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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Überwachung
des Saugrohrdruckes einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der
unabhängigen Ansprüche aus.
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Aus
der
DE 103 00 593
A1 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine Überwachung
des Saugrohrdruckes der Brennkraftmaschine derart stattfindet, dass
in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei aktivierter
Abgasrückführung ein erster Saugrohrdruck bei
einer ersten Position mindestens eines Stellelementes im Abgasstrang
und ein zweiter Saugrohdruck bei einer zweiten Position des mindestens
einen Stellelementes im Abgasstrang ermittelt werden. In Abhängigkeit einer
Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Saugrohrdruck wird
die Funktion des mindestens einen Stellelementes im Abgasstrang überwacht.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Überwachung des Saugrohrdruckes einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber
den Vorteil, dass für eine Abweichung des gemessenen Signals
für den Saugrohrdruck vom Referenzsignal für den
Saugrohrdruck ein Toleranzbereich für fehlerfrei betriebene
Einlass- und/oder Auslassventile mindestens eines Zylinders der
Brennkraftmaschine vorgegeben wird, dass geprüft wird,
ob das gemessene Signal für den Saug rohrdruck vom Referenzsignal
für den Saugrohrdruck um mehr als den vorgegebenen Toleranzbereich
abweicht, dass in diesem Fall ein fehlerhafter Betrieb der Einlass-
und/oder Auslassventile detektiert wird und dass andernfalls ein
fehlerfreier Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile detektiert
wird. Auf diese Weise wird durch die Überwachung des Saugrohrdruckes
eine Diagnose des Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile
mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Ein solcher fehlerhafter Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile des
mindestens einen Zylinders kann sich aufgrund von mindestens einer
fehlerhaft arbeitenden Verstelleinrichtung für die Einlass-
und/oder Auslassventile ergeben.
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Die Überwachung
des Saugrohrdruckes der Brennkraftmaschine lässt sie somit
in ihrer Funktionalität erweitern und damit auch zur Detektion
eines fehlerhaften Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile
mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine verwenden.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Eine
besonders zuverlässige Überwachung des Saugrohrdruckes
und der Detektion eines fehlerhaften Betriebs der Einlass- und/oder
Auslassventile ergibt sich, wenn als Referenzsignal für
den Saugrohrdruck ein Signal für den Saugrohrdruck ermittelt, insbesondere
modelliert wird, das sich bei stationärem Betrieb der Brennkraftmaschine,
insbesondere mit konstanter Last und Drehzahl einstellt.
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Wird
das Referenzsignal für den Saugrohrdruck bei stationärem
Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt und das gemessene Signal
für den Saugrohrdruck mit dem Referenzsignal für
den Saugrohrdruck auf den vorgegebenen Toleranzbereich bei diesem
stationären Betrieb der Brennkraftmaschine verglichen,
so lässt sich aufgrund des schnellen Einschwingens des
Referenzsignals bei konstanten Betriebsbedingungen des stationären
Betriebs der Brennkraftmaschine eine dementsprechend schnelle Auswertung
des Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile auf Fehler realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn bei der Ermittlung des Referenzsignals
die Einlassventile sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine
mit gleichem Hub und gleicher Phase und die Auslassventile sämtlicher
Zylinder der Brennkraftmaschine mit gleichem Hub und gleicher Phase
betrieben werden. Auf diese Weise arbeiten die Einlassventile und
die Auslassventile jeweils symmetrisch und jeder Zylinder der Brennkraftmaschine
verhält sich im Hinblick auf den Betrieb seiner Einlass-
und/oder Auslassventile nahezu gleich wie die anderen Zylinder,
sodass für alle Zylinder eine einheitliche Auswertung auf
das Vorliegen von Fehlern beim Betrieb ihrer Einlass- und/oder Auslassventile
ermöglicht wird.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn der Vergleich des gemessenen Signals für
den Saugrohrdruck mit dem Referenzsignal für den Saugrohrdruck
zylinderindividuell durchgeführt wird. Auf diese Weise
lässt sich ein fehlerhafter Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile
bzw. ein fehlerfreier Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile
der Zylinder individuell, d. h. für jeden Zylinder einzeln,
realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Vergleich des gemessenen
Signals für den Saugrohrdruck mit dem Referenzsignal für
den Saugrohrdruck für einen Zylinder nur zu vorgegebenen
winkelsynchronen Zeitpunkten zugelassen wird, die eine Zuordnung
des Signalwertes des Referenzsignals zu dem entsprechenden Zylinder
erlauben. Auf diese Weise wird einfach und wenig aufwendig die zylinderindividuelle
Auswertung auf einem fehlerhaften oder fehlerfreien Betrieb der
Einlass- und/oder Auslassventile ermöglicht und wirkungsvoll
verhindert, dass sich Signalanteile des Referenzsignals und/oder
des gemessenen Signals für den Saugrohrdruck, die von verschiedenen
Zylindern herrühren, bei der Auswertung auf Fehler beim
Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile eines bestimmten Zylinders
gegenseitig beeinflussen. Somit wird sichergestellt, dass der Vergleich
des gemessenen Signals für den Saugrohrdruck mit dem Referenzsignal
für den Saugrohrdruck überhaupt zylinderindividuell
zuverlässig durchgeführt werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ein fehlerhafter Betrieb der
Einlass- und/oder Auslassventile mindestens eines Zylinders detektiert
wird, wenn das gemessene Signal für den Saugrohrdruck das
Referenzsignal für den Saugrohrdruck im Hinblick auf den mindestens
einen Zylinder um mehr als einen vorge gebenen Wert abhängig
