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DE102009028374A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors Download PDF

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DE102009028374A1
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combustion engine
internal combustion
electric motor
drive torque
operating
Prior art date
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Pending
Application number
DE102009028374A
Other languages
English (en)
Inventor
Georg Mallebrein
Andreas Bethmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to CN201080035239.2A priority patent/CN102470858B/zh
Priority to US13/389,653 priority patent/US20120203411A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mit mindestens einer Sekundärmaschine (1) eine Antriebseinheit (1, 3) bildet. Um ein schnelleres und einfacheres Adaptions- und/oder Diagnoseverfahren des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, wird zur Einstellung verschiedener Betriebszustände des Verbrennungsmotors (3) durch die Sekundärmaschine (1) ein positives oder negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor (3) aufgeschaltet und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (3) in einem eingestellten Betriebspunkt bestimmt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mit mindestens einer Sekundärmaschine eine Antriebseinheit bildet und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsstruktur weisen einen Verbrennungsmotor und einer Sekundärmaschine, meistens einen Elektromotor, auf. So kann das Antriebsmoment während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges von beiden Antriebsaggregaten aufgebracht werden. Bei einem solchen Hybridfahrzeug ist der Verbrennungsmotor mit der Sekundärmaschine mechanisch gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt entweder direkt oder über ein Getriebe. Die als Elektromotor ausgebildete Sekundärmaschine kann dabei entweder als Motor oder als Generator betrieben werden. Als Energiespeicher steht eine Hochvoltbatterie zur Verfügung, welche bei der Nutzung des Elektromotors als Triebstrangantrieb entladen wird oder im Generatorbetrieb aufgeladen wird.
  • Eine Diagnose bzw. eine Adaption eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug ist heute dadurch beschränkt, dass nur bestimmt Lastzustände des Verbrennungsmotors auf einem Prüfstand angefahren werden können. Weiterhin ist ein Anfahren bestimmter Betriebspunkte nur durch Testfahrten zu erreichen, was zu langen Diagnosezeiten führt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dabei den Vorteil auf, dass ein schnelleres und einfacheres Adaptions- und/oder Diagnoseverfahren des Verbrennungsmotors möglich ist. Dadurch, dass zur Einstellung verschiedener Betriebszustände des Verbrennungsmotors durch die Sekundärmaschine ein positives oder negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor aufgeschaltet wird und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors in einem eingestellten Betriebspunkt bestimmt wird, ist speziell im Werkstattumfeld eine deutliche Reduktion des Diagnoseaufwandes möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell bei allen Hybridfahrzeugen einsetzbar, bei welchen unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit der Verbrennungsmotor durch eine oder mehrere Sekundärmaschinen angetrieben wird. Dabei wird unter einem positiven Antriebsmoment ein Beitrag der Sekundärmaschine zusätzlich zum Antriebsmoment des Verbrennungsmotors zum Vortrieb des Fahrzeuges verstanden, während es sich bei einem negativen Antriebsmoment um ein Bremsmoment handelt, welches die Sekundärmaschine entgegengesetzt zum Antriebsmoment des Verbrennungsmotors erzeugt.
  • Durch die Aufschaltung einer bekannten Belastung (Bremsmoment) bzw. eines bekannten Antriebsmomentes sind eine Reihe neuer Diagnoseverfahren durchführbar.
  • Vorteilhafterweise ist die Sekundärmaschine als Elektromotor ausgebildet, welcher ein negatives Antriebsmoment auf den selbständig laufenden Verbrennungsmotor aufbringt. Dabei arbeitet der Elektromotor als Generator und belastet den Verbrennungsmotor mit einem zusätzlichen Bremsmoment. Der Verbrennungsmotor arbeitet somit bei einer erhöhten Last und befindet sich in einem Zustand, in welchem er durch die Verbrennung von Kraftstoff Energie liefert, welche in eine Antriebsbewegung des Hybridfahrzeuges umgesetzt wird. Bei einer solchen höheren Belastung des Verbrennungsmotors wird dieser bei höheren Luftmassenströmen betrieben, die zu Adaptions- und/oder Diagnosezwecken genutzt werden.
  • In einer Ausbildung wird die Adaption und/oder Diagnose bei hohen Lasten des Verbrennungsmotors im stationären Betrieb des Hybridfahrzeuges durchgeführt, bei welchem die Antriebseinheit von einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges entkoppelt ist. Da dieser Betriebszustand des Verbrennungsmotors ohne eine Bewegung des Fahrzeuges eingestellt wird, entfallen zeitaufwändige Testfahrten, was zu einer Verkürzung der Diagnose- bzw. Adaptionszeiten führt.
