DE102005020139A1

DE102005020139A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Verbrennungsaussetzers in einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005020139A1
Application number: DE102005020139A
Authority: DE
Inventors: Johannes Beer; Josef Dr. Kainz; Norbert Dr. Sieber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-30
Also published as: DE102005020139B4

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat mindestens einen Zylinder und einen Abgastrakt, in dem ein Abgaskatalysator und stromaufwärts des Abgaskatalysators eine Abgassonde angeordnet sind. Ein Verbrennungsaussetzer (MISF) wird abhängig von einer vorgegebenen Bedingung erkannt, die abhängt von einer Regeldifferenz (D_LAM) einer Lambdaregelung oder einem Gradienten der Regeldifferenz (D_LAM), wobei die Regeldifferenz (D_LAM) abhängt von einem Messsignal (MS1) der Lambdasonde, die stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Verbrennungsaussetzers in einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Abgastrakt, in dem ein Abgaskatalysator und stromaufwärts des Abgaskatalysators eine Abgassonde angeordnet sind.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum andern sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln. Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch einen Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.

Aus dem Fachbuch, "Handbuch Verbrennungsmotor", Herausgeber Richard von Basshuysen, Fred Schäfer, 2. Auflage, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Juni 2002, Seiten 526–528, ist eine Lambdaregelung bekannt mit einer linearen Lambdasonde, die stromaufwärts eines Abgaskatalysators angeordnet ist, und einer binären Lambdasonde, die stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist. Ein Lambdasollwert wird mittels eines Filters gefiltert, das Gaslaufzeiten und das Sensorverhalten berücksichtigt. Der so gefilterte Lambdasollwert ist die Führungsgröße eines PII²D-Lambdareglers, dessen Stellgröße eine Einspritzmengenkorrektur ist. Ein aus dem Messsignal der linearen Lambdasonde abgeleiteter Lambdaistwert bildet zusammen mit dem gefilterten Lambdasollwert die Regeldifferenz des Lambdareglers.

Darüber hinaus ist bei modernen Brennkraftmaschinen eine Diagnose während des Betriebs der Brennkraftmaschine erforderlich. In diesem Zusammenhang wird überwacht, ob Verbrennungsaussetzer auftreten. Derartige Verbrennungsaussetzer können verschiedene Ursachen haben, so zum Beispiel einen Fehler in dem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine beispielsweise hervorgerufen durch ein ungewolltes Nichtöffnen des Einspritzventils. Dies kann dann zu einem fehlenden Zumessen von Kraftstoff führen und somit eine Zündung des in dem Zylinder befindlichen Gemisches verhindern. Die Fehlerursache kann jedoch auch durch einen Fehler an einem Zündsystem der Brennkraftmaschine hervorgerufen werden. Werden im Rahmen der Diagnose derartige Verbrennungsaussetzer erkannt, so kann dies zu einem Fehlereintrag führen und zu einer Aufforderung an den Fahrer des Fahrzeuges in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist, eine Werkstatt aufzusuchen oder auch lediglich einen Fehlereintrag verursachen, der im Rahmen des nächsten Kundendienstes ausgelesen wird. Für eine möglichst einfache Behebung des Fehlers ist es wünschenswert, wenn eine Lokalisierung der Fehlerquelle erfolgt.

Aus der DE 199 13 746 C2 ist ein Verfahren zum Erkennen von abgasverschlechternden und katalysatorschädigenden Aussetzern bei Verbrennungsmotoren bekannt. Eine Lambdasondenspannung einer nach einem Abgaskatalysator angeordneten Lambdasonde wird bezogen auf einen erkannten Verbrennungsaussetzer ermittelt. Der Verbrennungsaussetzer kann beispielsweise mittels einer Untersuchung der Laufunruhe erkannt werden. In Abhängigkeit von der Lambdasondenspannung wird dann auf eine Aussetzerart in Folge einer Fehlzündung, einer Fehleinspritzung oder eines anderen Fehlers geschlossen. Die Fehlerart kann jedoch nur bei sehr häufig auftretenden Verbrennungsaussetzern auf diese Weise erkannt werden, da sie stark abhängig ist von der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators.