vom vorgegebenen Toleranzbereich, insbesondere für mindestens
eine vorgegebene Zeit, überschreitet. Auf diese Weise ist
die Auswertung auf einen fehlerhaften oder fehlerfreien Betrieb
der Einlass- und/oder Auslassventile des mindestens einen Zylinders
besonders einfach. Wird der fehlerhafte Betrieb der Einlass- und/oder
Auslassventile des mindestens einen Zylinders nur dann detektiert,
wenn das gemessene Signal für den Saugrohrdruck das Referenzsignal
für den Saugrohrdruck im Hinblick auf den mindestens einen
Zylinder um mehr als den vorgegebenen Wert abhängig vom vorgegebenen
Toleranzbereich für die mindestens eine vorgegebene Zeit überschreitet,
so ist die Auswertung auf das Vorliegen eines fehlerhaften oder fehlerfreien
Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile auch noch besonders
zuverlässig und kann nicht durch kurzfristige Störsignale,
die für weniger als die vorgegebene Zeit einwirken, beeinträchtigt werden.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn ein fehlerhafter Betrieb der Einlass- und/oder
Auslassventile mindestens eines Zylinders detektiert wird, wenn
das gemessene Signal für den Saugrohrdruck außerhalb
eines abhängig vom vorgegebenen Toleranzbereich gebildeten
Toleranzbandes um das Referenzsignal für den Saugrohrdruck
im Hinblick auf den mindestens einen Zylinder, insbesondere für
mindestens eine vorgegebene Zeit, liegt. Durch die in diesem Fall beidseitig
vom Referenzsignal durchgeführte Prüfung lässt
sich eine genauere Aussage betreffend der Art des vorliegenden Defektes
beim Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile treffen. Diese
Aussage ist besonders zuverlässig, wenn der fehlerhafte
Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile des mindestens einen
Zylinders nur dann detektiert wird, wenn das gemessene Signal für
den Saugrohrdruck für mindestens die vorgegebene Zeit außerhalb
des abhängig vom vorgegebenen Toleranzbereich gebildeten
Toleranzbandes um das Referenzsignal für den Saugrohrdruck
im Hinblick auf den mindestens einen Zylinder liegt. In diesem Fall
kann die Diagnose des Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile durch
ein kurzfristiges Störsignal, das für weniger
als die vorgegebene Zeit auf den Vergleich des gemessenen Signals
mit dem Referenzsignal für den Saugrohrdruck einwirkt,
nicht verfälscht werden.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, dass für den Fall, in dem das gemessene
Signal für den Saugrohrdruck vom Referenzsignal für
den Saugrohrdruck um weniger als eine vorgegebene Zeit um mehr als
den vorgegebenen Toleranzbereich abweicht nur dann ein fehlerhafter
Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile des mindestens einen
Zylinders detektiert wird, wenn eine solche Abweichung im Hinblick
auf den mindestens einen Zylinder wiederholt detektiert wird. Auf
diese Weise können auch Fehlerphänomene beim Betrieb
der Einlass- und/oder Auslassventile erkannt werden, die ihre Ausprägung
auf das gemessene Signal für den Saugrohrdruck im zeitlichen
Verlauf verändern, d. h. eine Abweichung vom Referenzsignal
um mehr als den vorgegebenen Toleranzbereich liegt für
eine kürzere als die vorgegebene Zeit vor und klingt nachfolgend
wieder ab, wobei der Fehler jedoch weiterhin besteht. Auf diese
Weise lässt sich das gemessene Signal für den
Saugrohrdruck auf zyklisch abklingende Fehlerphänomene
untersuchen und solche Fehlerphänomene erkennen. Auf diese
Weise kann ein Fehler beim Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile
erkannt werden, der andernfalls aufgrund seiner kurzzeitigen Wirkung
auf das gemessene Signal für den Saugrohrdruck um weniger
als die vorgegebene Zeit nicht von einer beliebigen Störung,
beispielsweise durch elektrische Einstreuung auf das gemessene Signal
für den Saugrohrdruck zu unterscheiden wäre.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Referenzsignal auf der Basis
eines Behältermodells modelliert wird, das den zeitlichen
Verlauf eines Saugrohrdruckes auf der Basis von über eine
Luftzufuhr in das Saugrohr zufließende und in den mindestens
einen Zylinder aus dem Saugrohr abfließende Massenströme,
insbesondere unter Berücksichtigung von Saugrohrdruckschwankungen
verursacht durch Absaugungen des mindestens einen Zylinders, bestimmt
wird. Auf diese Weise lässt sich das Referenzsignal und
damit das erwartete Referenzverhalten besonders einfach und präzise
ermitteln, wobei sich die Modellierung verfeinern und präzisieren
lässt, wenn die Saugrohrdruckschwankungen verursacht durch
die Absaugungen des mindestens einen Zylinders bei der Modellierung
des Referenzsignals berücksichtigt werden.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 einen
Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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4 einen
Verlauf eines Referenzsignals für den Saugrohrdruck über
der Zeit sowie einen Verlauf eines gemessenen Signals für
den Saugrohrdruck über der Zeit.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine
Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet sein kann. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen,
dass die Brennkraftmaschine 1 als Ottomotor ausgebildet
ist. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen oder mehrere
Zylinder 15, von denen in 1 exemplarisch
einer betrachtet wird. Über ein oder mehrere Einlassventile 5 wird
einem Brennraum des Zylinders 15 von einem Saugrohr 20 Luft
zugeführt. Dem Brennraum wird außerdem in nicht
dargestellter Weise auch Kraftstoff zugeführt, wobei das
Luft-/Kraftstoffgemisch im Brennraum des Zylinders 15 durch
eine ebenfalls nicht dargestellte Zündkerze gezündet
wird. Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches entstehende
Abgas wird über ein oder mehrere Auslassventile 10 in
einen Abgasstrang 80 ausgestoßen. Die Zuführung
von Frischluft in das Saugrohr 20 erfolgt über
eine Luftzufuhr 65 und eine Drosselklappe 60. Der
Saugrohrdruck ps wird mittels eines Saugrohrdrucksensors 70 im
Saugrohr 20 erfasst. Das mittels des Saugrohrdrucksensors 70 gemessene
Signal oder Messsignal für den Saugrohrdruck wird einer Motorsteuerung 25 zugeführt.