  • In einer Weiterbildung wird die Adaption und/oder Diagnose im fahrenden Betrieb des Hybridfahrzeuges durchgeführt, indem bei einem unveränderten Fahrerwunschmoment der Elektromotor durch das Aufschalten des negativen Antriebsmomentes den Betriebspunkt des Verbrennungsmotors zu höheren Lasten verschiebt. Somit kann auch während des Fahrbetriebes der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors kurzzeitig vom optimalen, durch den Fahrer vorgegebenen Betriebpunkt abweichen, um eine Diagnose zu ermöglichen oder zu verbessern. Dies erfolgt unter Beibehaltung des von dem Fahrer eingestellten Wunschmoments, so dass der Fahrer keinerlei Auswirkungen der Diagnose verspürt.
  • Weiterhin werden während des stationären Betriebes des Hybridfahrzeuges, insbesondere auf einem Prüfstand in einer Werkstatt, als Betriebspunkte des Verbrennungsmotors verschiedene Lastpunkte durch den Elektromotor angefahren, wobei in jedem Lastpunkt jeweils ein im Fahrzeug gespeicherter Fahrbetriebszustand nachgefahren wird und eine Onboard-Diagnose des Hybridfahrzeuges durchlaufen wird, wie sie üblicherweise während des Fahrzeugbetriebes stattfindt. Zur Verifizierung von Fehlereinträgen, die im Fahrbetrieb erfolgt sind und abgespeichert wurden, werden in der Werkstatt die während des Fahrbetriebes erstellten Diagnosen wiederholt, um einen genaueren Hinweis auf etwaige Fehlerquellen zu erhalten. Das Verfahren eignet sich aber auch für eine schnelle Überprüfung dafür, ob eine Reparatur in der Werkstatt erfolgreich war.
  • Vorteilhafterweise wird in den jeweiligen Lastpunkten bei höherer Last ein genaues Betriebsfenster für eine Gemisch- und Luftfüllungsadaption eingestellt. Im Gegensatz zu heutigen Möglichkeiten, wo nur leerlaufnahe Bereiche diagnostiziert werden können, werden nicht nur Adaptionsbereiche genauer separiert, sondern auch Betriebspunkte bei einer höheren Last angefahren und geprüft.
  • In einer Ausgestaltung wird in den jeweiligen Lastpunkten bei höherer Last mindestens eine Aussetzerrate eines Zylinders des Verbrennungsmotors bestimmt. Durch das genaue Anfahren der als Betriebspunkte genutzten Lastpunkte ist jederzeit eine Reproduktion der Aussetzerfehler möglich.
  • In einer Weiterbildung durchfährt der Elektromotor seine gesamte Momentenkennlinie über der Drehzahl, wobei bei abnehmender Aussetzerrate, welche über der Last des Verbrennungsmotors ermittelt wird, auf einen Fehler in der Zündung geschlossen wird, während bei gleich bleibender Aussetzerrate über der Last von einem Fehler in der Kraftstoffeinspritzung ausgegangen wird. Somit kann nach Herstellung des gewünschten Betriebszustandes anhand der Aussetzerhäufigkeit mittels einer zusätzlichen Fehlermeßtechnik auf den Fehler selbst geschlossen werden. Dies ist eine Diagnosemöglichkeit, welche bisher in dieser Einfachheit noch nicht zur Verfügung stand.
  • In einer anderen Ausführung wird zur Leckageprüfung eines Turboladersystems der Antriebseinheit die Drehzahl des Elektromotors solange erhöht, solange das Antriebsmoment des Elektromotors größer ist als das Antriebsmoment des von dem Elektromotor angetriebenen Verbrennungsmotors, wobei eine während der Drehzahlerhöhung aufgenommene Ladedruckkennlinie mit einer Sollkennlinie verglichen wird. Bei einer Abweichung der aufgenommenen Ladedruckkennlinie von der Sollkennlinie wird auf eine Leckage des Turbosystems bzw. einen Fehler in der Turbine geschlossen, was mit dem vorliegenden Verfahren sehr einfach feststellbar ist. Ein Turbolader dient der Leistungssteigerung des als Kolbenmotor ausgebildeten Verbrennungsmotors durch Erhöhung des Gemischdurchsatzes (Kraftstoff/Luftdurchsatzes) pro Arbeitstakt, was durch einen Verdichter im Ansaugtrakt erzielt wird. Der Verdichter wird durch eine Abgasturbine angetrieben, die die Energie der Abgase nutzt.