Die Aufgabe der Erfindung ist es nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein zuverlässiges Erkennen eines Verbrennungsaussetzers ermöglichen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen eines Verbrennungsaussetzers in einem Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Abgastrakt, in dem ein Abgaskatalysator und stromaufwärts des Abgaskatalysators eine Abgassonde angeordnet sind. Ein Verbrennungsaussetzer wird abhängig von einer vorgegebenen Bedingung erkannt, die abhängt von einer Regeldifferenz einer Lambdarege lung und/oder einem Gradienten der Regeldifferenz. Die Regeldifferenz hängt ab von einem Messsignal der Lambdasonde, die stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch Verbrennungsaussetzer einfach und zuverlässig erkannt werden können, die mit einer relativ geringen Rate auftreten. Ferner hat es den Vorteil, dass auf diese Weise auch eine grundsätzliche Erkennung von Verbrennungsaussetzern einfach möglich ist und so gerade bei Brennkraftmaschinen mit einer hohen Zylinderanzahl oder einem hohen Trägheitsmoment des Antriebsstrangs ein zuverlässiges Erkennen auch von einzelnen Verbrennungsaussetzern möglich ist. Derartig hohe Trägheitsmomente des Antriebsstrangs treten beispielsweise in Zusammenhang mit einem Einsatz eines integrierten Startergenerators bei der Brennkraftmaschine häufig auf.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auf einen Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung erkannt, wenn der Gradient der Regeldifferenz einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für eine Fehleinspritzung charakteristischen ersten Bereichs liegt. Unter einer Fehleinspritzung ist ein ungewolltes unzureichendes oder nicht erfolgtes Zumessen von Kraftstoff hervorgerufen durch einen Fehler in einem Kraftstoffeinspritzsystem der Brennkraftmaschine zu verstehen.

Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Eingrenzen der Fehlerursache des Verbrennungsaussetzers auf das Kraftstoffsystem zuverlässig und einfach möglich. Dies hat den Vorteil, dass gegebenenfalls entsprechende Notlaufmaßnahmen gezielt durchgeführt werden können oder auch eine Reparatur mit geringerem Fehlersuchaufwand durchgeführt werden kann.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Bereich abhängt von einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder einem Luftmassenstrom in den mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und/oder einer Kenngröße für die Sondenalterung der Lambdasonde. Auf diese Weise kann die Fehlerursache besonders präzise dem Kraftstoffsystem zugeordnet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch eine Fehlzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erkannt, wenn der Gradient der Regeldifferenz einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für eine Fehlzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches charakteristischen zweiten Bereichs liegt. So ist einfach eine Eingrenzung der Fehlerursache auf das Zündsystem zuverlässig möglich.

In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls vorteilhaft wenn der zweite Bereich abhängt von der Drehzahl und/oder dem Luftmassenstrom und/oder der Kenngröße für die Sondenalterung. Auf diese Weise kann die Fehlerursache besonders präzise dem Zündsystem zugeordnet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbrennungsaussetzer erkannt hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung von Kraftstoff, wenn die Regeldifferenz einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für Fehleinspritzung von Kraftstoff charakteristischen dritten Bereichs liegt. So ist ein Eingrenzen der Fehlerursache des Verbrennungsaussetzers auf das Kraftstoffsystem zuverlässig und einfach möglich. Dies hat den Vorteil, dass gegebenenfalls entsprechende Notlaufmaßnahmen gezielt durchgeführt werden können oder auch eine Reparatur mit geringerem Fehlersuchaufwand durchgeführt werden kann.

