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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere auf ein Verfahren zum Detektieren einer Kraftmaschinenölluftabsorption und -verarmung auf der Basis einer Kraftmaschinenvibration gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche, wie beispielsweise aus der
DE 198 03 157 A1 bekannt.
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HINTERGRUND
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Brennkraftmaschinen verbrennen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) in Zylindern, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Verbrennung des L/K-Gemisches treibt Kolben an, die eine Kurbelwelle rotatorisch drehen, die das Antriebsdrehmoment erzeugt. Das Antriebsdrehmoment kann auf einen Endantrieb (z. B. Räder) eines Fahrzeugs über ein Getriebe übertragen werden. Schmiermittel (z. B. Öl) können sich bewegende Kraftmaschinenkomponenten schmieren, um die Komponenten vor einer Beschädigung (z. B. aufgrund von Reibung) zu schützen. Beispielsweise kann Öl von einem Ölsumpf in Lager der Kraftmaschine gepumpt werden.
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Der Einschluss von Luft im Kraftmaschinenöl kann als „Luftabsorption“ bezeichnet werden. Die Kraftmaschinenölluftabsorption kann auftreten, wenn das Kraftmaschinenöl mit einer hohen Rate (z. B. bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen) zirkuliert wird, wobei weniger Zeit vorhanden ist, damit Luftblasen aus dem Kraftmaschinenöl entweichen. Außerdem kann die Kraftmaschinenölluftabsorption zunehmen, wenn die Kraftmaschinenöltemperatur abnimmt. Die Kraftmaschinenölluftabsorption kann sich auf die Verbrennung auswirken und kann dadurch Kraftmaschinenkomponenten beschädigen und/oder die Kraftmaschinenleistung verringern. Ebenso können niedrige Kraftmaschinenölstände (z. B. weniger als eine kritische Menge an Kraftmaschinenöl) - was auch als „Verarmung“ bezeichnet wird - Kraftmaschinenkomponenten beschädigen und/oder die Kraftmaschinenleistung verringern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Kraftmaschinenölluftabsorption- und -verarmungszustände möglichst zuverlässig detektieren zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wir mit einem Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 7 aufweist.
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Das Verfahren kann durch ein Computerprogramm implementiert sein, das durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann sich auf einem konkreten computerlesbaren Medium befinden, wie z. B. einem Speicher, einem nichtflüchtigen Datenspeicher und/oder anderen geeigneten konkreten Speichermedien.
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Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke bestimmt un.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich, in denen:
- 1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Steuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Detektieren einer Kraftmaschinenölluftabsorption und -verarmung auf der Basis einer Kraftmaschinenvibration gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Für die Zwecke der Deutlichkeit werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hier verwendet, sollte der Ausdruck A, B und/oder C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Selbstverständlich können die Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
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Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Eine Kraftmaschinenölverarmung kann Kraftmaschinenkomponenten aufgrund einer unzureichenden Schmierung (d. h. erhöhten Reibung) beschädigen. Die Kraftmaschinenölverarmung kann jedoch schwierig und/oder kostspielig zu detektieren sein. Insbesondere kann das Implementieren von Kraftmaschinenöldrucksensoren und/oder Kraftmaschinenölstandsensoren die Kosten erhöhen und kann schwierig zu implementieren sein. Die Anordnung (d. h. die Lage) des Sensors (der Sensoren) kann sich beispielsweise darauf auswirken, ob die Kraftmaschinenölverarmung detektiert wird (z. B. variable Detektionsleistung).
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Der Kraftmaschinenölstand (und folglich die Kraftmaschinenölverarmung) steht mit der Kraftmaschinenölluftabsorption in Beziehung. Insbesondere kann die Kraftmaschinenölluftabsorption bei niedrigen Kraftmaschinenölständen auftreten. Die Kraftmaschinenölluftabsorption kann beispielsweise während der Kraftmaschinenölverarmung (d. h. geringerer Kraftmaschinenölstand als ein Schwellenwert), und wenn die Kraftmaschine geneigt wird (z. B. wenn ein Fahrzeug eine Kurve durchfährt), auftreten. Die Kraftmaschinenölluftabsorption kann jedoch auf der Basis einer Kraftmaschinenvibration detektiert werden. Eine Erhöhung der Kraftmaschinenvibration kann beispielsweise auf eine Kraftmaschinenölluftabsorption hindeuten.
