DE10010459C1

DE10010459C1 - Verfahren zur Aussetzererkennung bei Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10010459C1
Application number: DE10010459A
Authority: DE
Inventors: Michael Lehner; Andrea Lohmann; Stephan Uhl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: US20010018906A1; FR2805863B1; US6439198B2; JP2001263154A; FR2805863A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung bei mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren, 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, und auf der Basis der gefilterten Laufunruhewerte in einer Auswerteeinheit zylinderindividuell Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren für die Beeinflussung von Einspritzzeiten oder Zündzeitpunktzeiten der einzelnen Zylinder errechnet werden. DOLLAR A Es ist vorgesehen, die ermittelten Laufunruhewerte (LUT) oder gefilterten Laufunruhewerte (FLUT) in einem Sollwertvergleich mit einem Schwellwert (SW¶2¶), der wertmäßig wesentlich kleiner als der Schwellwert (SW¶1¶) zur Aussetzererkennung vorgegeben ist, verglichen werden, wobei die regelmäßige Unterschreitung des zweiten Schwellwertes (SW¶2¶) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls (DELTAt) oder während einer bestimmten Anzahl von Motorumdrehungen (DELTAu) eine Herabsetzung des Schwellwertes (SW¶1¶) zur Aussetzererkennung auf ein kleineres Niveau bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbren nungsaussetzererkennung bei mehrzylindrigen Ver brennungsmotoren mit den im Oberbegriff des An spruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung werden bei Ottomotoren eingesetzt, um einerseits einen unrunden Motorlauf, der beispielsweise durch Ventilverkokungen oder bei direkt einspritzenden Motoren durch Qualitätsstreuungen der Kennwerte von Einspritzventilen hervorgerufen werden kann, zu erkennen und durch geeignete Regelvorrichtungen zu minimieren, andererseits vor allem, um durch Aussetzer bedingte Verschlechterungen der Abgas werte zu vermeiden und den Abgaskatalysator zu schützen.

Derartige Verfahren nutzen die Erkenntnis, dass eine nicht erfolgende Verbrennung innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors charakteristi sche Änderungen des Drehmomentverlaufes des Motors gegenüber dem Normalbetrieb nach sich zieht. Durch den Vergleich von Drehmomentverläufen kann somit zwischen Normalbetrieb des Motors ohne Aussetzer und einem Betrieb mit Aussetzern unterschieden werden. Ein Betrieb mit Aussetzern in einem oder mehrerem Zylindern trägt zum Gesamtdrehmoment verlauf des Motors mit einem geringeren Beitrag bei, wobei sich dieser Beitrag durch eine Erfassung der Istmomente der Zylinder über eine Auswertung des zeitlichen Verlaufes der Kurbel- oder Noc kenwellendrehung bestimmen lässt. Gemäß dem gattungsgemäßen Verfahren ist einem bestimmten Bereich der Kolbenbewegung jedes Zylinders ein als Segment bezeichneter Kurbelwellenwinkelbereich zugeordnet. Die zu jedem Zylinder gehörenden Segmente werden beispielsweise durch Markierungen auf einem mit der Kurbelwelle gekoppelten Geberrad realisiert. 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 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 geringer fallen die Unterschiede zwischen den Segmentzeiten der einzelnen Zylinder aus. Nach bereits aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, beispielsweise der DE-OS 41 38 765, wird aus Differenzen der Segmentzeiten ein Maß für die Laufunruhe des Motors berechnet, wobei zusätzliche Rahmenbedingungen, wie beispielsweise der Anstieg der Motordrehzahl bei einer Fahrzeugbeschleunigung, rechnerisch kompensiert werden. Der so für jede Zündung berechnete Laufunruhewert wird in einem anschließenden Verfahrensschritt zündungssynchron in einem Sollwertvergleich mit einem Schwellwert verglichen. Überschreitet der ermittelte Laufunruhewert den ggf. von Betriebsparametern wie Last und Drehzahl abhängigen Schwellwert, so wird dies als Aussetzer des betreffenden Zylinders gewertet. Sind Aussetzer ermittelt worden, so kann bei Überschreitung einer gewissen Aussetzerrate eine geeignete Warneinrichtung auf diese Unregelmäßigkeit hinweisen.