In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn der dritte Bereich abhängt von der Drehzahl und/oder dem Luftmassenstrom und/oder der Kenngrößen für die Sondenalterung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wird geprüft, ob die Regeldifferenz einen Wert des dritten Bereichs annimmt, innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitfensters, dessen zeitliche Lage abhängt von einem Zeitpunkt des Erkennens eines Verbrennungsaussetzers abhängig von einer Laufunruheprüfung der Bewegung der Kurbelwelle. Auf diese Weise kann ein besonders geringer Rechenaufwand sichergestellt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Zeitdauer des ersten Zeitfensters abhängt von der Drehzahl.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbrennungsaussetzer erkannt hervorgerufen durch eine Fehlzündung, wenn die Regeldifferenz einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für Fehlzündung Luft/Kraftstoff-Gemisches charakteristischen vierten Bereichs liegt. So ist ein Eingrenzen der Fehlerursache des Verbrennungsaussetzers auf das Zündsystem zuverlässig und einfach möglich.

In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn der vierte Bereich abhängt von der Drehzahl und/oder dem Luftmassenstrom und/oder der Kenngröße für die Sondenalterung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird geprüft, ob die Regeldifferenz einen Wert des vierten Bereichs annimmt, innerhalb eines vorgegebenen zweiten Zeitfensters, dessen zeitliche Lage abhängt von einem Zeitpunkt des Erkennens eines Verbrennungsaussetzers abhängig von der Laufunruheprüfung der Drehbewegung der Kurbelwelle. Auf diese Weise kann ein besonders geringer Rechenaufwand sichergestellt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Zeitdauer des zweiten Zeitfensters abhängt von der Drehzahl.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung erkannt, wenn der Wert der Regeldifferenz charakteristisch ist für mindestens einen vorgegebenen Abmagerungsgrad des Gemisches relativ zu einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Messsignal einer stromabwärts des Abgaskatalysators angeordneten Abgassonde charakteristisch ist für vorhandenen Sauerstoff stromabwärts des Abgaskatalysators. Auf diese Weise ist ein präzises Erkennen eines Fehlers in dem Kraftstoffsystem bei einer hohen Verbrennungsaussetzerrate zuverlässig gewährleistet. Ferner kann so auch mit hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass aufgrund eines Fehlers im Bereich der stromabwärtig des Abgaskatalysators angeordneten Abgassonde oder des Abgaskatalysators nicht fälschlich Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung erkannt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch eine Fehlzündung erkannt, wenn der Wert der Regeldifferenz charakteristisch ist für mindestens einen vorgegebenen Abmagerungsgrad des Gemisches relativ zu einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Messsignal der stromabwärts des Abgaskatalysators angeordneten Abgassonde charakteristisch ist für ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine vor der Verbren nung. Auf diese Weise ist ein präzises Erkennen eines Fehlers in dem Zündsystem bei einer hohen Verbrennungsaussetzerrate zuverlässig gewährleistet. Ferner kann so auch mit hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass aufgrund eines Fehlers im Bereich der stromabwärtig des Abgaskatalysators angeordneten Abgassonde oder des Abgaskatalysators nicht fälschlich Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch eine Fehlzündung erkannt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine,
2 ein Blockdiagramm eines Teils einer Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine gemäß 1,
3 und 4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. Das Einspritzventil 18 ist Teil eines Einspritzsystems, das auch noch eine Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst und eine Ansteuerung für das Einspritzventil. Die Zündkerze 19 ist Teil eines Zündsystems, das auch noch eine Ansteuerung für die Zündkerze 19 umfasst.
In dem Abgastrakt ist ein Abgaskatalysator angeordnet, der als Dreiwegekatalysator 21 ausgebildet ist. Ferner ist in dem Abgastrakt ein weiterer Abgaskatalysator bevorzugt angeordnet, der als NOx-Katalysator 23 ausgebildet ist.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine oder als Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird.
Ferner ist eine erste Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts oder in dem Dreiwegekatalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der ersten Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1–Z4. Im Falle der Anordnung in dem Dreiwegekatalysator 21 ist die erste Abgassonde 42 so in dem Dreiwegekatalysator angeordnet, dass sich ein Teil des Katalysatorvolumens stromaufwärts der ersten Abgassonde 42 befindet.
