DE102015200266A1 - Method for detecting the opening or closing state of valves in a flow system - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Öffnungs- oder Schließzustands von Ventilen (5) in einem Strömungssystem mittels eines Strömungssensors (2) zur Messung von Strömungsgrößen in einer Strömungspassage (6) des Strömungssystems. Dazu ist vorgesehen, dass während einer erwarteten Ventilbetätigungsphase wenigstens eine Strömungsgröße, wie Massendurchfluss, Volumendurchfluss oder Strömungsgeschwindigkeit (v), mit Hilfe des Strömungssensors (2) fortlaufend direkt oder indirekt gemessen und signalisiert wird, dass der Signalverlauf dieses Strömungssignals ausgewertet wird, und dass aus dem Auswerteergebnis auf eine tatsächlich erfolgte Ventilbetätigung geschlossen oder nicht geschlossen wird.The invention relates to a method for detecting the opening or closing state of valves (5) in a flow system by means of a flow sensor (2) for measuring flow variables in a flow passage (6) of the flow system. For this purpose, it is provided that, during an expected valve actuation phase, at least one flow variable, such as mass flow, volume flow or flow velocity (v), is continuously or indirectly measured and signaled with the aid of the flow sensor (2) that the signal profile of this flow signal is evaluated and that the evaluation result is closed or not closed to an actual valve actuation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Öffnungs- oder Schließzustands von Ventilen in einem Strömungssystem mittels eines Strömungssensors zur Messung von Strömungsgrößen in einer Strömungspassage des Strömungssystems.The invention relates to a method for detecting the opening or closing state of valves in a flow system by means of a flow sensor for measuring flow variables in a flow passage of the flow system.

In Strömungssystemen mit Ventilen, die durch elektromagnetische, elektrohydraulische oder elektropneumatische Vorrichtungen gesteuert sind, ist es zur Regelung und Sicherstellung einer stets einwandfreien Funktion des Systems unerlässlich, jederzeit den aktuellen Öffnungs- oder Schließzustand dieser Ventile während ihres Betriebs zu kennen und zu überwachen.In flow systems with valves controlled by electromagnetic, electro-hydraulic or electropneumatic devices, it is essential to know and monitor the current opening or closing state of these valves during their operation at all times to control and ensure the system is always functioning properly.

Beispielweise werden in modernen Ventiltrieben für Verbrennungsmotoren die Einlassventile nicht wie in konventionellen Ventiltrieben direkt über eine Eingangsnockenwelle betätigt, sondern über zwischen der Eingangsnockenwelle und den Einlassventilen zwischengeschaltete Hydraulikkammern betätigt, welche mittels elektromagnetische Ventile angesteuert sind. Ein solcher Ventiltrieb ermöglicht einen vollvariablen zylinderselektiven und bedarfsgerechten Betrieb des Motors mit variierbaren Steuerzeiten der Gaswechselventile sowie Zylinderabschaltungen. Dadurch kann der Motor überwiegend bei einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Dies führt zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs ohne nennenswerte Leistungseinbußen und erleichtert die Einhaltung strengerer Abgasnormen. Dazu ist jedoch eine zuverlässige Erfassung und Kenntnis des jeweiligen Öffnungs- oder Schließzustands der Gaswechselventile erforderlich. Wenn beispielsweise die Einlassventile bei der Zylinderbefüllung mit dem Kraftstoff-Luftgemisch nicht korrekt öffnen oder schließen und der tatsächliche Öffnungs- oder Schließzustand der betreffenden Einlassventile nicht erkannt ist, dann kann es zu einer schlechten oder keinen Verbrennung, schlimmstenfalls sogar zu einem Motorschaden kommen.For example, in modern valve trains for internal combustion engines, the intake valves are not actuated directly via an input camshaft, as in conventional valve trains, but actuated via hydraulic chambers interposed between the input camshaft and the intake valves, which are actuated by electromagnetic valves. Such a valve train allows a fully variable cylinder-selective and needs-based operation of the engine with variable timing of gas exchange valves and cylinder shutdowns. As a result, the engine can be operated predominantly at a high efficiency. This leads to a reduction in fuel consumption without significant performance losses and facilitates compliance with stricter emission standards. For this purpose, however, a reliable detection and knowledge of the respective opening or closing state of the gas exchange valves is required. For example, if the intake valves do not properly open or close in the cylinder filling with the air-fuel mixture and the actual opening or closing state of the respective intake valves is not recognized, then poor or no combustion, and at worst even engine damage, may occur.

Eine direkte Erfassung des aktuellen Öffnungs- oder Schließzustands von Gaswechselventilen in einem Verbrennungsmotor könnte durch eine Bewegungssensorik erreicht werden, welche die Öffnungs- und Schließbewegungen der Ventile verfolgt und signalisiert. Der Einbau einer solchen Sensorik ist jedoch relativ kompliziert und erfordert einen hohen Konstruktions- und Kostenaufwand.A direct detection of the current opening or closing state of gas exchange valves in an internal combustion engine could be achieved by a motion sensor that tracks and signals the opening and closing movements of the valves. However, the installation of such a sensor is relatively complicated and requires a high construction and cost.

Es sind Verfahren bekannt, bei denen der aktuelle Öffnungs- oder Schließzustand von Gaswechselventilen mit Hilfe eines Drucksignals eines Drucksensors, welcher absolute Drücke misst, festgestellt werden kann. So ist aus der DE 10 2012 212 860 B3 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Drucksensor Druckschwankungen bei der Zylinderbefüllung aufgrund eines Öffnens oder Nichtöffnens eines Gaswechselventils in einem Einlass- und/oder Auslasskanalsystem eines Verbrennungsmotors mit einer vollvariablen Ventilsteuervorrichtung ermittelt. Die Gaswechselventile sind mittels elektrischer Schaltventile gesteuert, deren Stromimpulssignale mit dem Drucksignalverlauf des Drucksensors abgeglichen werden. Daraus wird auf das planmäßige Öffnen oder Nichtöffnen der Gaswechselventile geschlossen.Methods are known in which the current opening or closing state of gas exchange valves with the aid of a pressure signal of a pressure sensor, which measures absolute pressures, can be determined. So is out of the DE 10 2012 212 860 B3 A method is known in which a pressure sensor determines pressure fluctuations in the cylinder filling due to opening or non-opening of a gas exchange valve in an intake and / or exhaust duct system of an internal combustion engine with a fully variable valve control device. The gas exchange valves are controlled by means of electrical switching valves whose current pulse signals are matched with the pressure waveform of the pressure sensor. From this, it is concluded that the gas exchange valves are opened or not opened as planned.

Drucksignalbasierte Verfahren zur Erfassung des Öffnungs- oder Schließzustands von Gaswechselventilen setzen allerdings eine entsprechende Drucksensorik in einem Einlass- und/oder Auslasskanalsystem des Verbrennungsmotors voraus. In vielen Anwendungen in der Automobilindustrie ist eine solche Drucksensorik jedoch nicht vorhanden oder verursacht zusätzliche Kosten. Insbesondere sind die meisten Personenkraftwagen nur mit einem Strömungssensor anstelle eines Drucksensors im Einlass- und/oder Auslasskanalsystem ausgestattet.Pressure signal-based methods for detecting the opening or closing state of gas exchange valves, however, require a corresponding pressure sensor in an intake and / or exhaust duct system of the internal combustion engine. However, in many applications in the automotive industry, such a pressure sensor system does not exist or incurs additional costs. In particular, most passenger cars are equipped only with a flow sensor instead of a pressure sensor in the intake and / or exhaust duct system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem mit einfachen und kostengünstigen Mitteln aus vorhandenen oder ermittelten Strömungswertsignalen der aktuelle Öffnungs- oder Schließzustand von Ventilen in einem Strömungssystem zuverlässig feststellbar ist. Insbesondere soll dies bei einem Verbrennungsmotor erfolgen, der mit einer vollvariablen Ventilsteuervorrichtung zumindest der Einlassventile ausgerüstet ist.The invention has for its object to provide a method with which the current opening or closing state of valves in a flow system can be reliably determined by simple and inexpensive means from existing or determined flow value signals. In particular, this should be done in an internal combustion engine that is equipped with a fully variable valve control device at least the intake valves.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Öffnungs- oder Schließzustand von Ventilen in einem Strömungssystem, in das ein Strömungssensor implementiert ist, mit dem Strömungssignale wie Durchflussmenge und Strömungsgeschwindigkeit unverzüglich sowie in Verbindung mit einer Datenverarbeitungseinrichtung gemessen werden können, durch Auswerten von Änderungen dieser Signale indirekt bestimmt werden kann.The invention is based on the recognition that the opening or closing state of valves in a flow system into which a flow sensor is implemented, with which flow signals such as flow rate and flow velocity can be measured immediately and in conjunction with a data processing device, by evaluating changes in these signals can be determined indirectly.

Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur Erfassung des Öffnungs- oder Schließzustands von Ventilen in einem Strömungssystem mittels eines Strömungssensors zur Messung von Strömungsgrößen in einer Strömungspassage des Strömungssystems. Dabei ist vorgesehen, dass während einer erwarteten Ventilbetätigungsphase wenigstens eine Strömungsgröße, wie Massendurchfluss, Volumendurchfluss oder Strömungsgeschwindigkeit, mit Hilfe des Strömungssensors fortlaufend direkt oder indirekt gemessen sowie signalisiert wird, dass der Signalverlauf dieses Strömungssignals ausgewertet wird, und dass aus dem Auswerteergebnis auf eine tatsächlich erfolgte Ventilbetätigung geschlossen oder nicht geschlossen wird.The invention is therefore based on a method for detecting the opening or closing state of valves in a flow system by means of a flow sensor for measuring flow variables in a flow passage of the flow system. It is envisaged that during an expected Valve actuation phase at least one flow variable, such as mass flow, volume flow or flow rate, continuously or indirectly measured with the help of the flow sensor and signaled that the waveform of this flow signal is evaluated, and that is closed or not closed from the evaluation to an actual valve actuation.

Durch das Verfahren kann mittels einer Auswertung eines Strömungssignals eines Strömungssensors zuverlässig der aktuelle Status jedes zu überwachenden Ventils, welches durch seine Funktion die Strömung im Strömungssystem beeinflusst, erfasst und überwacht werden. Das Verfahren kann in eine Steuerungssoftware eines Strömungssystems implementiert werden. Sofern ein geeigneter Strömungssensor bereits vorhanden ist, entstehen keine zusätzlichen Kosten für Bauteile und deren Einbau.By means of an evaluation of a flow signal of a flow sensor, the current status of each valve to be monitored, which influences the flow in the flow system through its function, can be reliably detected and monitored. The method may be implemented in control software of a flow system. If a suitable flow sensor already exists, there are no additional costs for components and their installation.

Grundsätzlich kann das Verfahren für jedes ventilgesteuerte Strömungssystem angewendet werden, in dem Strömungsgrößen wie Strömungsgeschwindigkeit, Massendurchfluss oder Volumendurchfluss gleichzeitig oder in zeitlicher Nähe mit der Ventilbetätigung gemessen werden können. Anwendungsmöglichkeiten sind in den Bereichen Automobilindustrie, Maschinenbau, Energie und Chemie gegeben, in denen häufig eine sehr genaue Betätigung eines hydraulischen oder pneumatischen ventilgesteuerten Systems erforderlich ist. Im Bereich des Automobilbaus sind dies beispielsweise elektrohydraulische vollvariable Ventilsteuerungseinrichtungen mit Strömungssensoren im Einlass- oder Auslasskanalsystem von Verbrennungsmotoren.In principle, the method can be applied to any valve-controlled flow system in which flow rates such as flow rate, mass flow or volume flow can be measured simultaneously or in close proximity with the valve actuation. Applications are in the automotive, engineering, energy and chemical industries, where a very accurate operation of a hydraulic or pneumatic valve-controlled system is often required. In the field of automotive engineering, these are, for example, electro-hydraulic fully variable valve control devices with flow sensors in the intake or exhaust duct system of internal combustion engines.

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Strömungssensor kann beispielsweise ein Kalorimetrischer Durchflussmesser sein, mittels dem wenigstens eine der Strömungsgrößen, wie Massendurchfluss, Volumendurchfluss und Strömungsgeschwindigkeit, als Signal zur Verfügung gestellt wird. Solche Strömungssensoren werden häufig in Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt. Bei diesen Sensoren mittels eines Temperatursensors ein Signal gemessen, welches von der Wärmemenge pro Zeiteinheit abhängt, die einer konstant beheizten Hitzdrahtsonde durch die zu untersuchende Strömung entzogen wird. Als Messwert kann beispielsweise der Massendurchfluss ausgegeben und in einen Volumendurchfluss pro Zeiteinheit oder in eine Strömungsgeschwindigkeit umgerechnet werden. Derartige Sensoren erfordern einen relativ geringen Mess- und Konstruktionsaufwand und sind vergleichsweise kostengünstig. Grundsätzlich sind jedoch alle Sensoren, die diese Strömungsgrößen mit einer möglichst kurzen Ansprechzeit und einer relativ hohen Genauigkeit erfassen und ausgeben können, für das Verfahren geeignet.A flow sensor suitable for the method according to the invention can be, for example, a calorimetric flow meter, by means of which at least one of the flow variables, such as mass flow, volume flow and flow velocity, is provided as a signal. Such flow sensors are frequently used in motor vehicle engines. In these sensors, by means of a temperature sensor, a signal is measured, which depends on the amount of heat per unit of time, which is withdrawn from a constantly heated hot wire probe through the flow to be examined. As a measured value, for example, the mass flow can be output and converted into a volume flow per unit time or in a flow rate. Such sensors require a relatively small measurement and design effort and are relatively inexpensive. In principle, however, all sensors that can detect and output these flow variables with the shortest possible response time and a relatively high accuracy are suitable for the method.

Entsprechend einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ventiltrieb von einer Kurbelwelle angetrieben und der aktuelle Öffnungs- oder Schließzustand der Einlassventile eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors ermittelt wird, wobei dem in einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors ein Massendurchflusssensor angeordnet ist, mit dem jeweils in einem vorgegebenen Aufnahmezeitraum während einer erwarteten Öffnungsphase eines Einlassventils eines Zylinders die Strömungsgeschwindigkeit der den Ansaugkrümmer passierenden Luft oder des den Ansaugkrümmer passierenden Kraftstoff-Luftgemischs in Bezug zum Kurbelwellendrehwinkel gemessen wird, bei dem die gemessenen Geschwindigkeitswerte innerhalb eines vorgegebenen Auswertungszeitraumes, welches ein Teilbereich des Aufnahmezeitraumes ist, ausgewertet werden, wobei der Geschwindigkeitsgradient und/oder das Geschwindigkeitsintegral des Geschwindigkeitssignals bestimmt sowie mit zugeordneten Grenzwerten verglichen werden, wobei bei Werten über einem Grenzwert das planmäßige Öffnen des Einlassventils erkannt wird oder bei Werten unter dem Grenzwert auf ein Nichtöffnen des Einlassventils geschlossen wird.According to one embodiment of the method according to the invention, it is provided that a valve drive is driven by a crankshaft and the current opening or closing state of the intake valves of a multi-cylinder internal combustion engine is determined, wherein in an intake manifold of the internal combustion engine, a mass flow sensor is arranged, with each in a predetermined intake period during an expected opening phase of an intake valve of a cylinder, the flow velocity of the intake manifold passing air or the intake manifold passing air-fuel mixture is measured with respect to the crankshaft rotation angle, wherein the measured speed values within a predetermined evaluation period, which is a portion of the recording period, are evaluated, wherein the velocity gradient and / or the velocity integral of the velocity signal determined as well as with associated limits For values above a threshold, the scheduled opening of the intake valve is detected or, for values below the threshold, it is concluded that the intake valve is not opening.

Hier und im Folgenden werden die synonymen Begriffe „Steigung“ oder „Gradient“ in Bezug auf die Steigung oder den Gradient der Strömungsgeschwindigkeit über dem Kurbelwellendrehwinkel oder der Zeit verwendet. Die synonymen Begriffe „Fläche“ oder „Integral“ werden in Bezug auf die Fläche oder das Integral unter der Kurve der Strömungsgeschwindigkeit entlang des Kurbelwellenwinkels oder entlang der Zeitachse verwendet. Die Begriffe Strömungssensor, Massendurchflussmesser, Luftmassenmesser, Volumendurchflussmesser, Volumenstrommesser, Strömungsgeschwindigkeitsmesser werden synonym verwendet.Here and below, the synonymous terms "slope" or "gradient" are used with respect to the slope or gradient of flow velocity versus crankshaft rotation angle or time. The synonymous terms "area" or "integral" are used in relation to the area or integral under the curve of flow velocity along the crankshaft angle or along the time axis. The terms flow sensor, mass flow meter, air mass meter, volume flow meter, volumetric flow meter, flow velocity meter are used synonymously.

