwischen den Ventilen und der jeweiligen Nockenwelle sind zumeist noch weitere, hier nicht dargestellte, mechanische Bauteile zur Kraftübertragung vorhanden, die auch einen Ventilspielausgleich beinhalten können (z.B. Tassenstößel,
Kipphebel, Schlepphebel, Stößelstange, Hydrostößel etc.).
Der Antrieb der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 erfolgt über den Verbrennungsmotor 1 selbst. Hierzu werden die Einlassnockenwelle 23 und die Auslassnockenwelle 33 jeweils über geeignete Einlassnockenwellen-Steueradapter 24 und Auslassnockenwellen-Steueradapter 34, wie zum Beispiel Zahnräder, Kettenräder oder Riemenräder mithilfe eines Steuergetriebes 40, das zum Beispiel ein Zahnradgetriebe, eine Steuerkette oder einen Steuerzahnriemen aufweist, in vorgegebener Lage zueinander und zur Kurbelwelle 9 über einen entsprechenden Kurbelwellen-Steueradapter 10, der entsprechend als Zahnrad, Kettenrad oder Riemen¬ rad ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle 9 gekoppelt. Durch diese Verbindung ist die Drehlage der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 in Relation zur Drehlage der Kurbelwelle 9 prinzipiell definiert. In Figur 1 ist beispielhaft die Kopplung zwischen Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 und der Kurbelwelle 9 mittels Riemenscheiben und Steuerzahnriemen dargestellt .
Der über ein Arbeitsspiel zurückgelegte Drehwinkel der Kur- beiwelle wird im Weiteren als Arbeitsphase oder einfach nur Phase bezeichnet. Ein innerhalb einer Arbeitsphase zurückgelegter Drehwinkel der Kurbelwelle wird dem entsprechend als Phasen¬ winkel bezeichnet. Der jeweils aktuelle Kurbelwellen-Phasen¬ winkel der Kurbelwelle 9 kann mittels eines mit der Kurbelwelle 9 oder dem Kurbelwellen-Steueradapter 10 verbundenen Lagegebers 43 und einem zugeordneten Kurbelwellen-Lagesensor 41 laufend erfasst werden. Dabei kann der Lagegeber zum Beispiel als Zähnerad mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen ausgeführt sein, wobei die Anzahl der einzelnen Zähne die Auflösung des Kurbelwellen-Phasen- winkelsignals bestimmt.
Ebenso können ggf. zusätzlich die aktuellen Phasenwinkel der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 mittels entsprechender Lagegeber 43 und zugeordneter Nockenwellenla- gesensoren 42 laufend erfasst werden.
Da sich der jeweilige Hubzapfen 8 und mit ihm der Hubkolben 6, die Einlassnockenwelle 23 und mit ihr das jeweilige Einlassventil 22 sowie die Auslassnockenwelle 33 und mit ihr das jeweilige Auslassventil 32 durch die vorgegebene mechanische Kopplung in vorgegebener Relation zueinander und in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehung bewegen, durchlaufen diese Funktionskomponenten synchron zur Kurbelwelle die jeweilige Arbeitsphase. Die jeweiligen Drehlagen der Einlassnockenwelle, der Aus¬ lassnockenwelle sowie der Kurbelwelle und die Hubpositionen von Hubkolben 6, Einlassventilen 22 und Auslassventilen 32 können so, unter Berücksichtigung der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse, auf den durch den Kurbelwellen-Lagesensor 41 vorgegebenen Kurbelwellen-Phasenwinkel der Kurbelwelle 9 bezogen werden. Bei einem idealen Verbrennungsmotor ist somit jedem bestimmten Kurbelwellen-Phasenwinkel ein bestimmter Hubzapfenwinkel HZW (Figur 2), ein bestimmter Kolbenhub, ein bestimmter Einlass- nockenwellenwinkel und somit ein bestimmter Einlassventilhub sowie ein bestimmter Auslassnockenwellenwinkel und somit ein bestimmter Auslassventilhub zuordenbar. Das heißt alle genannten Komponenten befinden sich bzw. bewegen sich in Phase mit der sich drehenden Kurbelwelle 9.
Bei modernen Verbrennungsmotoren 1 können innerhalb der mechanischen Koppelstrecke zwischen Kurbelwelle 9 und Einlass¬ nockenwelle 23 sowie der Auslassnockenwelle 33 jedoch zu¬ sätzliche Stellglieder vorhanden sein, zum Beispiel integriert in den Einlassnockenwellenadapter 24 und den Auslassnockenwellenadapter 34, die einen gewünschten steuerbaren Phasenversatz zwischen der Kurbelwelle 9 und Einlassnockenwelle 23 sowie der Auslassnockenwelle 33 bewirken. Diese sind als so¬ genannte Phasensteiler bei sogenannten variablen Ventiltrieben bekannt.
Symbolisch ist auch eine elektronische, programmierbare Mo¬ tor-Steuerungseinheit 50 (CPU) zur Steuerung der Motorfunktionen dargestellt, das mit Signal-Eingängen 51 zur Entgegennahme der vielfältigen Sensorsignale und mit Signal- und Leis¬ tungs-Ausgängen 52 zur Ansteuerung entsprechender Stelleinheiten und Aktuatoren sowie mit einer elektronischen Recheneinheit 53 und einer zugeordneten elektronischen Speichereinheit 54 ausgestattet ist.