Alternativ kann in einem weiteren Verfahrensschritt nach Erkennung des Aussetzerbetriebes eine Zylin dergleichstellung erfolgen. Hierzu werden zylinder individuell in einer Auswerteeinheit Gleichstel lungs- bzw. Korrekturfaktoren gebildet, mit deren Hilfe Einspritzzeiten oder Zündzeitpunktzeiten der einzelnen von Aussetzern betroffenen Zylinder beeinflusst werden können. So kann beispielsweise eine Veränderung des Zündzeitpunktes die unvoll ständige Verbrennung des Gasgemisches innerhalb eines Zylinders beseitigen, so dass dieser wieder den vollen Beitrag zum Gesamtdrehmoment des Ver brennungsmotors leisten kann. Darüberhinaus können durch Beeinflussung von Einspritzzeiten und Ein spritzdauer die Unterschiede in Einspritzverhalten von Einspritzventilen ausgeglichen werden.

Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, dass mitentscheidend für die Erfüllung gesetzlicher Vorgaben und Erkennung von Motordefekten eine zu verlässige Erkennung von Motoraussetzern ist. Die Erkennung hängt u. a. wesentlich vom Sollwertver gleich der ermittelten Laufunruhewerte mit dem vorgegebenen Schwellwert ab. Je nach Vorgabe dieses Schwellwertes erfolgt somit eine sichere Erkennung von Aussetzern oder es werden einzelne Aussetzer nicht erkannt. Es ist somit die Festlegung der Schwellwerte für die ermittelten Laufunruhewerte durch den Motorentwickler von großer Bedeutung, da nur bei Erkennung des Aussetzerbetriebes eine ent sprechende Anpassung von Einspritzzeiten und Zünd zeitpunktzeiten erfolgen kann und daraus resultie rend die Laufunruhewerte herabgesetzt werden können oder der Fahrzeugbenutzer auf einen Motordefekt aufmerksam gemacht werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbrennungs aussetzererkennung bei mehrzylindrigen Verbren nungsmotoren mit den im Anspruch 1 genannten Merk malen bietet gegenüber dem vorbenannten Stand der Technik den Vorteil, dass die Erkennungsqualität von Verbrennungsaussetzern wesentlich verbessert wird, so dass sich eine erheblich bessere Absiche rung gegenüber Fehlerkennungen von Aussetzern, d. h. dass normale Verbrennungen als Verbrennungs aussetzer gewertet werden, ergibt. Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass die ermittelten Lauf unruhewerte (LUT) oder gefilterten Laufunruhewerte (FLUT) in einem Sollwertvergleich mit einem Schwellwert (SW₂), der wertmäßig wesentlich kleiner als der Schwellwert (SW₁) zur Aussetzererkennung vorgegeben ist, verglichen werden, wobei die regelmäßige Unterschreitung des zweiten Schwellwer tes (SW₂) innerhalb eines vorgegebenen Zeitinter valls (Δt) oder während einer bestimmten Anzahl von Motorumdrehungen (Δu) eine Herabsetzung des Schwellwertes (SW₁) zur Aussetzererkennung auf ein kleineres Niveau bewirkt.

Durch diese Erfindungsmerkmal wird der so genannte Gleichstellungserfolg bei der Zylindergleichstel lung, d. h. der gleichmäßige Motorlauf, infolge der Beeinflussung der Verbrennungsvorgänge in einzelnen Zylindern durch für diese Zylinder geänderte Einspritz- und Zündzeitpunktzeiten dazu genutzt, den Störabstand der Aussetzererkennung zu vergrö ßern. Der relevante Schwellwert, welcher zur Erken nung von Aussetzern herangezogen wird, kann auf grund der über einen längeren Zeitraum ermittelten kleineren Laufunruhewerte so empfindlich einge stellt werden, dass möglichst viele Aussetzer erkannt werden. Der Schwellwert braucht somit bei relativ großer Laufruhe des Motors, d. h. bei nied rigen Laufunruhewerten, nicht wie im Stand der Technik üblich relativ unempfindlich vorgehalten zu werden, was eine schlechte Erkennungsqualität von Verbrennungsaussetzern zur Folge hat.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich in Zusammen schau mit der technischen Lehre des Anspruches 1 aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Es hat sich im Zusammenhang mit der Änderung des zur Aussetzererkennung notwendigen Schwellwertes als besonderes praktikabel herausgestellt, diesen auf den Wert eines im Steuersystem eingespeicherten vorhandenen niedrigeren Schwellwertes zu setzen. Dies hat insbesondere für die Programmierung der elektronischen Auswerteschaltungen Vorteile.

Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwie sen, dass die Überschreitung des Schwellwertes SW₂. eine Anhebung des Schwellwertes SW₁. bewirkt. Da nicht auszuschließen ist, dass trotz einer perma nent durchgeführten Zylindergleichstellung aus besonderen Gründen einzelne Zylinder vorübergehend einen geänderten Beitrag zum Gesamtdrehmoment des Verbrennungsmotors leisten, wird durch die beschriebene Maßnahme eine Fehleinschätzung von Verbrennungsaussetzern vermieden. Die Rücksetzung bewirkt im Wesentlichen eine Wiederherstellung der Verfahrensparameter auf den Beginn des "Lerneffektes" des erfindungsgemäßen Verfahrens und führt prinzipiell dazu, dass durch einen erneuten über eine gewisse Zeitspanne durchgeführten Ver gleich der Laufunruhewerte mit dem niedrigeren Schwellwert eine Herabsetzung des Schwellwertes zur Verbrennungsaussetzererkennung dann erfolgen kann, wenn die Zylindergleichstellung wieder eine erhöhte Motorlaufruhe herbeigeführt hat.

Das Rücksetzen des Schwellwertes erfolgt hierbei zweckmäßigerweise auf den bereits zu Verfahrensbe ginn festgelegten Ursprungswert.

Für bestimmte Anwendungsgebiete kann es zweckmäßig sein, die Herabsetzung des Schwellwertes zur Ver brennungsaussetzererkennung auf ein kleineres Niveau in mehreren Abstufungen durchzuführen, wobei die einzelnen Schwellwerte zwischen der Höhe des Schwellwertes zur Verbrennungsaussetzererkennung und des abgesenkten Schwellwertes liegen. Auf diese Weise kann eine Herantastung der Verbren nungsaussetzererkennung an ein besonders niedriges Schwellwertniveau erfolgen und gleichzeitig die Gefahr vermieden werden, auch eine im Wesentlichen ordnungsgemäße Verbrennung schon als Verbrennungs aussetzer zu werten, weil der entsprechende als Sollwertvergleich herangezogene Schwellwert als zu empfindlich anzusehen ist.

Für die praktische Realisierung des Verfahrens so wie einen kompakten Aufbau der notwendigen Bauele mente kann es vorteilhaft sein, die aus den Laufun ruhewerten zylinderindividuell ermittelten Gleich stellungs- bzw. Korrekturfaktoren nach jedem Soll- Ist-Vergleich der Laufunruhewerte in einem Vorsteu erkennfeld zu speichern und nach Herabsetzung des ersten Schwellwertes auf ein kleineres Niveau die zuletzt gespeicherten Gleichstellungs- oder Korrekturfaktoren dann erst unverändert zu lassen. Auf diese Weise enthält das Vorsteuerkennfeld erst nach einer entsprechenden Lernphase, d. h. nach einem Zeitintervall, in dem die Laufunruhewerte auf einem so niedrigen Niveau liegen, dass von einem prinzi piell aussetzerfreien Betrieb ausgegangen werden kann, die zur optimalen Gleichstellung der einzel nen Zylinder notwendigen Gleichstellungs- bzw. Kor rekturfaktoren.

Zeichnung

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an hand der beigefügten Figur, welche den schemati schen Verfahrensablauf anhand einer Funktionsblock darstellung zeigt, näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles des erfin dungsgemäßen Verfahrens

In der Figur ist aus Übersichtlichkeitsgründen das Verfahren für einen Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine exemplarisch dargestellt. Der Ablauf der Verfahrensschritte für die zugehörigen übrigen Zylinder erfolgt analog dem dargestellten Blockschaltbild.

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 Motornormalbe trieb 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 Block 1.1 zuge führt. Der Block 1.1 berechnet aus den Segmentzei ten zylinderindividuelle Laufunruhewerte LUT, wobei dem Block 1.1 ein weiterer Filterblock 1.2 nachge schaltet werden kann, in dem die ermittelten Lauf unruhewerte LUT einer Filterung unterzogen werden.