Demnach treibt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über einen Zugmitteltrieb oder dergleichen die Einlassnockenwelle an. Dadurch steht der Kurbelwellendrehwinkel im direkten Zusammenhang mit einer erwarteten beziehungsweise geplanten Ventilbetätigung der Einlassventile. Bei einer konventionellen Ventilsteuerung sorgen die Nocken der rotierenden Einlassnockenwelle automatisch für das Öffnen und Schließen der Ventile. Die zur Verbrennung nötige Luft wird durch die Stellung einer Drosselklappe geregelt. Bei einer vollvariablen Ventilsteuerung erfolgt die Steuerung der Einlassventile hingegen nicht direkt über die Einlassnockenwelle sondern beispielsweise über zwischengeschaltete Hydraulikkammern. Diese öffnen die Einlassventile mittels Öldruck. Wird der Druck über ein gesteuertes Magnetventil abgeleitet, öffnet das Einlassventil trotz erhobenem Nocken nicht. Bei geschlossenem Schaltventil wird hingegen wie beim konventionellen Ventiltrieb durch die Nockenablaufbewegung der Steuerungsablauf einer Hubkurve auf das Einlassventil übertragen. Durch eine der Hubkurve entsprechende Betätigung beziehungsweise Öffnung des Einlassventils wird eine Zylinderfüllung eines in den Zylindern des Verbrennungsmotors zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemischs erzeugt.Accordingly, the crankshaft of the internal combustion engine drives the intake camshaft via a traction mechanism drive or the like. As a result, the crankshaft rotation angle is directly related to an expected or planned valve actuation of the intake valves. In a conventional valve control, the cams of the rotating intake camshaft automatically open and close the valves. The air required for combustion is regulated by the position of a throttle valve. In a fully variable valve control, however, the control of the intake valves is not directly via the intake camshaft but for example via intermediate hydraulic chambers. These open the inlet valves by means of oil pressure. If the pressure is discharged via a controlled solenoid valve, the inlet valve does not open despite the raised cam. When the switching valve is closed, however, as in the conventional Valve drive transmitted by the cam drain movement of the control flow of a lift curve to the intake valve. By one of the lift curve corresponding actuation or opening of the intake valve, a cylinder filling of a combustion in the cylinders of the internal combustion engine fuel-air mixture is generated.

Um den Öffnungs- oder Schließzustand des Einlassventils während seiner erwarteten Öffnungsphase zu erfassen, wird die Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugkrümmer mit hinreichender Genauigkeit und Auflösung in einem zuvor festgelegten Aufnahmezeitraum über dem Kurbelwellendrehwinkel gemessen. Demnach wird immer dann, wenn ein Einlassventil im Verbrennungsmotor betätigt wird und planmäßig öffnet, während des Ansaugtakts des betreffenden Zylinders mehr und mehr Luft vom Ansaugkrümmer in den Zylinder gesaugt. In der Öffnungsspanne des Ventils wirkt sich das auf die Strömung durch den Ansaugkrümmer aus. Wenn das Einlassventil allmählich öffnet und sein Ventilhub zunimmt, steigt der Massendurchfluss im Ansaugkrümmer beziehungsweise in der Strömungspassage an und die Strömungsgeschwindigkeit nimmt zu. Wenn das Einlassventil allmählich schließt sinkt die Strömungsgeschwindigkeit wieder ab, so dass sich eine sinusartige Geschwindigkeitskurve ergibt. Wenn ein Einlassventil nicht öffnet, steigt die Strömungsgeschwindigkeit hingegen nicht an oder ändert sich nur marginal, und die Durchflussmenge durch den Ansaugkrümmer ändert sich kaum.In order to detect the opening or closing state of the intake valve during its expected opening phase, the flow rate in the intake manifold is measured with sufficient accuracy and resolution in a predetermined intake period above the crankshaft rotation angle. Thus, whenever an intake valve in the engine is operated and opens on schedule, more and more air is drawn from the intake manifold into the cylinder during the intake stroke of the related cylinder. In the opening span of the valve, this affects the flow through the intake manifold. As the inlet valve gradually opens and its valve lift increases, the mass flow rate in the intake manifold or in the flow passage increases and the flow rate increases. As the inlet valve closes gradually, the flow rate decreases again, resulting in a sinusoidal velocity curve. On the other hand, when an intake valve does not open, the flow velocity does not increase or changes only marginally, and the flow rate through the intake manifold hardly changes.

Die gemessenen Geschwindigkeitswerte innerhalb eines Auswertungszeitraumes, welches in dem erwähnten Aufnahmezeitraum liegt, werden genutzt, um den Gradient der Strömungsgeschwindigkeit über den Kurbelwellenwinkel zu bestimmen und danach zu beurteilen, ob die Luft durch die Strömungspassage mit einer Intensität strömt, die derjenigen bei einem geöffneten Einlassventil entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann das Integral der Geschwindigkeit, also die Fläche unter der Geschwindigkeitskurve über den Kurbelwellenwinkel bestimmt und danach beurteilt werden, ob die Luft durch die Strömungspassage mit einem Massendurchfluss strömt, welcher einer Ventilöffnungsphase entspricht. Dazu werden die Parameter „Steigung“ und/oder „Fläche“ mit ihnen zugeordneten Grenzwerten verglichen. Wenn die Geschwindigkeitswerte über dem Grenzwert liegen, wird das Einlassventil zu dem betreffenden Zeitpunkt als planmäßig geöffnet erkannt, oder umgekehrt als nicht geöffnet beurteilt. Bei Mehrzylinderverbrennungsmotoren wird sinnvollerweise der Öffnungs- oder Schließzustand für jedes Einlassventil eines Zylinders und für alle Zylinder erfasst.The measured velocity values within an evaluation period, which is in the mentioned acquisition period, are used to determine the gradient of the flow velocity over the crankshaft angle and then to judge whether the air flows through the flow passage with an intensity that corresponds to that in an opened inlet valve , Alternatively or additionally, the integral of the speed, ie the area under the speed curve, can be determined via the crankshaft angle and it can be judged according to whether the air flows through the flow passage at a mass flow rate which corresponds to a valve opening phase. For this purpose, the parameters "slope" and / or "area" are compared with their associated limit values. If the speed values are above the limit value, the intake valve is recognized as being scheduled to open at that time, or, conversely, judged not to be open. For multi-cylinder internal combustion engines, the opening or closing state is sensibly detected for each intake valve of a cylinder and for all cylinders.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens in eine Steuerungssoftware, beispielsweise in eine Steuerungseinrichtung eines variablen Ventiltriebs, implementiert ist. Dabei kann ein entsprechendes Flussdiagramm folgende Schritte umfassen:

• (a) Programminitialisierung mit den Eingangsparametern Kurbelwellenwinkelauflösung und/oder Zeitauflösung, Motordrehzahl, Drosselklappenstellung, Kurbelwellenwinkelabfrage für eine Ventilöffnung und/oder Ventilschließung eines Einlassventils, Signalverzögerung (delay), Grenzwerte als Entscheidungskriterium für Ventilöffnungszustand oder Ventilschließzustand,
• (b) Verifizieren eines zur Verfahrensdurchführung geeigneten Betriebspunktes,
• (c) Bestimmung eines Aufnahmezeitraumes zur Strömungsdatenerfassung der Strömungsgeschwindigkeit, des Massendurchflusses und/oder des Volumendurchflusses über dem Kurbelwellendrehwinkel oder zeitabhängig, und Messwertaufnahme mittels eines Strömungssensors in diesem Aufnahmezeitraum,
• (d) Bestimmung eines Auswertungszeitraumes für die erfassten Messwerte,
• (e) Berechnung des Gradienten (slope) und/oder des Integrals (area) der Messwerte im Auswertungszeitraum,
• (f) Vergleich des Berechnungsergebnisses mit dem eingangs bestimmten zugehörigen Grenzwert, und
• (g) Bestimmung des Öffnungs- oder Schließzustands des Einlassventils aus dem Grenzwertvergleich.

According to one development of the invention, it can be provided that an algorithm for carrying out the method is implemented in a control software, for example in a control device of a variable valve train. In this case, a corresponding flowchart may comprise the following steps:

• (a) Programminitialisierung with the input parameters crankshaft angle resolution and / or time resolution, engine speed, throttle position, crankshaft angle query for a valve opening and / or valve closing an intake valve, signal delay, limits as decision criterion for valve opening state or valve closing state,
• (b) verifying an operating point suitable for carrying out the method,
• (c) determining a recording period for the flow data acquisition of the flow velocity, the mass flow rate and / or the volume flow rate over the crankshaft rotation angle or time-dependent, and measured value recording by means of a flow sensor in this recording period,
• (d) determination of an evaluation period for the acquired measured values,
• (e) calculation of the gradient (slope) and / or the integral (area) of the measured values in the evaluation period,
• (f) comparison of the calculation result with the initially determined associated limit value, and
• (g) Determining the opening or closing state of the intake valve from the limit value comparison.