  • Vorteilhafterweise werden für eine Luftsystemdiagnose bei geöffneter Drosselklappe als Betriebspunkte durch den Elektromotor verschiedene Drehzahlen des Verbrennungsmotors eingestellt und ein gemessener oder berechneter Luftmassenstrom mit einem erwarteten Luftmassenstrom verglichen. Auf Grund dieses einfachen Verfahrens können mittels eines einzigen Sensors, insbesondere eines Heißfilmluftmassenmessers, Aussagen zu dem Betriebszustand des Luftsystems getroffen werden. Der Luftmassenstrom kann aber auch unter Bezugnahme auf die Messergebnisse zweier Drucksensoren aus dem Saugrohrdruck berechnet werden. Der gemessene oder berechnete Luftmassenstrom kann verbessert werden, wenn ein Korrekturfaktor eingerechnet wird, der den Umgebungsdruck und die Ansaugtemperatur berücksichtigt.
  • In einer Weiterbildung schaltet die als Elektromotor ausgebildete Sekundärmaschine abwechselnd dem Verbrennungsmotor ein positives und ein negatives Antriebsmoment auf. Unter Ausnutzung des Tatbestandes, dass die Momente des Elektromotors jederzeit gut messbar und reproduzierbar sind, sind somit neue Adaptions- und/oder Diagnoseverfahren einsetzbar.
  • In einer Ausgestaltung wird bei einem fest eingestellten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors vorzugsweise der Drehzahl, eine tatsächliche relative Luftmasse in den Zylindern des Verbrennungsmotors bestimmt und mit einer vorgegebenen relativen Luftmasse verglichen, wobei die tatsächliche relative Luftmasse durch einen Luftfüllungskorrekturfaktor bereinigt wird, wodurch die tatsächliche relative Luftmasse lediglich einen Kraftstofffehleranteil aufweist. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise ein Luftmassenfehler von einem Kraftstofffehler im Messergebnis getrennt werden kann, was eine wesentlich genauere Analyse zur Folge hat.
  • Dabei beaufschlagt der Elektromotor den kein eigenständiges Antriebsmoment erzeugenden Verbrennungsmotor mit einem positiven Antriebsmoment, wobei das positive Antriebsmoment des Elektromotors gemessen wird und anschließend in demselben Betriebspunkt des Verbrennungsmotors dem selbständig arbeitenden Verbrennungsmotor von dem Elektromotor ein negatives Antriebsmoment aufgeschaltet wird, welches ebenfalls gemessen wird, wobei das vom Verbrennungsmotor ausgeführte Antriebsmoment aus dem gemessenen negativen Antriebsmoment und dem gemessenen positiven Antriebsmoment des Elektromotors ermittelt wird, aus welchem mittels eines Kennfeldes die tatsächliche relative Luftmasse bestimmt wird. Die genaue Messung der Momente des Elektromotors erlaubt jederzeit eine genaue Reproduktion der Messergebnisse durch eine gezielte Betriebspunkteinstellung, was die Durchführung einer solchen Diagnose erlaubt.
  • Vorteilhafterweise werden neue Adaptionsverfahren und/oder Diagnosen zugelassen, wenn die als Elektromotor ausgebildete Sekundärmaschine ein positives Antriebsmoment auf den selbst kein eigenes Antriebsmoment abgebenden Verbrennungsmotor aufbringt. Dabei wird der Verbrennungsmotor nur mechanisch mittels des Elektromotors durchgedreht, was als Schleppbetrieb bezeichnet wird, und gibt auf Grund der fehlenden Zündungen kein eigenes Antriebsmoment ab.
  • In einer Ausgestaltung ist ein neues Diagnoseverfahren für eine Kompressionsprüfung der Zylinder des Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei der Elektromotor den Verbrennungsmotor lediglich mechanisch durchdreht und bei Verzicht auf eine Einspritzung eines Kraftstoffes die Luft in den Zylindern komprimiert wird und ein Signal einer durch die Zylinder bewegten Kurbelwelle gemessen wird, wobei bei einem weniger schwankenden Kurbelwellensignal bzw. bei einem geringeren durch den Elektromotor aufzubringenden Kompressionsmoment auf einen Fehler geschlossen wird, während bei einem stärker schwankenden Kurbelwellensignal die Kompression der Zylinder als fehlerfrei betrachtet wird. Diese Diagnose wird möglich, da der Elektromotor im Gegensatz zu dem sonst üblichen Anlasser keine schnellen Drehzahlen sondern nur sehr niedrige Drehzahlen einstellen kann. Dadurch werden Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors eingestellt, welche bislang Adaptions- und/oder Diagnosezwecken nicht zugänglich waren.
