Die ordnungsgemäße Funktion einer Brennkraftmaschine wird während des Betriebs von einem elektronischen Motorsteuergerät überwacht. So ist zum Beispiel aus der DE 41 27 950 A1 bekannt, den Zylinderinnendruck erfassenden Sensor zu überwachen.

Hierbei wird geprüft, ob die Druckwerte innerhalb eines Toleranzbandes mit variablen Grenzwerten liegen. Die Grenzwerte wiederum sind eine Funktion der Belastung der Brennkraftmaschine. Druckwerte außerhalb des Toleranzbandes werden als fehlerhaft interpretiert. Als Folgereaktion wird der entsprechende Zylinder in den Leerlaufzustand versetzt. Nachteil ist, daß eine kurzzeitige Störung des Sensorsignals bzw. die Alterung des Sensors zwangsweise eine Zylinderabschaltung bewirken, d. h. die Brennkraftmaschine befindet sich nicht mehr im Normalbetrieb.

Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine möglichst lange zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird gelöst, indem aus aktuellen Kenngrößen der Brennkraftmaschine mittels eines mathematischen Modells Druckwerte des Zylinderraums berechnet werden. Danach wird aus den gemessenen und berechneten Druckwerten eine Abweichung bestimmt. Ein fehlerhafter Zustand des Drucksensors wird diagnostiziert, wenn die Abweichung außerhalb eines Toleranzbandes aus erstem und zweitem Grenzwert liegt.

Gemäß Anspruch 2 wird mit Erkennen des fehlerhaften Zustandes zusätzlich geprüft, ob der Betrag der Abweichung kleiner einem dritten Grenzwert ist. Bei positivem Prüfergebnis werden die gemessenen Druckwerte gemäß Anspruch 3 korrigiert.

Die berechneten Druckwerte stellen eine Redundanz dar, und dienen als Referenz für die gemessenen Druckwerte. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß ein fehlerhaftes Drucksensorsignal durch die Referenzwerte korrigiert werden kann. Ein fehlerhaftes Drucksensorsignal kann z. B. aufgrund eines Nullpunkt-bzw. Verstärkung-Fehters entstehen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschtagen, daß bei negativem Prüfergebnis, d. h. der Betrag der Abweichung ist größer als der dritte Grenzwert, die Druckwerte des Sensors als dauerhaft fehlerhaft erkannt werden. Als Folgereaktion wird gemäß Anspruch 5 der Sensor deaktiviert und die berechneten Druckwerte werden als die gültigen Druckwerte für den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine gesetzt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß ein Normalbetrieb der Brennkraftmaschine auch dann gewährleistet ist, wenn z. B. ein Kurzschluß des Sensors vorliegt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das mathematische Modell durch eine Differenzengleichung dargestellt wird. Die Beschreibung der thermodynamischen Zusammenhänge über eine Differenzengleichung bietet den Vorteil, daß das Verfahren echtzeitfähig ist. Dies bedeutet, daß zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu einem gemessenen Druckwert eine entsprechender berechneter Druckwert vorliegt.

In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 Blockschaltbild Fig. 2 Erster Progammablaufplan Fig. 3 Zweiter Programmablaufplan Fig. 4 Prorgrammablaufplan Berechnung Differenzengleichung Fig. 5 Diagramm Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit Speichereinspritzsystem (Common-Rail). Dieses zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit Turbolader und Ladeluftkühler 2, einem elektronischen Motorsteuergerät 10, einer Pumpe 4, einem Hochdruckspeicher

(Rail) 5, daran angeschlossene Injektoren 8 und einem Druckbegrenzungsventil 6.

Bekanntermaßen fördert die Pumpe 4 aus einem Kraftstofftank 3 den Kraftstoff unter hohem Druck in den Hochdruckspeicher 5. Das Druckniveau des Hochdruckspeichers 5 wird über einen Rail-Drucksensor 7 erfaßt. Aus dem Hochdruckspeicher 5 zweigen Leitungen mit daran angeschlossenen Injektoren 8 für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ab.

