DE19955250B4

DE19955250B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer variablen Zylinderverdichtung

Info

Publication number: DE19955250B4
Application number: DE19955250A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: FR2801073B1; JP2001182571A; US6453854B1; ITMI20002392A1; FR2801073A1; IT1319315B1; DE19955250A1

Abstract

Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung ein Motorbetriebsparameter (lu(i), lu(i+1)), der auf eine Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt wird, dass beide Werte des Motorbetriebsparameters miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob eine Veränderung des Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei auf der Basis der Veränderung des Motorbetriebsparameters festgestellt wird, ob eine korrekte Funktion der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung vorliegt oder nicht.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Eine Anpassung der Zylinderverdichtungen an die Betriebszustände einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere an die Last, unter der die Maschine läuft, ist wünschenswert. Wenn nämlich z.B. bei niedriger Last die Dichtung erhöht und bei Vollast verringert werden kann, lassen sich erhebliche Einsparungen des Kraftstoffverbrauchs erzielen. Mit einer variablen Verdichtungseinstellung, wie sie z.B. aus der DE 198 44 200 A1 oder der DE 197 03 948 C1 bekannt ist, wird zweckmäßigerweise zur Vermeidung des motorschädlichen Klopfens bei Vollast eine niedrige Verdichtung (z.B. ε = 8) eingestellt. Bei einem hochaufgeladenen Motor läßt sich damit ein hohes spezifisches Vollast-Drehmoment realisieren. Bei Teillast wird die Verdichtung erhöht (z.B. ε = 15). Damit lassen sich im Vergleich zu Saugmotoren und zu konventionell aufgeladenen Motoren erhebliche Wirkungsgrad-Verbesserungen erzielen. Aus den beiden genannten Schriften DE 197 03 948 C1 und DE 198 44 200 A1 sind Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bekannt, bei denen die wirksame Länge der Pleuel, welche die Kolben in den Zylindern mit der Kurbelwelle verbinden, veränderbar ist. Würde bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung ausgestattet ist, ein Defekt an dieser Vorrichtung auftreten, so würde das nachteiligerweise zu einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs führen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit die Funktion der Vorrichtung zu variablen Einstellung der Zylinderverdichtung überwacht und eine Fehlfunktion bzw. ein Defekt dieser Vorrichtung möglichst schnell erkannt werden kann.
Aus der DE 40 28 594 A1 ist eine Regelung des Zylinderverdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem abhängig von Betriebsgrößen ein Sollverdichtungsverhältnis bestimmt wird, mit einem Istverdichtungsverhältnis verglichen wird und ein Verdichtungsverhältnisstellglied in Abhängigkeit der Regelabweichung angesteuert wird. Eine Anpassung des Sollverdichtungsverhältnisses unterbleibt, wenn eine vorgegebene Änderung der dem Sollverdichtungsverhältnis zugrunde gelegten Betriebsgrößen vorliegt. Hinweise auf eine Funktionsüberwachung werden nicht gegeben.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 6 dadurch gelöst, jeweils vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung zur Veränderung der Zylinderverdichtung ein Motorbetriebsparameter, der auf eine Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt wird und daß beide Werte des Motorbetriebsparameters miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob eine Veränderung des Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei eine Veränderung des Motorbetriebsparameters ein Indiz für eine korrekte Funktion der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung darstellt. Mit der Erfindung ist eine Funktionsüberwachung für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung möglich, die keine zusätzlichen Sensoren zur Erfassung der Zylinderverdichtung benötigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach ist es zweckmäßig, daß während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine die Vorrichtung zur Veränderung der Zylinderverdichtung angesteuert und der Motorbetriebsparameter vor und nach der Ansteuerung dieser Vorrichtung ermittelt wird, um die Funktionsüberwachung durchzuführen.
Desweiteren ist es zweckmäßig, die Vorrichtung zur Veränderung der Zylinderverdichtung zylinderindividuell anzusteuern und vor und nach der Ansteuerung für jeden einzelnen Zylinder den Motorbetriebsparameter zu ermitteln, um für jeden Zylinder die Funktionsüberwachung durchzuführen.
Als für die Funktionsüberwachung der variablen Verdichtung geeignete Motorbetriebsparameter kommen die Laufunruhe oder der Brennraumdruck oder der Saugrohrdruck oder das Motordrehmoment in Frage.
Zeichnung
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung und
2 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Funktionsüberwachung der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In der 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 und den darin sich bewegenden Kolben K1, K2, K3 und K4 dargestellt. Die nachfolgend beschriebene Erfindung ist aber nicht auf eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern beschränkt. Jeder der Kolben K1, K2, K3 und K4 ist in bekannter Weise über ein Pleuel P1, P2, P3 und P4 mit einer Kurbelwelle KW verbunden.