  • Mittels einer Kompressionsprüfung ist auch eine Diagnose einer Zylinderabschaltung möglich, da abgeschaltete Zylinder auch im Ladungswechsel im oberen Totpunkt des Zylinders eine Kompression aufweisen. Diese kann über die Drehzahl des Elektromotors oder eine Auswertung des Kompressionsmomentes des Elektromotors ermittelt werden.
  • Vorteilhafterweise wird bei einer Ladedruckprüfung das von dem Elektromotor auf den Verbrennungsmotor aufgebrachte positive Antriebsmoment über die Drehzahl des Elektromotors erhöht, wobei die Ladedruckkennlinie des Turbosystems des Verbrennungsmotors aufgenommen und mit einer vorgegebenen Sollkennlinie verglichen wird. Bei einem geschleppten Turbomotor wird beispielsweise der Ladedruckverlauf über der Drehzahl analysiert und Undichtigkeiten bei Schläuchen oder im Bypassventil im Abgasstrom diagnostiziert. Für diese Diagnose ist eine eigene Ladedrucksollkennlinie abzulegen, da im Gegensatz zum selbständigen Betrieb des Verbrennungsmotors die Abgasenthalphie fehlt. Da keine Verbrennungsgeräusche auftreten, ist diese Prüfmethode wesentlich leiser als bisher bekannte.
  • In einer weiteren Ausführungsform führt für eine Messung des Luftmassendurchsatzes in einer Abgasrückführung der Elektromotor bei einer konstanten niedrigen Drehzahl das positive Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor, wobei bei annähernd geschlossener Drosselklappe ein Abgasrückführventil schrittweise geöffnet wird und der Luftmassendurchsatz in dem hinter der Drosselklappe angeordneten Saugrohr ausgewertet wird. Die Messung kann durch Wegfall einer Limitierung durch brennbare Abgase und dementsprechende Temperaturtoleranzen ohne eine nachträgliche Korrektur der Messergebnisse durchgeführt werden. Diese Diagnose ist jederzeit mit reproduzierbaren Messergebnissen wiederholbar.
  • In einer Weiterbildung überträgt zur Diagnose des Luftsystems bei offener Drosselklappe der Elektromotor bei einer sich stetig ändernden Drehzahl das positive Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor und der erwartete Luftmassenstrom wird mit dem gemessenen oder errechneten Luftmassenstrom verglichen wird. Da keine Verbrennung im Verbrennungsmotor erfolgt, ist die Verfälschung der Messergebnisse durch Temperatureinflüsse vernachlässigbar. Darüber hinaus ist diese Meßmethode sehr leise, da sie bei nichtgezündeten Verbrennungsmotor ausgeführt wird. Außerdem kann die Meßmethode bei einer voll offenen Drosselklappe gezielt durchgeführt werden, einem Zustand der im Fahrbetrieb des Fahrzeuges insbesondere bei niedrigen Drehzahlen meist nicht vorkommt.
  • Vorteilhafterweise wird eine Reibmomentendiagnose mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors durchgeführt, indem das positive Antriebsmoment, welches der Elektromotor auf den Verbrennungsmotor überträgt, gemessen wird und bei Überschreitung eines vorgegebenen positiven Antriebsmomentes auf ein zu hohes Reibmoment in dem Zylinder des Verbrennungsmotors geschlossen wird Ein Festsetzen eines Kolbens im Zylinder des Verbrennungsmotor kann daher sehr zeitnah erkannt werden. Auch ist eine Diagnose der Antriebsleistung von Nebenaggregaten wie beispielsweise eine Momentenaufnahme der Klimaanlage oder des Generators möglich.
  • Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mit einer Sekundärmaschine eine Antriebseinheit bildet.