Das elektronische Motorsteuergerät 10 steuert und regelt den Zustand der Brennkraftmaschine 1. Als Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 10 sind dargestellt : Druck des Zylinderraums p ! ST (i), der mittels Drucksensoren 9 gemessen wird, Druck (pCR (IST)) des Hochdruckspeichers 5, Druckniveau (pLL) des Turboladers mit Ladeluftkuhler 2 und Drehzahl (nMOT) der Brennkraftmaschine 1. Die weiteren für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Eingangsgrößen sind mit dem Bezugszeichen E dargestellt. Ausgangsgrößen (A) des elektronischen Motorssteuergeräts 10 sind z. B.

Ansteuersignale (SB) für die Injektoren 8 und das Ansteuersignal (pCR (MAX)) für das Druckbegrenzungsventil 6. Über das Druckbegrenzungsventil 6 wird das Druckniveau im Hochdruckspeicher 5 eingestellt.

Wie in Figur 1 mit zwei Pfeilen dargestellt, werden dem Turbolader mit Ladeluftkühler 2 einmal Luft zugeführt bzw. Abgase abgeführt.

Figur 2 zeigt einen Programmablaufplan zur Berechnung von Druckwerten des Zylinderraums für alle Zylinder. Das Berechnungsverfahren wird nach abgeschlossener initialisierung des elektronischen Motorsteuergeräts 10 gestartet. Im Schritt S1 wird eine Variable i gleich 1 gesetzt. Diese entspricht der Zylindernumerierung. Bei Schritt S2 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine 1 gestartet ist. Bei negativem Prüfergebnis, d. h. die Brennkraftmaschine 1 ist noch nicht angelassen, wird mit Schritt S3 eine Warteschleife durchlaufen. Ist die Brennkraftmaschine 1 angelassen, so wird bei Schritt S4 der Zylinderdruck pBER (i) berechnet. Beim ersten Programmdurchlauf ist dies also das Druckniveau des ersten Zylinders. Das Berechnungsverfahren anhand des mathematischen Modells wird in Verbindung mit Figur 4 erklärt. Danach wird bei Schritt S5 der gemessene Zylinderdruck p ! ST (i) eingelesen. Im Schritt S6 wird eine Abweichung dp (i) aus berechnetem und gemessenem Zylinderdruck ermittelt. Bei Schritt S7 wird sodann geprüft

ob diese Abweichung dp (i) innerhalb eines Toleranzbandes bestehend aus erstem Grenzwert GW1 und zweitem Grenzwert GW2 liegt. Liegt die Abweichung innerhalb des Toleranzbandes wird bei Schritt S8 festgestellt, daß der Sensor sich im Normalzustand befindet. Danach verzweigt der Programmablaufplan zum Punkt B.

Bei negativem Prüfergebnis im Schritt S7 wird im Schritt S9 zusätzlich geprüft ob der Betrag der Abweichung dp (i) kleiner einem dritten Grenzwert GW3 ist. Ist dies der Fall, so wird im Schritt S 12 der Drucksensor 9 abgeglichen. Dies ist immer dann der Fall, wenn ein Verstärkungs-bzw. Nullpunkt-Fehler des Drucksensors 9 vorliegt. Bei Schritt S 12 wird somit das gemessene Signal pIST (i) an den Referenzwert, also dem berechnetem Zylinderdruck pBER (i), angepasst. Wird bei Schritt S9 festgestellt, daß der Betrag der Abweichung dp (i) größer als der dritte Grenzwert GW3 ist, so wird bei Schritt S 10 bestimmt, daß der Sensor dauerhaft geschädigt ist. Eine dauerhafte Schädigung des Drucksensors 9 liegt z. B. bei Leitungsunterbrechung oder Kurzschluß vor. Danach wird bei Schritt S 11 der Sensor deaktiviert und die berechneten Druckwerte pBER (i) als gültige Druckwerte gesetzt. Für die weitere Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 wird somit auf diese berechneten Druckwerte pBER (i) zurückgegriffen, d. h. sie stellen eine Ersatzfunktion dar. Bei Schritt S 13 wird abgefragt, ob alle Zylinder geprüft worden sind. Ist dies der Fall, so verzweigt der Programmablaufplan zum Punkt A und beginnt wieder mit Schritt S 1. Ist das Prüfergebnis im Schritt S 13 negativ, d. h. es sind noch nicht alle Zylinder abgefragt, wird mit Schritt S 14 die Laufvariable i um 1 erhöht. Danach fährt der Programmablaufplan mit Schritt S2 fort.

