DE10120397A1

DE10120397A1 - Misfires or incomplete combustion detection system for internal combustion engine compares at least one measured electromagnet parameter with at least one reference value

Info

Publication number: DE10120397A1
Application number: DE10120397A
Authority: DE
Inventors: Charles Robert Koch; Kurt Maute; Heiko Moeckel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-10-31

Abstract

The method involves comparing at least one measured parameter of an electromagnet (3) consisting of an armature (5) and magnetic coils (9,10) with at least one reference value and deriving a signal for controlling the engine from the comparison result. Armature displacement is detected by a sensor and a corresponding value compared with a reference value. AN Independent claim is also included for an arrangement for detecting misfires and/or incomplete combustion in internal combustion engine with electromagnetically operated gas replacement valves.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Aus setzern und/oder unvollständiger Verbrennung bei einem Verbrennungsmotor sowie eine Vorrichtung, mit der dieses Verfahren durchführbar ist.The invention relates to a method for detecting off set and / or incomplete combustion in one Internal combustion engine and a device with which this Procedure is feasible.

In der DE 195 47 058 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Brennkraftmaschinen beschrieben, bei welchem ein erstes Maß für die Laufunruhe der Brenn kraftmaschine zylinderindividuell gebildet und einem ersten Referenzwert verglichen wird. Dabei wird das Maß für die Laufunruhe auf der Basis von Zeiten gebildet, in denen die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorbestimmte Winkelbe reiche überstreicht. Dabei wird eine Überschreitung des ersten Referenzwertes als Aussetzer gewertet, wobei Ausset zer nur bei aktivierter Vermutung gewertet werden und die Vermutung dann aktiviert wird, wenn ein zweites Maß, das Änderungen der Laufunruhe charakterisiert, einen zweiten Referenzwert überschreitet und wobei die Vermutung deakti viert wird, wenn das zweite Maß einen dritten Referenzwert unterschreitet. Ein wesentliches Element dieses Verfahrens besteht darin, die Änderungen gefilterter Laufunruhewerte auszuwerten. Es wird davon ausgegangen, daß Daueraussetzer in einem oder mehreren Zylindern eine schnelle und charak teristische Änderung der Laufunruhe bewirken. DE 195 47 058 A1 describes a method for the detection of Combustion misfires in internal combustion engines described, at which a first measure of the uneven running of the Brenn engine individually formed cylinder and a first Reference value is compared. The measure for the Uneven running is formed on the basis of times when the Crankshaft of the internal combustion engine predetermined Winkelbe rich sweeps. If this is the case, the evaluated the first reference value as a misfire, whereby offset zer are only counted if the presumption is activated and the Guess is activated when a second measure, the Characterized changes in uneven running, a second Exceeds the reference value and the presumption is deactivated fourth when the second measure has a third reference value below. An essential element of this process consists of the changes to filtered uneven running values evaluate. It is assumed that permanent misfires in one or more cylinders a quick and charak cause a change in the uneven running.

Die DE 196 22 448 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei mehrzylindrigen Brennkraft maschinen. Bei diesem Verfahren wird ein Maß für die Lauf unruhe der Brennkraftmaschine zylinderindividuell gebildet und mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen. Dabei wird das Maß für die Laufunruhe auf der Basis von Zeiten gebildet, in denen die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorbestimmte Winkelbereiche überstreicht und wobei eine Überschreitung des Schwellwertes als Aussetzer gewertet wird. Im aussetzerfreien Betrieb werden aus zylinderindivi duellen Laufunruhewerten zylinderindividuelle Korrektur werte derart gebildet, daß die mit den Korrekturwerten ver knüpften zylinderindividuellen Laufunruhewerte untereinan der gleich werden.DE 196 22 448 A1 describes a method for detection of misfires in multi-cylinder combustion machinery. This procedure becomes a measure of the run unrest of the internal combustion engine formed individually for each cylinder and compared with a predetermined reference value. there becomes the measure of uneven running based on times formed in which the crankshaft of the internal combustion engine predetermined angular ranges and where a If the threshold is exceeded, this is interpreted as a dropout becomes. In intermittent operation, cylinder indivi duel uneven running values cylinder-specific correction values formed in such a way that the ver linked cylinder uneven running values that become the same.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung von Aussetzern und/oder unvollstän diger Verbrennung bei einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das mit einfachen Mitteln zuverlässig ausführbar ist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die kostengünsti ger als die bisher bekannten Vorrichtungen ist.The present invention is based on the object Missing and / or incomplete detection method create combustion in an internal combustion engine, that can be carried out reliably with simple means. It is also an object of the invention to provide a device for Implementation of the procedure to create the inexpensive ger than the previously known devices.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfah ren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.Regarding the procedure, the task is accomplished by a procedure ren with the features of claim 1 and with respect to The device is the task by a device with the Features of claim 8 solved.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere da durch aus, daß mit dem Verfahren nicht nur komplette Aus setzer, sondern auch eine unvollständige Verbrennung exakt bestimmbar ist und somit jede Abweichung von der erwarteten normalen Verbrennung zur Bildung eines entsprechenden Signals, das an ein Motorsteuergerät gegeben wird, dient. The present invention is particularly notable for by from that with the process not only complete out setters, but also an incomplete combustion exactly is determinable and thus any deviation from the expected normal combustion to form a corresponding Signal that is sent to an engine control unit is used.