  • Um ein schnelleres und einfacheres Adaptions- und/oder Diagnoseverfahren des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, sind Mittel vorhanden, welche verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors einstellen, indem durch den Sekundärmotor ein positives oder negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor aufgeschaltet wird und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors in einem vorgegebenen Betriebspunkt bestimmt wird. Damit wird speziell im Werkstattumfeld eine deutliche Verminderung des Diagnoseaufwandes erreicht, da bisher bekannte Diagnosen durch Wegfall von bisher notwendigen Testfahrten schneller durchgeführt werden können. Außerdem können auf Grund der variablen Einstellung der Betriebszustände des Verbrennungsmotors neue Diagnoseverfahren eingeführt werden. Eine genaue Reproduktion von Messergebnissen ist jederzeit durch eine gezielte Betriebspunkteinstellung des Verbrennungsmotors möglich. Insbesondere bei Diagnosen für höhere Lasten ist auch eine Diagnose des Kraftstoffversorgungssystems zur Trennung von additiven und multiplikativen Toleranzen möglich.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1: Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb
  • 1 zeigt ein als Parallelhybrid ausgebildetes Hybridfahrzeug. In dieser Ausbildung ist ein Elektromotor 1 auf der Antriebswelle 2 eines Verbrennungsmotors 3 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 3 ist über eine Trennkupplung 4 mit dem Elektromotor 1 verbunden. Der Elektromotor 1 führt über eine Anfahrkupplung 5 auf einen Drehmomentwandler 6, welcher mit einem Getriebe 7 verbunden ist. Das Getriebe 7 ist an eine Achse 8 geführt, an welcher die Räder 9, 10 angeordnet sind, die von dem beschriebenen Antriebsstrang angetrieben werden.
  • Der Elektromotor 1 wird von einer Hochvoltbatterie 11 mit Energie versorgt, welche über einen Inverter 12 mit dem Elektromotor 1 verbunden ist. Gesteuert werden der Elektromotor 1 und der Verbrennungsmotor 3 von einem Steuergerät 13. Das Steuergerät 13 umfasst einen Speicher 14, in welchem Kennlinien für verschieden Betriebsparameter ablegt sind sowie aktuelle Betriebsparameter zur weiteren Bearbeitung abgespeichert werden. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 13 mit einer Vielzahl nicht weiter dargestellter Sensoren verbunden. Zur Bestimmung des positiven oder negativen Antriebsmomentes des Elektromotors 1 ist an diesem ein Stromsensor 15 angeordnet, welcher in jedem Betriebszustand des Elektromotors 1 dessen Stromaufnahme misst, welche dem Steuergerät 13 zur Berechnung des Antriebsmomentes zugeführt wird.
  • Um den Verbrennungsmotor 3 auf mögliche Fehlersituationen zu untersuchen, werden entweder in der Werksstatt oder während des Fahrbetriebes Diagnosen oder Adaptionen durchgeführt. Bei einer Diagnose wird überprüft, ob ein vorgegebener Betriebsparameter auch tatsächlich durch den Verbrennungsmotor 3 eingestellt wird, während bei einer Adaption eine Langzeitüberwachung einzelner Betriebsparameter erfolgt und eine Tendenz des überwachten Betriebsparameters und somit eine Fehlercharakteristik ermittelt wird.
  • Zur Adaption und/oder Diagnose des Verbrennungsmotors 3 wird der über die Trennkupplung 4 mit dem Verbrennungsmotor 3 verbundene Elektromotor 1 genutzt, wobei die Trennkupplung 4 geschlossen ist. Im Weiteren soll nun davon ausgegangen werden, dass sich das Fahrzeug auf einem Prüfstand in einer Werkstatt befindet. Um den Fahrbetrieb des Hybridfahrzeuges zu unterbinden wird die Anfahrkupplung 5 geöffnet, wodurch der Verbrennungsmotor 3 und der Elektromotor 1 vom Antriebsstrang 6, 7, 8, 9, 10 des Hybridfahrzeuges getrennt sind. An das Steuergerät 13 wird ein Diagnosesteuergerät 16 angeschlossen, welches das Steuergerät 13 veranlasst, den Verbrennungsmotor 3 und den Elektromotor 1 in verschiedenen Betriebszuständen anzusteuern.
  • In einem ersten Betriebszustand wird der Verbrennungsmotor 1 gezündet, wodurch dieser selbstständig ein Antriebsmoment abgibt. Der Elektromotor 1 wird als Generator betrieben, wobei der Elektromotor 1 ein dem vom Verbrennungsmotor 3 erzeugten Antriebsmoment entgegengesetztes Antriebsmoment erzeugt und somit den Verbrennungsmotor 3 abbremst. Dadurch wird der Verbrennungsmotor 3 belastet und ein Motorbetrieb bei höheren Luftmassenströmen möglich. Somit sind Diagnosen bei höheren Lasten und Drehzahlen des Verbrennungsmotors 1 ohne Bewegung des Fahrzeuges möglich.
