PAWLAK, Jens (Hohenheimer Str. 85, Stuttgart, 70184, DE)
BREITBACH, Thomas (Zu Den Obstgaerten 17, Backnang, 71522, DE)
PAWLAK, Jens (Hohenheimer Str. 85, Stuttgart, 70184, DE)
| Ansprüche 1 . Verfahren zum Prüfen der Funktionalität eines Abgasrückführventils (13) einer Brennkraftmaschine (1 ), wobei die Position eines Stellgliedes (13a) des Abgasrückführventils (13) periodisch verändert wird (103a, 103b), eine von der Bewegung des Stellglieds (13a) beeinflusste Systemgröße (LM, LD) gemessen wird (105a, 105b) und das Messsignal zum Prüfen der Funktionalität des Abgasrückführventils (13) ausgewertet wird (106-1 10). 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Systemgröße ein Ladedruck (LD) o- der eine Luftmasse (LM) in einem Saugrohr (6) gemessen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Auswerten des Messsignals eine Fourier-Transformation eingesetzt wird (108a). 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum Auswerten des Messsignals ein phasenempfindliches Verfahren, insbesondere ein Lock-In-Verfahren, eingesetzt wird (108b). 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Messsignal vor dem Auswerten gefiltert wird (106), insbesondere mittels eines Tiefpasses. 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Filterung ein gleitender Mittelwert des Messsignals gebildet wird (106) und vor dem Auswerten der gleitende Mittelwert von dem ursprünglichen Messsignal subtrahiert wird (107) und das Subtraktionsergebnis als neues Messsignal ausgewertet wird. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als periodisches Stellsignal ein sinusförmiges Signal oder ein Rechtecksignal eingesetzt wird (103a, 103b). 8. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. |
Verfahren zum Prüfen der Funktionalität eines Abgasrückführventils einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Funktionalität eines Abgasrückführventils einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Abgasrückführventile (AGR-Ventile) werden in Brennkraftmaschinen eingesetzt, um im Saugrohr ein Gemisch aus Frischluft und rückgeführtem Abgas zu erzeugen und so das Brennverhalten, insbesondere im Hinblick auf eine Verbrauchsund Emissionsminimierung, zu verbessern. Beispielsweise vermindert die Abgasrückführung die NOx-Emission. Für die Abgasrückführung vom Abgasrohr zum Saugrohr wird ein kontinuierlich verstellbares Abgasrückführventil eingesetzt und dessen Öffnungsstellung geregelt. Während des Betriebs kann es jedoch aufgrund von Verschmutzung, Verrußung, Alterung usw. zu einer Störung der Funktionalität, insbesondere durch eine Abweichung der Ist-Stellung von der Soll- Stellung, kommen. Dies wirkt sich negativ auf die Verbrennung aus.
Es ist daher wünschenswert, die Funktionalität eines Abgasrückführventils einfach und zuverlässig prüfen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert im Wesentlichen auf der Maßnahme, den Steller eines AGR-Ventils mit einem periodisch modulierten Signal zu beaufschlagen und ei- nen davon beeinflussten Systemausgang, z.B. das Signal des Ladedruck-
Sensors oder das Signal des Luftmassen-Sensors, im Frequenzbereich zu analysieren. Das Verfahren ist in weiten Betriebsbereichen des Motors, insbesondere sowohl stationär als auch dynamisch, anwendbar und kann so die Anforderung einer kontinuierlichen Diagnose erfüllen. Das vorgeschlagene Konzept kann mit ohnehin vorhandenen Sensoren und Aktoren auskommen, die serienmäßig im Fahrzeug verbaut sind, so dass keine Zusatzkosten für weitere Sensorik oder Aktorik oder Steuergerätehardware entstehen. Bei einer kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens kann zu jedem Zeitpunkt die Funktionalität des Abgas- rückführventils überprüft werden. Bei einer kleinen Modulation des Stellsignals kann das Ruß/NOx-Verhältnis näherungsweise als linear betrachtet werden, so dass das Verfahren keinen Einfluss auf die Gesamtemission nimmt. Obwohl das Verfahren somit grundsätzlich in die AGR-Regelung eingreift, findet dennoch kein nennenswerter Einfluss auf die Emission statt, was die Erfindung in der Praxis besonders gut anwendbar macht. Die Erfindung ist für Brennkraftmaschinen mit Selbst- oder Fremdzündung geeignet.