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Folglich wird ein Verfahren vorgestellt, die die Kraftmaschinenölluftabsorption und -verarmung auf der Basis einer Kraftmaschinenvibration detektieren. Die Kraftmaschinenvibration kann beispielsweise auf der Basis eines Kraftmaschinenvibrationssignals bestimmt oder gemessen werden, das von einem Kraftmaschinenklopfsensor, einem Beschleunigungsmesser oder einem anderen geeigneten Sensor erzeugt wird. Insbesondere kann das Verfahren eine Lage und eine Frequenz für die Kraftmaschinenvibration unter Verwendung des Kraftmaschinenvibrationssignals bestimmen. Die Lage der Kraftmaschinenvibration kann beispielsweise einen Kurbelwinkel (z. B. Kurbelwinkelgrad oder CAD) entsprechend einer maximalen Intensität des Kraftmaschinenvibrationssignals umfassen. Außerdem kann die Kraftmaschinenvibrationsfrequenz beispielsweise auf einer Digitalsignalverarbeitung (DSP) des Kraftmaschinenvibrationssignals (z. B. einem Maximum einer schnellen Fourier-Transformation oder FFT) basieren.
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Das Verfahren kann dann die Kraftmaschinenölluftabsorption (und folglich die Kraftmaschinenölverarmung) auf der Basis der bestimmten Lage und der bestimmten Frequenz der Kraftmaschinenvibration detektieren. Das Verfahren kann beispielsweise die Kraftmaschinenölluftabsorption und -verarmung detektieren, wenn die bestimmte Lage (z. B. der Kurbelwinkel) bzw. die bestimmte Frequenz des Kraftmaschinenvibrationssignals größer sind als vorbestimmte Schwellenwerte. Die vorbestimmten Schwellenwerte können beispielsweise dem normalen Kraftmaschinenbetrieb entsprechen. Folglich können eine bestimmte Lage und eine bestimmte Frequenz, die größer sind als die vorbestimmten Schwellenwerte, auf einen anomalen Kraftmaschinenbetrieb hinweisen.
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Außerdem oder alternativ kanndas Verfahren auch einen Kraftmaschinenölstand abschätzen. Insbesondere kann das Verfahren den Kraftmaschinenölstand auf der Basis der Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung und der gemessenen Kraftmaschinenvibration (d. h. Lage und Frequenz) abschätzen. Mit anderen Worten, die Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung kann auf einen vorbestimmten Kraftmaschinenölstand (z. B. einen niedrigen Ölstandschwellenwert) hinweisen. Das Verfahren kann jedoch überdies dann den Kraftmaschinenölstand auf der Basis der Lage und/oder der Frequenz der Kraftmaschinenvibration abschätzen (d. h. bestimmen, wie weit der Kraftmaschinenölstand unter dem niedrigen ölstandschwellenwert liegt). Der abgeschätzte Kraftmaschinenölstand kann beispielsweise abnehmen, wenn die Lage und/oder die Frequenz der Kraftmaschinenvibration zunehmen.
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Das Verfahren kann auch ein Fehlersignal erzeugen, wenn die Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung detektiert wird. Die Fehlersignale können beispielsweise einen Fahrer des Fahrzeugs über das detektierte Problem benachrichtigen und/oder können den Kraftmaschinenbetrieb modifizieren, um eine Beschädigung an Kraftmaschinenkomponenten zu verringern oder zu verhindern. Außerdem kann das Verfahren den Kraftmaschinenbetrieb auf der Basis der Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung und/oder des abgeschätzten Kraftmaschinenölstandes modifizieren (z. B. um eine Beschädigung an der Kraftmaschine zu verringern oder zu verhindern).
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Mit Bezug auf 1 umfasst ein Kraftmaschinensystem 10 eine Kraftmaschine 12. Die Kraftmaschine 12 kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine mit Funkenzündung (SI), eine Kraftmaschine mit Kompressionszündung (CI) (z. B. eine Dieselkraftmaschine) oder eine Kraftmaschine mit homogener Ladungskompressionszündung (HCCI) umfassen. Das Kraftmaschinensystem 10 kann jedoch auch einen anderen Typ von Kraftmaschine und/oder zusätzliche Komponenten, wie z. B. in einem Hybrid-Kraftmaschinensystem (z. B. einen Elektromotor), umfassen.