  • Mittels einer solchen Generatorlastaufschaltung durch den Elektromotor 1 werden verschiedene Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 3 angefahren und betriebspunktabhängig die Zündaussetzerrate der Zylinder des Verbrennungsmotors 3 erfasst. Zu diesem Zweck steuert das Steuergerät 13 den Elektromotor 1 so an, dass dieser seine Momentenkennlinie über seinem gesamten Drehzahlbereich durchfährt, wobei die Zündaussetzerrate des von dem Elektromotor 1 gebremsten Verbrennungsmotors 3 gemessen wird. Nimmt die Zündaussetzerrate über der Drehzahl des Elektromotors 1 ab, wird festgestellt, dass bei dem Verbrennungsmotor 3 ein Zündungsproblem vorliegt. Diese Feststellung beruht insbesondere auf der Tatsache, dass mit steigender Last der Zündspannungsbedarf zunimmt. Treten bei steigender Last über der Drehzahl des Elektromotors 1 nahezu gleiche Zündaussetzerraten auf, wird von einem Problem bei der Zuführung von Kraftstoff und/oder der Luftmasse ausgegangen.
  • In einem anderen Fall wird durch das Diagnosesteuergerät 16 ein zweiter Betriebszustand initiiert, in welchem der Elektromotor 1 den Verbrennungsmotor 3 abwechselnd mit einem positiven Antriebsmoment und einem negativen Antriebsmoment beaufschlagt. D. h., dass der Elektromotor 1 sowohl als Antriebsmotor als auch als Generator eingesetzt wird.
  • In diesem Betriebszustand lässt sich besonders einfach eine Diagnose ausführen, mittels welcher ein Luftmassenfehler von einem Kraftstofffehler getrennt werden kann. Dazu wird in einem ersten Schritt, in welchem der Verbrennungsmotor 3 nicht zündet und daher vom Elektromotor 1, welcher mit einer vorgegebenen Drehzahl arbeitet, lediglich mechanisch angetrieben, d. h. angeschleppt wird, das Drehmoment des Elektromotors 1 gemessen, welches eine Aussage dazu zulässt, welches Moment aufgewendet werden muss, damit sich der Verbrennungsmotor 3 dreht.
  • In einem zweiten Schritt wird der Verbrennungsmotors 3 gestartet. Es finden Zündungen statt, die die Zylinder des Verbrennungsmotors 3 und die an diese angebundene Kurbelwelle in Bewegung versetzen, wodurch ein positives Antriebsmoment von dem Verbrennungsmotor 3 aufgebracht wird. Für den einzustellenden Betriebpunkt des Verbrennungsmotors 3 sind folgende Randbedingungen erforderlich: feste Drehzahl des Elektromotors 1, konstanter Saugrohrdruck des Verbrennungsmotors 1, die Lambdawirkungsgrad ist auf 1 eingestellt und der Zündwinkelwirkungsgrad wird als optimal vorausgesetzt. Die Momentenmessung des Elektromotors 1 erfolgt über die Stromaufnahme des Sensors 15.
  • Auf diesen Zustand des Verbrennungsmotors 3 wirkt der Elektromotor 1 als Bremsmaschine, indem er ein negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor 3 aufbringt. Der Elektromotor 1 weist dabei die gleiche Drehzahl wie im ersten Schritt auf. Auch hier wird das negative Antriebsmoment des Elektromotors 1 gemessen.
  • Um das vom Verbrennungsmotor 3 indizierte Moment zu bestimmen, wird die Differenz aus dem negativen Antriebsmoment des Elektromotors 1, welches im zweiten Schritt bestimmt wurde und dem positiven Schleppmoment des Elektromotors 1, das im ersten Schritt gemessen wurde, gebildet. Ausgehend von diesem indizierten Moment des Verbrennungsmotors wird aus einer Kennlinie eine erwartete relative Luftmasse bestimmt, welche mit der tatsächlichen relativen Luftmasse, die beispielsweise mittels eines Heißfilmluftmassenmessers bestimmt wird, verglichen. Rechnerisch wird die Differenz aus der erwarteten und der tatsächlichen relativen Luftmasse mittels eines Luftfüllungskorrekturfaktors in der Gemischbestimmung bereinigt, so dass lediglich ein Kraftstofffehleranteil in der Gemischbestimmung verbleibt.
