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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose
der Funktion von Einlass- und Auslassventilen von Zylindern eines
Verbrennungsmotors durch Überwachung
des Saugrohrdrucks.
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Stand der Technik
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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.
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Ein
elektrohydraulisches Ventilsystem (EHVS: Electro-Hydraulical Valve
System) für
den Einsatz in einem Verbrennungsmotor umfasst Ventile mit hydraulischen
Aktuatoren 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.
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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.
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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 bereits in dem Motorsystem
vorhanden sind und die zu anderen Zwecke benötigt werden, indirekt zu verwenden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Diagnose von Fehlern von variabel ansteuerbaren
Ventilen eines Verbrennungsmotors 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.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die
Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Diagnose der Funktion mehrerer
variabel ansteuerbarer Einlass- und/oder Auslassventile an einem
Verbrennungsmotor 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.
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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 andere 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.
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Weiterhin
kann der Fehler abhängig
von der Abweichungsgröße und abhängig von
einem von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Schwellwerts
erkannt werden.
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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.
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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.
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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
eingelernt werden.
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Das
Druckverlaufsmodell kann den periodischen Verlauf des Drucks im
Luftsystem anhand einer Fourierbeziehung mit Fourier-Koeffizienten
nachbilden, wobei die Fourier-Koeffizienten anhand der gemessenen
Druckangabe ermittelt werden.
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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.
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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.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode
enthält,
der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird,
das obige Verfahren ausführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Luftzuführungsteils
eines Zylinders mit einem Einlassventil;
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2 eine
Draufsicht auf einen Verbrennungsmotor mit Luftzuführung und
Abgasabführung;
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3 eine
Darstellung der möglichen
Freiheitsgrade für
frei ansteuerbare Ventile in einem Motorsystem;
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4 ein
schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung des von dem Drucksensor
gemessenen Druckverlaufs und der Stelllängen (Hub) der einzelnen Ventile;
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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 tatsächlichen
Druckverlauf;
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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;
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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;
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9 den
Verlauf des tatsächlichen
Drucks im Saugrohr und des modellierten Drucksignals sowie den Verlauf
des quadrierten Fehlers;
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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;
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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;
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12 zeigt
den Verlauf des tatsächlichen Drucksignals
und des modellierten Drucksignals im Fehlerfall, bei dem ein Einlassventil
später
als erwartet öffnet;
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13 zeigt
den Verlauf des Drucksignals und des modellierten Signals im Fehlerfall,
bei dem das Auslassventil des ersten Zylinders später als
erwartet schließt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 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.
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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.
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In 2 ist
eine Draufsicht des Motorsystems mit dem Verbrennungsmotor 1,
der vier Zylinder 2 aufweist, dargestellt. Die Zylinder
sind mit Z1–Z4
in ihrer Anordnungsfolge im Motorblock bezeichnet. Die Zündfolge
der Zylinder 2 entspricht Z1-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 Saugrohrdrucksensor 7 vorgesehen,
mit dem der momentane Druck im Saugrohr 3 erfasst werden
kann.
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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.
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In 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.
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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.
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Das
nachfolgend beschriebene Verfahren ermöglicht es nun, bei dem oben
beschriebenen Motorsystem, Fehler der Einlass- und Auslassventile
Fehlerfälle
festzustellen, 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.
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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 Einlass-
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:
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Dabei
entspricht a
0 einer Gleichkomponenten, die
zum Annähern
des modellierten Signals benötigt
wird, P
mod dem modellierten Drucksignal
für den
Saugrohrdruck, N der Nummer der Harmonischen, ω der Winkelfrequenz der Grundschwingung, und
a
n und b
n der geraden
und ungeraden Fourier-Koeffizienten. Die Fourier-Koeffizienten der obigen Formel können bestimmt
werden durch:
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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.
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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
entsteht 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.
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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.
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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.
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In 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 (Öffnungszeitpunkt, 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 Saugrohrdruckmodell ein Druck Pmod modelliert werden, der bei einem ordnungsgemäß funktionierenden
Verbrennungsmotor 1 dem momentanen Druck im Saugrohr 3 entspricht.
Zeitpunkten von aufeinander folgenden Ansteuerungen der einzelnen
Ventile definiert sind
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In 5 sind
die Verläufe
des gemessenen Drucks (obere Kurve) und die Ventilöffnungszeit
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.
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In 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.
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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 Abweichung zwischen den beiden
Drucksignalen Pman, Pmod.
Das Quadrieren der Abweichung dient dazu, die Abweichung vorzeichenneutral
bewerten zu können.
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Wie
in 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 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 8 gezeigt ist, signalisiert für den Zylinder Z1 und Zylinder
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 Z1 und Z3 erfolgt.
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In 9 sind
die Verläufe
des modellierten Saugrohrdruckes Pmod und
des tatsächlichen
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 Z1 das Auslassventil 12 nicht öffnet. Dies
wird von der Auswerteeinheit 22 dadurch festgestellt, dass
die Abweichung unmittelbar nach der Ansteuerung zum Schließen des
Auslassventils des Zylinders Z1 erfolgt.
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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 Z1 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.
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In 11 werden
mehrere Verläufe
von quadrierten und gefilterten Abweichungen zwischen dem modellierten
Druckverlauf und dem tatsächlichen Druckverlauf
für fehlerhafte
Einlassventile 8 der Zylinder Z1 und Zylinder Z3 bzw. fehlerhafte
Auslassventile 12 des Zylinders Z1 und Zylinders Z3 dargestellt.
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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
Z1 öffnet.
Die untere Kurve zeigt die quadrierte Abweichung zwischen beiden
Druckverläufen.
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13 zeigt
den gemessenen Druckverlauf und den modellierten Druckverlauf bei
einem Fehlerfall, bei dem das Auslassventil 8 des ersten
Zylinders Z1 sich später
als gewünscht
schließt
und in der unteren Kure wird entsprechend die quadrierte Abweichung
zwischen den Druckverläufen
dargestellt.
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Aus
den Diagrammen der 5 bis 13 und
insbesondere aus den Diagrammen der 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 Z1 bis
Z4 zuordenbar ist. Durch Kenntnis der Zeitbereiche, bei denen der
Druckverlauf im Saugrohr maßgeblich
durch ein bestimmtes Einlass- bzw. Auslassventil 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.