Die Verdichtung in den einzelnen Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 der Brennkraftmaschine ist variabel veränderbar. Insbesondere kann die Verdichtung in den einzelnen Zylindern an die Last der Brennkraftmaschine angepaßt werden. Wie aus den einleitend zitierten Druckschriften DE 197 03 948 C1 und DE 198 44 200 A1 bekannt, wird die Verdichtung in den Zylindern bei niedriger Last erhöht und bei Vollast verringert. Der hauptsächliche Effekt dabei besteht in einer Einsparung des Kraftstoffverbrauchs. Die Verdichtung in den Zylindern Z1, Z2, Z3 und Z4 kann, wie in den genannten Druckschriften ausführlich beschrieben ist, durch eine Verstellung der wirksamen Länge der Pleuel P1, P2, P3 und P4 bewerkstelligt werden. In der 1 sind hierzu im Bereich der Kurbelwelle KW für jeden Pleuel P1, P2, P3 und P4 steuerbarer Vorrichtungen V1, V2, V3 und V4 vorgesehen, welche eine Verlängerung oder Verkürzung der Pleuel P1, P2, P3, P4 bewirken und damit den oberen bzw. unteren Totpunkt der Kolben K1, K2, K3, K4 verschieben, was einer Veränderung der Verdichtungsverhältnisse in den Zylindern Z1, Z2, Z3, Z4 zur Folge hat. Auf die Vorrichtungen V1, V2, V3 und V4 zur Veränderung der Länge der Pleuel P1, P2, P3 und P4 wird hier nicht näher eingegangen, da diese in den Druckschriften DE 197 03 948 C1 und DE 198 44 200 A1 detailliert beschrieben sind.
Die Vorrichtungen V1, V2, V3 und V4, die auch als Verdichtungsstellglieder bezeichnet werden können, werden von einer Steuerschaltung VS angesteuert. Wie bereits gesagt, steuert diese Schaltung VS die Verdichtungsstellglieder V1, V2, V3, V4 zylinderindividuell in Abhängigkeit von der aktuellen Last der Brennkraftmaschine an.
Die Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung soll auf ihre Funktionsfähigkeit überwacht werden. Dazu ist eine Funktionsüberwachungsschaltung FÜ vorgesehen, in der der nachfolgend anhand des in der 2 dargestellten Ablaufdiagramms beschriebene Überwachungsprozeß abläuft.
In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird festgestellt, ob sich die Brennkraftmaschine gerade im Schubbetrieb befindet. Wenn das der Fall ist, findet im zweiten Verfahrensschritt 2 eine erste Messung der Laufunruhe lu(i) statt. Dazu ist ein Laufunruhesensor LS vorgesehen. Die Laufunruhe wird von dem Sensor LS in bekannter Weise (vergleiche DE OS 25 07 057 , US 4,495,920 ) beispielsweise dadurch bestimmt, daß die zylinderindividuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine gemessen und mit der mittleren Drehzahl aller Zylinder verglichen wird. Die Abweichung zwischen beiden Meßgrößen stellt dann die von dem jeweiligen Zylinder verursachte Laufunruhe dar.
Die Funktionsüberwachung während des Schubbetriebs ist deshalb günstig, weil hier infolge der Schubabschaltung die Kraftstoffeinspritzung inaktiv ist. Es wird dann durch die für die Funktionsüberwachung vorgenommene Verdichtungsänderung kein Verbrennungsprozeß gestört; d.h. es gibt keine unerwünschten Auswirkungen auf das Fahrverhalten und das Klopfen des Motors. Alternativ zum Schubbetrieb könnte die Funktionsüberwachung auch in stationären Betriebszuständen, wie z.B. Leerlaufbetrieb, zum Einsatz kommen.
Nach der Messung der ersten Laufunruhe lu(i) wird im darauffolgenden Verfahrensschritt 3 eine Änderung der Verdichtung desjenigen Zylinders vorgenommen, für den zuvor die Laufunruhe ermittelt worden ist. Nach der Änderung der Zylinderverdichtung wird im nächsten Verfahrensschritt 4 eine zweite Messung der Laufunruhe lu(i+1) des betreffenden Zylinders durchgeführt.
Im Verfahrensschritt 5 wird die Abweichung zwischen der ersten Messung lu(i) und der zweiten Messung lu(i+1) der Laufunruhe bestimmt. Vorzugsweise wird die Differenz zwischen den beiden Meßwerten lu(i+1) und lu(i) bestimmt. Übersteigt der Betrag dieser Abweichung eine vorgegebene, vom Betriebspunkt (z.B. Motortemperatur, Motordrehzahl) abhängige Schwelle S, kann davon ausgegangen werden, daß die Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung ungestört ist. Denn wenn eine Veränderung der Verdichtung in einem Zylinder vorgenommen wird, muß das auch zwangsweise einen Einfluß auf die Laufunruhe des betreffenden Zylinders haben. Wenn nun die nach einer Änderung der Zylinderverdichtung gemessene Laufunruhe sich gegenüber der vor der Änderung der Zylinderverdichtung gemessenen Laufunruhe verändert hat, dürfte das ein sicheres Indiz dafür sein, daß die Änderung der Laufunruhe auf die Änderung der Zylinderverdichtung zurückzuführen ist. Insofern muß also die Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung korrekt funktioniert haben. Im anderen Fall, wenn zwischen den beiden Meßwerten lu(i) und lu(i+1) keine den Schwellwert S übersteigende Abweichung registriert wird, ist wohl von einem Defekt der Vorrichtung auszugehen, da sie trotz Ansteuerung von der Steuerschaltung VS keine Veränderung der Zylinderverdichtung bewirkt hat.
Aus der Höhe der Laufunruheänderung kann auch auf die Größe der Verdichtungsänderung geschlossen werden. Eine große Verdichtungsänderung führt nämlich zu einer großen Veränderung der Laufunruhe. Somit wäre eine quantitative Diagnose der Verdichtungsänderung möglich.
Statt die Verdichtungsänderung über die Laufunruhe zu überwachen, können auch andere Motorbetriebsparameter herangezogen werden, welche auf eine Verdichtungsänderung reagieren. Zu solchen Motorbetriebsparametern können z.B. die von einem Brennraumdrucksensor oder einem Drehmomentensensor oder einem Saugrohrdrucksensor erfaßten Größen gehören.
Eine durch die Verdichtungsänderung hervorgerufene Änderung des Motordrehmoments bzw. des Schleppmoments kann durch eine Ansteuerung der Drosselklappe kompensiert werden.

