DE10001274A1

DE10001274A1 - Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung bei Verbrennungsmotoren mit Klopfregelung

Info

Publication number: DE10001274A1
Application number: DE10001274A
Authority: DE
Inventors: Michael Baeuerle; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2020-01-15
Also published as: JP2001214799A; US6457455B2; US20010020465A1; DE10001274C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung bei mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren mit Klopfregelung, bei dem bei jeder Kurbelwellenumdrehung Laufunruhewerte für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine durch Messung von Segmentzeiten einzeln ermittelt werden, wobei die Segmentzeiten die der Kolbenbewegung jedes zu messenden Zylinders entsprechenden Zeiten umfassen, in der die Kurbelwelle einen zugehörigen Kreissegmentwinkelbereich überstreicht, danach die ermittelten Laufunruhewerte in einem Sollwertvergleich mit einem Schwellwert verglichen werden und auf der Basis der Abweichung zwischen den ermittelten Laufunruhewerten und dem Sollwert in einer Auswerteeinheit zylinderindividuell Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren für die Änderung von Einspritzzeiten oder Zündzeitpunktzeiten der einzelnen Zylinder errechnet werden. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die errechneten Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren (GL¶1¶) für die Änderung von Einspritzzeiten oder Zündzeitpunktzeiten oder der Füllung als Grundlage für die Ermittlung eines durch die Änderung bewirkten Laufunruheerhöhungswertes (LUT¶korrigiert¶) dienen und daß mit dem ermittelten Laufunruheerhöhungswert (LUT¶korrigiert¶) eine Berechnung eines korrigierten Laufunruhewertes (dLUT) erfolgt, wobei der korrigierte Laufunruhewert (dLUT) für die Berechnung der endgültigen Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren (GL¶2¶) für die Beeinflussung von Einspritzzeiten oder ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbren nungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung bei mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Verfahren zur Ermittling der Motorlaufunruhe durch Auswertung der Motordrehzahl werden sowohl bei Ot to- als auch Dieselmotoren eingesetzt, um einen un runden Motorlauf, der beispielsweise durch Ven tilverkokungen oder bei direkt einspritzenden Moto ren durch Streuungen der Kennwerte von Ein spritzventilen hervorgerufen werden kann, zu erken nen und durch geeignete Regelvorrichtungen zu mini mieren.

Derartige Verfahren nutzen die Erkenntnis, daß eine nicht erfolgende oder unvollständige Verbrennung innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors charakteristische Änderungen des Drehmomentverlau fes des Motors gegenüber dem Normalbetrieb nach sich zieht. Durch den Vergleich von Drehmomentver läufen kann somit zwischen Normalbetrieb des Motors ohne Aussetzer und sogenanntem aussetzerbehafteten Betrieb bzw. nicht optimaler Verbrennung unter schieden werden. Eine unvollständige bzw schlechte Verbrennung eines oder mehrerer Zylinder trägt zum Gesamtdrehmomentverlauf des Motors mit einem gerin geren Beitrag bei, wobei sich dieser Beitrag durch eine Erfassung der Istmomente der Zylinder über ei ne Auswertung des zeitlichen Verlaufes der Kurbel- oder Nockenwellendrehung bestimmen lässt. Gemäß dem gattungsgemäßen Verfahren ist einem bestimmten Be reich der Kolbenbewegung jedes Zylinders ein als Segment bezeichneter Kurbelwellenwinkelbereich zu geordnet. Die zu jedem Zylinder gehörenden Segmente werden beispielsweise durch Markierungen auf einem mit der Kurbelwelle gekoppelten Geberrad reali siert. Die Segmentzeit, d. h. die Zeit, in der die Kurbelwelle den entsprechenden Winkelbereich des Segmentes überstreicht, hängt wesentlich vom der im Verbrennungstakt umgesetzten Energie ab. Aussetzer oder eine schlechte Verbrennung führen infolge des mangelnden Momentenbeitrages zu einem Anstieg der zündungssynchron erfassten Segmentzeiten, die für jeden Zylinder durch Abtastung der Markierungen am Geberrad durch einen geeigneten Sensor ermittelt werden. Je gleichmäßiger der Motor läuft, desto ge ringer fallen die Unterschiede zwischen den Seg mentzeiten der einzelnen Zylinder aus. Nach bereits aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei spielsweise der DE-OS 41 38 765, wird aus Differenzen der Segmentzeiten ein Maß für die Laufunruhe des Motors berechnet, wobei zusätzliche Rahmenbedingun gen, wie beispielsweise der Anstieg der Motordreh zahl bei einer Fahrzeugbeschleunigung, rechnerisch kompensiert werden. Der so für jede Zündung berech nete Laufunruhewert wird in einem anschließenden Verfahrensschritt zündungssynchron in einem Soll wertvergleich mit einem Schwellwert verglichen. Überschreitet der ermittelte Laufunruhewert den ggf. von Betriebsparametern wie Last und Drehzahl abhängigen Schwellwert, so wird dies zum Beispiel als Aussetzer des betreffenden Zylinders gewertet.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden zylinde rindividuell in einer Auswerteeinheit Gleichstel lungs- bzw. Korrekturfaktoren gebildet, mit deren Hilfe Einspritzzeiten, Zündzeitpunktzeiten oder die Füllung der einzelnen von Drehmomentänderungen be troffenen Zylinder beeinflusst werden können. So kann beispielsweise eine Veränderung des Zündzeit punktes den Drehmomentanteil eines Zylinders verän dern. Darüberhinaus können durch Beeinflussung von Einspritzzeiten und Einspritzdauer die Unterschiede im Einspritzverhalten von Einspritzventilen ausge glichen werden. Weiterhin kann bei Systemen mit ei ner zylinderindividuellen Einstellung der Zylinder füllung (z. B. durch Einzeldrosselklappen oder vollvariable Ein- und/ oder Auslaßventile) die zy linderindividuelle Füllung angepaßt werden.

