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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer
Klappe, die mit einer Feder mechanisch gekoppelt ist und die mit
einem Stellantrieb mechanisch gekoppelt ist, der dazu ausgebildet
ist, abhängig
von einem Stellsignal ein Drehmoment zu erzeugen, das auf die Klappe
einwirkt. Derartige Klappen werden beispielsweise bei Brennkraftmaschinen
eingesetzt und zwar beispielsweise als Drosselklappen oder Drallklappen
oder Schaltklappen zum Verändern
einer Saugrohrgeometrie in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
Insbesondere im Zusammenhang mit hohen Anforderungen an die Sicherheit
oder auch die Schadstoff-Emissionen der Brennkraftmaschine ist es
erforderlich, eine derartige Klappe zu überprüfen und so beispielsweise einen
Bruch der Feder zu erkennen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Überprüfen einer
Klappe zu schaffen, das beziehungsweise die einfach und zuverlässig ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Überprüfen einer
Klappe, die mit einer Feder mechanisch gekoppelt ist und die mit
einem Stellantrieb mechanisch gekoppelt ist, der dazu ausgebildet
ist, abhängig
von einem Stellsignal ein Drehmoment zu erzeugen, das auf die Klappe
einwirkt. Ein Positionssensor ist der Klappe zugeordnet, mittels
dessen eine Schwenkposition der Klappe erfasst werden kann. Ein
Stellsignal wird auf einen vorgegebenen Aktivierungswert eingestellt,
bei dem ein Drehmoment über
den Stellantrieb auf die Klappe einwirkt. Das Stellsignal wird auf
einen Neutralwert eingestellt, bei dem die Schwenkposition der Klappe
durch ein über
die Feder eingekoppeltes Drehmoment bestimmt ist und zwar insbesondere
im fehlerfreien Fall der Feder. Die aktuelle Schwenkposition der
Klappe wird erfasst als Überprüf-Schwenkposition.
Abhängig von
der Überprüf-Schwenkposition
und einer Neutral-Schwenkposition
wird auf einen Fehler im Bereich der Feder oder keinen Fehler im
Bereich der Feder erkannt. Die Neutral-Schwenkposition ist diejenige, die die
Klappe einnehmen sollte, wenn das Stellsignal auf den Neutralwert
eingestellt ist. Unter dem Bereich der Feder kann die Feder selbst
oder auch ihre mechanische Kopplung mit der Drosselklappe umfasst
sein.
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Auf
diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass bei einem Fehler im
Bereich der Feder, insbesondere einer fehlenden Kopplung der Feder
mit der Klappe, wie dies beispielsweise bei einem Bruch der Feder
der Fall sein kann, die jeweilige Schwenkposition der Klappe nicht
mehr über
die Feder beeinflusst wird und so die Schwenkposition, die die Klappe
einnimmt, wenn das Stellsignal auf den Neutralwert eingestellt ist,
sich im praktischen Betrieb unterscheidet von derjenigen, die sie
in diesem Fall im fehlerfreien Fall im Bereich der Feder einnimmt.
Auf diese Weise kann somit so sehr einfach und auch zuverlässig ein Fehler
im Bereich der Feder erkannt werden oder entsprechend auf keinen
Fehler im Bereich der Feder erkannt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vor dem Einstellen des Stellsignals
auf den Aktivierungswert, das Steilsignal auf den Neutralwert eingestellt und
die aktuelle Schwenkposition als Neutral-Schwenkposition erfasst.
Auf diese Weise kann das Überprüfen besonders
präzise
gestaltet werden, da die Neutral-Schwenkposition dann tatsächlich erfasst
ist.
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Darüber hinaus
kann in diesem Zusammenhang auch vorteilhaft abhängig von einer Abweichung der
Neutral-Schwenkposition von einem Vorgabewert auf einen Fehler im
Bereich der Feder er kannt werden. Somit kann dann schon vor dem
Einstellen des Stellsignals auf den Aktivierungswert zumindest der
Fehlerfall im Bereich der Feder einfach anhand der Plausibilisierung
mit dem Vorgabewert erkannt werden. Der Vorgabewert ist dann bevorzugt fest
vorgegeben aufgrund des im fehlerfreien Falles bekannten mechanischen
Zusammenwirkens der Klappe mit der Feder.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird geprüft, ob sich eine dem Aktivierungswert
des Stellsignals zugeordnete erfasste Aktivierungs-Schwenkposition
auf vorgegebene Weise von der Neutral-Schwenkposition unterscheidet
und erst, wenn dies der Fall ist, wird das Stellsignal auf den Neutralwert
eingestellt. Auf diese Weise kann einfach sichergestellt werden,
dass tatsächlich
eine Auslenkung der Klappe stattgefunden hat hervorgerufen durch
das von dem Stellantrieb erzeugte Drehmoment.