Dieses gemessene Signal für den Saugrohrdruck ps ist dabei
als zeitlich kontinuierliches Signal ausgebildet. Im Bereich der Zylinder 15 ist
ein Drehzahlsensor 75 angeordnet, der die Drehzahl n der
Brennkraftmaschine 1 misst und ebenfalls in Form eines
zeitlich kontinuierlichen Signals an die Motorsteuerung 25 weiterleitet.
Die Stellung der Drosselklappe 60 wird durch einen in 1 nicht
dargestellten Positionssensor ermittelt und in Form eines ebenfalls
zeitlich kontinuierlichen Messsignals an die Motorsteuerung 25 weitergeleitet.
Die Stellung der Drosselklappe 60 ist dabei in 1 mit α gekennzeichnet.
Umgekehrt wird die Drosselklappe 60 von der Motorsteuerung 25 in
dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise abhängig von
der Betätigung eines Fahrpedals, derart angesteuert, dass
sich ein gewünschter Luftmassenstrom ergibt. In 1 ist
ferner eine Ventilverstelleinrichtung 85 dargestellt, die
den Hub und die Phase des oder der Einlassventile 5 und
des oder der Auslassventile 10 gemäß einer
Vorgabe von der Motorsteuerung 25 einstellt. Die Ventilverstelleinrichtung 85 kann
dabei beispielsweise eine elektrohydraulische Ventilverstelleinrichtung
oder eine elektromagnetische Ventilverstelleinrichtung sein und
ermöglicht einen vollvariablen Ventiltrieb, d. h. eine
vollvariable Einstellung der Ventilöffnungszeiten, also
der Ventilphase. Auch ermöglicht die Ventilverstelleinrichtung 85 in
Abhängigkeit von einer entsprechenden Ansteuerung seitens
der Motorsteuerung 25 eine Deaktivierung der Einlass- und
Auslassventile eines oder mehrerer einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine 1,
beispielsweise zum Betrieben der Brennkraftmaschine 1 in
einem Halbmotortrieb, bei dem die Hälfte der Zylinder der
Brennkraftmaschine 1 hinsichtlich ihrer Einlass- und Auslassventile
deaktiviert sind. Die Einlass- und Auslassventile der deaktivierten
Zylinder sind dabei für die Dauer des Halbmotorbetriebs permanent
geschlossen. Die bezüglich der Einlass- und Auslassventile
aktivierten Zylinder hingegen weisen zylindertaktspezifische Ventilöffnungszeiten
auf, um diese aktivierten Zylinder in herkömmlicher Weise in
den einzelnen Zylindertakten betreiben zu können.
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Durch
die Ventilverstelleinrichtung 85 lässt sich ggf.
auch der Ventilhub der Einlass- und/oder Auslassventile eines oder
mehrerer Zylinder variabel einstellen, innerhalb eines mechanisch
vorgegebenen oder elektronisch definierten Einstellbereichs. Durch
die variable Ventilsteuerung mit Hilfe der Ventilverstelleinrichtung 85 lässt
sich die Ventilansteuerung gegenüber der herkömmlichen
nockenwellenbasierten Ventilverstellung flexibilisieren.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die Überwachung des einwandfreien
Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile 5, 10 und
damit auch der einwandfreie Betrieb der Ventilverstelleinrichtung 85.
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Auf
diese Weise wird ein aus Bauteilschutzgesichtspunkten sicherer Betrieb
der Einlass- und/oder Auslassventile 5, 10 sowie
der Ventilverstelleinrichtung 85 ermöglicht. Außerdem
lassen sich vorliegende Gesetzesanforderungen zur Diagnose solcher
Komponenten erfüllen.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Diagnose des Betriebs der Einlass- und/oder Auslassventile 5, 10 und
damit auch die Funktionsfähigkeit der Ventilverstelleinrichtung 85 durch Überwachung
des Saugrohrdruckes. Zu diesem Zweck wird ein Referenzsignal für
den Saugrohrdruck gebildet, das den zeitlichen Verlauf des Saugrohrdruckes
bei stationärem Motorbetrieb und fehlerfrei betriebenen
Einlass- und/oder Auslassventilen und damit auch fehlerfrei betriebener
Ventilverstelleinrichtung 85 darstellt. Dieser zeitliche
Verlauf ist in 4 mit dem Bezugszeichen 120 gekennzeichnet.
Nach kurzer Einschwingzeit seit dem Vorliegen des stationären
Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 stellen sich
dabei die dargestellten Grenzschwingungen ein. Entsprechend frühzeitig
lässt sich das Referenzsignal zur Diagnose des Betriebs
der Einlass- und/oder Auslassventile 5, 10 heranziehen.