Ferner ist eine zweite Abgassonde 43 vorgesehen, die stromabwärts des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS2 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der zweiten Abgassonde 23 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des Abgaskatalysators.
Die erste Abgassonde 42 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde. Die zweite Abgassonde 43 ist eine binäre Lambdasonde. Sie kann jedoch auch eine lineare Lambdasonde sein.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind.
Ein Blockdiagramm eines Teils der Steuervorrichtung 25 ist in der 2 dargestellt. Ein vorgegebenes Roh-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP_RAW kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung fest vorgegeben sein. Es wird jedoch bevorzugt beispielsweise abhängig von dem aktuellen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, wie einem Homogen- oder einem Schichtbetrieb und/oder abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt. Betriebsgrößen umfassen Messgrößen und von diesen abgeleitete Größen.
In einem Block B1 wird eine Zwangsanregung ermittelt und in der ersten Summierstelle SUM1 mit dem vorgegebenen Roh-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP_RAW summiert. Die Ausgangsgröße der Summierstelle ist dann ein vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP in den Brennräumen der Zylinder Z1 bis Z4. Das vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP ist einem Block B2 zugeführt, der eine Vorsteuerung beinhaltet und einen Lambdavorsteuerfaktor LAM_FAC_PC abhängig von dem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP erzeugt.
In einem Block B4 ist ein Filter ausgebildet, mittels dessen das vorgegebene Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP gefiltert wird und so ein vorgegebenes gefiltertes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP_FIL erzeugt wird.
Das Filter ist ausgebildet das Verhalten der ersten Abgassonde 42 im Hinblick auf Gaslaufzeiten und ihr Ansprechverhalten zu approximieren. Dazu wird bevorzugt ein Sondenalterungsgrad AGE der ersten Abgassonde 42 berücksichtigt. Der Sondenalterungsgrad AGE wird durch Bewertung der Dämpfung der erfassten Lambdasignalamplitude, repräsentiert durch das Messsignal MS1, während einer Aufprägung einer erhöhten Zwangsanregungsamplitude ermittelt. Dabei wird bevorzugt die Drehzahl N und/oder die Last LOAD berücksichtigt.
In einem Block B10 ist ein Trimmregler ausgebildet, der bevorzugt als PI-Regler ausgebildet ist. Dem Trimmregler wird das Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 zugeführt. Seine Stellgröße ist ein Verschiebungswert für ein durch die erste Abgassonde 42 erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_AV in den Brennräumen der Zylinder Z1 bis Z4, welches abhängig von dem Messsignal MS1 der ersten Abgassonde 42 ermittelt wird. In der zweiten Summierstelle SUM2 wird die Summe des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_AV und des Verschiebungswertes ermittelt und so ein korrigiertes erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_AV_COR ermittelt. Abhängig von dem vorgegebenen gefilterten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP_FIL und dem korrigierten erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_AV_COR wird in einer dritten Summierstelle SUM3 durch Bilden einer Differenz eine Regeldifferenz D_LAM ermittelt, die Eingangsgröße des Block B12 ist.
Die Regeldifferenz D_LAM wird bevorzugt durch Bilden der Differenz des Kehrwertes des vorgegebenen gefilterten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_SP_ FIL und des Kehrwertes des korrigierten erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnissses LAM_AV_COR oder durch Bilden der Differenz des korrigierten erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_AV_COR und des vorgegebenen gefilterten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_SP_FIL gebildet.
In dem Block B12 ist ein Lambda-Regler ausgebildet und zwar bevorzugt als PII²D-Regler. Die Stellgröße des Lambda-Reglers des Blocks B12 ist ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC_FB.
Ferner ist ein Block B14 vorgesehen, in dem abhängig von der Last LOAD und dem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. Bevorzugt ist die Last in diesem Fall eine in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1–Z4 einströmende Luftmasse pro Arbeitsspiel. In der Multiplizierstelle M1 wird eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR durch Bilden des Produkts der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF, des Lambdavorsteuerfaktors LAM_FAC_PC und des Lambdaregelfaktors LAM_FAC_FB ermittelt. Das Einspritzventil 18 wird dann entsprechend zum Zumessen der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR angesteuert.