Das oben beschriebene aus dem Stand der Technik be kannte Verfahren hat sich im Rahmen von Motormana gement-Systemen zur Herbeiführung einer Zylindergleichstellung durchaus bewährt. Die hierbei vorge nommenen zylinderindividuellen Eingriffe können je doch dazu führen, daß eine unter bestimmten Rahmen bedingungen auftretende klopfende Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern zusätzlich verstärkt wird. Aus diesem Grunde wird bei bekannten Motor management-Systemen, die zusätzlich zur Zylinder gleichstellung eine Klopfregelung aufweisen, ein Einsatz beider Systeme zur gleichen Zeit augen blicklich ausgeschlossen. Dies ist darauf zurückzu führen, daß die aufgrund der Klopfregelung vorge nommenen Veränderungen des Zündwinkels, beispiels weise durch eine Zündwinkelspätverstellung, zu ei ner Veränderung des Laufunruhewertes führt. Sollte die Zylindergleichstellung mittels Einspritzzeit korrektur in diesem Falle gleichzeitig mit der Klopfregelung aktiv sein, so würde die Zylinder gleichstellung zur Herabsetzung der Laufunruhewerte eine Anreicherung des Gasgemisches aufgrund verän derter Einspritzzeiten in dem mit klopfender Ver brennung behafteten Zylinder bewirken.

Eine derartige Anfettung führt bei der Verbrennung jedoch zwangsläufig zu einem weiteren Anstieg der klopfenden Verbrennung innerhalb des Zylinders, so daß weder das Ziel eines ruhigen Motorlaufes noch die Beseitigung der klopfenden Verbrennung durch die Zylindergleichstellung und Klopfregelung des Motormanagement-Systems beseitigt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten der Einflussnahme auf den Betriebszu stand von Verbrennungsmotoren bietet das erfin dungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genann ten Merkmalen den Vorteil, daß erstmalig eine Klopfregelung und eine Zylindergleichstellung in Kombination eingesetzt werden können, ohne daß eine größere Fehlerkennung bei der Aussetzererkennung im lahmen der Zylindergleichstellung zu befürchten ist und andererseits ohne daß durch die Maßnahmen der Zylindergleichstellung die Klopfneigung des betref fenden Motors verstärkt wird. Dies geschieht erfin dungsgemäß dadurch, daß die im Rahmen der Laufunru heberechnung für die Zylindergleichstellung er rechneten Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren für die Änderung von Einspritzzeiten oder Zündzeit punktzeiten als Grundlage für die Ermittlung eines durch die Änderung bewirkten Laufunruheerhöhungs wertes dienen und daß mit dem ermittelten Laufun ruheerhöhungswert eine Berechnung eines korrigier ten Laufunruhewertes erfolgt, wobei der korrigierte Laufunruhewert für die Berechnung der endgültigen Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren für die Be einflussung von Einspritzzeiten oder Zündzeitpunkt zeiten benutzt wird.

Durch die Tatsache, daß der für die endgültige Be rechnung der Gleichstellungs- bzw. Korrekturfakto ren maßgebende Laufunruhewert vor der Berechnung einem Korrekturschritt unterzogen wird, wird die normalerweise ohne Korrektur stattfindende Laufun ruhewerterhöhung eliminiert, so daß eine ungewollte Wechselwirkung zwischen Klopfregelung und Zylinder gleichstellung vermieden wird.