Die Laufunruhewerte LUT werden in einem Block 2.1 einen Sollwertvergleich mit einem Schwellwert SW₁ unterzogen. Ergibt der Sollwertvergleich, dass der Laufunruhewert LUT größer ist als der Schwellwert SW₁, dann werden Aussetzer erkannt. Die gefilterten Laufunruhewerte FLUT, die im Block 1.2 durch Filte rung des Laufunruhewertes LUT berechnet werden, sind ein direktes Maß für die Regelabweichung der Zylindergleichstellung. Zur Zylindergleichstellung werden die FLUT-Werte an einen PI-Regler 3.1 weitergeleitet. Der PI-Regler 3.1 bestimmt im geschichteten Betrieb aus der Regelabweichung Gleichstellungs- oder Korrekturwerte GL für den be treffenden Zylinder, die als Ausgangsgrößen des Blockes 3.1 einen weiteren Block 3.2 zugeführt wer den, der eine Anpassung der Einspritzzeit und/oder des Zündzeitpunktes der Zylinder, deren FLUT-Werte eine Regelabweichung anzeigen, vornimmt, um eine Rückkehr des Zylinderbetriebes in den Normalzustand zu bewirken. Insoweit entsprechen die erläuterten Verfahrensschritte bereits aus dem Stand der Tech nik bekannten Verfahren zur Zylindergleichstellung.

Ergibt der Sollwertvergleich des Laufunruhewertes LUT mit dem Schwellwert SW₁, dass dieser unterhalb des Schwellwertniveaus liegt, so wird dieses als aussetzerfreier Betrieb gewertet. Das erfindungsge mäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nach Durchführung des Sollwertvergleiches von LUT mit SW₁ ein Sollwertvergleich in einer Auswerteein richtung 2.2 vorgenommen wird. In der Auswerteein heit 2.2 erfolgt die Abfrage, ob der zylinderindi viduell ermittelte Laufunruhewert LUT kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert SW₂. Ist der Lauf unruhewert LUT kleiner als der vorgegebene Schwell wert SW₂, so wird das Ergebnis einer Speichereinheit 2.3 zugeführt. Diese Speicherein heit ist mit einem Zeitspannenzählwert ΔT ausge stattet. Neben der Speicherung der Soll-Istwertver gleichsergebnisse E₁, E₂ usw. hat der Blockbaustein 2.3 die Aufgabe zu entscheiden, ob während der Zeitspanne Δt oder während einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen Δu alle Laufunruhewerte LUT unter halb des Schwellwertes SW₂ gelegen haben und ob sich gleichzeitig der Motor in einem Betriebsbe reich befand, in dem Aussetzer mittels des Schwell wertes SW₁ mit Sicherheit erkannt werden können. Ist diese Abfrage positiv, dann gelten die abgege benen Momente der einzelnen Zylinder als gleichge stellt. In diesem Fall wird innerhalb des Blockes 2.1 der ursprünglich festgesetzte Schwellwert SW₁ auf einen neuen Wert festgelegt, der vom Niveau her einen kleineren Wert SW_1neu besitzt als der ur sprünglich festgesetzte Wert SW₁. Aufgrund des neu festgesetzten Schwellwertes SW_1Neu erfolgt die Ab frage innerhalb des Blockes 2.1, ob die Laufunruhe werte LUT unterhalb des Schwellwertes SW₁ liegen, auf einem sehr viel empfindlicheren Niveau als vor der Herabsetzung des Schwellwertes SW₁, so dass eine sehr viel genauere Aussetzererkennung erfolgen kann. Sollte sich im Rahmen des Motorbetriebes er geben, dass aufgrund besonderer Umstände die Lauf unruhewerte LUT das Niveau des Schwellwertes SW₂ überschreiten sollte und sich gleichzeitig der Motor in einem Betriebsbereich befindet, in dem Aussetzer mittels des ursprünglichen Schwellwertes SW₁ mit Sicherheit erkannt werden können, so wird der sich auf niedrigem Niveau befindende Schwell wert SW_1Neu zurückgesetzt auf seinen ursprünglichen Wert SW₁. Somit läuft der erfindungsgemäße Verfah rensablauf mit den ursprünglich festgesetzten Werten solange ab, bis erneut wiederum nach Ablauf einer Zeitspanne ΔT, in der die berechneten Laufun ruhewerte LUT unter dem Niveau des zweiten Schwell wertes SW₂ liegen und sich gleichzeitig der Motor in einem Betriebsbereich befindet, in dem Aussetzer mittels des ursprünglichen Schwellwertes SW₁. mit Sicherheit erkannt werden können, eine Herabsetzung des Schwellwertes SW₁ erfolgt.