Als periodisches Stellsignal kann ein sinusförmiges Signal oder ein Rechtecksignal eingesetzt werden. Ein Rechtecksignal ist bei geringerer Abtastrate besser darstellbar als ein Sinussignal gleicher Frequenz. Prinzipiell ist jedoch jedes peri- odische Signal zur Modulation geeignet.
Es bietet sich an, einen gleitenden Mittelwert (Tiefpassfilterung) des Messsignals zu berechnen und diesen Mittelwert vom Messsignal zu subtrahieren, um die Robustheit der Diagnose zu steigern.
Zur Auswertung des Messsignals kann eine Fourieranalyse oder ein Lock-In- Verfahren dienen. Der zusätzliche Vorteil eines phasenempfindlichen Verfahrens, insbesondere eines Lock-In-Verfahrens, besteht darin, dass hiermit direkt die Kennlinie der Regelstrecke in Abhängigkeit von der Stellerposition gemessen werden kann. Zur Beurteilung der Funktionalität muss dann lediglich ein Kennliniengradient im Hinblick auf vorbestimmte Schwellwerte überwacht werden. Hierdurch lässt sich zusätzlich zu einer Schwergängigkeit des AGR-Ventils auch eine eventuell auftretende Änderung der Regelstreckenkennlinie, z.B. durch Alterung von Rückstellfedern, Versottung des Ventils, Manipulation u.ä. zuverlässig erkennen.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät.
Figur 2 zeigt schematisch einen Ablaufplan unterschiedlicher Alternativen einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsform(en) der Erfindung ln Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 auf- und abbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, an den über Ventile 5 ein Ansaugrohr 6 und ein Abgasrohr 7 angeschlossen sind. Das Ansaugrohr 6 ist mit dem Abgasrohr 7 über ein Abgasrück- führventil 13 mit einer Ventilklappe 13a als Stellglied zur externen Abgasrückführung verbunden. Die Ventilklappe 13a ist mit einem Signal EGR von einem Steuergerät (ECU) 16 ansteuerbar. Des Weiteren sind mit dem Brennraum 4 ein mit einem Signal Tl ansteuerbares Einspritzventil 8 und eine mit einem Signal ZW ansteuerbare Zündkerze 9 verbunden. Die Brennkraftmaschine 1 gemäß Figur 1 beruht auf dem Fremdzündungsverfahren. Es sei jedoch klargestellt, dass die Er findung nicht vom Zündverfahren der Brennkraftmaschine abhängt und auch für Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung gut geeignet ist.
In dem Ansaugrohr 6 sind ein Ladedrucksensor 18, der ein Signal LD ausgibt, das den Ladedruck im Saugrohr anzeigt, und eine Drosselklappe 12, deren Drehstellung mittels eines Signals DK einstellbar ist, untergebracht. Zwischen dem Luftmassensensor 10 und der Drosselklappe 12 wäre bei Motoren mit Turboaufladung der Kompressor eines Turboladers angeordnet.
Das Ansaugrohr 6 ist weiterhin mit einem Luftmassensensor 10 und das Abgasrohr 7 mit einem Lambda-Sensor 1 1 versehen. Der Luftmassensensor 10 misst die Luftmasse der dem Ansaugrohr 6 zugeführten Frischluft und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal LM. Der Lambda-Sensor 1 1 misst den Sauerstoffgehalt des Abgases in dem Abgasrohr 7 und erzeugt in Abhängigkeit davon ein Signal Lambda (λ). Der Lambda-Sonde 1 1 ist eine Auspuffanlage (nicht gezeigt) einschließlich eines Katalysators, bspw. 3-Wege-Katalysators, nachgeschlossen Bei Motoren mit Turboaufladung wäre nach der Lambdasonde die Turbine eines Turboladers verbaut.
Im Betrieb wird durch den angetriebenen Kolben eine Kurbelwelle 14 in eine Drehbewegung versetzt, über die letztendlich die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Es versteht sich, dass eine Brennkraftmaschine mit Fremd- oder Selbstzündung mehr als einen Zylinder aufweisen kann, die derselben Kurbelwelle sowie demselben Abgasrohr zugeordnet sind und eine Abgasbank bilden. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Ventilklappe 13a von dem Steuergerät 16 moduliert angesteuert und bspw. der Ladedruck LD und/oder die Luftmasse LM ausgewertet. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 16 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Read Only Memory (ROM) ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die gesamte Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 1 durchzuführen. Das Steuergerät 16 ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Das Steuergerät 16 ist von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem Luftmassensensor 10, dem Lambda-Sensor 1 1 und dem Ladedruck-Sensor 18 verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät 16 mit einem Fahrpedalsensor 17 verbunden, der ein Signal FP erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit das von dem Fahrer angeforderte Moment angibt. Das Steuergerät 16 erzeugt Ausgangssignale, mit den über Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 entsprechend der erwünschten Steuerung und/oder Regelung beeinflusst werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 16 mit dem AGR-Ventil 13, dem Einspritzventil 8, der Zündkerze 9 und der Drosselklappe 12 verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale EGR, Tl, ZW und DK.