Der zu bestimmende Laufunruheerhöhungswert kann er findungsgemäß auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. So ist es beispielsweise denkbar, diesen aus den berechneten Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren durch eine Kennfeldberechnung zu ermitteln, wobei der Zusammenhang zwischen zu be stimmender Laufunruheerhöhung und einer durchzufüh renden Zündwinkelverschiebung in einer Kennlinie innerhalb des Motormanagement-Systems abgelegt ist, so daß die Laufunruheerhöhung auf einfache Weise ermittelbar ist. Darüber hinaus besteht die Mög lichkeit, den Laufunruheerhöhungswert aus dem Drehmoment als Funktion des Zündwinkelwirkungsgra des zu ermitteln. Dies hat den Vorteil, daß der Zu sammenhang zwischen Drehmoment und Zündwinkelwir kungsgrad im Motorsystem bereits als Funktion hin terlegt ist. Darüber hinaus ist es denkbar, den Laufunruheerhöhungswert als Funktion der Einspritz zeitspanne in der Expansionsphase des betreffenden Zylinders (sogenannte Doppeleinspritzung) zu ermit teln. Dies gilt auch für die zylinderindividuelle Füllung. Auch hier kann der Füllungsunterschied zu anderen Zylindern durch den Laufunruheerhöhungswert berücksichtigt werden.

Zeichnung

Im folgenden wir das erfindungsgemäße Verfahren in seinem Ablauf anhand des als Figur beigefügten Blockschaltbildes näher erläutert. In der Figur ist aus Übersichtlichkeitsgründen das Verfahren für ei nen Zylinder eines mehrzylindrigen Verbrennungsmo tors exemplarisch dargestellt. Der Ablauf der Ver fahrensschritte für die zugehörigen übrigen Zylin der erfolgt analog dem dargestellten Blockschalt bild in den dafür zuständigen Bausegmenten des Mo tormanagement-Systems.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Zunächst wird in dem als Block dargestellten Ver brennungsmotor M mittels eines mit der Nockenwelle oder der Kurbelwelle verbundenen Geberrades, auf dem einzelne Segmente aufgetragen sind, eine zylin derindividuelle Segmentzeit t_s ermittelt. Diese Segmentzeit t_s kann gegenüber einem Motornormal betrieb verlängert sein, falls in dem zugehörigen Zylinder eine unvollständige Verbrennung oder ein Verbrennungsaussetzer erfolgt. Die über geeignete Sensoren mittels des Geberrades ermittelte Segment zeit t_s wird anschließend einem Berechnungsblock 1 zugeführt, der aus den Segmentzeiten t_s zylinderin dividuelle Laufunruhewerte LUT berechnet, wobei der Block 1 ein Filterelement enthalten kann, in dem die ermittelten Laufunruhewerte LUT einer Filterung unterzogen werden; die so gefilterten Werte LUT werden als FLUT bezeichnet. Die LUT/FLUT-Wert wer den anschließend in einem Vergleichsblock 2 einem Sollwertvergleich mit einem Schwellwert SW unterzogen. Ergibt der Sollwertvergleich, daß der zylinde rindividuelle Laufunruhewert LUT/FLUT größer ist als der Schwellwert SW, so wird der Betrag des LUT- Wertes, welcher ein direktes Maß für die Regelab weichung vom Normalzustand innerhalb des betreffen den Zylinders ist, die im Rahmen der Zylinder angleichung beseitigt werden soll, an einen PI-Reg ler 3.1 weitergegeben. Der PI-Regler 3.1 bestimmt aus der Regelabweichung Gleichstellungs- oder Kor rekturwerte GL für den betreffenden Zylinder, die maßgebend für eine Anpassung der Einspritzzeit und/oder des Zündzeitpunktes und/oder der Füllung des betroffenen Zylinders sind, um eine Rückkehr in den Normalzustand zu bewirken. Insoweit entsprechen die erläuterten Verfahrensschritte bereits aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Zylinder gleichstellung. Als Ausgangsgrößen des PI-Reglers 3.1 sind der beigefügten Figur der Laufunruhewert LUT sowie der Gleichstellungsfaktor GL₁ zu entneh men. Der berechnete Gleichstellungsfaktor GL₁ wird im nächsten Verfahrensschritt einem Berech nungsmodul zugeleitet, das abhängig von der Ein gangsgröße GL₁ einen Laufunruheerhöhungswert dLUT bestimmt. Dies kann beispielsweise durch ein im Be rechnungsmodul enthaltenes Kennfeld erfolgen, in dem der Zusammenhang zwischen einer vorzunehmenden Zündwinkelverschiebung und/oder einer Einspritz zeitkorrektur und/oder der Füllungskorrektur bzw. - änderung des und der sich daraus ergebenden Lauf unruheerhöhung abgelegt ist. Die Kennfeldwerte las sen sich jedoch auch durch Applikation ermitteln. Darüber hinaus ist es denkbar, den Laufunruheerhöhungswert beispielsweise aus dem Drehmoment als Funktion des Zündwinkelwirkungsgrades oder als Funktion der Einspritzzeit oder als Funktion zylin derindividuellen Füllungsunterschiede oder als Funktion der Einspritzzeitspanne in der Expansi onsphase (bei einer Doppeleinspritzung) des betref fenden Zylinders zu ermitteln. Die Entscheidung, auf welche Weise der Laufruheerhöhungswert berech net wird, ergibt sich aus den sonstigen Rahmenbe dingungen des Motormanagement-Systems. Die Aus gangsgröße des Berechnungsblockes 4.2, der Lauf unruheerhöhungswert dLUT dient nachfolgend als Ein gangsgröße des Bausteines 4.3, in dem aus dem ur sprünglichen unkorrigierten Laufunruhewert LUT un ter Berücksichtigung des Laufunruheerhöhungswertes durch Subtraktion ein korrigierter Laufunruhewert LUT_korrigiert ermittelt wird. Dieser korrigierte Lau funruhewert wird abschließend einem Berechnungs block 3.2 zugeführt, in dem analog dem Berechnungs block 3.1 die endgültigen Gleichstellungsfaktoren für die einzelnen Zylinder ermittelt werden, die für die Zylindergleichstellung notwendig sind.