  • In einem dritten Betriebszustand wird der Elektromotor 1 als Motor eingesetzt und gibt demzufolge ein positives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor 3 ab. Der Elektromotor 1 schleppt diesen an, ohne dass der Verbrennungsmotor 3 selbst durch eine Verbrennung ein positives Antriebsmoment erzeugt. In diesem Betriebszustand lässt sich die Dichtigkeit der Zylinder des Verbrennungsmotors 3 einfach kontrollieren. Dazu legt der Elektromotor 1 ein solches Moment an den Verbrennungsmotor 3 an, das nur zum Durchdrehen des Verbrennungsmotors 3 bei sehr geringen Drehzahlen führt. Das bedeutet, dass die Kolben des Zylinders bei vorhandener Leckage langsamer bewegt werden. Bei einer schlechten Kompression verringert sich das Kompressionsmoment des Elektromotors, aber vor allem das wieder zurückgegebene Expansionsmoment. Daraus ergibt sich eine im Mittel größere Belastung des Elektromotors, wenn die Kompressionsleistung reduziert ist.
  • Unter Weglassung der Einspritzung wird bei dieser Diagnose nur die Luftmasse komprimiert. Betrachtet wird ein Zeitfenster, welches die Bewegung des Kolbens eines Zylinders gegen den oberen Totpunkt des Zylinders, in welchen bei einer Befüllung mit Kraftstoff normalerweise die Zündung des Verbrennungsmotors 3 stattfindet, betrachtet. Dabei wird über diesem Zeitfenster das von dem Verbrennungsmotor 3 erzeugte Drehmoment gemessen, indem ein Signal an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 abgegriffen wird. Ist das Drehmoment über dem Zeitfenster konstant, also läuft der Motor rund, wird auf einen Fehler geschlossen. Schwankt das direkt gemessene Drehmoment des Verbrennungsmotors 3 innerhalb des Zeitfensters beim Komprimieren, d. h. wird es in dem einen Zeitfenster größer oder in einem anderen Zeitfenster kleiner, so wird darauf geschlossen, dass in dem Verbrennungsmotor 3 keine Leckagen vorhanden sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur bei Parallelhybriden einsetzbar, sondern bei allen Hybridantrieben, bei welchen der Verbrennungsmotor unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges durch einen oder mehrere Elektromotoren angetrieben wird, also auch bei seriellen und leistungsverzweigten Hybridantrieben.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mit mindestens einer Sekundärmaschine (1) eine Antriebseinheit (1, 3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung verschiedener Betriebszustände des Verbrennungsmotors (3) durch die Sekundärmaschine (1) ein positives oder negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor (3) aufgeschaltet wird und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (3) in einem eingestellten Betriebspunkt bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärmaschine als Elektromotor (1) ausgebildet ist, welcher ein negatives Antriebsmoment auf den selbständig laufenden Verbrennungsmotor (3) aufbringt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption und/oder Diagnose bei hohen Lasten des Verbrennungsmotors (3) im stationären Betrieb des Hybridfahrzeuges durchgeführt wird, bei welchem der Elektromotor (1) den Verbrennungsmotor (3) belastet.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption und/oder Diagnose im fahrenden Betrieb des Hybridfahrzeuges durchgeführt wird, indem bei einem unveränderten Fahrerwunschmoment der Elektromotor (1) durch das Aufschalten des negativen Antriebsmomentes den Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (3) zu höheren Lasten verschiebt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption und/oder Diagnose im fahrenden Betrieb des Hybridfahrzeuges bei einem konstant gehaltenen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (3) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des stationären Betriebes des Hybridfahrzeuges, insbesondere auf einem Prüfstand in einer Werkstatt, als Betriebspunkte des Verbrennungsmotors (3) verschiedene Lastpunkte durch den Elektromotor (1) angefahren werden, wobei in jedem Lastpunkt jeweils ein im Fahrzeug gespeicherter Fahrbetriebszustand nachgefahren wird und eine Onboard-Diagnose des Hybridfahrzeuges durchlaufen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen Lastpunkten bei höherer Last ein genaues Betriebsfenster für eine Gemisch- und Luftfüllungsadaption eingestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen Lastpunkten bei höherer Last mindestens eine Aussetzerrate eines Zylinders des Verbrennungsmotors (3) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) seine gesamte Momentenkennlinie über der Drehzahl durchfährt, wobei bei der abnehmenden Aussetzerrate, welche über der Last des Verbrennungsmotors (3) ermittelt wird, auf einen Fehler in der Zündung geschlossen wird, während bei gleich bleibender Aussetzerrate über der Last von einem Fehler in der Kraftstoffeinspritzung ausgegangen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Leckageprüfung eines Turboladersystems der Antriebseinheit (1, 3) die Drehzahl des Elektromotors (1) solange