In einem verbrennungsaussetzerfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt sich eine geringe Regeldifferenz D_LAM lediglich durch Bauteiltoleranzen und Fehler in der Prädiktion der Zylinderfüllung sowie der daraus abgeleiteten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF.
Zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern ist in der Steuervorrichtung 25 ein Programm gespeichert und wird während des Betriebs abgearbeitet, das im Folgenden anhand der Ablaufdiagramme der 3 und 4 näher erläutert ist. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, bevorzugt zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine. In dem Schritt S1 können gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S2 wird eine Laufunruhe ER ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt abhängig von einem Verlauf der Drehzahl N. Besonders bevorzugt werden dazu den einzelnen Zylindern Z1–Z4 zuordenbare Segmentzeitdauern TSEG ausgewertet. Eine Segmentzeitdauer TSEG korreliert zu einem Kurbelwellenwinkelbereich, der dem jeweiligen Zylinder Z1–Z4 zugeordnet ist und dessen Kurbelwellenwinkel abhängt von der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine und der Art der Brennkraftmaschine. Dieser Kurbelwellenwinkelbereich entspricht beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern Z1–Z4, die im Viertaktbetrieb betrieben wird, 180 Grad Kurbelwellenwinkel.
Die Laufunruhe ER kann beispielsweise ermittelt werden abhängig von einer Abweichung der dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Segmentzeitdauer TSEG von einer mittleren Segmentzeitdauer.
In einem Schritt S4 wird dann auf einen Verbrennungsaussetzer MISF erkannt und zwar abhängig von der Laufunruhe. Dazu kann beispielsweise die Laufunruhe ER mit einem vorgebbaren Wert verglichen werden, dessen Überschreiten charakteristisch ist für den Verbrennungsaussetzer. Ferner wird in dem Schritt S4 eine Verbrennungsaussetzerrate MISFR ermittelt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei aufeinander folgenden Durchläufen der Schritte S4 die in vorangegangenen Durchläufen erkannten Verbrennungsaussetzer MISF in das Verhältnis zu der während des betrachteten Zeitraums gesamten Anzahl an Durchläufen des Schrittes S4 gesetzt werden.
In einem Schritt S6 wird ein erster Schwellenwert THD1 abhängig von der Drehzahl N, dem Luftmassenstrom MAF und einer Sauerstoffspeicherkapazität OSC des Dreiwege-Katalysators 21 ermittelt. Die Sauerstoffspeicherkapazität OSC des Dreiwege-Katalysators 21 kann beispielweise abhängig von den ersten und zweiten Messsignalen MS1, MS2 der ersten beziehungsweise zweiten Abgassonde 42, 43 ermittelt werden. Bevorzugt wird abhängig von der Sauerstoffspeicherkapazität OSC des Dreiwege-Katalysators 21 ein Katalysatordiagnosewert ermittelt und dieser dann beim Ermitteln des ersten Schwellenwertes THD1 berücksichtigt. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln des ersten Schwellenwertes THD1 und gegebenenfalls auch weiterer Schwellenwerte mittels eines oder mehrerer Kennfelder und durch entsprechende Interpolation zwischen Stützstellen des jeweiligen Kennfeldes. Das Kennfeld bzw. die Kennfelder sind dann jeweils durch entsprechende Simulationen oder Versuche an einem Motorprüfstand oder in einem Fahrzeug, in dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist, ermittelt.
In einem Schritt S8 wird anschließend geprüft, ob die Verbrennungsaussetzerrate MISFR größer ist als der erste Schwellenwert THD1. Ist die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S22 fortgesetzt, der weiter unten näher erläutert ist.
Ist die Bedingung des Schrittes S8 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S10 ein zweiter Schwellenwert THD2 abhängig von der Drehzahl N und/oder dem Luftmassenstrom MAF ermittelt.