Der stationäre Motorbetrieb ist dabei beispielsweise durch
eine konstante Motordrehzahl n und eine konstante Last, beispielsweise
repräsentiert durch eine konstante Stellung α der
Drosselklappe 60, gekennzeichnet. Die in 4 dargestellten
zyklischen und symmetrischen Grenzschwingungen des Referenzsignals
stellen sich ein, wenn die Einlassventile sämtlicher Zylinder
der Brennkraftmaschine mit gleichem Hub und gleicher Phase und auch
die Auslassventile sämtlicher Zylinder der Brennkraftmaschine 1 mit
gleichem Hub und gleicher Phase betrieben werden, die Einlassventile und
die Auslassventile sämtlicher Zylinder also jeweils symmetrisch
arbeiten, sodass sich jeder Zylinder im Hinblick auf den Betrieb
der ihm zugeordneten Einlass- und Auslassventile in etwa gleich
verhält und sich die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine,
insbesondere im Hinblick auf die Last und die Drehzahl, wie oben
beschrieben, nicht ändern. Mit dem Bezugszeichen 110 sind
beispielhaft einzelne Wellenberge des Referenzsignals 120 gekennzeichnet,
die jeweils den Einfluss eines einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine
auf den Saugrohrdruck bei fehlerfreiem Betrieb der dem entsprechenden
Zylinder zugeordneten Einlass- und Auslassventile darstellen.
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Bei
fehlerhaftem Betrieb der Einlass- und Auslassventile eines oder
mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise
bedingt durch eine fehlerhaft funktionierende Ventilverstelleinrichtung 85,
die in diesem Fall beispielsweise nicht oder nur eingeschränkt
funktioniert, ergibt sich ein gestörtes Signal für
den Saugrohrdruck, das in 4 mit dem
Bezugszeichen 125 beispielhaft dargestellt ist. Der dort
dargestellte Druckanstieg des gestörten Signals 125 basiert
je nach Fehlerart auf verschiedenen Effekten, zum Beispiel dem Ausbleiben
oder teilweisen Ausbleiben einer Absaugung eines oder mehrerer Zylinder
der Brennkraftmaschine 1, dem Rückschieben von
unverbrannter Luft aus einem oder mehreren Zylindern ins Saugrohr
oder dem Rückschieben von verbrannter Luft aus einem Zylinder
ins Saugrohr 20. In jedem dieser Fälle werden
zumindest das oder die Einlassventile des entsprechenden Zylinders
fehlerhaft betrieben, beispielsweise klemmen fehlerhaft offen. Dabei
ergeben sich je nach Fehlerart unterschiedlich hohe Druckabweichungen
im Vergleich zum Referenzsignal 120. In 4 ist
auch für das gestörte Signal 125 mit
Hilfe des Bezugszeichens 115 der Einfluss der Absaugung einzelner
Zylinder auf den Saugrohrdruck gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß ist
es nun vorgesehen, das gemessene Signal für den Saugrohrdruck
mit Hilfe des ermittelten Referenzsignals zu überwachen und
durch einen Vergleich des gemessenen Signals mit dem Referenzsignal
auf das Verlassen eines vorgegebenen Toleranzbereichs, der im Hinblick
auf einen fehlerfreien Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile 5, 10 des
mindestens einen Zylinders 15 der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben
wird, einen fehlerhaften Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile 5, 10 insbesondere
aufgrund eines fehlerhaften Betriebs der Ventilverstelleinrichtung 85,
zu detektieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung werden im Folgenden anhand des Funktionsdiagramms nach 2 erläutert,
wobei dieses Funktionsdiagramm software- und/oder hardwaremäßig
in der Motorsteuerung 25 implementiert sein kann. So umfasst
die Motorsteuerung 25 eine Vorgabeeinheit 40,
beispielsweise in Form eines mathematischen Modells oder eines Kennfeldes,
dem als Eingangsgrößen die zeitlich kontinuierlichen
Signale für den Drosselklappenwinkel α vom entsprechenden
Positionssensor und für die Motordrehzahl n vom Drehzahlsensor 75 zugeführt
sind. Ferner ist der Vorgabe einheit 40 ein Signal Scyl
zugeführt, das angibt, welche Zylinder ggf. deaktiviert
sind. Dieses Signal kann innerhalb der Motorsteuerung 25 in
dem Fachmann bekannter Weise aus der aktuellen Motordrehzahl und
dem aktuellen Motormoment ermittelt werden, beispielsweise zur Vorgabe,
welche Zylinder im Falle eines einzustellenden Halbmotorbetriebs
deaktiviert werden sollen. Deshalb wird dieses Signal auch von der
Motorsteuerung 25 zur Ventilverstelleinrichtung 85 übertragen. Ggf.
können weitere Eingangssignale der Vorgabeeinheit 40 zugeführt
werden, die einen Einfluss auf die Bildung des Referenzsignals 120 haben.
Im Fall der Ausbildung der Vorgabeeinheit 40 als mathematisches
Modell kann dieses beispielsweise als eindimensionales Behältermodell
ausgebildet sein, das den zeitlichen Verlauf des Saugrohrdruckes
auf der Basis von über die Luftzufuhr 65 in das
Saugrohr 20 zufließender und aus dem Saugrohr 20 in
den mindestens einen Zylinder 15 abfließender
Massenströme bei der aktuell vorliegenden Last in Form
des aktuellen Drosselklappenwinkels α, bei der aktuell
vorliegenden Motordrehzahl n und bei den aktuell deaktivierten Zylindern
gemäß dem Signal Scyl.