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Die Kraftmaschine 12 saugt Luft in einen Einlasskrümmer 14 durch ein Einlasssystem 16, das durch eine Drosselklappe 18 geregelt werden kann. Die Drosselklappe 18 kann beispielsweise elektronisch gesteuert sein (z. B. elektronische Drosselklappensteuerung oder ETC). Ein Luftmassensensor (MAF-Sensor) 20 kann eine MAF-Rate in den Einlasskrümmer 14 messen. Ein Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 22 kann einen Druck der Luft innerhalb des Einlasskrümmers 14 messen. Die Luft im Einlasskrümmer 14 kann zu mehreren Zylindern 24 verteilt werden. Obwohl vier Zylinder gezeigt sind, können andere Zahlen von Zylindern implementiert werden.
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Die Luft in den Zylindern 24 kann mit Kraftstoff von mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 26 vermischt werden, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) zu erzeugen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 26 können beispielsweise Kraftstoff jeweils über Einlasskanäle der Zylinder 24 (z. B. Kanalkraftstoffeinspritzung) oder jeweils direkt in die Zylinder 24 (z. B. Direktkraftstoffeinspritzung) einspritzen. Die Verbrennung des L/K-Gemisches treibt Kolben (nicht dargestellt) an, die eine Kurbelwelle 30 rotatorisch drehen, die ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Ein Kraftmaschinendrehzahlsensor 32 kann eine Drehzahl der Kurbelwelle 30 (z. B. in Umdrehungen pro Minute oder RPM) messen. Das Antriebsdrehmoment kann von der Kurbelwelle 30 auf einen Endantrieb (nicht dargestellt) des Fahrzeugs (z. B. Räder) über ein Getriebe (nicht dargestellt) übertragen werden. Das Getriebe (nicht dargestellt) kann beispielsweise mit der Kurbelwelle 30 über einen Drehmomentwandler (z. B. eine Fluidkopplung) gekoppelt sein.
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Insbesondere kann in SI-Brennkraftmaschinen das L/K-Gemisch in den Zylindern 24 durch die Kolben (nicht dargestellt) komprimiert und über einen Zündfunken von mehreren Zündkerzen 28 verbrannt werden. In HCCI-Kraftmaschinen kann das L/K-Gemisch andererseits in den Zylindern 24 durch die Kolben (nicht dargestellt) komprimiert werden, bis ein kritischer Druck und/oder eine kritische Temperatur erreicht wird und das L/K-Gemisch automatisch verbrennt. Außerdem können die Zündkerzen 28 die Verbrennung des L/K-Gemisches in HCCI-Kraftmaschinen „unterstützen“. Ferner kann in CI-Kraftmaschinen (z. B. Dieselkraftmaschinen) die Luft in den Zylindern 24 durch die Kolben (nicht dargestellt) komprimiert werden und Kraftstoff kann durch die Kraftstoffeinspritzdüsen 26 in die komprimierte Luft eingespritzt werden (z. B. Direktkraftstoffeinspritzung), was bewirkt, dass das komprimierte L/K-Gemisch verbrennt.
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Abgas, das sich aus der Verbrennung ergibt, kann aus den Zylindern 24 in einen Auslasskrümmer 34 ausgestoßen werden. Ein Abgasgegendrucksensor (EBP-Sensor) 36 kann einen Druck des Abgases im Auslasskrümmer 34 messen. Ein Abgasbehandlungssystem 38 kann das Abgas behandeln, um Emissionen zu verringern, bevor das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird. Das Abgas kann auch verwendet werden, um einen Turbolader 40 anzutreiben. Der Turbolader 40 kann den MAP durch Komprimieren der in den Einlasskrümmer 14 gesaugten Luft erhöhen („aufladen“), was zu einem erhöhten Antriebsdrehmoment führen kann (d. h. wenn sie mit mehr Kraftstoff kombiniert wird).
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Außerdem kann das Abgas in den Einlasskrümmer 14 über ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 42 eingeführt werden. Das AGR-System 42 kann eine AGR-Leitung 44, die den Auslasskrümmer 34 mit dem Einlasskrümmer 14 verbindet, und ein AGR-Ventil 46, das eine Menge an Abgas, das in den Einlasskrümmer 14 eingeführt wird, regelt, umfassen. Insbesondere kann das AGR-System 42 verwendet werden, um ein Verhältnis des L/K-Gemisches und/oder die Verbrennungsphasensteuerung (z. B. über Temperatursteuerung) zu regeln. Das AGR-System 42 kann beispielsweise in CI-Kraftmaschinen (z. B. Dieselkraftmaschinen) und HCCI-Kraftmaschinen implementiert werden.