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Bevorzugt
erfolgt das Überprüfen der
Klappe vor einem Start oder in einem Nachlauf einer Brennkraftmaschine.
Auf diese Weise kann dann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt
werden, dass das für
das Durchführen
der Überprüfung der
Klappe notwendige Auslenken der Klappe nicht zu unerwünschten
Nebeneffekten führt,
wie dies beispielsweise durch eine erhöhte oder erniedrigte Luftzufuhr während des
Fahrbetriebs der Brennkraftmaschine der Fall sein kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung wird das Überprüfen der
Klappe dann unterbunden, wenn der Stellantrieb und/oder der Positionssensor
als fehlerhaft erkannt sind. In diesem Fall kann dann keine zuverlässige Aussage
mehr über
das tatsächliche Vorliegen
oder Nichtvorliegen des Fehlers im Bereich der Feder durchgeführt werden
und bevorzugt erfolgt eine anderweitige Fehlermeldung.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Überprüfen der Klappe unterbunden,
wenn bereits innerhalb des aktuellen Fahrzyklusses beim Überprüfen der
Klappe entweder auf einen Fehler oder keinen Fehler im Bereich der
Feder erkannt wurde. Auf diese Weise kann der Rechenaufwand und
auch Eingriffe in die Klappe gering gehalten werden und gleichzeitig
ein zuverlässiges Überprüfen der
Klappe gewährleistet
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Anordnung mit einer Klappe,
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Programms zum Überprüfen der Klappe und
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3 ein
weiteres Ablaufdiagramm eines weiteren Programms zum Überprüfen der
Klappe.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Anordnung mit einer Klappe 1 (1) umfasst
einen Kanal 3, in dem die Klappe 1 schwenkbar
angeordnet ist. Bevorzugt ist der Kanal 3 Teil eines Ansaugtraktes
einer Brennkraftmaschine. Die Klappe 1 kann beispielsweise
eine Drosselklappe sein oder auch eine Drallklappe sein oder auch
eine Schaltklappe zum Verstellen einer Saugrohrgeometrie des Ansaugtraktes
der Brennkraftmaschine sein. Die Klappe kann jedoch auch eine beliebige
andere Klappe wie beispielsweise ein Waste-Gate eines Abgasturboladers
oder auch eine Abgasrückführklappe sein.
Sie kann auch außerhalb
von Brennkraftmaschinen eingesetzt sein.
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Die
Klappe 1 ist mechanisch gekoppelt mit einer Feder 5.
Ferner ist ein Stellantrieb 7 vorgesehen, der dazu ausgebildet
ist, abhängig
von einem Steilsignal SG ein Drehmoment zu er zeugen, das auf die
Klappe einwirkt. Dabei ist der Stellantrieb 7 bevorzugt
so ausgebildet und mit der Klappe 1 gekoppelt, dass bei
einer fehlerfreien Feder und korrekter mechanischer Kopplung der
Feder 5 mit der Klappe 1 deren Schwenkposition
durch das über
die Feder eingekoppelte Drehmoment bestimmt ist, wenn das Stellsignal
SG auf einen Neutralwert NW eingestellt ist. Wenn das Stellsignal
SG auf den Neutralwert NW eingestellt ist, so wird von dem Stellantrieb 7 im
Wesentlichen kein Drehmoment, insbesondere kein Drehmoment, auf
die Klappe 1 übertragen.
Wenn das Stellsignal SG auf einen von dem Neutralwert NW abweichenden
Wert, wie beispielsweise einem vorgegebenen Aktivierungswert AW,
eingestellt ist, so ergibt sich die Schwenkposition POS der Klappe 1 abhängig von
dem über
den Stellantrieb 7 auf die Klappe 1 einwirkenden
Drehmoment und dem über die
Feder 5 auf die Klappe einwirkenden Drehmoment.
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Ferner
ist ein Positionssensor 9 vorgesehen, mittels dessen die
Schwenkposition POS der Klappe 1 erfasst werden kann. Darüber hinaus
ist eine Überprüfvorrichtung 11 vorgesehen,
die eingangsseitig mit dem Messsignal des Positionssensors 9 beaufschlagt
ist und die ausgangsseitig das Stellsignal SG für den Stellantrieb 7 erzeugt.