In einem Schritt S12 wird anschließend geprüft, ob die Regeldifferenz D_LAM größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert THD2 und das Messsignal MS2 kleiner ist als ein dritter vorgegebener Schwellenwert THD3. Der dritte Schwellenwert THD3 ist so gewählt, dass ein Unterschreiten durch das Messsignal MS2, das insbesondere eine elektrische Spannung ist, charakteristisch ist für vorhandenen Sauerstoff stromabwärts des Abgaskatalysators. Falls während des Betriebs der Brennkraftmaschine stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 21 Sauerstoff in dem Abgas vorhanden ist, so ist dies ein klares Zeichen dafür, dass die Sauerstoffspeicherkapazität OSC überschritten ist, das heißt durch den Dreiwege-Katalysator 21 kein zusätzlicher Sauerstoff mehr gespeichert werden kann. In Zusammenhang mit dem Überschreiten der Regeldifferenz D_LAM des zweiten Schwellenwertes THD2 kann so bei geeigneter Wahl des zweiten Schwellenwertes auf einen Verbrennungsaussetzer MISF_INJ hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung erkannt werden. Dies erfolgt bei Erfülltsein der Bedingungen des Schrittes S12 dann in einem Schritt S14. Im Anschluss an den Schritt S14 wird die Bearbeitung, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer oder einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass bei einer hohen Verbrennungsaussetzerrate MISFR, hervorgerufen durch Fehleinspritzungen, die Regeldifferenz D_LAM aufgrund des von der ersten Abgassonde erfassten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Zylinder der Brennkraftmaschine den zweiten Schwellenwert überschreitet und gleichzeitig aufgrund der begrenzten Sauerstoffspeicherkapazität OSC des Abgaskatalysators das Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 charakteristisch ist für einen Sauerstoffanteil in dem Abgas stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 21.
Sind die Bedingungen des Schrittes S12 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S16 fortgesetzt, in dem ein vierter Schwellenwert THD4 abhängig von der Drehzahl N und dem Luftmassenstrom MAF ermittelt wird.
Der vierte Schwellenwert THD4 ist so geeignet abhängig von der Drehzahl und dem Luftmassenstrom MAF vorgegeben, dass er bevorzugt jeweils kleiner ist als der zweite Schwellenwert THD2.
In einem Schritt S18 wird anschließend geprüft, ob die Regeldifferenz D_LAM größer ist als der vierte Schwellenwert und das Messsignal MS2 größer ist als ein vorgegebener fünfter Schwellenwert THDI. Der fünfte Schwellenwert THD5 ist in diesem Zusammenhang so vorgegeben, dass sein Überschreiten charakteristisch ist für einen fehlenden Sauerstoffanteil in dem Abgas stromabwärts des Abgaskatalysators und somit letztlich für das Vorhandensein von unverbranntem Kraftstoff.
Sind die Bedingungen des Schrittes S20 erfüllt, so wird auf Verbrennungsaussetzer MISF_IGA hervorgerufen durch Fehlzündungen erkannt. In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass aufgrund eines Fehlers in dem Zündsystem unverbranntes zündfähiges Luft/Kraftstoff-Gemisch dem Abgastrakt 4 zugeführt wird. Unter anderem aufgrund der hohen Temperaturen in dem Abgastrakt kann jedoch in dem Abgastrakt 4 ein Teil des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches oxidieren. Gelangt nun der nicht oxidierte Teil des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Dreiwege-Katalysator 21, so kann dieser, so lange er noch Sauerstoff aufnehmen kann, den Sauerstoff speichern und das Messsignal MS2 der zweiten Abgassonde 43 signalisiert ein vermeintlich stöchiometrisches Gemisch. Sobald jedoch die Sauerstoffspeicherkapazität OSC des Dreiwege-Katalysators 21 überschritten ist, signalisiert die zweite Abgassonde 43 anhand ihres Messsignals MS2 einen fehlenden Sauerstoffanteil in dem Abgas stromabwärts des Dreiwege-Katalysators 21.