Für einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors (bezüglich Emissionen, Verbrauch, Leistung, Laufruhe etc.) sollte die während des Ansaugtaktes in den Brennraum eingebrachte
Frischgasladung bestmöglich bekannt sein, um die weiteren r
Parameter für die Verbrennung, wie zum Beispiel die zuzuführende, ggf. direkt eingespritzte Kraftstoffmenge darauf abstimmen zu können. Der sogenannte Ladungswechsel, also das Ansaugen von Frischgas und das Ausschieben des Abgases ist dabei in großem Maße abhängig von den Steuerzeiten der Einlassventile 22 und Auslassventile 32, also vom zeitlichen Verlauf der jeweiligen Ventilhübe in Bezug auf den zeitlichen Verlauf des Kolbenhubs sowie von Höhe und Verlauf der Drücke im Luft-Ansaugtrakt und im Abgas-Auslasstrakt. In anderen Worten ist der Ladungswechsel im Betrieb abhängig von den Phasenlagen der Ein- und Auslassventile in Relation zum Kurbelwellen-Phasenwinkel und somit zur Pha¬ senlage des Hubkolbens im Zusammenwirken mit dem jeweiligen Druckverlauf im Luft-Ansaugtrakt und im Abgas-Auslasstrakt.
Stand der Technik zur Ermittlung der Frischgasladung und zur Abstimmung der Steuerparameter des Verbrennungsmotors darauf, ist die Vermessung eines sogenannten Referenz-Verbrennungsmo¬ tors in allen auftretenden Betriebszuständen, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl, der Last, ggf. der durch Pha- sensteller vorgebbaren Ventilsteuerzeiten, ggf. den Betriebsparametern von Abgasturbolader oder Kompressor, etc. und die Speicherung von diesen Messwerten oder Derivaten davon oder von das Verhalten wiedergebenden Modellansätzen auf dem Motorsteuergerät eines entsprechenden Serien-Verbrennungsmotors. Alle baugleichen, in Serie produzierten Verbrennungsmotoren der gleichen Baureihe werden dann mit diesem erzeugten Referenzdatensatz betrieben.
Eine, zum Beispiel durch Fertigungstoleranzen verursachte, Abweichung der tatsächlichen Relativpositionen zwischen Einlass- und Auslassventilen und dem Kurbelwellen-Phasenwinkel bzw . der Hubkolbenposition eines Serien-Verbrennungsmotors in Bezug auf die idealen Referenzpositionen des Referenz-Verbrennungs¬ motors, also eine Phasendifferenz des Einlassventilhubs, des Auslassventilhubs und gegebenenfalls des Kolbenhubs in Bezug auf den durch den Kurbelwellen-Lagesensor vorgegebenen Kurbelwellen-Phasenwinkel bzw. die Phasenlage der Kurbelwelle führt dazu, dass die tatsächlich angesaugte Frischgasladung von der als Referenz bestimmten Frischgasladung abweicht und somit die auf dem Referenz-Datensatz basierenden Steuerparameter nicht optimal sind. Auch eine Abweichung der laufenden Messwerte für den jeweiligen Druck im Luft-Ansaugtrakt und im Abgas-Auslasstrakt führt zu Fehlern bei der Ermittlung der tatsächlich angesaugten Frischgasladung. Weitere Fehlerquellen, die sich negativ auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors auswirken können sind zum Beispiel eine abweichende KraftstoffZusammensetzung, abweichende Trimmung des Ansaugtraktes bzw. des Abgastraktes, abweichende Kraftstoff-Einspritzzeitpunkte, abweichende
Kraftstoff-Einspritzmengen und ggf. abweichende Verdich¬ tungsverhältnisse. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors können sich durch diese Fehler erhebliche negative Auswirkungen bezüglich Emissionen, Verbrauch, Leistung, Laufruhe etc. ergeben. Mögliche Ursachen für die beschriebenen Abweichungen können z.B. sein :
- Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen der beteiligten mechanischen Komponenten, sowie
- Verschleißerscheinungen im Betrieb sowie
- Verformungserscheinungen elastisch oder plastisch durch hohe mechanische Belastungszustände .
Die bisherige Lösung der beschriebenen Problematik, gemäß dem aktuellen Stand der Technik, liegt dabei prinzipiell in der wiederkehrenden oder kontinuierlichen Ermittlung und Quantifizierung der auftretenden Abweichungen zwischen Referenz-Verbrennungsmotor und Serien-Verbrennungsmotor im laufenden Betrieb, um entsprechende Maßnahmen zur Korrektur oder Kompensation mittels Anpassung von Steuerungsparametern durchführen zu können.
Zu weiteren Steigerung der Genauigkeit und ggf. zur Plausi¬ bilisierung und Überwachung der Ermittlung der oben genannten Abweichungen wurden in kürzerer Vergangenheit Verfahren entwickelt die unabhängig von entsprechenden Positions- und Lagesensoren arbeiten.
Bei den oben genannten Verfahren zur wiederkehrenden oder kontinuierlichen Ermittlung der genannten Abweichungen, werden dem jeweiligen Zylinder zuordenbare dynamische Druckschwingungen im Luft-Ansaugtrakt oder im Abgas-Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors im laufenden Betrieb gemessen und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt. Gleichzeitig wird ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermit¬ telt .
Unter dem Begriff „Luft-Ansaugtrakt" oder auch einfach „Ansaugtrakt", „Ansaugsystem" oder „Einlasstrakt" eines Ver¬ brennungsmotors fasst der Fachmann dabei alle Komponenten, die der LuftZuführung zu den jeweiligen Brennräumen der Zylinder dienen und somit den sogenannten Luftpfad definieren zusammen. Dazu können zum Beispiel ein Luftfilter, ein Ansaugrohr, Ansaugkrümmer oder Verteilerrohr oder kurz Saugrohr, ein Drosselklappenventil, sowie ggf. ein Verdichter und die An¬ saugöffnung im Zylinder bzw. der Einlasskanal des Zylinders gehören .