Die Überprüfvorrichtung 11 umfasst
dazu bevorzugt einen Speicher und auch einen Mikroprozessor und
mindestens eine Endstufe.
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In
dem Speicher der Überprüfvorrichtung 11 ist
ein Programm zum Überprüfen der
Klappe gespeichert, das während
des Betriebs der Klappe in dem Mikroprozessor abgearbeitet werden
kann und bevorzugt wird.
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Ein
erstes Programm zum Überprüfen der Klappe 1 ist
im Folgenden anhand der 2 näher erläutert. Das Programm wird in
einem Schritt S1 gestartet. Der Start des Programms erfolgt bevorzugt vor
einem Start BKM ST einer Brennkraftmaschine, falls die Klappe in
einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist. So kann der Start in dem
Schritt S1 beispielsweise sehr zeitnah zu einem Betätigen eines Zündschlosses
erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann
der Start des Programmes in dem Schritt S1 auch während eines
Nachlaufs BKM_NL der Brennkraftmaschine erfolgen, in demjenigen
Zeitraum, in dem durch den Fahrer eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine
angeordnet ist, oder durch eine sonstige Funktion ein Motorstopp
der Brennkraftmaschine herbeigeführt
worden ist, jedoch die Überprüfvorrichtung 11 noch
weiter aktiviert ist. Die Überprüfvorrichtung
kann beispielsweise auch in einer Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine
ausgebildet sein.
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Nach
dem Start in dem Schritt S1 wird die Bearbeitung dann in einem Schritt
S2 fortgesetzt, in dem das Steilsignal SG für den Stellantrieb 7 auf
den vorgegebenen Aktivierungswert AW gesetzt wird. Der Aktivierungswert
AW ist vorgegeben und beispielsweise in dem Speicher der Überprüfvorrichtung 11 fest
gespeichert und kann beispielsweise auch vorab durch Versuche ermittelt
sein. In einem Schritt S4 wird die Schwenkposition POS erfasst und
einer Aktivierungs-Schwenkposition A_POS zugeordnet. Ferner wird
in dem Schritt S4 dann geprüft,
ob sich die Aktivierungs-Schwenkposition auf vorgegebene Weise von
einer Neutral-Schwenkposition N_POS unterscheidet. Die Neutral-Schwenkposition
N_POS kann dabei in einer besonders einfachen Ausgestaltung mittels
eines Vorgabewertes VW fest vorgegeben sein, sie kann jedoch auch
ermittelt werden, wie dies weiter unten anhand des Ausführungsbeispiels der 3 näher erläutert ist.
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Ist
die Bedingung des Schrittes S4 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung
erneut dem Schritt S2 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes
S4 hingegen erfüllt,
so wird in einem Schritt S6 das Steilsignal SG auf einen Neutralwert
NW eingestellt, bei dem die Schwenkposition POS der Klappe 1 durch
ein über die
Feder 5 eingekoppeltes Drehmoment bestimmt ist.
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Anschließend verharrt
das Programm bevorzugt für
eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W in einem Schritt S8, bevor die
Be arbeitung in einem Schritt S10 fortgesetzt wird. In dem Schritt
S10 wird die mittels des Positionssensors 9 erfasste aktuelle Schwenkposition
POS einer Überprüf-Schwenkposition
U_POS zugeordnet.
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In
einem Schritt S12 wird anschließend
geprüft,
ob sich die Überprüf-Schwenkposition
U_POS und die Neutral-Schwenkposition
N_POS auf vorgegebene Art und Weise voneinander unterscheiden. So
kann insbesondere geprüft
werden, ob sie nicht identisch innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereiches
sind.
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Wird
in dem Schritt S12 festgestellt, dass sich die Überprüf-Schwenkposition U_POS auf vorgegebene
Weise von der Neutral-Schwenkposition N_POS
unterscheidet, so wird in einem Schritt S14 auf einen Fehler ERR_F
im Bereich der Feder erkannt.
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In
diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass bei einem
Fehler nach dem Einstellen des Stellsignals SG auf den Aktivierungswert
AW und eines danach folgenden Einstellens des Stellsignals SG auf
den Neutralwert NW sich deutlich unterschiedliche Schwenkpositionen
POS ergeben. So kann beispielsweise im Falle eines Bruchs der Feder 3 kein
Drehmoment mehr von dieser auf die Klappe 1 übertragen
werden und so hängt
die Schwenkposition POS der Klappe 1 im Falle des eingestellten Neutralwertes
NW bezüglich
des Stellsignals SG maßgeblich
von den dann aktuellen Strömungsverhältnissen
an der Klappe 1 ab und ist somit nicht fest vorgegeben.