Demnach werden Strömungsinformation, wie Strömungsgeschwindigkeit, Volumendurchfluss oder Massendurchfluss, verwendet, um Strömungsänderungen mit einem Ventilstatus eines Einlassventils zu korrelieren. Insbesondere werden die Steigung, also der Gradient der Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Fläche unter der Strömungsgeschwindigkeitskurve, also das Integral als Ausgangsparameter verwendet, um in definierten Aufnahme- und Auswertungsfenstern den Öffnungszustand oder den Schließzustand des betreffenden Ventils zu ermitteln. Wenn die Steigung und/oder die Fläche unter der Kurve der erfassten Strömungsgröße größer als ein definierter Grenzwert ist, wird das erfasste Ventil in der Strömungspassage als planmäßig geöffnet erkannt, ansonsten als geschlossen beurteilt.Thus, flow information, such as flow velocity, volume flow, or mass flow, is used to correlate flow changes with a valve status of an intake valve. In particular, the slope, that is to say the gradient of the flow velocity and / or the area under the flow velocity curve, ie the integral, is used as the output parameter in order to determine the opening state or the closed state of the relevant valve in defined recording and evaluation windows. If the slope and / or the area under the curve of the detected flow variable is greater than a defined limit, the detected valve in the flow passage is recognized as scheduled, otherwise judged to be closed.

Zur Berechnung des Gradienten und des Integrals der Messwerte im Auswertungszeitraum kann jeweils ein Algorithmus durchgeführt werden. Die Algorithmen können einzeln oder kombiniert sowie sequenziell oder parallel zueinander durchgeführt werden, um einerseits eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu erreichen, sowie um andererseits die Berechnungsdauer so weit wie möglich zu minimieren. Je nach Betriebssituation kann eine Einzelberechnung für ein eindeutiges Ergebnis genügen oder eine kombinierte Betrachtung der Parameter „Steigung“ und „Fläche“ erforderlich beziehungsweise sinnvoll sein.An algorithm can be used to calculate the gradient and the integral of the measured values in the evaluation period. The algorithms can be performed individually or in combination as well as sequentially or in parallel with one another in order to achieve high reliability and accuracy on the one hand, and to minimize the calculation time as far as possible on the other hand. Depending on Operating situation can be a single calculation for a clear result or a combined consideration of the parameters "slope" and "area" required or useful.

Ein Aufnahmezeitraum wird bestimmt, um der Strömung während einer erwarteten Ventilöffnungsspanne zu folgen. Die zeitliche Lage des Auswertungszeitraumes kann aufgrund einer Kurbelwellenwinkelabfrage oder einer Zeitabfrage bei der Ventilsteuerung oder der Motorsteuerung für eine Ventilöffnung und Ventilschließung in einem Verbrennungsmotor bestimmt werden. Dabei wird ein Versatz der Messwertausgabe, die der Strömungsgeschwindigkeitsänderung aufgrund einer Ventilbetätigung nacheilt, berücksichtigt. Die jeweilige Bestimmung eines Aufnahmezeitraumes für jedes Ventilöffnungsereignis macht das Verfahren in einer Anordnung mit einem Strömungssensor und mehreren Ventilen ventilspezifisch.An intake period is determined to follow the flow during an expected valve opening span. The timing of the evaluation period may be determined based on a crankshaft angle query or a timing request in the valve timing or engine control for valve opening and valve closing in an internal combustion engine. In this case, an offset of the measured value output, which lags the flow velocity change due to a valve actuation, is taken into account. The particular determination of a pick-up period for each valve opening event makes the method valve-specific in an arrangement with one flow sensor and multiple valves.

Um den gegebenenfalls hohen Datenanfall zu minimieren und um Berechnungszeit einzusparen, kann ein Auswertungszeitraum definiert werden, welcher bestimmte Zeitabschnitte oder Kurbelwellenwinkelbereiche mit maximaler Steigung oder mit wesentlichem Integral der erfassten Strömungsgröße erfasst. Ein solcher Auswertungszeitraum kann exakt an den Aufnahmezeitraum angepasst oder ein festgelegter Ausschnitt des Aufnahmezeitraums sein. Bei einer Steigungsauswertung kann der Auswertungszeitraum durch die Positionen eines Geschwindigkeitsminimums und eines Geschwindigkeitsmaximums begrenzt sein. Bei einer Flächenauswertung beziehungsweise einer Integralauswertung kann der Auswertungszeitraum durch die Positionen zweier lokaler Geschwindigkeitsminima, entsprechend dem Begin einer Ventilöffnung und der Ventilschließung am dem Ende der Öffnungsphase, bestimmt sein.In order to minimize the possibly high data rate and to save computation time, an evaluation period can be defined which detects certain time segments or crankshaft angle ranges with maximum slope or with a significant integral of the acquired flow variable. Such an evaluation period can be adapted exactly to the recording period or be a defined section of the recording period. In a gradient evaluation, the evaluation period can be limited by the positions of a minimum speed and a maximum speed. In an area evaluation or an integral evaluation, the evaluation period can be determined by the positions of two local speed minima, corresponding to the start of a valve opening and the valve closing at the end of the opening phase.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass der erwähnte Grenzwert als Entscheidungskriterium für einen Ventilöffnungszustand oder einen Ventilschließzustand eines Einlassventils in Abhängigkeit von aktuellen Dateninformationen der Motordrehzahl, der Drosselklappenstellung, der Strömungstemperatur und des Atmosphärendrucks sowie in Abhängigkeit von Informationen über die geometrische Beschaffenheit der Strömungspassage berechnet wird. Als geometrische relevante Größen der Strömungspassage können beispielsweise der Querschnitt und die Länge des Ansaugkrümmers, die Ventilgröße, der Ventilhub, die Ventilhubkurve berücksichtigt werden.In addition, it may be provided that the mentioned limit value is calculated as a decision criterion for a valve opening state or a valve closing state of an intake valve depending on current data information of the engine speed, the throttle position, the flow temperature and the atmospheric pressure and in dependence on information about the geometric condition of the flow passage. As geometrically relevant variables of the flow passage, for example, the cross section and the length of the intake manifold, the valve size, the valve lift, the valve lift curve can be taken into account.

Demnach wird für jede Betriebssituation, bei der das Verfahren durchgeführt wird, jeweils ein Grenzwert für den Gradienten und/oder das Integral der Messwerte im Auswertungszeitraum, welcher als Entscheidungskriterium für den aktuellen Ventilstatus abgefragt wird, bestimmt. Dadurch wird eine hohe Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens erreicht.Accordingly, a limit value for the gradient and / or the integral of the measured values in the evaluation period, which is queried as a decision criterion for the current valve status, is determined for each operating situation in which the method is carried out. This achieves high sensitivity and reliability of the method.

Es hat sich herausgestellt, dass aufgrund der Dynamik der Strömung und der Anordnung eines Strömungssensors in einem Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors, bei schnellen Änderungen der Strömung, beispielsweise in einem Betrieb mit großen und schnellen Drehzahländerungen, die Auswertungsparameter „Steigung“ oder „Fläche“ nicht nur durch die Ventilbetätigung sondern auch durch Störungen, wie Turbulenzen, in der Strömung selbst beeinflusst werden können. Wenn die Drosselklappe weit oder vollständig geöffnet ist, insbesondere bei kurzen Ventilöffnungsphasen, kann zudem die Strömungsgeschwindigkeit weniger empfindlich gegenüber einer Ventilbetätigung sein.It has been found that due to the dynamics of the flow and the arrangement of a flow sensor in an intake manifold of an internal combustion engine, with rapid changes in flow, for example, in an operation with large and fast speed changes, the evaluation parameter "slope" or "area" not only by the valve actuation but also by disturbances, such as turbulence, in the flow itself can be influenced. In addition, when the throttle is wide or fully open, especially with short valve opening phases, the flow rate may be less sensitive to valve actuation.

Daher kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter verbessert werden, wenn das Verfahren möglichst in Betriebssituationen durchgeführt wird, die bestimmten Randbedingungen genügen. Demnach soll das Verfahren bei einem Verbrennungsmotor insbesondere dann durchgeführt werden, wenn die Motordrehzahl stabil und relativ niedrig ist, die Drosselklappe nicht vollständig geöffnet ist, und die Ventilöffnungsphase und der Ventilhub für die Erfassung einer Mindestanzahl von Messwerten ausreichend groß sind.Therefore, the reliability of the method can be further improved if the method is performed as possible in operating situations that meet certain constraints. Accordingly, the method is to be performed in an internal combustion engine in particular when the engine speed is stable and relatively low, the throttle valve is not fully open, and the valve opening phase and the valve lift for the detection of a minimum number of measurements are sufficiently large.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass das Flächenintegrationsverfahren gegenüber solchen Störungen etwas unempfindlicher zu sein scheint als das Steigungsverfahren. Daher ist es sinnvoll, in Betriebssituationen mit einer hohen Strömungsdynamik und/oder hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Ansaugkrümmer möglichst das Flächenintegrationsverfahren oder beide Verfahren in Kombination anzuwenden, um auch dann eine zuverlässige Aussage über den jeweiligen Ventilstatus zu erhalten.However, it has been shown that the surface integration method seems to be somewhat less sensitive to such disturbances than the slope method. Therefore, in operating situations with a high flow dynamics and / or high flow rates in the intake manifold, it makes sense to use the area integration method or both methods in combination, if possible, in order to obtain reliable information about the respective valve status.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die erfassten Messwerte zur Auswertung mathematisch geglättet und/oder gefiltert werden. Dadurch können Rauschsignale durch Geschwindigkeitsspitzen, Strömungsinterferenzen zwischen den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors und Strömungsreflektionen aufgrund der geometrischen Form der Strömungspassage, wie beispielsweise der Biegung eines Ansaugkrümmers, ausgeglichen oder entfernt werden.In addition, it can be provided that the acquired measured values are mathematically smoothed and / or filtered for evaluation. As a result, noise signals can be compensated or removed by speed peaks, flow interferences between the individual cylinders of the internal combustion engine and flow reflections due to the geometric shape of the flow passage, such as the bend of an intake manifold.