Unter dem Begriff „Abgas-Auslasstrakt" oder auch einfach „Auslasstrakt", „Abgastrakt" oder „Abgas-System" dagegen werden alle Komponenten zusammengefasst , über die das Abgas abströmt und somit den sogenannten Abgaspfad bilden, wie zum Beispiel: Die Auslassöffnung bzw. der Auslasskanal des jeweiligen Zylinders, Abgas führende Rohre, Komponenten zur Abgasrückführung, Partikelfilter, Katalysatoren und Schalldämpfer. _
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Aus dem Druckschwingungssignal werden mit Hilfe Diskreter-Four- ier-Transformation die Phasenlage und/oder die Amplitude zu¬ mindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkel- signal ermittelt. Im Weiteren werden auf Basis der ermittelten Phasenlage und/oder Amplitude zumindest einer jeweiligen ausgesuchten Signalfrequenz, unter Heranziehung entsprechender Referenzwerte oder Referenz-Kennlinien, die aktuellen Werte der genannten Abweichungen ermittelt. Dazu wurden die Referenzwerte oder Referenz-Kennlinien zuvor an einem idealen Referenz-Verbrennungsmotor gleicher Bauart ermittelt und in entsprechenden Kennfeldern hinterlegt oder mittels einer jeweiligen algebraischen Modell-Funktion aktuell ermittelt. Auf Grundlage der ermittelten Abweichungen werden dann ggf. Korrekturen oder Adaptionen der Steuerparameter des Verbrennungsmotors, in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen, im Steuergerät vorgenommen. So wird beispielsweise in Dokument DE 10 2015 209 665 AI ein Verfahren zur Identifizierung von Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors offenbart. Dabei werden, wie oben be¬ schrieben, die Phasenwinkel ausgesuchter Signalfrequenzen der gemessenen Druckschwingungen ermittelt. Auf Basis der ermit- telten Phasenwinkel werden dann unter Heranziehung von Referenz-Phasenwinkeln und zugehöriger Referenz-Ventilsteuerzeiten gleicher Signalfrequenzen der Druckschwingungen eines Referenz-Verbrennungsmotors und/oder einer daraus hergeleiteten Modell-Funktion, die Ventilsteuerzeiten des betreffenden Verbrennungsmotors ermittelt.
Ein weiteres Verfahren zur kombinierten Identifizierung einer Kolbenhub-Phasendifferenz, einer Einlassventilhub-Phasendifferenz und einer Auslassventilhub-Phasendifferenz eines Verbrennungsmotors ist aus Dokument DE 102015222408 B3 bekannt. Auch hier werden mittels Diskreter-Fourier-Transformation die Phasenlagen ausgesuchter Signalfrequenzen der gemessenen Druckschwingungen im Einlass- und/oder Auslasstrakt, in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt. Auf dieser Basis werden in Abhängigkeit von Einlassventilhub-Phasendifferenz und Auslassventilhub-Phasendifferenz stehende Linien gleicher Phasenlagen der ausgesuchten Signalfrequenzen ermittelt und ein gemeinsamer Schnittpunkt der ermittelten Linien durch signalfrequenzabhängige Phasenverschiebung bestimmt.
Aus dem ermittelten gemeinsamen Schnittpunkt werden die Einlassventilhub-Phasendifferenz und die Auslassventilhub-Phasendifferenz bestimmt und die Kolbenhub-Phasendifferenz wird bestimmt aus dem Wert der erfolgten Phasenverschiebungen.
Die Dokumente DE 10 2015 226 138 B3 und DE 10 2015 226 461 AI offenbaren jeweils ein Verfahren zur Ermittlung der Zusammensetzung des zum Betrieb eines Verbrennungsmotors verwendeten Kraftstoffes. Auch diese Verfahren basieren auf der Messung und Analyse der Druckschwingungen im Einlasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors mittels Diskreter-Fourier-Transformation . Hierbei wird beispielsweise zusätzlich zur ermittelten
Ist-Phasenlage der ausgesuchten Signalfrequenz bei saugsynchroner Kraftstoffeinspritzung, in gleicher Weise, ohne
Kraftstoffeinspritzung oder bei direkter Kraftstoffeinspritzung in den geschlossenen Brennraum, eine weitere Ver- gleichs-Phasenlage der ausgesuchten Signalfrequenz und die Ist-Phasenlagendifferenz zwischen beiden ermittelt. Dann wird unter Heranziehung von Referenz-Phasenlagendifferenzen der gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche KraftstoffZu¬ sammensetzungen, die KraftstoffZusammensetzung des aktuell verwendeten Kraftstoffes ermittelt. Ein Verfahren zur Ermittlung des Einspritzbeginn-Zeitpunktes und der Einspritzmenge des Kraftstoffes im Normalbetrieb eines Verbrennungsmotors, ebenfalls auf Basis von gemessenen
Druckschwingungen im Einlasstrakt des Verbrennungsmotors, ist aus Dokument DE 10 2015 226 461 AI bekannt.
Weitere Verfahren, die auf Basis der Messung der dynamischen Druckschwingungen in Ansaugtrakt oder Abgastrakt und deren Analyse mittels Diskreter-Fourier Transformation basieren, wie zum Beispiel:
- die kombinierte Identifizierung von Phasendifferenzen des Einlassventilhubs und des Auslassventilhubs eines Ver¬ brennungsmotors ;
- die Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses eines Ver- brennungsmotors ;
- die Überwachung von im Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors auftretenden Abweichungen und
- die Ermittlung der aktuellen Trimmung des Einlasstraktes eines Verbrennungsmotors im Betrieb,
sind in den deutschen Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen
10 2016 219 584.0; 10 2017 209 112.6; 10 2016 222 533.2 und 10 2017 209386.2 offenbart.