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Dieses
Modell lässt sich verfeinern, wenn man Druckschwingungen
im Saugrohr 20, die durch die Absaugungen der einzelnen
Zylinder verursacht sind, berücksichtigt. Somit ergibt
sich als Ergebnis der Modellierung der zeitliche Verlauf des Referenzsignals
gemäß dem Bezugszeichen 120 als Funktion der
genannten Eingangsgrößen. Betrachtet man ferner
die in das Modell bzw. die in die Vorgabeeinheit eingehenden Größen,
insbesondere den Drosselklappenwinkel α und die Motordrehzahl
n als toleranzbehaftete Größen, so lässt
sich daraus ein vorgegebener Toleranzbereich um das ermittelte Referenzsignal 120 ermitteln,
der ein Toleranzband um das Referenzsignal 120 bildet.
Dieses Toleranzband wird nach unten durch einen minimalen modellierten zeitlichen
Saugrohrdruckverlauf UG und nach oben durch einen maximalen modellierten
zeitlichen Saugrohrdruckverlauf OG abgegrenzt. Der minimale modellierte
zeitliche Saugrohrdruckverlauf UG und der maximale modellierte zeitliche
Saugrohrdruckverlauf OG sind in 4 ebenfalls
dargestellt. Die Vorgabeeinheit 40 gibt nun den minimalen
modellierten zeitlichen Saugrohdruckverlauf UG und den maximalen modellierten
zeitlichen Saugrohrdruckverlauf OG als Ausgangsgrößen
ab. Mit diesem Modell für das Referenzsignal bzw. das Toleranzband
um das Referenzsignal 120 liegt nun ein erwartetes Referenzverhalten
vor, das sich nachgelagert nun mit dem gemessenen Signal für
den Saugrohrdruck ps vergleichen lässt.
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Der
zu Diagnosezwecken durchzuführende Vergleich zwischen dem
gemessenen Signal für den Saugrohrdruck ps und dem erwarteten
Referenzsignal 120 unter Berücksichtigung des
vorgegebenen Toleranzbandes bzw. die Bewertung des Vergleichsergebnisses
ist stark abhängig von den Anforderungen im jeweils vorliegendem
System. In sofern sind verschiedene Umsetzungsformen möglich,
die sämtlich mit Hilfe des Funktionsdiagramms nach 2 umgesetzt
werden können, jedoch alternativ auch einzeln und in beliebiger
Kombination miteinander.
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So
wird der minimale modellierte zeitliche Saugrohrdruckverlauf UG
einer ersten Vergleichseinheit 30 zugeführt, der
auch das gemessene Signal für den Saugrohrdruck ps zugeführt
wird. Die erste Vergleichseinheit 30 vergleicht den minimalen
modellierten zeitlichen Saugrohrdruckverlauf UG mit dem gemessenen
Signal für den Saugrohrdruck ps und gibt an ihrem Ausgang
ein erstes Setzsignal 51 ab, das gesetzt ist, solange das
gemessene Signal für den Saugrohrdruck ps kleiner als der
minimale modellierte zeitliche Saugrohrdruckverlauf UG ist.
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Andernfalls
ist das erste Setzsignal S1 zurückgesetzt. Einer zweiten
Vergleichseinheit 35 wird der maximale modellierte zeitliche
Saugrohrdruckverlauf OG und außerdem das gemessene Signal
für den Saugrohrdruck ps zugeführt. Die zweite
Vergleichseinheit 35 gibt an ihrem Ausgang ein zweites Setzsignal
S2 ab. Dieses ist solange gesetzt, wie das gemessene Signal für
den Saugrohrdruck ps größer als der maximale modellierte
zeitliche Saugrohrdruckverlauf OG ist und andernfalls zurückgesetzt. Das
erste Setzsignal S1 und das zweite Setzsignal S2 werden einem ODER-Glied 45 zugeführt,
dessen Ausgang gesetzt ist, solange zumindest eines seiner beiden
Eingangssignale, S1 und S2, gesetzt ist, und dessen Ausgangssignal
andernfalls zurückgesetzt ist. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 45 ist
in 2 als resultierendes Setzsignal S gekennzeichnet.
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Um
eine zylinderindividuelle Auswertung vorzunehmen, ist eine Zylindervorgabeeineinheit 90 vorgesehen,
die vorgibt, für welchen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 die
beschriebene Auswertung durchgeführt werden soll. Die entspre chende
Nummer dieses Zylinders wird einer Aktivierungseinheit 95 zugeführt,
der außerdem ein Signal eines Kurbelwellenwinkelgebers
zugeführt wird. Das Signal des Kurbelwellenwinkelgebers
ist in 2 mit KW gekennzeichnet. Dabei kann der Drehzahlsensor 75 als Kurbelwellenwinkelgeber
ausgebildet sein, der einerseits als zeitlich kontinuierliches Signal
die Position der Kurbelwelle in Form des Kurbelwinkels KW an die Motorsteuerung 25 liefert
und zusätzlich die zeitliche Differentiation dieses Signals
als Drehzahl n der Brennkraftmaschine. Die Aktivierungseinheit 95 aktiviert
dann die erste Vergleichseinheit 30 und die zweite Vergleichseinheit 35 nur
für die aktuell ermittelten Kurbelwinkel KW, für
die das Referenzsignal 120 einen Wellenberg für
den Zylinder aufweist, der im Hinblick auf den Betrieb seiner Einlass-
und/oder Auslassventile diagnostiziert werden soll. Nur im aktivierten
Zustand können die erste Vergleichseinheit 30 und
die zweite Vergleichseinheit 35 ein gesetztes Signal an
ihrem Ausgang abgeben, im deaktivierten Zustand geben beide ein
zurückgesetztes Signal ab. Das Signal der Zylindervorgabeeinheit 90 30 ist
außerdem einer ersten Detektionseinheit 50 und
einer zweiten Detektionseinheit 55 zugeführt.
