Aus der DE 102 00 533 AI ist eine Brennkraftmaschine bekannt.

Sie hat einen Sammler, von dem ein Saugrohr hin zu einem Ein- lass eines Zylinders der Brennkraftmaschine geführt ist. Ein Gaseinlassventil ist an dem Einlass des Zylinders angeordnet.

Ein Impulsladeventil ist stromaufwärts des Gaseinlassventils in dem Saugrohr angeordnet. Abhängig von der Schaltstellung des Impulsladeventils gibt es das Saugrohr frei oder ver- schließt es. Ferner ist ein Einspritzventil vorgesehen, wel- ches den Kraftstoff zumisst.

Die schnell schaltenden Impulsladeventile, die jedem Zylinder zugeordnet sind, werden während des ersten Abschnitts der An- saugsequenz geschlossen, so dass sich ein hoher Unterdruck aufbauen kann. Nach zirka der Hälfte der Ansaugsequenz wird das Impulsladeventil-der schnell schaltende Querschnitt- schalter-schlagartig geöffnet, so dass der während des ers- ten Abschnitts der Ansaugsequenz erzeugte Unterdruck im Zy- linder eine sehr hohe Einströmgeschwindigkeit des angesaugten Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt. Die sehr schnell in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine einströmende Einlassluftsäule führt in dem Bereich kleinerer und mittlerer Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu deutlichen Aufladeeffek- ten aufgrund der besseren Füllungscharakteristik des jeweili- gen Brennraums.

Ein Defekt des Impulsladeventils kann dazu führen, dass die tatsächlich während eines Ansaughubs eines Zylinders ange- saugte Luftmasse geringer ist als bei ordnungsgemäß funktio-

nierendem Impulsladeventil. Dies führt dann zu einer Verände- rung des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zy- linder der Brennkraftmaschine, was dann gegebenenfalls eine Verschlechterung des Verbrennungsprozesses und erhöhte Schad- stoffemissionen zur Folge haben kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor- richtung zum Überwachen eines Impulsladeventils in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einfach und zu- verlässig ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Überwachen eines Impulsladeven- tils in einer Brennkraftmaschine mit einem Sammler, von dem ein Saugrohr hin zu einem Einlass eines Zylinders der Brenn- kraftmaschine geführt ist. Die Brennkraftmaschine hat ferner ein Gaseinlassventil, das an dem Einlass des Zylinders ange- ordnet ist. Das Impulsladeventil ist stromaufwärts des Gas- einlassventils in dem Saugrohr angeordnet und gibt abhängig von seiner Schaltstellung das Saugrohr frei oder verschließt es. Ein Drucksensor ist in dem Ansaugtrakt angeordnet und er- fasst einen Saugrohrdruck.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Verlauf des von dem Drucksensor erfassten Saugrohrdrucks charakteristisch ist für einen möglichen Fehler des Impulsladeventils.

Die Erfindung nutzt diese Erkenntnis, indem der Verlauf des erfassten Saugrohrdrucks mit dem eines Referenz- Saugrohrdrucks verglichen wird, der charakteristisch ist für einen vorgegebenen Betriebszustand des Impulsladeventils. Ab- hängig von dem Vergleich wird auf einen Fehler des Impulsla- ventils erkannt.