Bei der Anwendung der oben genannten Verfahren können sich bei fehlerhaften Druckschwingungssignalen, zum Beispiel aufgrund eines Defektes oder einer mangelhaften Funktion des Drucksensors, in der Konsequenz daraus, erhebliche Verschlechterungen im Betriebsverhalten und insbesondere im Abgasverhalten des Verbrennungsmotors ergeben. Aus diesem Grund ist es wichtig und teilweise gar vom Gesetzgeber vorgeschrieben, die einwandfreie, fehlerlose Funktion solcher, das Abgasverhalten beeinflussenden Komponenten über die gesamte Betriebsdauer des jeweiligen Verbrennungsmotors sicherzustellen bzw. Fehlfunktionen im Betrieb zu erkennen. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, kostengünstiges und zuverlässiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels dem eine Fehlfunktion eines im Luft-Ansaugtrakt oder Abgas-Auslasstrakt eines Verbrennungs- motors angeordneten Drucksensors, im Betrieb, insbesondere in Bezug auf dessen dynamisches Verhalten, zuverlässig und zeitnah festgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Drucksensors im Luft-Ansaugtrakt oder Abgas-Auslasstrakt eines Verbrennungsmotors im Betrieb gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Drucksensors im Luft-Ansaugtrakt oder Ab¬ gas-Auslasstrakt eines Verbrennungsmotors im Betrieb werden die dynamischen Druckschwingungen der Ansaugluft im
Luft-Ansaugtrakt oder des Abgases im Abgas-Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors im Betrieb mittels des be¬ treffenden Drucksensors gemessen und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt. Auf Basis dieses Druck- Schwingungssignals wird mit Hilfe Diskreter-Fourier-Trans- formation, für mehrere ausgesuchte Signalfrequenzen jeweils ein Wert eines bestimmten Betriebscharakteristikums des Verbren¬ nungsmotors ermittelt. Durch Vergleich der ermittelten Werte mit einander werden dann Abweichungswerte der für unterschiedliche Signalfrequenzen ermittelten Werte des Betriebscharakteris¬ tikums voneinander ermittelt. Diese Abweichungswerte werden dann zur Beurteilung der Funktion des jeweiligen Drucksensors herangezogen, wobei die einwandfreie Funktion des Drucksensors bestätigt wird, wenn keiner der ermittelten Abweichungswerte einen vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert überschreitet und wobei eine Fehlfunktion des Drucksensors diagnostiziert wird, wenn zumindest einmal mindestens einer der ermittelten Ab¬ weichungswerte einen vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert überschreitet.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, dass ohne zusätzliche Sensorik, rein auf Basis des Druckschwin¬ gungssignals des zu überprüfenden Drucksensors selbst, die Funktion dieses Drucksensors überprüft werden kann. Dazu kann zudem weitgehend auf die ohnehin im Betrieb wiederholend ausgeführten Messungen und Analysen des Druckschwingungssignals zurückgegriffen werden, was eine zeitnahe Erkennung einer Funktionsstörung des Drucksensors gewährleistet.
Zur Analyse des Druckschwingungssignals, wird dieses einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterzogen. Dazu kann ein als Fast Fourier-Transformation (FFT) bekannter Algorithmus zur effizienten Berechnung der DFT herangezogen werden. Mittels DFT wird nun das Druckschwingungssignal in einzelne Signalfrequenzen zerlegt, die im Weiteren separat vereinfacht bezüglich ihrer Amplitude und der Phasenlage analysiert werden können.
Im vorliegenden Fall hat sich gezeigt, dass sich Fehlfunktionen eines Drucksensors, insbesondere bei der Messung von hochdy¬ namischen Druckschwingungen, auf die als Signalfrequenzen bezeichneten unterschiedlichen Frequenzanteile des Druckschwingungssignals, unterschiedlich auswirken. Ergeben sich also bei der Ermittlung eines bestimmten Betriebscharakte- ristikums auf Basis des Druckschwingungssignals stark unter¬ schiedliche Werte für unterschiedliche Signalfrequenzen, so ist davon auszugehen, dass eine Fehlfunktion oder zumindest eine Beeinträchtigung der einwandfreien Funktion des Drucksensors vorliegt. Dies macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zunutze, indem je ein aktueller Wert des Betriebscharakte- ristikums für mehrere, voneinander verschiedene Signalfre¬ quenzen ermittelt wird und diese Werte mit einander verglichen werden. Dies kann beispielsweise durch einfache Differenzbildung zwischen jeweils zwei Werten erfolgen. Dabei kann jeweils nur der höchste Wert mit dem niedrigsten Wert oder jeder Wert mit jedem anderen Wert verglichen werden. Die so ermittelten Differenzwerte werden hier allgemein als Abweichungswerte bezeichnet. Für die zulässige maximale Größe des Abweichungswertes wird im Vorfeld, zum Beispiel bei der Spezifizierung oder einer
Vermessung des jeweiligen Sensortyps, ein Abweichungs-Grenzwert festgelegt. Dieser Abweichungs-Grenzwert wird bei der Durch¬ führung des Verfahrens zum Vergleich mit den ermittelten Abweichungswerten herangezogen, wobei die einwandfreie Funktion des Drucksensors bestätigt wird, wenn keiner der ermittelten Abweichungswerte den vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert überschreitet und andererseits eine Fehlfunktion des Druck¬ sensors diagnostiziert wird, wenn zumindest einmal, also zu¬ mindest bei einem Messdurchgang, mindestens einer der ermit- telten Abweichungswerte oder zumindest der größte Abwei¬ chungswert den vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert erreicht oder überschreitet .