Der ersten Detektionseinheit 50 ist außerdem das
resultierende Setzsignal S des ODER-Gliedes 45 zugeführt.
Die erste Detektionseinheit 50 umfasst ein Zeitglied, dessen
Ausgang nur dann gesetzt wird, wenn das resultierende Setzsignal
S am Eingang für mindestens eine vorgegebene Zeit anliegt
die der Zeitkonstante des Zeitgliedes der ersten Detektionseinheit 50 entspricht.
Ferner ordnet die erste Detektionseinheit 50 das resultierende
Setzsignal S dem auszuwertenden Zylinder gemäß der
Zylindervorgabeeinheit 90 zu. Je nach auszuwertendem Zylinder
kann dabei das Ausgangssignal F1. der ersten Detektionseinheit 50 einen
unterschiedlichen Pegel im gesetzten Zustand einnehmen. Somit lässt
sich anhand des gesetzten Ausgangssignals F1 der ersten Detektionseinheit 50 erkennen,
bei welchem Zylinder der Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile
fehlerhaft ist. Liegt das resultierende Setzsignal S um weniger
als die vorgegebene Zeit am Eingang der ersten Detektionseinheit 50 an,
so wird das Ausgangssignal F1 der ersten Detektionseinheit 50 nicht
gesetzt und kein Fehler der Einlass- und/oder Auslassventile des
zu betrachtenden Zylinders auf diesem Wege erkannt
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Das
resultierende Setzsignal S wird außerdem einem Fehlerzähler 100 zugeführt.
Dieser Fehlerzähler 100 wird zu Beginn der Auswertung
auf eine in 2 nicht dargestellte Weise auf
0 gesetzt und mit jeder steigenden Flanke des resultierenden Setzsignals
S um 1 inkrementiert. Immer dann also, wenn das Ausgangssignal des
ODER-Gliedes 45 vom zurückgesetzten in den gesetzten
Zustand wechselt, wird der Fehlerzähler 100 um
1 inkrementiert. Dies erfolgt unabhängig davon, ob das
resultierende Setzsignal S für mindestens die vorgegebene
Zeit anliegt. Der Zählerstand ZS des Fehlerzählers 100 wird
der zweiten Detektionseinheit 55 zugeführt, der
außerdem ein vorgegebener Schwellwert SW von einem Schwellwertspeicher 105 zugeführt
ist. Die zweite Detektionseinheit 55 prüft, ob
der Zählerstand ZS größer oder gleich
dem Schwellwert SW ist. Ist dies der Fall, so wird das Ausgangssignal
F2 der zweiten Detektionseinheit 55 gesetzt, andernfalls
bleibt es zurückgesetzt. Je größer der
vorgegebene Schwellwert SW appliziert ist, umso länger
dauert es, bis der Ausgang der zweiten Detektionseinheit 55 gesetzt wird
und auf diese Weise ein fehlerhafter Betrieb der Einlass- und/oder
Auslassventile eines Zylinders aufgrund von wiederholten Abweichungen
des gemessenen Signals für den Saugrohrdruck vom Referenzsignal 120 über
das vorgegebene Toleranzband hinaus festgestellt wird. Je größer
der Schwellwert SW gewählt ist, umso zuverlässiger
ist auch die auf diese Weise durchgeführte Diagnose. Somit
wird der Schwellwert SW vorteilhafter Weise derart beispielsweise
auf einem Prüfstand appliziert, dass sich ein Kompromiss
zwischen einer möglichst schnellen Fehlerdiagnose auf der
einen Seite und einer möglichst zuverlässigen
Fehlerdiagnose für solche Wiederholungsfehler andererseits
ergibt. Da auch der zweiten Detektionseinheit 55 der für
die Diagnose aktuell ausgewählte Zylinder von der Zylindervorgabeeinheit 90 mitgeteilt
wird, kann analog zum Ausgangssignal der ersten Detektionseinheit 50 das Ausgangssignal
F2 der zweiten Detektionseinheit 55 abhängig vom
zu diagnostizierenden Zylinder auf verschiedene Pegel gesetzt werden,
wobei jeder Pegel einem anderen Zylinder zugeordnet ist.
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Der
vorgegebene Schwellwert SW wird dabei in vorteilhafter Weise größer
als 1 gewählt, damit überhaupt eine wiederholte
Abweichung des gemessenen Signals für den Saugrohrdruck
vom Referenzsignal für den Saugrohrdruck um mehr als den
vorgegebenen Toleranzbereich erkannt werden kann. Mit Hilfe der
zweiten Detektionseinheit 55 werden somit auch solche Fehlerphänomene
detektiert, die ihre Ausprägung im zeitlichen Verlauf des
gemessenen Signals für den Saugrohrdruck verändern,
d. h. eine Abweichung des gemessenen Signals für den Saugrohrdruck
um mehr als den vorgegebenen Toleranzbereich liegt zu einer bestimmten
Zeit vor und klingt nachfolgend jedoch ab, so dass das gemessene
Signal für den Saugrohrdruck um weniger als den vorgegebenen
Toleranzbereich abweicht obwohl weiterhin ein Fehler vorliegt. Mit
Hilfe des Fehlerzählers 100 werden solche abklingenden
Fehlerphänomene gezählt, so dass man das gemessene
Signal für den Saugrohrdruck auf solche zyklisch abklingenden Fehlerphänomene
hin untersuchen kann. Auf diese Weise lassen sich solche abklingenden
Fehlerphänomene von einer beliebigen einmaligen Beeinträchtigung
des gemessenen Signals für den Saugrohrdruck, beispielsweise
durch ein Störsignal oder eine elektrische Einstreuung
unterscheiden.