Es ist somit zum Überwachen des Impulsladeventils kein zu- sätzlicher Sensor notwendig, da ein Drucksensor in dem An- saugtrakt sehr häufig ohnehin für andere Zwecke vorhanden ist. Das Überwachen ist somit ohne wesentliche zusätzliche Kosten möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Betriebszustand des Impulsladeventils das Hängen des Impuls- ladeventils in seiner Offenstellung, das Hängen des Impulsa- deventils in seiner Schließstellung und/oder in freischwin- gender Mittelstellung. Diese Betriebszustände treten im Feh- lerfall des Impulsladeventils auf und verursachen dann uner- wünschte Schadstoffemissionen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Verlauf des erfassten Saugrohrdrucks mit dem eines Referenz-Saugrohrdrucks jeweils über ein Zylindersegment der Brennkraf tmaschine verglichen. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine direkte Zuordnung eines erkannten Fehlers zu einem bestimmten Zylinder der Brennkraftmaschine mit der Folge, dass von der Steuerung der Brennkraftmaschine gezielt für diesen Zylinder entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der Schadstoffemissionen ergriffen werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Vergleich anhand der Frequenzspektren des Verlaufs des erfassten Saugrohrdrucks und des Referenzsaugrohrdrucks. Dies hat den Vorteil, dass sehr einfach und äußerst präzise ein Erkennen des Betriebszustands des Impulsladeventils ermög- licht ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der oder die für einen Betriebszustand des Impulslade- ventils charakteristischen Frequenzanteile miteinander ver- glichen. Dies hat den Vorteil, dass so sehr präzise der Be-

triebszustand des Impulsladeventils ermittelt werden kann bei gleichzeitig verringertem Rechenaufwand.

So ist es besonders vorteilhaft wenn für einen Betriebszu- stands des Hängens des Impulsladeventils in freischwingender Mittelstellung der Frequenzbereich der Eigenschwingung des Impulsladeventils verglichen wird. Die Eigenfrequenz des Im- pulsladeventils liegt in der Regel deutlich höher als die der regulären Druckschwingung in dem Saugrohr. Sie kann so ein- fach anhand des Frequenzspektrums des Verlaufs des erfassten Saugrohrdrucks erkannt werden und ist dann charakteristisch für das Hängen des Impulsladeventils in freischwingender Mit- telstellung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Amplituden der Frequenzspektren verglichen. Dies ist besonders einfach.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Vergleich abhängig von der quadratischen Abwei- chung der Amplituden der Frequenzspektren. Dies hat den Vor- teil, dass größere Abweichungen des Verlaufs des erfassten Saugrohrdrucks von dem des Referenzsaugrohrdrucks stärker ge- wichtet werden und so einfacher ein zuverlässiges Erkennen des Betriebszustands des Impulsladeventils gewährleistet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Vergleich abhängig von der Drehzahl der Brenn- kraftmaschine. Dies hat den Vorteil, dass für die jeweilige Drehzahl charakteristische Verläufe des Referenzsaugrohr- druck s vorgesehen sein können und ferner bei einer digitalen Signalverarbeitung mit einer konstanten Abtastrate eine zu- verlässigere Erkennung des jeweiligen Betriebszustands ermög- licht ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Impulsladeventil 18 und einer Vorrichtung zum Überwachen des Impulslade- ventils 18, Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Überwachen des Impulsladeventils, Figuren 3 bis 6 Verläufe eines durch einen Drucksensor 16 er- fassten Saugrohrdrucks bei verschiedenen Betriebszu- ständen des Impulsladeventils 18.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber- greifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgas- trakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drossel- klappe 11, ferner einen Sammler 12 und ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Mo- torblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit dem Kol- ben 24 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.

Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Ein- lassventil 30, einem Auslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33. Der Antrieb des Gaseinlassventils 30 und des Gasauslass- ventils 31 erfolgt bevorzugt mittels einer Nockenwelle.

Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze 35. Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Ansaugkanal angeordnet sein.

Der Abgastrakt 4 umfasst einen Katalysator 40.