Eine weiterführende Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens macht sich die Erkenntnis zunutze, dass sich Fehlfunktionen eines Drucksensors sowohl auf die Phasenlage als auch auf die Amplitude der jeweiligen Signalfrequenzen unterschiedlich auswirken. Dem entsprechend ist diese Ausführung des Verfahrens dadurch ge¬ kennzeichnet, dass gleichzeitig zu dem Druckschwingungssignal ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt wird und die Phasenlage und/oder die Amplitude der ausgesuchten Signal¬ frequenzen der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt werden und dass auf Basis der jeweils ermittelten Phasenlage oder Amplitude oder Phasenlage und Amplitude der jeweiligen Signalfrequenz je ein Wert eines bestimmten Betriebscharakteristikums des Verbren¬ nungsmotors ermittelt wird.
Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfor- derliche Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal kann mit einem mit der Kurbelwelle verbundenen Zähnerad und einem Hall-Sensor ermittelt werden. Eine solche Sensoranordnung ist ebenfalls in modernen Verbrennungsmotoren zu anderen Zwecken bereits vorhanden. Das damit erzeugte Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal kann in ein- facher Weise von dem erfindungsgemäßen Verfahren mitbenutzt werden. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Sensor angeordnet werden muss und so keine Zusatzkosten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verursacht werden. Diese Ausführung bietet sich in vorteilhafter Weise insbesondere dann an, wenn auch die Ermittlung des entsprechenden Betriebscharakteristikums auf der Phasenlage oder Amplitude oder Phasenlage und Amplitude einer jeweiligen Signalfrequenz ermittelt wird.
In weiteren Ausführungen des Verfahrens ist das bestimmte Betriebscharakteristikum des Verbrennungsmotors eine oder mehrere der folgenden Betriebsparameter: eine Einlassventilhub-Phasenlage, eine Auslassventilhub-Phasenlage, eine Kol- benhub-Phasenlage, eine Kraftstoff-Zusammensetzung, ein Be¬ ginn-Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, eine Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzung, ein Verdichtungsverhältnis der Zylinder, eine Trimmung des Einlasstraktes und ein Ventil¬ trieb-Abweichungswert. Zur Ermittlung dieser genannten Be- triebsparameter auf Basis des im Luft-Ansaugtrakt oder Ab¬ gas-Auslasstrakt ermittelten Druckschwingungssignals wird hier auf die Offenbarung der einleitend zum Stand der Technik genannten Dokumente verwiesen, in denen die einzelnen Verfahren im Detail erläutert werden. Bei der Heranziehung mehrerer der genannten Betriebsparameter als Betriebscharakteristikum, kann beispielsweise nach der Ermittlung eines über den Abweichungs-Grenzwert hinausgehenden ersten Abweichungswertes eines bestimmten ersten Betriebs- Charakteristikums zunächst noch ein weiterer Abweichungswert auf Basis eines weiteren bestimmten Betriebscharakteristikums ermittelt werden, um den ersten Abweichungswert zu bestätigen.
Die Vorteile der Verwendung der genannten Betriebsparameter als Betriebscharakteristikum liegen darin, dass diese Betriebsparameter ohnehin laufend im Betrieb ermittelt werden und sich der Zusatzaufwand für die Überprüfung der Funktion des
Drucksensors somit sehr niedrig gehalten werden kann. In vorteilhafter Weise entsprechen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die ausgesuchten Signalfrequenzen der Ansaugfrequenz als Grundfrequenz oder 1. Harmonische und den weiteren vielfachen, also der 2. bis n. der sogenannten
"Harmonischen" der Ansaugfrequenz des Verbrennungsmotors.
Dabei steht die Ansaugfrequenz wiederum in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors.
Für diese ausgesuchten Signalfrequenzen kann dann beispielsweise, unter Heranziehung eines parallel erfassten Kurbel- wellen-Phasenwinkelsignals , die in diesem Zusammenhang als Phasenwinkel bezeichnete Phasenlage und die Amplitude der ausgesuchten Signalfrequenzen in Bezug auf den Kurbelwellen- Phasenwinkel ermittelt werden. Hierdurch ergeben sich besonders eindeutige und somit gut auszuwertende Ergebnisse bei der Ermittlung des jeweiligen bestimmten Betriebscharakteristikums, wodurch eine hohe Ge¬ nauigkeit der Ergebnisse gewährleitet werden kann. Vorteilhaft kann das Verfahren, wie auch die einzelnen Verfahren zur Ermittlung der genannten Betriebsparameter, auf einer elektronischen programmierbaren Motor-Steuerungseinheit (CPU) des betreffenden Verbrennungsmotors ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass kein separates Steuer- oder Rechengerät erforderlich ist und die Algorithmen des Verfahrens in die entsprechenden Abläufe der Motor-Steuerprogramme, und insbe¬ sondere in die Algorithmen zur Ermittlung der Betriebsparameter eingebunden werden können.
In weiterer Ausgestaltung der vorausgehend erläuterten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Motor-Steuerungseinheit wird, sofern eine Fehlfunktion des Drucksensors diagnostiziert wird, mittels der Mo- tor-Steuerungseinheit der Verbrennungsmotor in einer Not¬ lauf-Betriebsart weiter betrieben oder ein Notstop des Ver¬ brennungsmotors eingeleitet. Alternativ oder ergänzend dazu wird eine Fehlermeldung ausgegeben, die beispielsweise einem
Fahrzeugführer signalisiert, dass der Drucksensor als defekt erkannt worden ist.