Dieses Erkennen jeder Abweichung von der erwarteten norma len Verbrennung und die entsprechende Beeinflussung des Mo torsteuergerätes bewirkt somit eine sofortige Anpassung der Motorsteuerung. Auf diese Weise wird die Emission von Schadstoffen im Abgas, die bei Aussetzern und auch unvoll ständiger Verbrennung entstehen, zuverlässig vermieden.This recognizes any deviation from the expected norma len combustion and the corresponding influence on the Mo gate control unit thus causes an immediate adjustment of the Motor control. In this way the emission of Pollutants in the exhaust gas that are misfiring and also incomplete constant combustion, reliably avoided.

Wenn ein Aussetzer oder unvollständige Verbrennung auf tritt, ist der Druck im Zylinder niedriger als bei voll ständiger Verbrennung. Am Ende des Verbrennungstaktes wird das Auslaßventil gegen einen geringeren Druck geöffnet als demjenigen Druck bei vollständiger Verbrennung. Dieser Druckunterschied ist abhängig vom Grad der Verbrennung, das heißt je geringer die Verbrennung desto größer die Druck differenz. Somit werden unterschiedliche Kräfte an dem Ven til und dem Magnetanker wirksam, die auf geeignete Weise erfaßbar sind.If a misfire or incomplete combustion occurs occurs, the pressure in the cylinder is lower than at full constant combustion. At the end of the combustion cycle the outlet valve opened against a lower pressure than the pressure at complete combustion. This Pressure difference depends on the degree of combustion that means the lower the combustion, the greater the pressure difference. Thus different forces on the Ven til and the magnetic armature effective, the appropriate way are detectable.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt einen minimalen Aufwand, da bei Verbrennungsmotoren mit elektromagnetisch betätigten Gaswechselventilen Signale aus den Zustands größen des Elektromagneten als Parameter für den Vergleich mit einem oder mehreren Referenzwerten dienen. In der Re gelvorrichtung ist ein Vergleicher vorzusehen, das aus min destens einem Parameter über den aktuellen Zustand des Elektromagneten im Vergleich mit mindestens einem Referenz wert ein entsprechendes Signal für das Motorsteuergerät bildet.The device according to the invention requires a minimal Effort, because with internal combustion engines with electromagnetic actuated gas exchange valves signals from the status sizes of the electromagnet as parameters for the comparison serve with one or more reference values. In the Re gel device, a comparator should be provided, which consists of min at least one parameter about the current state of the Electromagnets compared to at least one reference worth a corresponding signal for the engine control unit forms.

Als meßbarer Zustand des Elektromagneten kann beispiels weise der Verschiebeweg des Ankers dienen, so daß dieser als Parameter zum Vergleich mit dem Referenzwert herangezo gen wird. Auch die Geschwindigkeit des Ankers bei der Betä tigung des Gaswechselventils kann erfaßt werden und als mit dem Referenzwert zu vergleichendes Signal dienen. Weitere Signale können der Spulenstrom, die Spulenspannung oder der magnetische Fluß im Elektromagnet sein. Die vorgenannten verschiedenen Parameter können einzeln oder in jeder belie bigen Kombination zur Bildung eines Signals für die Mo torsteuerung herangezogen werden. Sofern die Elektromagnete zwei oder mehr Magnetspulen umfassen, so können Spulen strom, Spulenspannung und magnetischer Fluß einzelner oder auch aller Magnetspulen als Parameter für den Vergleich mit dem mindestens einen Referenzwert dienen.As a measurable state of the electromagnet, for example serve the displacement of the anchor, so that this used as a parameter for comparison with the reference value will. Also the speed of the anchor during actuation adjustment of the gas exchange valve can be detected and as with serve the signal to be compared to the reference value. Further Signals can be the coil current, the coil voltage or the be magnetic flux in the electromagnet. The aforementioned different parameters can be assigned individually or in each Combination to form a signal for the Mo gate control can be used. Unless the electromagnets comprise two or more magnetic coils, so coils current, coil voltage and magnetic flux single or also all solenoids as parameters for comparison with serve the at least one reference value.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:The invention is illustrated below by means of an embodiment explained in more detail. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektromagne tisch betätigten Gaswechselventils, Fig. 1 is a schematic representation of an electromagnetic table actuated gas exchange valve,