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Solange
sowohl das Ausgangssignal F1 der ersten Detektionseinheit 50,
als auch das Ausgangssignal F2 der zweiten Detektionseinheit 55 zurückgesetzt
sind, wird ein fehlerfreier Betrieb der Einlass- und Auslassventile
der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 detektiert.
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Statt
für einen Zylinder, wie beschrieben, kann die Auswertung
auch den fehlerhaften Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile
für mehrere Zylinder oder gar für alle Zylinder
detektieren. In diesem Fall gibt die Zylindervorgabeeinheit 90 die
entsprechenden Zylinder vor und die Aktivierungseinheit 95 aktiviert
die erste Vergleichseinheit und die zweite Vergleichseinheit 35 für
sämtliche Wellenberge des Referenzsignals, die den auszuwertenden
Zylindern zugeordnet sind. Dabei kann auch für jede beliebige Kombination
der auszuwertenden Zylinder ein individuell zugeordneter Setzpegel
für das Ausgangssignal F1 der ersten Detektionseinheit 50 bzw.
das Ausgangssignal F2 der zweiten Detektionseinheit 55 vorgesehen
sein.
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Der
Toleranzbereich bzw. das Toleranzband um das Referenzsignal 120 herum
in Form des minimalen modellierten zeitlichen Saugrohrdruckverlaufs UG
und des maximalen modellierten zeitlichen Saugrohrdruckverlaufs
OG wird beispiels weise auf einem Prüfstand derart appliziert,
dass dieses Toleranzband vom gemessenen Signal für den
Saugrohrdruck nur verlassen werden kann, wenn ein fehlerhafter Betrieb der
Einlass- und/oder Auslassventile mindestens eines Zylinders der
Brennkraftmaschine 1 vorliegt.
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Alternativ
zum Aufbau des Funktionsdiagramms nach 2 kann statt
den beiden Vergleichseinheiten 30 und 35 nur eine
der beiden Vergleichseinheiten 30, 35, beispielsweise
die erste Vergleichseinheit 30 oder die zweite Vergleichseinheit 35 vorgesehen
sein, so dass in diesem Fall ein Verlassen des Toleranzbereiches
durch das gemessene Signal für den Saugrohrdruckverlauf
nach unten im Falle der ersten Vergleichseinheit 30 oder
nach oben im Falle der zweiten Vergleichseinheit 35 zur
Fehlererkennung ausgenutzt werden kann, wodurch andererseits jedoch
der Aufbau des Funktionsdiagramms und damit der Aufwand für
die Diagnose vereinfacht wird. Werden, wie in 2,
beide Vergleichseinheiten 30, 35 in der beschriebenen
Weise verwendet, so lässt sich durch die beidseitig des
Toleranzbandes durchgeführte Prüfung eine genauere
Aussage betreffend der Art eines vorliegenden Defektes beim Betrieb
der Einlass- und/oder Auslassventile treffen. Zu diesem Zweck können
die Signale S1 und S2 auch direkt der ersten Detektionseinheit 50 zugeführt sein,
die dann beispielsweise als Tabelle ausgebildet ist und den Pegel
ihres Ausgangssignals F1 abhängig davon, welche der beiden
Signale S1, S2 gesetzt sind, unterschiedlich einstellt, um auf diese
Weise unterschiedliche Fehlerbilder voneinander unterscheiden zu
können. Wenn das Toleranzband unterschritten wird, ist
der Saugrohrdruck niedriger als erwartet, dementsprechend wird mehr
abgesaugt als erwartet. Es sind also ein oder mehrere Einlassventile
weiter geöffnet (im Zweifel ganz offen anstatt geschlossen)
als erwartet (Luftdurchschieben). Wird das Toleranzband überschritten,
verhält es sich genau anders herum. Dementsprechend sind
ein oder mehrere Einlassventile weiter geschlossen als erwartet
(kein Gaswechsel) oder die Einlassventile sind in Ordnung aber die
Auslassventile fälschlicher Weise geschlossen oder nur
teilweise geöffnet.
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In
einer weiteren Alternative kann statt den beiden Detektionseinheiten 50, 55 nur
die erste Detektionseinheit 50 oder nur die zweite Detektionseinheit 55 vorgesehen
sein. Im ersteren Fall werden nur solche Fehler detektiert, die
für mindestens die vorgegebene Zeit zum Setzen des resultierenden
Setzsignals S führen, im zweiten Fall werden nur die beschriebenen
wiederholten abklingenden Fehlerphänomene detektiert.
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Wenn
nur die erste Detektionseinheit 50 verwendet wird, kann,
wie bereits zuvor beschrieben, ebenfalls nur die erste Vergleichseinheit 30 oder
nur die zweite Vergleichseinheit 35 statt beider Vergleichseinheiten 30, 35 verwendet
werden, so dass in diesem Fall das resultierende Setzsignal S entweder dem
Signal S1 oder dem Signal S2 entspricht.