So wird in vorteilhafter Weise sicher gestellt, das der jeweilige Verbrennungsmotor nicht mit auf einem fehlerhaften Druckschwingungssignal des entsprechenden Drucksensors basierenden fehlerhaften Stellgrößen betrieben wird, die eine Einhaltung der Emissionsgrenzen nicht gewährleisten können.
Die erfindungsgemäße Motor-Steuerungseinheit zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, weist zumindest eine elektronische Recheneinheit, zumindest eine elektronische Speichereinheit, mehrere Signaleingänge und mehrere Signalausgänge auf. Optional kann die elektronische Recheneinheit auch mehrere separat oder in Kombination arbeitende Recheneinheiten und Speichereinheiten aufweisen. Dabei ist in zumindest einer der elektronischen Recheneinheiten und/oder in der elektronischen Speicherein- , 0
heiten ein Programmcode und Berechnungsparameter hinterlegt, zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer der beschriebenen Ausführungen, mittels der Motor-Steuerungseinheit, während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Verbrennungsmotors.
Vorteil der erfindungsgemäßen Motor-Steuerungseinheit ist es, dass der Programmcode und Berechnungsparameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar eingebettet werden können in die Routinen und Programmabläufe zur Steuerung der Betriebs des Verbrennungsmotors und dass gleichfalls keine separaten Steuerungseinheiten erforderlich werden.
Eine detaillierte Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Weiteren unter Zuhilfenahme der Figuren.
Es zeigen:
Figur 1: Eine vereinfachte Schemazeichnung zur Erläuterung des
Aufbaus und der Funktion eines Hubkolben-Verbrennungsmotors .
Figur 2: Ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 3: Ein weiter detaillierter Ausschnitt aus dem vereinfachten Blockdiagramm gemäß Figur 1 zur weiter detaillierten Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Funktions- und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren durchgängig mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die in Figur 1 dargestellte Schemazeichnung zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktion eines Hubkolben-Verbrennungsmotors wurde bereits einleitend beschrieben. Es ist jedoch anzumerken, dass die dargestellte Motor-Steuerungseinheit 50, zumindest eine elektronische Recheneinheit 53, zumindest eine elektronische Speichereinheit 54, mehrere Signaleingänge 51 und mehrere Signalausgänge 52, die auch durch Leistungsausgänge ergänzt werden können, aufweist. Weiterhin sind in der elektronischen Recheneinheit 53 und/oder in der elektronischen Speichereinheit 54 ein Programmcode und Berechnungsparameter hinterlegt, mittels der die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie vorausgehend beschrieben, mittels der Motor-Steuerungseinheit 50, während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Verbrennungsmotors erfolgt. Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, bei dem die wesentlichen Verfahrensschritten in den einzelnen Blöcken zusammengefasst dargestellt sind.
Zu Beginne werden dynamische Druckschwingungen der Ansaugluft im Luft-Ansaugtrakt 20 und/oder des Abgases im Abgas-Auslasstrakt 30 des betreffenden Verbrennungsmotors 1 mittels des betref¬ fenden Drucksensors 44 im Betrieb gemessen und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal DS_S erzeugt, was durch den mit Bl gekennzeichneten Block dargestellt ist.
In dem mit D2 gekennzeichneten Block findet dann auf Basis des Druckschwingungssignals DS_S, mit Hilfe Diskreter-Four- ier-Transformation DFT, die Ermittlung der Werte des ausge¬ suchten Betriebscharakteristikums Emtlg_BChk_Wl...X statt, was durch Block B2 dargestellt ist. Dabei wird auf Basis des
Druckschwingungssignals DS_S mit Hilfe Diskreter-Fourier- -Transformation DFT, für mehrere ausgesuchte Signalfrequenzen SF1, SF2 bis SFX (auch SF1...X) jeweils ein Wert des bestimmten Betriebscharakteristikums BChk_Wl, BChk_W2 bis BChk_WX (auch BChk_Wl...X) des Verbrennungsmotors 1 ermittelt. Die einzelnen ermittelten Werte des Betriebscharakteristikums, BChk_Wl, BChk_W2 bis BChk_WX, werden in Figur 2 durch die Blöcke B3.1 , B3.2 bis B3.X dargestellt. Als bestimmtes Betriebscharakteristikum kann einer oder mehrere Betriebsparameter herangezogen werden, die auf Basis des gleichen Druckschwingungssignals DS_S ermittelt werden, nach einem der einleitend genannten Verfahren aus dem Stand der Technik. So kann beispielsweise eine Einlassventil¬ hub-Phasenlage, eine Auslassventilhub-Phasenlage oder eine Kolbenhub-Phasenlage als bestimmtes Betriebscharakteristikum genutzt werden, die beispielsweise mit einem der im Stand der Technik offenbarten Verfahren ermittelt werden können. Auch eine Kraftstoff-Zusammensetzung, ein Beginn-Zeitpunkt der Kraft¬ stoffeinspritzung, eine Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzung, ein Verdichtungsverhältnis der Zylinder, eine Trimmung des Einlasstraktes und ein Ventiltrieb-Abweichungswert, ermittelt gemäß den Verfahren, die in den Eingangs genannten Schutzrechtsdokumenten offenbart sind, können als bestimmtes Betriebscharakteristikum genutzt werden.