Weiterhin kann eine Fehlerbedingung definiert und angewandt werden, durch die das Verfahren nötigenfalls abgebrochen oder nicht durchgeführt wird. Dies ist beispielsweise sinnvoll bei Motorfehlzündungen, Undichtigkeiten im Strömungssystem, Sensorsignalstörungen oder einem Sensordefekt, um fehlerhafte Ergebnisse hinsichtlich des festzustellenden Ventilstatus auszuschließen. Furthermore, an error condition can be defined and applied by which the method is aborted or not performed if necessary. This is useful, for example, in the case of engine misfires, leaks in the flow system, sensor signal disturbances or a sensor defect in order to rule out erroneous results with regard to the valve status to be determined.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform weiter erläutert. Darin zeigtThe invention will be further explained with reference to the accompanying drawings of an embodiment. It shows

1 eine schematische Darstellung eines Ansaugkrümmers eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors, mit einem Strömungssensor, 1 1 is a schematic representation of an intake manifold of a multi-cylinder internal combustion engine, with a flow sensor,

2a, 2b jeweils ein Diagramm, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit in dem Ansaugkrümmer gemäß 1 und der Ventilhub eines Einlassventils über dem Kurbelwellendrehwinkel eines Verbrennungsmotors für einen Öffnungsvorgang und für einen Schließzustand des Einlassventils aufgetragen sind, 2a . 2 B each a diagram in which the flow velocity in the intake manifold according to 1 and the valve lift of an intake valve are plotted against the crankshaft rotation angle of an internal combustion engine for an opening operation and for a closing condition of the intake valve,

3 ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung, und 3 a flowchart for carrying out a method according to the invention, and

4 ein Diagramm, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit entlang des Kurbelwellenwinkels integriert wird. 4 a diagram in which the flow velocity is integrated along the crankshaft angle.

Die 1 zeigt demnach als ein Anwendungsbeispiel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung einen Ansaugkrümmer 1 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. In dem Ansaugkrümmer 1 ist eingangsseitig ein Strömungssensor 2 angeordnet. Ein für die Anwendung geeigneter Strömungssensor 2 kann beispielsweise ein Hitzdraht-Kalorimeter sein, bei dem einem in definierter Weise beheizter Draht durch die Strömung Wärme entzogen wird. Ein solcher Sensor kann mit nachgeschalteter Auswerteelektronik als Messwerte den Massendurchfluss ṁ = ρV ., den Volumenstrom V . beziehungsweise Volumendurchfluss oder die Strömungsgeschwindigkeit v = V ./A ausgeben, wobei die Parameter unter vereinfachenden Annahmen über die Dichte ρ des Strömungsmediums und den Strömungswegquerschnitt A ineinander umgerechnet werden können. The 1 Thus, as an example of an application for carrying out a method according to the invention, an intake manifold is shown 1 an internal combustion engine, not shown. In the intake manifold 1 On the input side is a flow sensor 2 arranged. A suitable flow sensor for the application 2 For example, a hot wire calorimeter may be used to extract heat from a heated wire in a defined manner. Such a sensor can, with downstream evaluation electronics, as measured values, determine the mass flow rate ṁ = ρV., The volume flow V. or volumetric flow or the flow velocity v = V ./A output, wherein the parameters can be converted into each other under simplifying assumptions about the density ρ of the flow medium and the flow path cross-section A.

In dem Ansaugkrümmer 1 ist außerdem eine verstellbare Drosselklappe 3 angeordnet, welche in Strömungsrichtung hinter dem Strömungssensor 2 platziert ist. Die Drosselklappe 3 regelt einen zur Verbrennung nötigen Luftstrom 4. Der Ansaugkrümmer 1 zweigt zu mehreren nicht dargestellten Zylindern ab. In 1 ist ein erstes Einlassventil 5 angeordnet, welches in Hubrichtung (Pfeilrichtung) betätigbar ist, um eine Einlassöffnung des zugehörigen Zylinders zu öffnen und zu verschließen. Weiterhin ist ein zweiter Abzweig des Ansaugkrümmers 1 mit einem zweiten Einlassventil mit gestrichelter Linie angedeutet. Das Einlassventil 5 ist beispielsweise Teil eines Verbrennungsmotors mit einem nicht dargestellten vollvariablen Ventiltrieb, bei dem die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über einen Zugmitteltrieb oder dergleichen eine Einlassnockenwelle antreibt, über die indirekt durch eine zwischengeschaltete ventilgesteuerte elektrohydraulische Steuerungsvorrichtung die Gaswechselventile 5 betätigt werden.In the intake manifold 1 is also an adjustable throttle 3 arranged, which in the flow direction behind the flow sensor 2 is placed. The throttle 3 regulates a necessary for combustion airflow 4 , The intake manifold 1 branches off to several cylinders, not shown. In 1 is a first inlet valve 5 arranged, which in the stroke direction (arrow direction) is operable to open an inlet opening of the associated cylinder and close. Furthermore, a second branch of the intake manifold 1 indicated with a second inlet valve with a dashed line. The inlet valve 5 For example, is part of an internal combustion engine with a fully variable valve train, not shown, in which the crankshaft of the engine via a traction drive or the like drives an intake camshaft, indirectly via an intermediate valve-controlled electro-hydraulic control device, the gas exchange valves 5 be operated.

Die 2a und 2b veranschaulichen den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Darin zeigt 2a die Strömungssituation bei einer planmäßigen Öffnung des Einlassventils 5 (normaler Ventilhub) und 2b die Strömungssituation bei einem Nichtöffnen des Einlassventils 5 (kein Ventilhub). Über dem Kurbelwellendrehwinkel CA ist in den zwei oberen Kurven die Strömungsgeschwindigkeit v des Luftstroms 4 und in den zwei unteren Kurven der Ventilhub VL des Einlassventils 5 eingezeichnet. Messwerte sind als Hohlpunkte 12 eingezeichnet. Den Messwerten 12 entsprechend sind durchgehende gemittelte Kurven eingezeichnet.The 2a and 2 B illustrate the course of the method according to the invention. It shows 2a the flow situation at a scheduled opening of the intake valve 5 (normal valve lift) and 2 B the flow situation when not opening the inlet valve 5 (no valve lift). About the crankshaft rotation angle CA is the flow velocity v of the air flow in the two upper curves 4 and in the two lower curves, the valve lift VL of the intake valve 5 located. Measurements are considered hollow points 12 located. The measured values 12 accordingly, continuous averaged curves are drawn.

Demnach nutzt das hier beschriebene Verfahrensbeispiel Strömungssignaländerungen bezogen auf den Kurbelwellendrehwinkel CA, um während einer erwarteten Ventilbetätigungsphase dessen Öffnungs- oder Schließzustand zu erfassen. Signaländerungen in Bezug auf den Massendurchfluss ṁ oder den Volumenstrom V . können in vergleichbarer Weise herangezogen werden. Immer dann, wenn ein Einlassventil 5 im Motor betätigt wird und während seines Zylinder-Ansaugtakts planmäßig öffnet, steigen der Massendurchfluss ṁ durch die Strömungspassage 6 und die Strömungsgeschwindigkeit v im Ansaugkrümmer 1 zunächst entsprechend der Ventilhubkurve VL = f(CA) an, da der Motor mehr und mehr Luft vom Ansaugkrümmer 1 in den Zylinder saugt, und sinken ab, wenn das Einlassventil 5 allmählich schließt (2a). Wenn das Einlassventil 5 nicht öffnet, steigt gemäß 2b die Strömungsgeschwindigkeit v nicht oder nur marginal an oder sinkt sogar leicht ab, und der Massendurchfluss durch die Strömungspassage 6 bleibt gering.Thus, the method example described herein utilizes flow signal changes related to crankshaft rotation angle CA to detect its open or closed state during an expected valve actuation phase. Signal changes in relation to the mass flow rate ṁ or the volume flow V. can be used in a comparable way. Whenever an intake valve 5 is operated in the engine and opens on schedule during its cylinder intake stroke, the mass flow rate ṁ through the flow passage increase 6 and the flow velocity v in the intake manifold 1 First, according to the valve lift curve VL = f (CA), as the engine receives more and more air from the intake manifold 1 Into the cylinder sucks, and sink when the inlet valve 5 gradually closes ( 2a ). When the inlet valve 5 does not open, rises according to 2 B the flow velocity v does not or only marginally or even decreases slightly, and the mass flow through the flow passage 6 stays low.