In dem Saugrohr 13 ist ferner ein Impulsladeventil 18 ange- ordnet, das in einer Schaltstellung, der Offenstellung, den Querschnitt des Saugrohrs 13 freigibt und in einer weiteren Schaltstellung, der Schließstellung, den Querschnitt des

Saugrohrs 13 verschließt. Das Impulsladeventil 18 ist bevor- zugt als Feder-Masse Schwinger ausgebildet und umfasst zwei beabstandet angeordnete Elektromagnete mit jeweils einer Spu- le und einem Kern. Das Ventilglied des Impulsladeventils 18 ist bevorzugt mit einem Anker gekoppelt, dessen Position ab- hängt von der Bestromung der Spulen. Sind beide Spulen un- bestromt, so verharrt das Ventilglied in einer Mittelstel- lung, in der das Saugrohr teilweise freigegeben ist. Ist die erste Spule bestromt so kommt das Ventilglied in seine Schließstellung. Ist die zweite Spule bestromt, so kommt das Ventilglied in seine Offenstellung. Ist das Ventilglied in seiner Mittelstellung, so kann es zu Schwingungen durch die strömende Luft im Saugrohr angeregt werden. Diese Schwingun- gen haben dann die Frequenz der Eigenschwingung des Feder- Masse Schwingers.

Ferner ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und je- weils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuerein- richtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Mess- größen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellan- triebe umgesetzt werden.

Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14, . welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst, ein Temperatursensor 15, welcher die Ansaugluft- temperatur erfasst, ein Drucksensor 16, welcher den Saugrohr- druck erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, aus dem dann eine Drehzahl N er- mittelt wird, ein weiterer Temperatursensor 23, welcher eine Kühlmitteltemperatur erfasst, und noch ein Temperatursensor 28, der eine Öltemperatur erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass-und Gasauslassventile 30,31, das Einspritz- ventil 34, die Zündkerze 35, die Verstelleinrichtung 37 und das Impulsladeventil 18.

Neben dem Zylinder Z1 kann die Brennkraftmaschine auch noch weitere Zylinder Z2-Z4 umfassen, denen dann ebenfalls ent- sprechende Stellglieder zugeordnet sind.

Das Impulsladeventil 18 wird bevorzugt so angesteuert, dass es den Querschnitt des Saugrohres erst freigibt nachdem das Gaseinlassventil 30 geöffnet hat. Dadurch wird vor dem Öffnen des Impulsladeventils 18 durch die Ansaugbewegung des Kolbens 24 ein Unterdruck in dem Bereich des Saugrohrs zwischen dem Impulsladeventil 18 und dem Gaseinlassventil 13 erzeugt. Wenn das Impulsladeventil 18 anschließend in seine Offenstellung gesteuert wird, strömt in die in dem Saugrohr stromaufwärts des Impulsladeventils 18 befindliche Luft aufgrund des Druck- gefälles mit sehr hoher Geschwindigkeit in den Brennraum des Zylinders Z1. Das Impulsladeventil wird dann gegebenenfalls zeitlich vor dem Gaseinlassventil 30 wieder in seine Schließ- stellung gesteuert, was bei geeigneter Ansteuerung zu einem Aufladeeffekt in dem Zylinder Z1 führt. Dieser Aufladeeffekt ist insbesondere bei niedrigeren Drehzahlen N stark ausge- prägt.

Die Steuereinrichtung 6 umfasst auch eine Vorrichtung zum Ü- berwachen des Impulsladeventils 18. Ein Programm zum Überwa- chen des Impulsladeventils 18 wird in einem Schritt Sl (Figur 2) gestartet. In dem Schritt SI werden gegebenenfalls Variab- len initialisiert. Das Programm wird bevorzugt zeitnah zum Motorstart der Brennkraftmaschine gestartet.

In einem Schritt S2 wird zunächst der Verlauf MAP (t) des er- fassten Saugrohrdrucks erfasst. Dies erfolgt bevorzugt über ein Zylindersegment der Brennkraftmaschine. Ein Zylinderseg- ment der Brennkraftmaschine ist definiert als der Kurbelwel-

lenwinkel eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine divi- diert durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine.

Ein Zylindersegment beträgt bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern so beispielsweise 180° Kurbelwellenwinkel.