Werden beispielsweise mehrere der oben genannten Betriebspa¬ rameter aus dem Druckschwingungssignal DS_S des zu überprüfenden Drucksensors 44 ermittelt, so bietet es sich an, das erfin¬ dungsgemäße Verfahren auf Basis dieser mehreren Betriebspa¬ rameter als jeweiliges Betriebscharakteristikum durchzuführen und die Ergebnisse zur Verifizierung bzw. Bestätigung des Einzel-Ergebnisses abzugleichen. So können ggf. Fehlbeurtei- lungen aufgrund von sogenannten Ausreißer-Messwerten vermieden werden .
Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nunmehr die Ermittlung sogenannter Abweichungswerte
Emtlg_Aw_Wl...Y der für unterschiedliche Signalfrequenzen SF1...X ermittelten Werte des Betriebscharakteristikums BChk_Wl...X voneinander, was durch Block B4 symbolisiert wird. Dies kann beispielsweise erfolgen durch Vergleich, insbesondere Diffe¬ renzbildung jeweils zweier ermittelter Werte. Dabei können beispielsweise zunächst die am weitesten voneinander entfernten Werte ermittelt und die Differenz dieser beiden Werte gebildet werden. Wodurch ein maximaler Abweichungswert gefunden ist. Oder es werden alle ermittelten Werte des Betriebscharakteristikums BChk_Wl...X mit jeweils allen anderen Werten des Betriebscharakteristikums verglichen, was mehrere Abweichungswerte Aw_Wl, Aw_W2 bis Aw_WY (auch Aw_Wl...Y) ergibt, die in Figur 2 beispielhaft durch die mit B4.1, B4.2bisB4.Y bezeichneten Blöcke dargestellt ist .
Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nun ein jeweiliger Vergleich der ermittelten Abweichungswerte Aw_Wl, Aw_W2 bis Aw_WX mit einem vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert Aw_Gw dahingehend, ob zumindest einer der ermittelten Abwei- chungswerte Aw_Wl, Aw_W2 bis Aw_WX den Abweichungs-Grenzwert Aw_Gw erreicht oder überschreitet Aw_Wl...X > Aw_Gw. Dies ist in Block B5 veranschaulicht.
Der Abweichungsgrenzwert Aw_Gw wurde dazu im Vorfeld des be- stimmungsgemäßen Betriebs des Verbrennungsmotors 1 bei¬ spielsweise empirisch oder rechnerisch ermittelt und in der, auch in Figur 2 dargestellten elektronischen Speichereinheit 54 der Motor-Steuerungseinheit 50 (CPU) hinterlegt. Auf der gleichen Motor-Steuerungseinheit 50 kann ebenso das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden, das dort in Form von Programmcode hinterlegt ist.
Auf Grundlage des Ergebnisses des vorgenannten Vergleichs Aw_Wl...X > Aw_Gw, erfolgt eine Bestätigung der einwandfreien Funktion des Drucksensors 44, DSens=ok, wie in Block B6 dargestellt, wenn keiner der ermittelten Abweichungswerte Aw_Wl...Y einen vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert Aw_Gw erreicht oder überschreitet . Dagegen wird eine Fehlfunktion DSens_Ffkt des Drucksensors (44) diagnostiziert, wie in Block B7 dargestellt, wenn zumindest einmal mindestens einer der ermittelten Abweichungswerte Aw_Wl...Y einen vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert Aw_Gw erreicht oder überschreitet.
In Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dann, sofern eine Fehlfunktion DSens_Ffkt des Drucksensors 44 di¬ agnostiziert wurde, mittels des Motor-Steuergeräts 50 der Verbrennungsmotor 1 in eine Notlauf-Betriebsart Nt-Btb umge¬ schaltet und weiter so betrieben werden, wie in Block B8.1 dargestellt, oder es kann ein Notstop des Verbrennungsmotors 1, Nt_stop, eingeleitet werden, wie in Block B8.2 dargestellt. Ebenso wird wahlweise alternativ oder ergänzend dazu eine Fehlermeldung (Info_Sig) ausgegeben, wie durch Block B8.3 dargestellt, die beispielsweise einem Fahrzeugführer signa¬ lisiert, dass der Drucksensor als defekt erkannt wurde.
Figur 3 zeigt einen weiter detaillierter Ausschnitt aus dem vereinfachten Blockdiagramm gemäß Figur 1 zur weiter detaillierten Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Hierbei ist mittels des Blocks Bl .1 dargestellt, dass gleichzeitig zu dem Druckschwingungssignal DS-S ein Kurbel- wellen-Phasenwinkelsignal Kw_Pw ermittelt wird. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines ohnehin am Verbrennungsmotor vorgesehenen Kurbelwellen-Lagesensors 41, wie in Figur 1 dargestellt .
Weiterhin ist in Figur 3 der Block B2 weiter detailliert, um durch die Blöcke B2.1, B2.2 bis B2.X darzustellen, dass für die ausgesuchten Signalfrequenzen SF1, SF2 bis SFX (auch SF1...X) des gemessenen Druckschwingungssignals DS_S jeweils die Phasenlage Phil, Phl2 bis PhlX (auch Phll...X) und/oder die Amplitude Ampi, Amp2 bis AmpX (auch Ampl...X) der ausgesuchten Signalfrequenzen SF1...X in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal Kw_Pw_S ermittelt werden. Auf Basis der jeweils ermittelten Phasenlage Phll...X oder Amplitude Ampl...X oder Phasenlage Phll...X und Amplitude Ampl...X der jeweils eine Wert eines bestimmten Betriebscha- rakteristikums BChk_Wl...X des Verbrennungsmotors 1 für die jeweilige Signalfrequenz SF1...X ermittelt wird.