erhöht wird, solange das Antriebsmoment des Elektromotors (1) größer ist als das Antriebsmoment des von dem Elektromotor (1) angetriebenen Verbrennungsmotors (3), wobei eine während der Drehzahlerhöhung aufgenommene Ladedruckkennlinie mit einer Sollkennlinie verglichen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass für eine Luftsystemdiagnose bei geöffneter Drosselklappe als Betriebspunkte durch den Elektromotor verschiedene Drehzahlen des Verbrennungsmotors (3) eingestellt werden und ein gemessener oder berechneter Luftmassenstrom mit einem erwarteten Luftmassenstrom verglichen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die als Elektromotor (1) ausgebildete Sekundärmaschine abwechselnd dem Verbrennungsmotor (3) ein positives und ein negatives Antriebsmoment aufschaltet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass bei einem fest eingestellten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (3), vorzugsweise der Drehzahl, eine tatsächliche relative Luftmasse in den Zylindern des Verbrennungsmotors (3) bestimmt wird, und mit einer vorgegebenen relativen Luftmasse verglichen wird, wobei die tatsächliche relative Luftmasse durch einen Luftfüllungskorrekturfaktor bereinigt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) den kein eigenständiges Antriebsmoment erzeugenden Verbrennungsmotor (3) mit einem positiven Antriebsmoment beaufschlagt, wobei das positive Antriebsmoment des Elektromotors (1) gemessen wird und anschließend bei dem selben Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (3) dem selbständig arbeitenden Verbrennungsmotor (3) von dem Elektromotor (1) ein negatives Antriebsmoment aufgeschaltet wird, welches ebenfalls gemessen wird, wobei das vom Verbrennungsmotor (3) ausgeführte Antriebsmoment aus dem gemessenen negativen Antriebsmoment und dem gemessenen positiven Antriebsmoment des Elektromotors (1) ermittelt wird, aus welchem mittels eines Kennfeldes die tatsächliche relative Luftmasse bestimmt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die als Elektromotor (1) ausgebildete Sekundärmaschine ein positives Antriebsmoment auf den selbst kein eigenes Antriebsmoment abgebenden Verbrennungsmotor (3) aufbringt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kompressionsprüfung der Zylinder des Verbrennungsmotors (3) der Elektromotor (1) den Verbrennungsmotor (3) mechanisch durchdreht und bei Verzicht auf eine Einspritzung eines Kraftstoffes die Luft in den Zylindern komprimiert wird und ein Signal einer durch die Zylinder bewegten Kurbelwelle gemessen wird, wobei bei einem weniger schwankenden Kurbelwellensignal auf einen Fehler geschlossen wird, während bei einem stärker schwankenden Kurbelwellensignal die Kompression der Zylinder als fehlerfrei betrachtet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ladedruckprüfung das von dem Elektromotor (1) auf den Verbrennungsmotor (3) aufgebrachte positive Antriebsmoment über die Drehzahl des Elektromotors (1) erhöht wird, wobei die Ladedruckkennlinie des Turboladersystems aufgenommen und mit einer vorgegebenen Sollkennlinie verglichen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruckverlauf über der Drehzahl analysiert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass für eine Messung des Luftmassendurchsatzes in einer Abgasrückführung der Elektromotor (1) bei einer konstanten niedrigen Drehzahl das positive Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor (1) führt, wobei bei annähernd geschlossener Drosselklappe ein Abgasrückführventil schrittweise geöffnet wird und der Luftmassendurchsatz in dem hinter der Drosselklappe angeordneten Saugrohr ausgewertet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose des Luftsystems bei offener Drosselklappe der Elektromotor (1) bei einer sich stetig ändernden Drehzahl das positive Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor (3) überträgt und der erwartete Luftmassenstrom mit dem gemessenen oder errechneten Luftmassenstrom verglichen wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibmomentendiagnose mindestens eines Zylinders durchgeführt wird, indem das positive Antriebsmoment, welches der Elektromotor (1) auf den Verbrennungsmotor (3) überträgt, gemessen wird und bei Überschreitung eines vorgegebenen positiven Antriebsmomentes auf ein zu hohes Reibmoment in dem Zylinder des Verbrennungsmotors (3) geschlossen wird.
  22. Vorrichtung zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mit mindestens einer Sekundärmaschine (3) eine Antriebseinheit (1, 3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (13, 16) vorhanden sind, welche unterschiedliche Betriebszustände des Verbrennungsmotors (3) einstellen, indem durch die Sekundärmaschine (1) ein positives oder negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor (3) aufgeschaltet wird und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (3) in einem vorgegebenen Betriebspunkt bestimmt wird.
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