Fig. 2 den Verlauf der Ventilbetätigung, bezogen auf die Zeit, Fig. 2 shows the course of the valve actuator, with respect to time,

Fig. 3 eine Darstellung der Regelvorrichtung. Fig. 3 shows the control device.

In Fig. 1 ist ein Gaswechselventil 1 schematisch darge stellt, das einen Ventilteller 2 mit einem Ventilstößel 4 und einen Elektromagnet 3 umfaßt. Der Elektromagnet 3 wird aus zwei Magnetspulen 9 und 10 gebildet, die axial in einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind. Jeder der Magnetspu len 9 und 10 ist ein Joch 8 und 11 zugeordnet. An dem dem Ventilteller 2 entfernt liegenden Ende des Ventilstößels 4 ist eine Ankerplatte 5 befestigt, die in dem Abstand zwi schen den Magnetspulen 9 und 10 liegt, und zwischen diesen in Längsrichtung des Ventilstößels 4 bewegbar ist. Auf je der der Seiten der Ankerplatte 5 ist eine Druckfeder 6, 7 abgestützt, wobei sich die Druckfedern 6, 7 koaxial inner halb der Magnetspulen 9 und 10 befinden.In Fig. 1, a gas exchange valve 1 is schematically Darge, which comprises a valve plate 2 with a valve lifter 4 and an electromagnet 3 . The electromagnet 3 is formed from two magnet coils 9 and 10 , which are arranged axially at a predetermined distance. Each of the Magnetspu len 9 and 10 is assigned a yoke 8 and 11 . Where the valve head 2 distal end of the valve stem 4 is fastened an anchor plate 5, the interim in the distance rule to the solenoids 9 and 10, and is movable between these in the longitudinal direction of the valve tappet. 4 On each of the sides of the armature plate 5 , a compression spring 6 , 7 is supported, the compression springs 6 , 7 being located coaxially inside the magnet coils 9 and 10 .

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist die Magnetspule 9 als Schließspule ausgebildet, so daß die Funktion der Druckfe der 7 diejenige der Schließfeder ist. Andererseits ist die Magnetspule 10 als Öffnungsspule vorgesehen und die Feder 6 demzufolge die Öffnungsfeder. Wird die Magnetspule 9 von einem Strom durchflossen, so ist gleichzeitig die Magnet spule 10 stromlos. Der Stromfluß in der Magnetspule 9 er zeugt ein magnetisches Feld, das auf die Ankerplatte 5 wirkt und diese anzieht, bis der Ventilstößel 4 seine End lage wie in Fig. 1 dargestellt erreicht hat. Damit liegt der Ventilteller 2 an einem - in der Zeichnung nicht darge stellten - Ventilsitz an und das Gaswechselventil 1 ist ge schlossen. Die durch die Magnetspule 9 erzeugte Kraftwir kung auf die Ankerplatte 5 wird durch die Kraft der Schließfeder 7 unterstützt, wobei gleichzeitig jedoch die Öffnungsfeder 6 gespannt wird.As shown in Fig. 1, the magnetic coil 9 is formed as a closing coil so that the function of the Druckfe is the closing spring 7 that. On the other hand, the magnet coil 10 is provided as an opening coil and the spring 6 consequently the opening spring. If a current flows through the magnet coil 9 , the magnet coil 10 is also de-energized at the same time. The current flow in the solenoid 9 it generates a magnetic field which acts on the armature plate 5 and attracts it until the valve lifter 4 has reached its end position as shown in Fig. 1. This is the valve plate 2 on a - not shown in the drawing Darge - valve seat and the gas exchange valve 1 is closed ge. The generated by the solenoid 9 Kraftwir effect on the anchor plate 5 is supported by the force of the closing spring 7 , but at the same time the opening spring 6 is tensioned.