Claims

Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung ein Motorbetriebsparameter (lu(i), lu(i+1)), der auf eine Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt wird, dass beide Werte des Motorbetriebsparameters miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob eine Veränderung des Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei auf der Basis der Veränderung des Motorbetriebsparameters festgestellt wird, ob eine korrekte Funktion der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung vorliegt oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schub- oder Leerlaufbetriebes der Brennkraftmaschine die Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung angesteuert und der Motorbetriebsparameter vor und nach der Ansteuerung dieser Vorrichtung ermittelt wird, um die Funktionsüberwachung durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zylinderindividuell die Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung angesteuert und vor und nach der Ansteuerung für jeden Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) der Motorbetriebsparameter ermittelt wird, um für jeden Zylinder (Z1, Z2, Z3 Z4) die Funktionsüberwachung durchzuführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorbetriebsparameter für die Funktionsüberwachung die Laufunruhe herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorbetriebsparameter für die Funktionsüberwachung der Brennraumdruck oder der Saugrohrdruck oder das Motordrehmoment herangezogen wird.
Anordnung zur Funktionsüberwachung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Funktionsüberwachungsschaltung (FÜ), die erste Mittel (2, 4) aufweist, die jeweils vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur Veränderung der Zylinderverdichtung einen Motorbetriebsparameter (lu(i), lu(i+1)), der auf eine Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt, die zwei Mittel (5) umfasst, die die beiden Werte des Motorbetriebsparameters miteinander vergleicht, um festzustellen, ob eine Veränderung des Motorbetriebsparameters eingetreten ist, und die auf der Basis der Veränderung des Motorbetriebsparameters feststellt, ob eine korrekte Funktion der Vorrichtung (V1, V2, V3, V4) zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung vorliegt oder nicht.