Durch die Tatsache, daß der Laufunruhewert einem Korrekturverfahren unterzogen ist, wird ausge schlossen, daß die Funktion einer in der Figur nicht näher dargestellten Klopfregelung beeinträch tigt wird.

Darüberhinaus kann durch die Heranziehung der kor rigierten Laufunruhewerte die Erkennungsqualität einer Aussetzererkennung verbessert werden, die üblicherweise mittels eines Vergleiches des Laufunru hewertes mit einem Schwellwert erfolgt.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung bei mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren mit Klopfregelung, bei dem bei jeder Kurbelwellenumdrehung

- Laufunruhewerte für jeden Zylinder des Ver brennungsmotors durch Messung von Segmentzei ten einzeln ermittelt werden, wobei die Seg mentzeiten die der Kolbenbewegung jedes zu messenden Zylinders entsprechenden Zeiten um fassen, in der die Kurbelwelle einen zugehöri gen Kreissegmentwinkelbereich überstreicht,
- die ermittelten Laufunruhewerte in einem Sollwertvergleich mit einem Schwellwert ver glichen werden,
- auf der Basis der Abweichung zwischen den ermittelten Laufunruhewerten und dem Sollwert in einer Auswerteeinheit zylinderindividuell Gleichstellungs- bzw Korrekturfaktoren für die Änderung von Einspritzzeiten oder Zündzeit punktzeiten oder Füllung der einzelnen Zylin der errechnet werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die errechneten Gleichstellungs- bzw Korrek turfaktoren (GL₁) für die Änderung von Ein spritzzeiten oder Zündzeitpunktzeiten oder Füllung als Grundlage für die Ermittlung eines durch die Änderung bewirkten Laufunruheer höhungswertes (dLUT) dienen und daß
- mit dem ermittelten Laufunruheerhöhungswert (dLUT) eine Berechnung eines korrigierten Lau funruhewertes (LUT_korrigiert) erfolgt, wobei der korrigierte Laufunruhewert (LUT_korrigiert) für die Berechnung der entgültigen Gleichstel lungs- bzw Korrekturfaktoren (GL₂) für die Be einflussung von Einspritzzeiten oder Zündzeit punktzeiten benutzt wird.

2. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufunruhe erhöhungswert (LUT_korrigiert) aus den Gleichstel lungs- bzw. Korrekturfaktoren (GL₁) durch eine Kennfeldberechnung ermittelt wird.

3. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lauf unruheerhöhungswert (LUT_korrigiert) aus dem Kor rekturfaktor für eine Zündwinkelverschiebung ermittelt wird.

4. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufunruhe erhöhungswert (LUT_korrigiert) aus dem Drehmoment als Funktion des Zündwinkelwirkungsgrades er mittelt wird.

5. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufunruhe erhöhungswert (LUT_korrigiert) aus dem Drehmoment als Funktion der Einspritzzeitspanne in der Expansionsphase des betreffenden Zylinders er mittelt wird.

6. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufunruhe erhöhungswert (LUT_korrigiert) aus dem Laufunruhe wert als Funktion der Einspritzzeitspanne in der Expansionsphase des betreffenden Zylinders ermittelt wird.