Zum Öffnen des Gaswechselventils 1 wird die Magnetspule 9 stromlos und die Magnetspule 10 bestromt, so daß diese ein magnetisches Feld erzeugt, das auf die Ankerplatte 5 wirkt. In der gleichen Richtung wie das durch die Magnetspule 10 erzeugte Magnetfeld wirkt auch die Kraft der Öffnungsfeder 6, wobei jedoch gleichzeitig die Schließfeder 7 gespannt wird. Die Ankerplatte 5 gelangt dadurch zur Anlage an der Magnetspule 10 und hat damit den maximalen Hub s der Anker platte 5 ausgeführt.To open the gas exchange valve 1 , the solenoid 9 is de-energized and the solenoid 10 is energized so that it generates a magnetic field that acts on the armature plate 5 . The force of the opening spring 6 also acts in the same direction as the magnetic field generated by the magnetic coil 10 , but at the same time the closing spring 7 is tensioned. The armature plate 5 thereby passes for engagement with the solenoid 10 and thus the maximum stroke s has the armature plate 5 is made.

In Fig. 2 ist die Bewegung des Ventiltellers 2 sowie der Ankerplatte 5 über der Zeit t dargestellt. Im gezeigten Beispiel entspricht die Strecke s dem Abstand zwischen den beiden Endlagen der Ankerplatte 5 an den beiden Magnetspulen 9 und 10. Dieser Hub zwischen den beiden Endlagen liegt im Bereich < 20 mm und vorzugsweise bei etwa 8 mm.In Fig. 2 the movement of the valve plate 2 and the anchor plate 5 is shown over time t. In the example shown, the distance s corresponds to the distance between the two end positions of the armature plate 5 on the two magnet coils 9 and 10 . This stroke between the two end positions is in the range <20 mm and preferably around 8 mm.

Bei geschlossenem Ventil liegt der Anker durch einen Halte strom an der Polfläche des oberen Elektromagneten 8. Zur Öffnung des Ventils wird der Strom in der Magnetspule 9 ab geschaltet, woraufhin die Magnetkraft nach einer "Klebe zeit" unter die Federkraft sinkt. Danach wird die Anker platte 5 und damit der Ventilteller 2 bis zur Mittellage in Richtung des unteren Elektromagneten 11 beschleunigt und anschließend (im Idealfall, d. h. ohne jegliche Verluste) durch die Federkraftwirkung wieder abgebremst. Die bis zur Mittellage aufgebaute kinetische Energie wird wieder in po tentielle Energie umgewandelt und der Anker bewegt sich zur Polfläche des unteren Elektromagneten. Dort ist ein Halten ebenfalls durch Bestromen der Aktorspule 10 möglich. Der Schließervorgang erfolgt analog in umgekehrter Richtung.When the valve is closed, the armature is held by a holding current on the pole face of the upper electromagnet 8 . To open the valve, the current in the solenoid 9 is switched off, whereupon the magnetic force drops after a "sticking time" under the spring force. Then the anchor plate 5 and thus the valve plate 2 is accelerated to the central position in the direction of the lower electromagnet 11 and then (ideally, ie without any losses) braked again by the spring force effect. The kinetic energy built up to the middle position is converted back into potential energy and the armature moves to the pole face of the lower electromagnet. Holding there is also possible by energizing the actuator coil 10 . The closing process takes place in the opposite direction.