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Ein Kraftmaschinenvibrationssensor 48 misst die Kraftmaschinenvibration. Der Kraftmaschinenvibrationssensor 48 kann beispielsweise einen Kraftmaschinenklopfsensor, einen Beschleunigungsmesser oder einen anderen geeigneten Sensor umfassen. Außerdem kann der Kraftmaschinenvibrationssensor 48 beispielsweise einen digitalen Kraftmaschinenvibrationssensor umfassen. Die Vibration der Kraftmaschine 12 kann an einem Verbrennungsgeräusch liegen. Mit anderen Worten, das Verbrennungsgeräusch kann durch Änderungen der Verbrennungseigenschaften (z. B. L/K-Verhältnis, Zündfunkenzeitpunkt usw.) verursacht werden. Das Verbrennungsgeräusch kann jedoch auch durch Änderungen des Drucks in einem oder mehreren Zylindern 24 der Kraftmaschine 12 verursacht werden.
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Ein Steuermodul 50 empfängt Signale von der Drosselklappe 18, dem MAF-Sensor 20, dem MAP-Sensor 22, den Kraftstoffeinspritzdüsen 26, den Zündkerzen 28, dem Kraftmaschinendrehzahlsensor 32, dem EBP-Sensor 36, dem Abgasbehandlungssystem 38, dem Turbolader 40, dem AGR-Ventil 46 und/oder dem Kraftmaschinenvibrationssensor 48. Das Steuermodul 50 kann die Drosselklappe 18 (z. B. ETC), die Kraftstoffeinspritzdüsen 26, die Zündkerzen 28, das Abgasbehandlungssystem 38 und/oder das AGR-Ventil 46 steuern. Das Steuermodul 50 kann auch das System oder das Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren.
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Mit Bezug auf 2 ist das Steuermodul 50 genauer gezeigt. Das Steuermodul 50 kann ein Digitalsignalverarbeitungsmodul (DSP-Modul) 70, ein Bestimmungsmodul 74, ein Detektionsmodul 78 und ein Abschätzmodul 82 umfassen. Das Steuermodul 50 und/oder die anderen Untermodule des Steuermoduls 50 können auch einen Speicher (nicht dargestellt) umfassen, der bestimmte und vorbestimmte Parameter speichert. Der Speicher (nicht dargestellt) kann beispielsweise einen nichtflüchtigen Speicher (NVM) umfassen.
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Das DSP-Modul 70 empfängt das Kraftmaschinenvibrationssignal vom Kraftmaschinenvibrationssensor 48. Das DSP-Modul 70 verarbeitet das Kraftmaschinenvibrationssignal. Insbesondere kann das DSP-Modul 70 eine Digitalsignalverarbeitung (DSP) am Kraftmaschinenvibrationssignal durchführen. Das DSP-Modul 70 kann beispielsweise eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) des Kraftmaschinenvibrationssignals erzeugen. Das DSP-Modul 70 kann jedoch auch eine zusätzliche oder alternative Signalverarbeitung (z. B. Filtern, Glätten usw.) durchführen.
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Das Bestimmungsmodul 74 empfängt das Kraftmaschinenvibrationssignal und das verarbeitete Kraftmaschinenvibrationssignal (z. B. die FFT). Das Bestimmungsmodul 74 kann eine Lage und eine Frequenz der Kraftmaschinenvibration auf der Basis des Kraftmaschinenvibrationssignals bzw. des verarbeiteten Kraftmaschinenvibrationssignals bestimmen. Insbesondere kann das Bestimmungsmodul 74 die Lage der Kraftmaschinenvibration auf der Basis einer maximalen Kraftmaschinenvibrationsintensität (z. B. Amplitude) während einer Periode bestimmen. Die Lage kann beispielsweise eine Winkelposition der Kurbelwelle 30 (z. B. einen Kurbelwinkel) umfassen. Außerdem kann das Bestimmungsmodul 74 die Frequenz der Kraftmaschinenvibration auf der Basis des verarbeiteten Kraftmaschinenvibrationssignals bestimmen. Die Frequenz der Kraftmaschinenvibration kann beispielsweise auf einem Maximum der FFT basieren.