Figur 3 zeigt ein Programmablaufplan zur Berechnung der Druckwerte des Zylinderinnenraums, wenn nur ein Drucksensor verwendet wird. Dieser Programmablaufplan kommt somit dann zur Anwendung, wenn nicht alle Brennräume der Brennkraftmaschine 1 mit einem Drucksensor 9 ausgestattet sind. Der Programmablaufplan entspricht einer reduzierten Ausführung der Figur 2, wobei die Schritte S1 bis S 11 den Schritten S2 bis S 12 der Figur 2 entsprechen. Das Berechnungsverfahren lauft hierbei analog ab, so daß das oben Gesagte gilt.

Figur 4 zeigt einen Programmablaufplan zur Berechnung des Zylinderinnendrucks pBER (i) mittels des mathematischen Modells. Der Programmablaufplan beginnt beim Punkt i, wenn

die Berechnung des Drucks zum ersten Mal durchlaufen wird, d. h. nach dem Startvorgang der Brennkraftmaschine 1. Im Schritt S1 wird ein Abfragezeitpunkt t gleich 0 gesetzt. Beim Schritt S2 werden danach die Eingangsgrößen der Brennkraftmaschine 1 eingelesen. Für die Berechnung notwendige Eingangsgrößen sind das Druckniveau pLL des Turboladers mit Ladeluftkühler 2, die Kraftstoffmasse, entsprechend dem einzuspritzenden Kraftstoffvolumen, die Kraftstofftemperatur, und die Drehzahl nMOT bzw. der Kurbelwellenwinkel. Bei Schritt S3 wird die Wärmekapazität bei isochorer Erwärmung cV und die Masse im Zylinder mZ eingelesen. Die Masse im Zylinder mZ kann tabelliert oder durch ein anderes Verfahren ermittelt werden. Danach wird aus den beiden Größen cV und mZ ein Faktor F berechnet, Schritt S4. Im Schritt S5 wird dem berechneten Druck des Zylinderraums pBER (t) das Druckniveau des Ladeluftkühlers pLL zugewiesen. Dieser Wert dient als Anfangswert für den unteren Totpunkt des Ladungswechsels. Damit ist über die Masse mZ im Zylinder und das Volumen auch die Temperatur des Gases bekannt, Schritt S6 : T (t) = pLL (VC+ VH)/ (R. mZ) mit pLL Ladeluftdruck VC Totvolumen VH Volumen Zylinder R Gaskonstante mZ Masse im Zylinder Bei Schritt S7 wird der Abfragezeitpunkt t um 1 erhöht. Bei Schritt S8 wird eine Größe A (t) entsprechend der Wärmeerhöhung während des Abfragezeitraums At berechnet. Danach wird bei Schritt S9 eine Größe B (t) entsprechend der Volumenveränderung während des Abfragezeitraums At berechnet. Bei Schritt S 10 wird die Temperaturerhöhung im Zy ! inderinnenraum während des Abfragezeitraums aus dem Faktor F, den Größen A (t) und B (t), sowie dem, ein Abfragetakt zuvor berechneten, Innendruck pBer (t-1), bestimmt. Es gilt :