Die Fig. 3 zeigt einen Regelkreis, der zur Erkennung von Aussetzern und/oder unvollständiger Verbrennung bei einem Verbrennungsmotor mit elektromagnetisch betätigten Gaswech selventilen dient. Dieser Regelkreis umfaßt eine Steuerein heit 12 mit den Eingängen 13 und 26 und einem Steuerausgang 14. Das Signal am Steuerausgang 14 wird einem Bauteil 15 zur Steuerung der elektrischen Leistung zugeführt, welche wiederum einer Ventilbetätigung 16 zugeführt wird. Im Aus führungsbeispiel der Fig. 3 ist das vom Steuerausgang 14 an das Bauteil 15 gegebene Signal der Wert, der für den ge wünschten Spulenstrom maßgeblich ist. Die am Ventilsteller 16 gemessenen Größen, wie beispielsweise der Ankerposition, können direkt oder über einen Zustandsbeobachter 25 der Steuereinheit 12 zurückgeführt werden. Dieses im Summier- oder Subtrahierglied 24 gebildete Signal wird dem Steuer eingang 13 zugeführt. Zur Erkennung von Aussetzern und/oder einer unvollständigen Verbrennung wird der aktuelle Zylin derdruck P_act 18 durch die am Ventilsteller 16 gemessenen Größen im Bauteil 17 geschätzt. Dieser wird einem Summier- oder Subtrahierglied 20 zugeführt, auf das auch ein ent sprechender Wert 19 des erwarteten Zylinderdrucks P_exp ge geben wird. Mit Hilfe des im Glied 20 gebildeten Signals wird im Vergleicher 21 ein entsprechender Wert berechnet, der als Ausgangssignal 26 einem Motorsteuergerät 22 zuge führt wird. Dieses Ausgangssignal 26 kann darüber hinaus der Steuereinheit 12 zugeführt werden, um die Ansteuerung der Ventilbetätigung 16 zu verbessern. Fig. 3 shows a control circuit, which is used to detect misfires and / or incomplete combustion in an internal combustion engine with electromagnetically actuated gas exchange valves. This control circuit comprises a Steuerein unit 12 with the inputs 13 and 26 and a control output 14th The signal at the control output 14 is fed to a component 15 for controlling the electrical power, which in turn is fed to a valve actuation 16 . In the exemplary embodiment from FIG. 3, the signal given by the control output 14 to the component 15 is the value which is decisive for the desired coil current. The variables measured on the valve actuator 16 , such as the armature position, can be fed back directly or via a status observer 25 of the control unit 12 . This signal formed in the summing or subtracting element 24 is fed to the control input 13 . To detect misfires and / or incomplete combustion, the current cylinder pressure P _act 18 is estimated by the variables in component 17 measured at valve actuator 16 . This is fed to a summing or subtracting element 20 , to which a corresponding value 19 of the expected cylinder pressure P _exp will also be given. With the help of the signal formed in the link 20 , a corresponding value is calculated in the comparator 21 , which is supplied as an output signal 26 to an engine control unit 22 . This output signal 26 can also be supplied to the control unit 12 in order to improve the control of the valve actuation 16 .

Claims

1. Method for detecting misfires and / or incomplete combustion in an internal combustion engine with electromagnetically actuated gas exchange valves ( 1 ), a valve tappet ( 4 ) of the gas exchange valve ( 1 ) as an armature depending on the excitation of a solenoid coil ( 9 , 10 ) and a force acting on it a spring ( 6 , 7 ) is displaceable and in which signals for excitation of the solenoid ( 9 , 10 ) are generated in a control device as a function of input parameters, the presence of a misfire and / or incomplete combustion by comparing at least one measured parameter of the electromagnet ( 3 ) formed from the magnetic coil ( 9 , 10 ) and armature ( 5 ) with at least one reference value, and a signal for the motor control ( 22 ) is formed therefrom.

2. The method according to claim 1, characterized in that by means of a sensor ( 25 ) the displacement (s) of the armature ( 5 ) can be detected and a corresponding signal serves as the value which is compared with a reference value.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the speed of the armature ( 5 ) is determined and a value formed therefrom is compared with a reference value.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the armature ( 5 ) of two magnetic coils ( 9 , 10 ) is acted upon alternately and the force of a compression spring ( 6 , 7 ) acts in each of the directions of movement.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the current through min least one of the two solenoids ( 9 , 10 ), before preferably the currents in both solenoids is measured or are and the corresponding value is compared with a reference value becomes.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the voltage on at least one of the magnet coils ( 9 , 10 ), preferably the voltage on both magnet coils is measured and the corresponding value is compared with a reference value.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that on at least one magnet coil ( 9 , 10 ), but preferably on both magnet coils, the magnetic flux (Φ) is determined and the corresponding value is compared with a reference value.

8. Device for detecting misfires and incomplete combustion in an internal combustion engine having electromagnetically actuated gas exchange valves ( 1 ), an electromagnet ( 3 ) consisting of a magnet coil ( 9 , 10 ) and an armature designed as a valve tappet ( 4 ), and one Return spring ( 6 , 7 ) is provided, which exerts a force on the armature counter to the force of the electromagnet ( 9 , 10 ) and with a control device which has a control unit ( 22 ) with means ( 25 ) for detecting at least one of the current state of the electromagnet ( 3 ) characterizing parameter and a comparator cher to carry out a comparison between the parameter and a reference value.

9. The device according to claim 9, characterized in that the electromagnet ( 3 ) comprises two magnet coils ( 9 , 10 ) which are arranged at a pre-given distance and an anchor plate ( 5 ) attached to the valve tappet ( 4 ) is arranged as an anchor ,

10. Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the maximum stroke of the Ven tils or displacement path (s) of the anchor <20 mm is preferably 8 mm.

11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the output of the comparator ( 21 ) is connected to the input of an engine control unit ( 22 ).