In dem Flussdiagramm in 3 ist ein vollständiger Verfahrensablauf vom Programmstart bis zum Erfassungsergebnis gezeigt. Die wesentlichen Inhalte sind in jedem der Funktionsblöcke F1 bis F9 in den folgenden Abschnitten ausführlich beschrieben, die selbsterklärenden Blöcke ausgenommen. Das Flussdiagramm zeigt den Ablauf mit einer Steigungsauswertung mit dem Parameter „slope“ der Strömungsgeschwindigkeit v. Der gleiche Ablauf kann auf eine Flächenauswertung mit dem Parameter „area“ übertragen werden. In the flowchart in 3 a complete procedure is shown from the program start to the detection result. The essential contents are described in detail in each of the function blocks F1 to F9 in the following sections, excluding the self-explanatory blocks. The flowchart shows the sequence with a slope evaluation with the parameter "slope" of the flow velocity v. The same procedure can be transferred to a surface evaluation with the parameter "area".

Demnach werden zunächst verschiedene Abfragen zur Datenerfassung in Block F1, zum Vorliegen eines geeigneten Betriebspunkts in Block F2 und zur Festlegung eines Aufnahmezeitraumes 7 in Block F3 gemacht und geprüft. Eingangs werden folgende Annahmen gemacht:

• – Ein Strömungssensor 2 mit einer kurzen Ansprechzeit, welche ausreichend ist, um Strömungsänderungen einzeln für jedes Einlassventil 5 und für jeden Zylinder erfassen zu können, ist verfügbar.
• – Eine ausreichend hohe Kurbelwellenwinkelauflösung CA, beispielsweise < 6°, kann dargestellt werden, um auch relativ kurze Ventilöffnungsphasen erfassen zu können.
• – Eine relativ genaue Strömungsgeschwindigkeitsmessung ist möglich, um auswertbare Daten zur Gradientenbildung und/oder zur Flächenintegration zu erhalten.
• – Relevante aktuelle Motordaten wie Drosselklappenstellung, Ventilhub VL über den Kurbelwellendrehwinkel CA, Signalverzögerung „delay“, sowie Entscheidungs-Grenzwerte sind verfügbar beziehungsweise vorbestimmt.

Thus, first, various queries for data collection in block F1, for the presence of a suitable operating point in block F2 and for determining a recording period 7 made and tested in block F3. The following assumptions are made:

• - A flow sensor 2 with a short response time sufficient to change the flow individually for each inlet valve 5 and to be able to capture for each cylinder is available.
• - A sufficiently high crankshaft angle resolution CA, for example, <6 °, can be displayed in order to detect relatively short valve opening phases.
• - A relatively accurate flow velocity measurement is possible to obtain evaluable data for gradient formation and / or surface integration.
• - Relevant current engine data such as throttle position, valve lift VL on the crankshaft rotation angle CA, signal delay "delay", and decision limits are available or predetermined.

Das hier beschriebene Verfahren ist geeignet, um einzelne Ventilzustände in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit einem einzigen Strömungssensor 2 zu erfassen. Für die ventilspezifische und zylinderspezifische Erfassung jedes einzelnen Ventils beziehungsweise dessen jeweiligen Status ist es wichtig, jeweils einen geeigneten Aufnahmezeitraum 7 sowie einen Auswertungszeitraum 8 möglichst genau zu bestimmen. Weiterhin ist dabei zu berücksichtigen, dass der Strömungssensor 2 Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit v, welche aufgrund eines Öffnungs-/Schließvorgangs eines Einlassventils 5 erfolgen, erst mit einer zeitlichen Verzögerung messen kann. Dies ist in den 2a und 2b sowie in 4 durch die Darstellung der jeweiligen Ansprechzeiträume verdeutlicht. Die Berücksichtigung dieser Verzögerung ist insbesondere bei bestimmten Motordrehzahlen wichtig, um jeweils eine eindeutige Zuordnung zwischen einem Sensorsignal und einem Ventilhub VL zu gewährleisten. Die Signalverzögerung „delay“ hängt weitgehend von der Strömungsgeschwindigkeit v ab und kann durch die Gleichung delay = 6 × n × L/v (Gl.1) bestimmt werden, wobei „delay“ in °CA die Winkelverzögerung des Signals in Einheiten des Kurbelwellenwinkels, n in U/min die Motordrehzahl, L in Meter die Länge entlang einer Mittenlinie des Ansaugkrümmers 1 zwischen dem Einlassventil 5 und dem Strömungssensor 2 und v in m/s die Strömungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Berücksichtigung sind. Wenn die in Block F1 genannten Eingangsdaten erfasst sind und ein geeigneter Betriebspunkt in Block F2 erreicht ist, kann das Verfahren mit Block F3 zur Festlegung des Aufnahmezeitraumes 7 fortgeführt werden, ansonsten wird das Programm abgebrochen (Block F9).The method described herein is capable of detecting individual valve conditions in a multi-cylinder internal combustion engine having a single flow sensor 2 capture. For the valve-specific and cylinder-specific detection of each valve or its respective status, it is important to have a suitable recording period 7 as well as an evaluation period 8th to determine as accurately as possible. Furthermore, it should be noted that the flow sensor 2 Changes in the flow velocity v, due to an opening / closing operation of an intake valve 5 can only be measured with a time delay. This is in the 2a and 2 B as in 4 illustrated by the representation of the respective response periods. The consideration of this delay is particularly important for certain engine speeds to ensure a unique association between a sensor signal and a valve lift VL. The signal delay "delay" largely depends on the flow velocity v and can be determined by the equation delay = 6 × n × L / v (Eq.1), where "delay" in ° CA is the angular delay of the signal in units of the crankshaft angle, n in rpm the engine speed, L in meters the length along a center line of the intake manifold 1 between the inlet valve 5 and the flow sensor 2 and v in m / s are the flow rate at the time of consideration. If the input data mentioned in block F1 is detected and a suitable operating point is reached in block F2, the method may conclude with block F3 for determining the acquisition period 7 otherwise the program will be aborted (block F9).

In Block F3 wird ein Aufnahmezeitraum 7 innerhalb eines Zylinder-Ansaugtakts des jeweils betreffenden Zylinders definiert, welches mindestens einen Bereich mit einer relativ großen Strömungsgeschwindigkeitsänderung (2a) beziehungsweise einen Bereich mit zwei lokalen Strömungsgeschwindigkeitsminima 10, 11 und einem dazwischen liegenden lokalen Strömungsgeschwindigkeitsmaximum 9 zur Integration der Fläche unter der Geschwindigkeitskurve (4) beinhaltet.In block F3 is a recording period 7 defined within a cylinder intake stroke of the respective cylinder concerned, which at least one region with a relatively large flow rate change ( 2a ) or a region with two local flow velocity minima 10 . 11 and an intermediate local flow velocity maximum 9 for integrating the area under the speed curve ( 4 ) includes.

In Block F4 wird ein Auswertungszeitraum 8 ermittelt. Um einerseits die Zuverlässigkeit bei der Erkennung des Ventilstatus zu erhöhen, andererseits um die Datenmenge und die Berechnungszeit zu verringern, ist der Auswertungszeitraum 8, zweckmäßigerweise so breit wie nötig und so schmal wie möglich, ein ausgewählter Bereich innerhalb des Aufnahmezeitraumes 7. Dazu werden die folgenden Kriterien aufgestellt:

• – Bei der Auswertung des Parameters „slope, Steigung“ erfolgt eine Fokussierung auf den Bereich mit dem höchsten Steigungswert. Die kleinsten und größten Strömungsgeschwindigkeiten v werden wie in 2a erkennbar zur Begrenzung des Auswertungszeitraumes 8 herangezogen.
• – Bei der Auswertung des Parameters „area, Fläche“ erfolgt eine Festlegung eines Bereichs mit ausreichend großen Geschwindigkeitswerten, um das Integral der Strömungsgeschwindigkeit v, welches dem Massendurchfluss ṁ oder dem Volumendurchfluss V . durch die Strömungspassage 6 während der Ventilöffnungsphase entspricht, zu berechnen. Ein erstes Strömungsgeschwindigkeitsminimum 10 und ein zweites lokales Strömungsgeschwindigkeitsminimum 11, zwischen denen ein lokales Strömungsgeschwindigkeitsmaximum 9 liegt, werden zur Begrenzung des Auswertungszeitraumes 8 herangezogen (4).
• – Eine notwendige und hinreichende Anzahl von Messpunkten wird festgelegt, um das Strömungsverhalten aufgrund der Ventilöffnungsphase einerseits ausreichend zu beschreiben, andererseits den Datenspeicherbedarf und die Berechnungszeit zu begrenzen.
• – Verfügbare Daten der Motorsteuerung über Ventilbetätigungen sowie kalibrierbare Ventilhubkurven VL werden ebenfalls zur Begrenzung des Auswertungszeitraumes 8 herangezogen.