In einem Schritt S3 wird ein Verlauf MAP REF (t) eines Refe- renz-Saugrohrdrucks eingelesen, der bevorzugt in einem Spei- cher der Steuereinrichtung 6 abgelegt ist. Bevorzugt wird der Verlauf MAP REF (t) des Referenz-Saugrohrdrucks abhängig von der Drehzahl N ermittelt. Verläufe MAP-REF (t) des Referenz- Saugrohrdrucks sind bevorzugt durch Messungen an einem Motor- prüfstand oder an einem Kraftfahrzeug, in dem die Brennkraft- maschine angeordnet ist, oder durch Simulationen ermittelt.

Der Verlauf MAP REF (t) des Referenz-Saugrohrdrucks wird je- weils separat eingelesen für den jeweils zu untersuchenden Betriebszustand des Impulsladeventils 18. So wird jeweils der Verlauf MAP REF (t) eingelesen, der charakteristisch ist für das Hängen in Offenstellung, für das Hängen in Schließstel- lung oder für die dauernde Mittelstellung des Impulsladeven- tils 18. Bevorzugt werden die folgenden Schritte jeweils im Hinblick auf alle diese Betriebszustände und gegebenenfalls im Hinblick auf einen Betriebszustand des Normalbetriebs je- weils durchlaufen, um exakt den aktuellen Betriebszustand des Impulsladeventils 18 zu ermitteln. Der Betriebszustand des Normalbetriebs ist der Betriebszustand, in dem das Impulsla- deventil sich derart in seine Offenstellung und wieder in seine Schließstellung und wieder in seine Offenstellung be- wegt, dass der gewünschte Aufladeeffekt in dem Brennraum des Zylinders Z1 erreicht wird.

In einem Schritt S5 wird der Verlauf MAP (t) des erfassten Saugrohrdrucks frequenztransformiert und es wird so das Fre- quenzspektrum MAP (OMEGA) des erfassten Saugrohrdrucks erhal- ten.

In einem Schritt S7 wird der Verlauf MAP REF (t) des Referenz- Saugrohrdrucks ebenfalls frequenztransformiert und es wird so das Frequenzspektrum MAP REF (OMEGA) erhalten. Alternativ kann das Frequenzspektrum MAP REF (OMEGA) des Referenz- Saugrohrdrucks auch direkt in dem Speicher der Steuereinrich- tung 6 abgelegt sein.

In einem Schritt S9 wird das Frequenzspektrum MAP (OMEGA) des erfassten Saugrohrdrucks gefiltert. Das Filter ist so ausge- legt, dass die für den aktuell untersuchten Betriebszustand nicht charakteristischen Frequenzanteile herausgefiltert wer- den. So werden beispielsweise bei einer Untersuchung hin- sichtlich des Betriebszustands des Verharrens in Mittelstel- lung des Impulsladeventils 18 bevorzugt alle Frequenzanteile außer denen, die in dem Bereich der Eigenfrequenz des Feder- Masseschwingers liegen, herausgefiltert. Durch diese Filte- rung wird dann im Schritt S9 ein gefiltertes Frequenzspektrum MAPF (OMEGA) des erfassten Saugrohrdrucks erhalten.

In einem Schritt S11 wird das Frequenzspektrum MAP REF (OMEGA) des Referenz-Saugrohrdrucks entsprechend dem Schritt S9 ge- filtert und es wird so ein gefiltertes Referenzspektrum MAP_REFF (OMEGA) erhalten. Alternativ kann in dem Speicher der Steuereinrichtung auch bereits dieses gefilterte Fre- quenzspektrum MAPREFF (OMEGA) abgelegt sein und dann einge- lesen werden.

In einem Schritt S13 wird ein Gütewert GW abhängig von den gefilterten Frequenzspektren MAPF (OMEGA), MAPREFF (OMEGA) des erfassten Saugrohrdrucks und des Referenz-Saugrohrdrucks ermittelt. Bevorzugt erfolgt dies abhängig von der quadrati- schen Abweichung der Amplituden der gefilterten Frequenz- spektren MAPF (OMEGA), MAPREFF (OMEGA). Dies hat den Vor- teil, dass dann größere Abweichungen stärker als kleinere Ab- weichungen zwischen den Amplituden gewichtet werden.