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In 3 ist
ein Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Nach dem Start des Programms wird bei einem
Programmpunkt 200 die Auswertung gestartet und der Fehlerzähler 100 auf
0 gesetzt. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 205 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 205 wird das Referenzsignal 120,
sowie der minimale modellierte zeitliche Saugrohrdruckverlauf UG
und der maximale modellierte zeitliche Saugrohrdruckverlauf OG in
der beschriebenen Weise von der Vorgabeeinheit 40 modelliert.
Anschließend wird zu einem Programmpunkt 210 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 210 wird das gemessene Signal für
den Saugrohrdruck ps eingelesen. Anschließend wird zu einem
Programmpunkt 215 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 215 prüft die erste Vergleichseinheit 30 für
die Kurbelwinkel, für die sie von der Aktivierungseinheit 95 aktiviert
wurde, ob das gemessene Signal für den Saugrohrdruckverlauf
ps größer oder gleich dem minimalen modellierten
zeitlichen Saugrohrdruckverlauf UG ist. Ist dies der Fall, so wird
zu einem Programmpunkt 220 verzweigt, andernfalls wird
das erste Setzsignal S1 gesetzt und zu einem Programmpunkt 240 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 220 wird das erste Setzsignal S1 zurückgesetzt,
sofern es nicht schon zurückgesetzt ist. Anschließend
wird zu einem Programmpunkt 225 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 225 prüft die zweite Vergleichseinheit 35 für
diejenigen Kurbelwinkel KW, für die sie von der Aktivierungseinheit 95 aktiviert
ist, ob das gemessene Signal für den Saugrohrdruck ps kleiner
oder gleich dem maximal modellierten zeitlichen Saugrohrdruckverlauf
OG ist. Ist dies der Fall, wird zu einem Programmpunkt 235 verzweigt,
andernfalls wird das zweite Setzsignal S2 15 gesetzt und
zu Programmpunkt 240 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 235 wird das zweite Setzsignal S2 zurückgesetzt,
sofern es nicht schon zurückgesetzt ist und damit auch
das resultierende Setzsignal S zurückgesetzt, sofern es
nicht schon zurückgesetzt ist und ein fehlerfreier Betrieb
der Einlass- und/oder Auslassventile des oder der betrachteten Zylinder
erkannt. Anschließend wird das Programm verlassen.
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Bei
Programmpunkt 240 wird bei gesetztem resultierendem Setzsignal
S von der ersten Detektionseinheit 50 geprüft,
ob das resultierende Setzsignal S für 25 mindestens
die vorgegebene Zeit gesetzt bleibt. Ist dies der Fall, so wird
zu einem Programmpunkt 245 verzweigt, andernfalls wird
zu einem Programmpunkt 255 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 245 wird das Ausgangssignal F1 der ersten 30 Detektionseinheit 50 auf
einen Pegel gesetzt, der für den oder die gemäß der Zylindervorgabeeinheit 90 auszuwertenden
Zylinder vorgesehen ist. Anschließend wird das Programm verlassen.
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Bei
Programmpunkt 255 wird der Fehlerzähler 100 um
1 inkrementiert. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 260 verzweigt.
Bei Programmpunkt 260 prüft die zweite Detektionseinheit 55,
ob der Zählerstand ZS des Fehlerzählers 100 größer oder
gleich dem vorgegebenen Schwellwert SW ist. Ist dies der Fall, so
wird zu einem Programmpunkt 265 verzweigt, andernfalls
wird zu Programmpunkt 205 zurück verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 265 wird von der zweiten Detektionseinheit 55 deren
Ausgangssignal F2 auf den Pegel gesetzt, der für den oder
die gemäß der Zylindervorgabeeinheit 90 auszuwertenden
Zylinder vorgesehen ist. Anschließend wird das Programm
verlassen.
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In
vorteilhafter Weise wird das gemessene Signal für den Saugrohrdruck
ps, das vom Saugrohrdrucksensor 70 geliefert wird, mittels
geeigneter Algorithmen in dem Fachmann bekannter Weise aufbereitet,
damit das aufbereitete Signal in der Lage ist, die Dynamik der einzelnen
Absaugungen seitens der Zylinder darzustellen. Das aufbereitete
Signal darf zu diesem Zweck nicht zu stark gedämpft sein,
um eine Wellenform entsprechend dem Referenzsignal 120 erzeugen
zu können. Dies kann mit Hilfe einer geeigneten analogen
Vorfilterung des vom Saugrohrdrucksensor 70 gelieferten
Signals, sowie einer geeigneten Abtastrate zur Abtastung des entsprechenden
Signals in dem Fachmann bekannter Weise realisiert werden. Ferner
sollte der Vergleich zwischen dem entsprechend aufbereiteten gemessenen
Signal für den Saugrohrdruck ps und dem Referenzsignal
bzw. dem Toleranzband kurbelwinkelsynchron erfolgen, d. h. die zu
vergleichenden Signale sollten zum Vergleichszeitpunkt jeweils dem
gleichen Kurbelwinkel zugeordnet sein. Eine weitere Aufbereitung
des vom Saugrohrdrucksensor 70 gelieferten Messsignals kann
darin bestehen, Störungen des Messsignals, beispielsweise
durch elektrische oder elektromagnetische Einstrahlung zu dämpfen
und somit eine fehlerhafte Diagnose zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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