In block F4 becomes an evaluation period 8th determined. On the one hand to increase the reliability in the detection of the valve status, on the other hand to reduce the amount of data and the calculation time, is the evaluation period 8th suitably as wide as necessary and as narrow as possible, a selected area within the recording period 7 , For this purpose, the following criteria are established:

• - When the parameter "slope, slope" is evaluated, the focus is on the area with the highest slope value. The smallest and largest flow velocities v will be as in 2a recognizable for the limitation of the evaluation period 8th used.
• - In the evaluation of the parameter "area, area" is a determination of a range with sufficiently large speed values, the integral of the flow velocity v, which the mass flow rate ṁ or the volume flow V. through the flow passage 6 during the valve opening phase. A first flow velocity minimum 10 and a second local flow velocity minimum 11 , between which a local maximum flow velocity 9 is, are used to limit the evaluation period 8th used ( 4 ).
• - A necessary and sufficient number of measuring points is determined in order to sufficiently describe the flow behavior due to the valve opening phase, on the one hand, and to limit the data storage requirement and the calculation time, on the other hand.
• - Available data of the engine control via valve actuations and calibratable valve lift curves VL are also used to limit the evaluation period 8th used.

In Block F5 erfolgt die Auswertung der erfassten Daten. Dazu wurde für die Auswertung der Steigung der Strömungsgeschwindigkeit v und für die Auswertung der Kurvenfläche der Strömungsgeschwindigkeit v jeweils ein Algorithmus entwickelt, der in ein vorhandenes Steuerungsprogramm eines Motors oder Ventiltriebs implementiert werden kann. Die beiden Algorithmen können einzeln, sequenziell oder parallel berechnet werden.In block F5, the evaluation of the acquired data takes place. For this purpose, an algorithm was developed for the evaluation of the slope of the flow velocity v and for the evaluation of the curve surface of the flow velocity v, each of which can be implemented in an existing control program of an engine or valve train. The two algorithms can be calculated individually, sequentially or in parallel.

Algorithmus I:Algorithm I:

Demnach erfolgt eine Auswertung mittels des Strömungsgeschwindigkeitsgradienten als ein Indikator der Strömungsintensität durch die Methode der linearen Regression der Messpunkte der Geschwindigkeit im Auswertungszeitraum 8 (2a) mit der Gleichung

wobei „slope“ in [(m/s)/°CA] der positive Gradient der Strömungsgeschwindigkeit v im Ansaugkrümmer 1, v in [m/s] die Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugkrümmer 1 bei einem Kurbelwellendrehwinkel CA_i in [°CA] sowie i = 1, 2, 3, ..., N die Anzahl der Geschwindigkeitsmesspunkte im Auswertungszeitraum 8 sind.Accordingly, an evaluation by means of the flow velocity gradient takes place as an indicator of the flow intensity by the method of the linear regression of the measurement points of the velocity in the evaluation period 8th ( 2a ) with the equation

where "slope" in [(m / s) / ° CA] is the positive gradient of the flow velocity v in the intake manifold 1 , v in [m / s] the flow rate in the intake manifold 1 at a crankshaft rotation angle CA _i in [° CA] and i = 1, 2, 3, ..., N, the number of speed measurement points in the evaluation period 8th are.

Ein Grenzwert des Geschwindigkeitsgradienten wird gemäß der Gleichung threshold₁ = f₁(n, Θ, T, p₀, G) (Gl.3) als eine Funktion definiert, die abhängig ist von der Motordrehzahl n in U/min, der Drosselklappenstellung Θ in °, der Strömungstemperatur T in °C, dem Atmosphärendruck p₀ in bar, und der Geometrie G (Ansaugkrümmer-Querschnitt, Ventilhub VL, etc.) des Strömungssystems.A limit of the velocity gradient is determined according to the equation threshold ₁ = f ₁ (n, Θ, T, p ₀ , G) (Eq. 3) is defined as a function which depends on the engine speed n in rpm, the throttle position Θ in °, the flow temperature T in ° C, the atmospheric pressure p ₀ in bar, and the geometry G (intake manifold cross section, valve lift VL, etc .) Of the flow system.

In Block F6 folgt die Entscheidung über den aktuellen Ventilstatus eines einzelnen Einlassventils 5 während eines zugehörigen Ansaugtakts. Wenn die Bedingung slope > threshold₁ (Gl.4) wahr ist, wird das betreffende Einlassventil 5 in Block F8 als planmäßig geöffnet erkannt, andernfalls wird in Block F7 angenommen, dass das Ventil 5 geschlossen ist beziehungsweise geschlossen geblieben ist (2b).In block F6, the decision follows about the current valve status of a single intake valve 5 during an associated intake stroke. If the condition slope> threshold ₁ (Eq.4) is true, the respective inlet valve becomes 5 otherwise, block F7 is assumed to be the valve 5 is closed or has remained closed ( 2 B ).

Algorithmus II:Algorithm II:

Demnach erfolgt eine Auswertung mittels des Strömungsintegrals als ein Indikator der Strömungsmenge, beziehungsweise der Durchflusses durch die Methode der numerischen Integration der Messpunkte der Geschwindigkeit im Auswertungszeitraum 8. Die Integrationsfläche „area“ ist in 4 als schraffierte Fläche erkennbar. Die in 4 erkennbare nicht schraffierte Dreiecksfläche, welche durch ungleiche Geschwindigkeiten an den Grenzen des Auswertungszeitraumes 8 gebildet ist, wird dabei von der Integration ausgenommen. Die ausgelassene Dreiecksfläche kann als eine Instabilität der Strömung während des Auswertungszeitraums 8 interpretiert werden. Die numerische Integration erfolgt gemäß der folgenden Gleichung

wobei „area“ in Meter angegeben wird. Dieser Flächenwert kann durch Multiplikation mit der Querschnittfläche der Strömungspassage 6 in ein Strömungsvolumen umgewandelt werden. Dadurch ergibt sich diejenige Menge an Luft, die während der Öffnungsphase des Einlassventils 5 die Strömungspassage 6 durchströmt hat.Accordingly, an evaluation by means of the flow integral as an indicator of the flow rate, or the flow through the method of numerical integration of the measuring points of the speed in the evaluation period 8th , The integration area "area" is in 4 recognizable as hatched area. In the 4 recognizable non-hatched triangular area, which by unequal speeds at the limits of the evaluation period 8th education is excluded from integration. The skipped triangular area may be considered to be an instability of flow during the evaluation period 8th be interpreted. The numerical integration is performed according to the following equation

where "area" is given in meters. This area value can be multiplied by the cross-sectional area of the flow passage 6 be converted into a flow volume. This results in that amount of air during the opening phase of the intake valve 5 the flow passage 6 flowed through.