In einem Schritt S15 wird ein Schwellenwert SW abhängig von der Drehzahl N ermittelt.

In einem Schritt S17 wird anschließend geprüft, ob der Güte- wert GW größer ist als der Schwellenwert SW. Ist dies nicht der Fall, so verharrt das Programm für eine vorgegebene War- tezeitdauer TW in dem Schritt S23. Alternativ kann das Pro- gramm in dem Schritt S23 auch für einen vorgegebenen Kurbel- wellenwinkel in dem Schritt S23 verharren. Die Verweilzeit in dem Schritt S23 ist vorteilhaft so gewählt, dass die Schritte S2 bis S17 jeweils einmal pro Zylindersegment der Brennkraft- maschine durchlaufen werden.

Ist in dem Schritt S17 hingegen der Gütewert GW größer als der Schwellenwert SW, so wird in einem Schritt S19 auf einen Fehlerzustand ERR erkannt. Dies kann dann zum Beispiel der Betriebszustand des Hängens des Impulsladeventils 18 in sei- ner Mittelstellung, des Hängens des Impulsladeventils 18 in seiner Schließstellung oder seiner Offenstellung sein.

Wenn das Verfahren pro Zylindersegment der Brennkraftmaschine einmal durchgeführt wird, so kann der Fehler auch zylinderin- dividuell zugeordnet werden, dass heißt dem jeweiligen dem aktuellen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordneten Impulsladeventil 18 zugeordnet werden.

In dem Schritt S19 können dann auch entsprechende Notlaufmaß- nahmen ergriffen werden. Diese können beispielsweise eine veränderte Zumessung von Kraftstoff durch die Einspritzventi- le 34 sein oder auch ein Begrenzen der Drehzahl N auf einen maximalen Wert. Das Programm wird dann in einem Schritt S21 beendet.

Alternativ zu dem beschriebenen Vorgehen anhand der Figur 2 kann der Gütewert GW auch abhängig von dem zeitlichen Verlauf MAP (t) des erfassten Saugrohrdrucks und dem zeitlichen Ver- lauf MAP REF (t) des Referenz-Saugrohrdrucks ermittelt werden.

Außerdem kann der Gütewert GW auch mittels einer anderen ge- eigneten Funktion als der quadratischen Abweichung ermittelt werden, die ein Maß darstellt für die Abweichung zwischen zwei Verläufen.

In den Figuren 3,4, 5 und 6 sind die zeitlichen Verläufe MAP REF (t) des Saugrohrdrucks über den Kurbelwellenwinkel KW für verschiedene Betriebszustände des Impulsladeventils 18 dargestellt. Die Zeitdauer eines Zylindersegments ist mit T_SEG gekennzeichnet. Ferner sind in den Figuren 3-6 jeweils die Zylinder Z1-Z4 bezeichnet, die sich während des aktuellen Zylindersegments gerade in dem Ansaugtakt befinden.

Figur 3 zeigt den Verlauf MAP REF (t) des Referenz- Saugrohrdrucks für den Betriebszustands des Normalbetriebs des Impulsladeventils 18. Figur 4 zeigt den Verlauf MAPREF (t) des Referenz-Saugrohrdrucks für einen Betriebszu- stand des Hängens des Impulsladeventils 18 in Offenstellung.

Figur 5 zeigt den zeitlichen Verlauf MAP REF (t) des Saugrohr- drucks für den Betriebszustand des Hängens in Schließstellung des Impulsladeventils 18. Figur 6 zeigt den Verlauf MAP REF (t) des Saugrohrdrucks für den Betriebszustand des Hängens und somit Freischwingens in Mittelstellung des Im- pulsladeventils 18.