Nachfolgend wird anhand Figur 2 der Ablauf mehrerer bevorzugter Alternativen eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Diesen Ausführungsformen kann eine Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 zugrunde liegen. Die dargestellten Schritte finden nicht unbedingt nacheinander statt, sondern können auch zeitlich parallel erfolgen. Das Verfahren beginnt in einem optionalen Schritt 101 , in dem das Vorhandensein von entsprechenden Freigabebedingungen überprüft wird und das Funktio- nalitätsprüfungs- bzw. -diagnoseverfahren gegebenenfalls gestartet wird. In einem Schritt 102 wird der Steller 13a des AGR-Ventils 13 mit einem periodischen Signal mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz angeregt, d.h. dem normalen Stellsignal wird ein Modulationssignal überlagert. Das Modulationssignal kann vorzugsweise gemäß 103a sinusförmig oder gemäß 103b rechteckför- mig ausgebildet sein. Es sei jedoch klargestellt, dass prinzipiell jedes periodische Signal zur Modulation verwendet werden kann.
In einem im Wesentlichen gleichzeitig stattfindenden Schritt 104 wird eine von der Stellbewegung bzw. Position des Stellers bzw. Stellglieds 13a beeinflusste Systemgröße gemessen, wobei es sich zweckmäßigerweise gemäß 105a um das Messsignal LM eines Luftmassenmessers 10, beispielsweise eines Heißfilm- luftmassenmessers, oder gemäß 105b um das Messsignal LD eines Ladedruckfühlers 18 handeln kann. Es sei auch hier klargestellt, dass prinzipiell jede Systemgröße gemessen werden kann, die von der Stellbewegung des Stellers 13a beeinflusst wird.
In einem anschließenden, optionalen Schritt 106 wird mittels einer Tiefpassfilterung ein gleitender Mittelwert des Messsignals berechnet und dieser in einem Schritt 107 von dem ursprünglichen Messsignal subtrahiert, um die Robustheit der Diagnose zu steigern.
Anschließend wird das Subtraktionsergebnis als neues Messsignal ausgewertet, wobei sich gemäß 108a eine Fourieranalyse oder gemäß 108b ein phasenempfindliches Lock-In-Verfahren anbietet. Bei der Fourieranalyse gemäß 108a wird das Fourierspektrum auf das Auftreten der Anregungsfrequenz mit einer deutlich höheren Amplitude als benachbarte Amplituden hin untersucht. Dies kann anhand eines Schwellwertvergleichs erfolgen. Bei dem Lock-In-Verfahren gemäß 108b wird der gemessene Kennliniengradient mit einem vorbestimmten Kennliniengradienten verglichen. Dies kann ebenfalls anhand eines Schwellwertvergleichs erfolgen. Dabei wird zweckmäßigerweise die Modulations-Frequenz selektiv in dem Messsignal nachgewiesen. Durch die feste Phasenbeziehung zwischen Modulation und Messsignal lässt sich hierbei eine sehr gute
Rausch-Unterdrückung erreichen. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, die Kennlinien- Steilheit des Stellers zu prüfen, da das Ausgangssignal eines Lock-In-Verstärkers proportional zum Kennlinien-Gradienten ist. Bei einem Steller mit nichtlinearer Kennlinie lässt sich so prüfen, ob die gewünschte Position des Stellers innerhalb vorgegebener Grenzen auch tatsächlich erreicht wurde.
In einem Schritt 109 wird anhand des jeweiligen Vergleichsergebnisses eine Symptombildung durchgeführt (z.B. die Integration relevanter Frequenzen über bestimmte Zeitintervalle oder andere Arten der Symptombildung) und schließlich in einem Schritt 1 10 eine Symptomauswertung bzw. Fehlererkennung durchgeführt. Diese Auswertung erfolgt z.B. durch einen Vergleich (größer/kleiner/gleich) mit einem anwendungsspezifischem Schwellwert oder eine Differenzbildung (Vorzeichen des Ergebnisses), um auf den Intakt- oder Fehlerfall zu schließen. Dadurch kann ein fehlerhaftes oder intaktes Abgasrückführventil erkannt werden.