Durch die Bedingung des Schrittes S18 wird somit berücksichtigt, dass bei einer hohen Verbrennungsaussetzerrate MISFR die Sauerstoffspeicherkapazität OSC des Dreiwege-Katalysators 21 im Falle eines Fehlers in dem Zündsystem überschritten wird und somit auf den Verbrennungsaussetzer MISF_IGA hervorgerufen durch Fehlzündungen erkannt wird.
Der vierte Schwellenwert THD4 ist aufgrund der erfolgenden Oxidation des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Abgastrakt stromaufwärts der ersten Abgassonde 42 durch die katalytische Wirkung der ersten Abgassonde 42 und der in dem Abgastrakt 4 herrschenden hohen Temperaturen und auch der Diffusionsgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Molekülgrößen in der Diffusionsbarriere der Abgassonde 42 niedriger gewählt als der zweite Schwellenwert THD2.
Im Anschluss an den Schritt S20 wird die Bearbeitung erneut – gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer oder nach einem vorgegeben Kurbelwellenwinkel – in dem Schritt S2 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S8 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S22 ein sechster Schwellenwert THD6 und/oder ein siebter Schwellenwert THD7 abhängig von der Drehzahl, dem Luftmassenstrom und der Sondenalterung AGE des Katalysators ermittelt.
Der sechste bzw. der siebte Schwellenwert THD6, THD7 ist jeweils geeignet so vorgegeben, dass in Zusammenhang mit den in einem Schritt S24 folgenden Prüfen der dortigen Bedingungen Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch einen Fehler im Einspritzsystem erkannt werden und zwar dann, wenn die Verbrennungsaussetzerrate MISFR kleiner oder gleich ist dem ersten Schwellenwert THD1.
In dem Schritt S24 wird geprüft, ob die zeitliche Ableitung, also der Gradient, der Regeldifferenz D_LAM größer ist als der sechste Schwellenwert THD6. Ist diese Bedingung erfüllt, so wird in einem Schritt S26 auf Verbrennungsaussetzer MISF_INJ hervorgerufen durch einen Fehler in dem Einspritzsystem erkannt. In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass durch Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch einen Fehler in dem Einspritzsystem, die mit einer geringen Verbrennungsaussetzungsrate MISFR auftreten, die Regeldifferenz D_LAM kurzfristig sehr große Werte annimmt.
Alternativ oder zusätzlich kann in dem Schritt 24 auch geprüft werden ob die Regeldifferenz innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitfensters den siebten Schwellenwert THD7 überschreitet. Falls dann diese Bedingung erfüllt ist oder beziehungsweise beide Bedingungen erfüllt sind, wird ebenfalls in dem Schritt S26 auf Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch Fehler in dem Einspritzsystem erkannt. Das erste Zeitfenster ist bevorzugt so gewählt, dass es innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer Δt_INJ um einen Zeitpunkt t_MISF des Erkennens eines Verbrennungsaussetzers MISF in dem Schritt S4 oder S8 liegt und dauert. Die Zeitdauer Δt_INJ ist bevorzugt abhängig von der Drehzahl N vorgegeben. In einer einfacheren Ausgestaltung kann jedoch auch die Bedingung auch außerhalb des ersten Zeitfensters geprüft werden. Beim Prüfen der Bedingung, ob die Regeldifferenz D_LAM größer ist als der siebte Schwellenwert wird die Erkenntnis genutzt, dass bei einem Fehler in dem Einspritzsystem und dadurch hervorgerufenen Verbrennungsaussetzer auch absolut sehr große Werte der Regelabweichung D_LAM auftreten.
Ist die Bedingung des Schrittes S24 hingegen nicht erfüllt, so werden in einem Schritt S28 ein achter und/oder neunter Schwellenwert abhängig von der Drehzahl N, dem Luftmassenstrom MAF und/oder der Sondenalterung AGE ermittelt. Die achten und neunten Schwellenwerte THD8, THD9 sind dabei im Hinblick auf die zu prüfenden Bedingungen in einem nachfolgenden Schritt S30 geeignet vorgegeben.