Die Herabsetzung des Schwellwertes SW₁ kann wie oben bereits beschrieben, natürlich auch in mehre ren Stufen erfolgen, wobei die einzelnen Stufenwerte zweckmäßigerweise zwischen dem Weltniveau des Schwellwertes SW₁ und des Schwellwertes SW₂ liegen. Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, dass der PI-Regler 3.1 ein Vorsteuerkennfeld 4.1 aufweist, welches mit Werten zu optimalen Zylindergleich stellung adaptiv versorgt wird. Innerhalb des Vor steuerkennfeldes spiegeln sich die zylinderindi viduellen Unterschiede in den Hochdruckeinspritz ventilen wieder. Nach Herabsetzung des Schwellwer tes SW₁ weist das Vorsteuerkennfeld die von den einzelnen Hochdruckeinspritzventilen abhängigen und zur optimalen Gleichstellung notwendigen Werte GL auf.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererken nung bei mehrzylindrigen Brennkraftmotoren, bei dem bei jeder Kurbelwellenumdrehung

- Laufunruhewerte für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine durch Messung von Seg mentzeiten einzeln ermittelt werden, wobei die Segmentzeiten die der Kolbenbewegung jedes zu messenden Zylinders entsprechenden Zeiten umfassen, in der die Kurbelwelle ei nen zugehörigen Kreissegmentwinkelbereich überstreicht,
- auf der Basis der Laufunruhewerte und/ oder der gefilterten Laufunruhewerte FLUT eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern durchgeführt wird
- auf der Basis der gefilterten Laufun ruhewerte FLUT in einer Auswerteeinheit zylinderindividuell Gleichstellungs- bzw Korrekturfaktoren für die Beeinflussung von Einspritzzeiten oder Zündzeitpunktzeiten der einzelnen Zylinder errechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittel ten Laufunruhewerte (LUT) oder gefilterte Laufunruhewerte (FLUT) in einem Sollwert vergleich mit einem zweiten Schwellwert (SW₂), der wertmäßig wesentlich kleiner als ein erster Schwellwert (SW₁) zur Aussetzererkennung vorgegeben ist, verglichen werden, wobei die regelmäßige Unterschreitung des zweiten Schwellwertes (SW₂) innerhalb eines vorge gebenen Zeitintervalls (Δt) oder während einer bestimmten Anzahl von Motorumdrehun gen (Δu) eine Herabsetzung des ersten Schwellwer tes (SW₁) zur Aussetzererkennung auf ein kleineres Niveau bewirkt.

2. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererken nung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Herabsetzung des Schwellwer tes (SW₁) zur Aussetzererkennung auf den Wert des niedrigeren Schwellwertes (SW₂) erfolgt.

3. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererken nung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Überschreitung des Schwellwertes (SW₂) nach der Herabsetzung des Schwellwertes zur Erkennung von Ausset zern auf ein kleineres Niveau durch die ermittelten Laufunruhewerte (LUT, FLUT) ein Anheben des Schwellwertes (SW₁) zur Ausset zererkennung bewirkt.

4. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererken nung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das Anheben des Schwellwertes (SW₁) zur Aussetzererkennung auf seinen Ursprungswert bei Verfahrensablaufbeginn erfolgt.

5. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererken nung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Herabset zung des Schwellwertes (SW₁) zur Ausset zererkennung auf ein kleineres Niveau in mehreren Abstufungen erfolgt, wobei die einzelnen Schwellwerte zwischen der Höhe des Schwellwertes zur Aussetzererkennung (SW₁) und des Schwellwertes (SW₂) liegen.

6. Verfahren zur Verbrennungsaussetzererken nung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, dass die zylinderin dividuell ermittelten Gleichstellungs- bzw. Korrekturfaktoren (GL) nach jedem Soll-Ist- Vergleich der Laufunruhewerte (LUT) in ei nem Vorsteuerkennfeld gespeichert werden und dass nach Herabsetzung des Schwellwertes zur Aussetzererkennung (SW₁) auf ein kleineres, Niveau die gespeicherten Gleichstellungs- oder Korrekturfaktoren (GL) unverändert bleiben.