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Ist
die Bedingung des Schrittes S12 hingegen nicht erfüllt, so
wird in einem Schritt S16 auf keinen Fehler NERR_F im Bereich der
Feder 5 erkannt. Bevorzugt werden die Schritte S2 bis S12
auch mehrfach durchgeführt,
bis dann die Bearbeitung in den Schritten S14 oder S16 fortgesetzt
wird und somit dem Schritt S12 noch als zusätzliche Bedingung beispielsweise
das Erreichen eines vorgebbaren Zählerstandes eines Zählers zugeordnet
wird, der jeweils bei jedem Durchlauf des Schrittes S12 inkrementiert oder
dekrementiert wird, je nachdem, ob das Vergleichen der Überprüf-Schwenkposition
U_POS mit der Neutral-Schwenkposition N_POS einen Hinweis auf einen
Fehler im Bereich der Feder 5 gibt oder auch nicht. Auf
diese Weise kann eine zu frühzeitige
Festlegung auf das Vorliegen des Fehlers ERR_F im Bereich der Feder 5 oder
des Nichtvorliegen des Fehlers NERR_F im Bereich der Feder 5 vermieden
werden und so eine fehlerhafte Diagnose vermieden werden. In einem
Schritt S18, die auf die Schritte S14 oder auch S16 folgt, wird
dann das Programm beendet.
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Bevorzugt
ist auch ein Schritt S20 vorgesehen, der jeweils quasi parallel
zu den Schritten S2 bis S16 durchgeführt wird. In dem Schritt S20
wird geprüft,
ob ein Fehler ERR_P des Positionssensors 9 oder ein Fehler
ERR_S des Stellantriebs 7 erkannt wurde. Ist dies der Fall,
so wird das Programm in dem Schritt S8 gestoppt, da dann eine weitere
Ausführung des
Programms ggf. keine verwertbaren Ergebnisse mehr liefern kann.
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Eine
zweite Ausführungsform
des Programms zum Überprüfen der
Klappe 1 ist im Folgenden anhand der 3 näher erläutert. Das
Programm wird in einem Schritt S22 gestartet, der dem Schritt S1
entspricht. Im Anschluss an den Schritt S22 wird das Programm in
einem Schritt S24 fortgesetzt, in dem das Stellsignal SG auf den
Neutralwert NW eingestellt wird. Anschließend verharrt das Programm
in einem Schritt S26 für
die vorgegebene Wartezeitdauer T_W. In einem Schritt S28 wird die Schwenkposition
POS erfasst und der Neutral-Schwenkposition N_POS zugeordnet. Im
Anschluss an den Schritt S28 kann dann ein Schritt S29 vorgesehen
sein, in dem geprüft
wird, ob die in dem Schritt S28 ermittelte Neutral-Schwenkposition N_POS
auf vorgegebene Weise von dem Vorgabewert VW abweicht. Ist dies
der Fall, so kann in einem Schritt S42 auf den Fehler ERR_F im Bereich
der Feder 5 erkannt werden. Ist dies hingegen nicht der
Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S30 fortgesetzt.
In dem Schritt S30 wird dann das Stellsignal SG auf den Aktivierungswert
AW eingestellt. Der Sch entspricht insoweit dem Schritt S2. In einem
anschließenden
Schritt S32 wird die Schwenkposition POS mittels des Positionssensors 9 erfasst
und dann der dem Schritt S4 entsprechende Ablauf durchgeführt, wobei
hierzu die in dem Schritt S28 ermittelte Neutral-Schwenkposition
N_POS herangezogen wird.
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Ist
die Bedingung des Schrittes S32 erfüllt, so wird ein Schritt S34
und danach anschließend
die Schritte S36 bis S46 abgearbeitet, die den Schritten S6 bis
S18 gemäß der 2 entsprechen,
wobei die Neutral-Schwenkposition N_POS jeweils bezogen ist auf
die in dem Schritt S28 ermittelte Neutral-Schwenkposition N_POS. Ist die Bedingung
des Schrittes S32 nicht erfüllt,
so wird die Bearbeitung in dem Schritt S30 fortgesetzt. Ein Schritt
S48 korrespondiert zu dem Schritt S20.