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Das Detektionsmodul 78 empfängt die bestimmte Lage und die bestimmte Frequenz der Kraftmaschinenvibration vom Bestimmungsmodul 74. Das Detektionsmodul 78 kann eine Kraftmaschinenölluftabsorption (und Kraftmaschinenölverarmung) auf der Basis der bestimmten Lage und der bestimmten Frequenz der Kraftmaschinenvibration detektieren. Das Detektionsmodul 78 kann beispielsweise die Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung detektieren, wenn die bestimmte Lage bzw. die bestimmte Frequenz der Kraftmaschinenvibration größer sind als vorbestimmte Schwellenwerte. Das Detektionsmodul 78 kann auch ein Fehlersignal erzeugen, wenn die Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung detektiert wird. Das Fehlersignal kann den Fahrer des Fahrzeugs benachrichtigen und/oder den Kraftmaschinenbetrieb modifizieren, um eine Beschädigung zu verringern oder zu verhindern. Die Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung und/oder das Fehlersignal können durch das Signal 80 dargestellt werden.
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Das Abschätzmodul 82 kommuniziert mit dem Detektionsmodul. Das Abschätzmodul 82 kann ein Signal empfangen, das angibt, ob eine Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung detektiert wurde. Das Abschätzmodul 82 kann den Kraftmaschinenölstand auf der Basis der Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung und der Lage und/oder der Frequenz der Kraftmaschinenvibration abschätzen. Insbesondere kann die Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung auf einen vorbestimmten Kraftmaschinenölstand (z. B. einen niedrigen Ölstandschwellenwert) hinweisen. Überdies kann das Verfahren dann auf der Basis der Lage und/oder der Frequenz der Kraftmaschinenvibration den Kraftmaschinenölstand abschätzen (d. h. bestimmen, wie weit der Kraftmaschinenölstand unter dem niedrigen Ölstandschwellenwert liegt). Der abgeschätzte Kraftmaschinenölstand kann beispielsweise abnehmen, wenn die Lage und/oder die Frequenz der Kraftmaschinenvibration zunehmen. Das Abschätzmodul kann auch ein Fehlersignal erzeugen, wenn der abgeschätzte Kraftmaschinenölstand geringer ist als ein vorbestimmter (z. B. kritischer) Schwellenwert. Das Fehlersignal kann den Fahrer des Fahrzeugs benachrichtigen und/oder den Kraftmaschinenbetrieb modifizieren, um eine Beschädigung zu verringern oder zu verhindern. Die Abschätzung des Kraftmaschinenölstandes und/oder das Fehlersignal können durch das Signal 84 dargestellt werden.
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Mit Bezug auf 3 beginnt ein Verfahren zum Detektieren einer Kraftmaschinenölluftabsorption unter Verwendung des Kraftmaschinenvibrationssensors 48 bei 100. Bei 100 misst das Steuermodul 50 die Kraftmaschinenvibration durch Empfangen des Kraftmaschinenvibrationssignals vom Kraftmaschinenvibrationssensor 48. Bei 104 verarbeitet das Steuermodul 50 das Kraftmaschinenvibrationssignal (z. B. erzeugt es eine FFT). Bei 108 bestimmt das Steuermodul 50 die Lage (z. B. den Kurbelwinkel) der Kraftmaschinenvibration.
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Bei 112 bestimmt das Steuermodul 50 die Frequenz der Kraftmaschinenvibration. Bei 116 detektiert das Steuermodul 50 die Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung. Insbesondere kann das Steuermodul 50 feststellen, ob die bestimmte Lage bzw. die bestimmte Frequenz der Kraftmaschinenvibration größer sind als vorbestimmte Schwellenwerte. Falls dies gilt, kann die Steuerung zu 120 weitergehen. Falls dies falsch ist, kann die Steuerung zu 100 zurückkehren.
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Bei 120 schätzt das Steuermodul 50 den Kraftmaschinenölstand ab. Insbesondere kann das Steuermodul 50 den Kraftmaschinenölstand auf der Basis der Detektion der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung und der Lage und/oder der Frequenz der Kraftmaschinenvibration abschätzen. Bei 124 kann das Steuermodul 50 aufgrund der Kraftmaschinenölluftabsorption/-verarmung (oder des kritischen Kraftmaschinenölstandes) den Fahrer des Fahrzeugs benachrichtigen und/oder den Kraftmaschinenbetrieb modifizieren. Die Steuerung kann dann zu 100 zurückkehren.