AT = F. ( (A (t)-pBER (t-1). B (t)). At worin AT Temperaturerhöhung At Abfragezeitraum (t, t-1) F Faktor f = (cV, mZ) A Wärmeänderung im Zylinder (AQb/At) pBER Druck im Zylinder (berechnet) B Volumenänderung im Zylinder (AV/At)) bedeuten, mit cV Wärmekapazität bei isochorer Erwärmung mZ Masse im Zylinder Qb Wärme des verbrannten Kraftstoffes V Volumen im Zylinder (VC, VH) t aktueller Abfrage-Zeitpunkt t-1 vorheriger Abfrage-Zeitpunkt Die Differenzengleichung stellt die thermodynamischen Zusammenhänge im Zylinderinnenraum dar. Die mathematisch aufwendig zu berechnenden thermodynamischen Zusammenhänge werden hierbei über diese einfache Differenzengleichung dargestellt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daB das Verfahren echtzeitfähig ist. Dies bedeutet, daß zu jedem gemessenen Druckwert des Zylinderinnenraums p ! ST (i) ein entsprechender berechneter Wert pBER (i) zeitgleich vorliegt. Das in den Schritten S8 und S 10 dargestellte Verfahren verwendet zwei Zeitpunkte (t, t-1). Selbstverständlich ist es auch möglich das Verfahren über mehrere Zeitwerte auszuführen.

Bei Schritt S11 wird zum Temperaturwert des vorhergehenden Abfrage-Zeitpunkts T (t-1) die Temperaturerhöhung addiert. Dies ergibt den neuen Temperaturwert T (t). Bei Schritt S 12 wird sodann aus der Temperatur T (t) über die allgemeine Gasgleichung der

berechnete Druckwert pBER (i) gebildet. Danach verzweigt der Programmablaufplan zum Punkt lil, entsprechend dem Schritt S5 aus Figur 2 bzw. Schritt S4 aus Figur 3. Für den nächsten zu berechnenden Druckwert pBER (i) beginnt der Programmablaufplan beim Punkt II.

Figur 5 zeigt in vereinfachter Darstellung den Temperaturverlauf T bzw. Druckverlauf p im Zylinderraum der Brennkraftmaschine 1 über der Zeit t. Diese sind als sinusförmige Kurve dargestellt. Der Arbeitspunkt A auf der Kurve ergibt sich aus den zum Zeitpunkt t (0) gemessenen Wert p (0). Nach dem Startvorgang ist dies das Druckniveau pLL des Ladeluftkühlers 2. Dieser Wert ist somit der Startwert für das Berechnungsverfahren. Der Wert T (0) ergibt sich aus dem Wert p (0) und der Gasgleichung, entsprechend dem Schritt S6 der Fig. 4. Zum Zeitpunkt t (1) wird gemäß dem Berechnungsverfahren nach Figur 4 die Temperaturerhöhung AT berechnet. Dies ergibt den Punkt B auf der Kurve mit den Ordinatenwerten T (1) bzw. p (1). Zum Zeitpunkt t (2) wird die erneute Temperaturerhöhung berechnet. Dies ergibt den Punkt C auf der Kurve. Die weitere Berechnung der Temperatur- bzw. Druckwerte ! äuft in gleicher Weise ab.

Die Verwendung einer Differenzengleichung anstelle einer Exponentengleichung für die thermodynamischen Vorgänge bietet den Vorteil, daß das Modell echtzeitfähig ist. Indem zu jedem Zeitpunkt zum gemessenen Zylinderinnendruck p ! ST (i) ein berechneter Wert pBER (i) zur Verfügung steht, ! äßt sich der Drucksensor 9 überwachen und bei Drift abgleichen. Ein dauerhaft geschädigter Drucksensor wird ebenso zweifelsfrei erkannt. Der weitere Betrieb der Brennkraftmaschine wird für diesen Fall aufgrund der berechneten Druckwerte pBER (i) gewährleistet.

Bezugszeichenliste : 1 Brennkraftmaschine 2 Turbolader mit Ladeluftkühler 3 Kraftstofftank 4 Pumpe 5 Hochdruckspeicher (Rail) 6 Druckbegrenzungsventil 7 Rail-Drucksensor 8 Injektor 9 Drucksensor Zylinder 10 Elektronisches Motorsteuergerät