Ein Grenzwert des Geschwindigkeitsintegrals wird gemäß der folgenden Gleichung threshold₂ = f₂(n, Θ, T, p₀, G) (Gl.6) definiert. Wenn die Bedingung area > threshold₂ (Gl.7) wahr ist, wird das betreffende Einlassventil 5 als planmäßig geöffnet erkannt, andernfalls wird angenommen, dass das Ventil 5 geschlossen ist beziehungsweise nicht geöffnet hat und geschlossen geblieben ist.A limit value of the velocity integral becomes according to the following equation threshold ₂ = f ₂ (n, Θ, T, p ₀ , G) (Eq.6) Are defined. If the condition area> threshold ₂ (Eq.7) is true, the relevant inlet valve becomes 5 Otherwise, it is assumed that the valve is open 5 is closed or not open and has remained closed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Ansaugkrümmer intake manifold

22

Strömungssensor flow sensor

33

Drosselklappe throttle

44

Luftstrom airflow

55

Einlassventil intake valve

66

Strömungspassage flow passage

77

Aufnahmefenster Capture window

88th

Auswertungsfenster evaluation window

99

Lokales Strömungsgeschwindigkeitsmaximum Local flow velocity maximum

1010

Lokales Strömungsgeschwindigkeitsminimum Local flow velocity minimum

1111

Lokales Strömungsgeschwindigkeitsminimum Local flow velocity minimum

1212

Messpunkt measuring point

„area“"Area"

Fläche unter der Strömungsgeschwindigkeitskurve Area under the flow velocity curve

CACA

Kurbelwellendrehwinkel Crankshaft rotational angle

„delay“"Delay"

Signalverzögerung signal delay

F1–F9F1-F9

Funktionsblöcke function blocks

LL

Ansaugkrümmerlänge Ansaugkrümmerlänge

„slope“"Slope"

Steigung der Strömungsgeschwindigkeitskurve Slope of the flow velocity curve

vv

Strömungsgeschwindigkeit flow rate

VLVL

Ventilhub valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102012212860 B3 [0005] DE 102012212860 B3 [0005]

Claims (8)

Verfahren zur Erfassung des Öffnungs- oder Schließzustands von Ventilen (5) in einem Strömungssystem mittels eines Strömungssensors (2) zur Messung von Strömungsgrößen in einer Strömungspassage (6) des Strömungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass während einer erwarteten Ventilbetätigungsphase wenigstens eine Strömungsgröße, wie Massendurchfluss, Volumendurchfluss oder Strömungsgeschwindigkeit (v), mit Hilfe des Strömungssensors (2) fortlaufend direkt oder indirekt gemessen und signalisiert wird, dass der Signalverlauf dieses Strömungssignals ausgewertet wird, und dass aus dem Auswerteergebnis auf eine tatsächlich erfolgte Ventilbetätigung geschlossen oder nicht geschlossen wird.Method for detecting the opening or closing state of valves ( 5 ) in a flow system by means of a flow sensor ( 2 ) for measuring flow quantities in a flow passage ( 6 ) of the flow system, characterized in that during an expected valve actuation phase at least one flow variable, such as mass flow, volume flow or flow velocity (v), by means of the flow sensor ( 2 ) continuously or indirectly measured and signaled that the waveform of this flow signal is evaluated, and that is closed or not closed from the evaluation result to an actual valve actuation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungssensor (2) ein Kalorimetrischer Durchflussmesser genutzt wird, mittels dem wenigstens eine der Strömungsgrößen Massendurchfluss, Volumendurchfluss und Strömungsgeschwindigkeit (v) als Signal ermittelt wird.Method according to claim 1, characterized in that as a flow sensor ( 2 ) a calorimetric flow meter is used by means of which at least one of the flow variables mass flow, volume flow and flow velocity (v) is determined as a signal. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventiltrieb von einer Kurbelwelle angetrieben und der aktuelle Öffnungs- oder Schließzustand der Einlassventile (5) eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors ermittelt wird, bei dem in einem Ansaugkrümmer (1) ein Massendurchflusssensor (2) angeordnet ist, wobei jeweils in einem vorgegebenen Aufnahmezeitraum (7) während einer erwarteten Öffnungsphase eines Einlassventils (5) eines Zylinders die Strömungsgeschwindigkeit (v) der den Ansaugkrümmer (1) passierenden Luft oder des den Ansaugkrümmer (1) passierenden Kraftstoff-Luftgemischs in Bezug zum Kurbelwellendrehwinkel (°CA) gemessen wird, bei dem die gemessenen Geschwindigkeitswerte innerhalb eines vorgegebenen Auswertungszeitraumes (8), welches ein Teilbereich des Aufnahmezeitraumes (7) ist, ausgewertet werden, wobei der Geschwindigkeitsgradient (slope) und/oder das Geschwindigkeitsintegral (area) des Geschwindigkeitssignals bestimmt sowie mit zugeordneten Grenzwerten verglichen werden, wobei bei Werten über einem Grenzwert das planmäßige Öffnen des Einlassventils (5) erkannt wird oder bei Werten unter dem Grenzwert auf ein Nichtöffnen des Einlassventils (5) geschlossen wird. A method according to claim 1 or 2, characterized in that a valve drive driven by a crankshaft and the current opening or closing state of the intake valves ( 5 ) of a multi-cylinder internal combustion engine is determined, in which in an intake manifold ( 1 ) a mass flow sensor ( 2 ) is arranged, wherein in each case in a predetermined recording period ( 7 ) during an expected opening phase of an intake valve ( 5 ) of a cylinder, the flow velocity (v) of the intake manifold ( 1 ) passing air or the intake manifold ( 1 ) is measured in relation to the crankshaft rotation angle (° CA) at which the measured speed values are measured within a predetermined evaluation period (FIG. 8th ), which is a subarea of the admission period ( 7 ), wherein the velocity gradient (slope) and / or the velocity integral (area) of the velocity signal are determined and compared with associated limits, wherein at values above a limit, the scheduled opening of the inlet valve ( 5 ) or at values below the limit value on a non-opening of the inlet valve ( 5 ) is closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: (a) Programminitialisierung mit den Eingangsparametern Kurbelwellenwinkelauflösung und/oder Zeitauflösung, Motordrehzahl, Drosselklappenstellung, Kurbelwellenwinkelabfrage für eine Ventilöffnung und/oder Ventilschließung eines Einlassventils (5), Signalverzögerung (delay), Grenzwerte als Entscheidungskriterium für Ventilöffnungszustand oder Ventilschließzustand, (b) Verifizieren eines zur Verfahrensdurchführung geeigneten Betriebspunktes, (c) Bestimmung eines Aufnahmezeitraumes (7) zur Strömungsdatenerfassung der Strömungsgeschwindigkeit (v), des Massendurchflusses und/oder des Volumendurchflusses über dem Kurbelwellendrehwinkel (°CA) oder zeitabhängig, und Messwertaufnahme mittels eines Strömungssensors (2) in diesem Aufnahmezeitraum (7), (d) Bestimmung eines Auswertungszeitraumes (8) für die erfassten Messwerte, (e) Berechnung des Gradienten (slope) und/oder des Integrals (area) der Messwerte im Auswertungszeitraum (8), (f) Vergleich des Berechnungsergebnisses mit dem eingangs bestimmten zugehörigen Grenzwert, und (g) Bestimmung des Öffnungs- oder Schließzustands des Einlassventils (5) aus dem Grenzwertvergleich.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the following steps are carried out: (a) Programminitialisierung with the input parameters crankshaft angle resolution and / or time resolution, engine speed, throttle position, crankshaft angle query for a valve opening and / or valve closing an intake valve ( 5 ), Signal delay, limit values as a decision criterion for valve opening state or valve closing state, (b) verification of an operating point suitable for carrying out the method, (c) determination of a recording period ( 7 ) for flow data acquisition of the flow velocity (v), the mass flow rate and / or the volume flow rate over the crankshaft rotation angle (° CA) or time-dependent, and measured value acquisition by means of a flow sensor ( 2 ) during this period ( 7 ), (d) determination of an evaluation period ( 8th ) for the acquired measured values, (e) calculation of the gradient (slope) and / or the integral (area) of the measured values in the evaluation period ( 8th ), (f) comparing the calculation result with the initially determined associated limit value, and (g) determining the opening or closing state of the inlet valve (FIG. 5 ) from the limit comparison. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert als Entscheidungskriterium für einen Ventilöffnungszustand oder einen Ventilschließzustand eines Einlassventils (5) in Abhängigkeit von aktuellen Dateninformationen der Motordrehzahl, der Drosselklappenstellung, der Strömungstemperatur und des Atmosphärendrucks sowie in Abhängigkeit von Informationen zur geometrischen Beschaffenheit der Strömungspassage (6) berechnet wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the limit value as a decision criterion for a valve opening state or a valve closing state of an intake valve ( 5 ) depending on current data information of the engine speed, the throttle position, the flow temperature and the atmospheric pressure and in dependence on information on the geometric condition of the flow passage ( 6 ) is calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in Betriebssituationen durchgeführt wird, die folgenden Randbedingungen wenigsten teilweise erfüllen: Die Motordrehzahl ist stabil und relativ niedrig, die Drosselklappe (3) ist nicht vollständig geöffnet, die Ventilöffnungsphase und der Ventilhub (VL) sind für die Erfassung einer Mindestanzahl von Messwerten ausreichend groß.Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that it is carried out in operating situations which at least partially fulfill the following boundary conditions: the engine speed is stable and relatively low, the throttle valve ( 3 ) is not fully open, the valve opening phase and the valve lift (VL) are sufficiently large to acquire a minimum number of readings. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messwerte zur Auswertung mathematisch geglättet und/oder gefiltert werden. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the detected measured values are mathematically smoothed and / or filtered for evaluation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlerbedingung definiert wird, und dass das Verfahren abgebrochen oder nicht durchgeführt wird, wenn die Fehlerbedingung erkannt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that an error condition is defined, and that the method is aborted or not performed when the error condition is detected.

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