Nochmal in Kürze zusammengefasst , betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Drucksensors im Luft-Ansaugtrakt oder Abgas-Auslasstrakt eines Verbrennungs¬ motors im Betrieb sowie eine Motor-Steuerungseinheit zur Durchführung des Verfahrens und basiert darauf, dass dynamische Druckschwingungen der Ansaugluft im Luft-Ansaugtrakt oder des Abgases im Abgas-Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungs- motors im Betrieb mittels des betreffenden Drucksensors gemessen werden, und auf Basis des erhaltenen Druckschwingungssignals mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation für mehrere ausgesuchten Signalfrequenzen jeweils ein Wert eines bestimmten Betriebs- charakteristikums des Verbrennungsmotors sowie Abweichungswerte der für die unterschiedlichen Signalfrequenzen ermittelten Werte voneinander ermittelt werden. In Abhängigkeit davon, ob ermittelte Abweichungswerte einen vorgegebenen Grenzwert unter- oder überschreiten, wird die einwandfreie Funktion des
Drucksensors bestätigt oder eine Fehlfunktion des Drucksensors diagnostiziert.
Hierdurch gelingt es, eine einwandfreie Funktion des Druck¬ sensors zu überwachen und im Versagensfall entsprechende Maßnahmen einzuleiten, die eine Fehlfunktion des Verbrennungsmotors und einen ggf. darauf basierenden erhöhten
Schadstoffausstoß verhindern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Drucksensors (44) im Luft-Ansaugtrakt (20) oder Abgas-Auslasstrakt (30) eines Verbrennungsmotors (1) im Betrieb, wobei
- dynamische Druckschwingungen der Ansaugluft im
Luft-Ansaugtrakt (20) oder des Abgases im Abgas-Auslasstrakt (30) des betreffenden Verbrennungsmotors (1) im Betrieb mittels des betreffenden Drucksensors (44) gemessen werden und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal (DS_S) erzeugt wird; und
- wobei auf Basis des Druckschwingungssignals (DS_S) mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation (DFT) , für mehrere ausgesuchte Signalfrequenzen (SF1...X) jeweils ein Wert eines be- stimmten Betriebscharakteristikums (BChk_Wl...X) des Ver¬ brennungsmotors (1) ermittelt wird und Abweichungswerte (Aw_Wl...Y) der für unterschiedliche Signalfrequenzen (SF1...X) ermittelten Werte des Betriebscharakteristikums (BChk_Wl...X) voneinander ermittelt werden;
- wobei die einwandfreie Funktion des Drucksensors (44) bestätigt wird (DSens=ok) , wenn keiner der ermittelten Abweichungswerte (Aw_Wl...Y) einen vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert (Aw_Gw) erreicht oder überschreitet und
- wobei eine Fehlfunktion (DSens_Ffkt) des Drucksensors (44) diagnostiziert wird, wenn zumindest einmal mindestens einer der ermittelten Abweichungswerte (Aw_Wl...Y) einen vorgegebenen Abweichungs-Grenzwert (Aw_Gw) erreicht oder überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zu dem Druckschwingungssignal (DS-S) ein Kur- belwellen-Phasenwinkelsignal (Kw_Pw) ermittelt wird und die Phasenlage und/oder die Amplitude der ausgesuchten Signal¬ frequenzen (SF1...X) des gemessenen Druckschwingungssignals (DS_S) in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal (Kw_Pw_S) ermittelt werden und dass
auf Basis der jeweils ermittelten Phasenlage oder Amplitude oder Phasenlage und Amplitude der jeweils eine Wert eines bestimmten Betriebscharakteristikums (BChk_Wl...X) des Ver- brennungsmotors (1) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte Betriebscharakteristikum des Verbrennungsmotors einer oder mehrere der Betriebsparameter: eine Einlassventilhub-Phasenlage, eine Auslassventil¬ hub-Phasenlage, eine Kolbenhub-Phasenlage, eine Kraft¬ stoff-Zusammensetzung, ein Beginn-Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, eine Einspritzmenge der Kraftstoffeinsprit¬ zung, ein Verdichtungsverhältnis der Zylinder, eine Trimmung des Einlasstraktes und ein Ventiltrieb-Abweichungswert, ist/sind .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesuchten Signalfrequenzen (SF1...X) die Ansaugfrequenz und zumindest eine weitere vielfache der
Ansaugfrequenz des Verbrennungsmotors (1) sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einer elektronischen programmierbaren Motor-Steuerungseinheit (50) des betref¬ fenden Verbrennungsmotors (1) ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sofern eine Fehlfunktion (DSens_Ffkt) des Drucksensors (44) diagnostiziert wird, mittels des Motor-Steuergeräts (50) der
Verbrennungsmotor (1) in einer Notlauf-Betriebsart (Nt-Btb) weiter betrieben wird oder ein Notstop des Verbrennungsmotors (1) (Nt stop) eingeleitet wird, wobei alternaitiv oder er- gänzend dazu jeweils eine Fehlermeldung (Info_Sig) ausgegeben wird .
7. Motor-Steuerungseinheit (50) zur Steuerung eines Ver- brennungsmotors (1), die zumindest eine elektronische Re¬ cheneinheit (53) , zumindest eine elektronische Speicher¬ einheit (54), mehrere Signaleingänge (51) und mehrere Sig¬ nalausgänge (52) aufweist, wobei in der elektronische Re¬ cheneinheit (53) und/oder in der elektronischen Speicher- einheit (54) ein Programmcode und Berechnungsparameter hinterlegt sind zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 mittels der Motor-Steuerungseinheit (50), während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Verbren¬ nungsmotors .
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