In dem anschließenden Schritt S30 wird geprüft, ob der Gradient der Regeldifferenz D_LAM größer ist als der achte Schwellenwert. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S32 auf einen Verbrennungsaussetzer MISF_IGA hervorgerufen durch Zündaussetzer erkannt. Der achte Schwellenwert THD8 ist in diesem Zusammenhang kleiner gewählt als der sechste Schwellenwert. Er ist deswegen kleiner gewählt, da bei Verbrennungsaussetzern infolge von Fehlern in dem Zündsystem Luft und Kraftstoff in den Abgastrakt 4 gelangt und diese dort zum Teil aufgrund der dort herrschenden hohen Temperaturen miteinander reagieren, das heißt Anteile des Kraftstoffs oxidiert werden. Aus diesem Grund ist dann auch der durch einen Verbrennungsaussetzer MISF hervorgerufene Anstieg der Regeldifferenz D_LAM geringer als bei einem Verbrennungsaussetzer MISF_INJ hervorgerufen durch einen Fehler im Einspritzsystem.
Alternativ oder zusätzlich wird in dem Schritt S30 geprüft, ob die Regeldifferenz D_LAM innerhalb eines vorgegebenen zweiten Zeitfensters den neunten Schwellenwert THD9 überschreitet. Auch der neunte Schwellenwert THD9 ist entsprechend dem achten Schwellenwert THD8 kleiner gewählt als der siebte Schwellenwert THD7.
Die Lage des zweiten Zeitfensters ist gegeben durch den Zeitpunkt t_MISF des Erkennens des Verbrennungsaussetzers in dem Schritt S4 beziehungsweise S8. Seine Zeitdauer – zweimal Δt_IGA – ist bevorzugt abhängig von der Drehzahl N vorgegeben. Die Bedingungen des Schrittes S30 oder auch des Schrittes S24 können einzeln vorhanden sein oder auch mit einer logischen Und-Verknüpfung miteinander verknüpft sein. Je nach Ausgestaltung des Schrittes S30 wird dann somit bei dem Erfülltsein der Bedingungen oder der jeweiligen Bedingung in dem Schritt S32 auf Verbrennungsaussetzer MISF_IGA hervorgerufen durch einen Fehler im Zündsystem erkannt. Ansonsten wird die Bearbeitung anschließend in dem Schritt S2 fortgesetzt. Ist die Bedingung beziehungsweise sind die Bedingungen des Schrittes S30 hingegen nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S2 fortgesetzt.
Ein erster Bereich des Gradienten der Regeldifferenz D_LAM ist somit nach unten durch den sechsten Schwellenwert THD6 begrenzt. Ein zweiter Bereich des Gradienten der Regeldifferenz D_LAM ist somit durch die sechsten und achten Schwellenwerte THD6, THD8 eingegrenzt. Ein dritter Bereich der Regeldifferenz D_LAM ist nach unten durch den siebten Schwellenwert THD7 begrenzt. Ein vierter Bereich der Regeldifferenz D_LAM ist durch den siebten und neunten Schwellenwert THD7, THD9 eingegrenzt.
In einer alternativen Ausführungsform kann statt des Erkennens von Verbrennungsaussetzern MISF abhängig von der Laufunruhe ER dieses Erkennen auch abhängig von der Regeldifferenz D_LAM und/oder dem Gradienten der Regeldifferenz D_LAM durch ausschließliches Abarbeiten der Schritte S22 bis S32 erfolgen. Auf diese Weise kann insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit sehr vielen Zylindern Z1 bis Z4 oder auch einem hohen Trägheitsmoment im Antriebsstrang die Laufunruhe ER unberücksichtigt bleiben.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Verbrennungsaussetzers (MISF) in einem Brennraum eines Zylinders (Z1 bis Z4) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), einem Abgastrakt (4), in dem ein Abgaskatalysator (21) und stromaufwärts des Abgaskatalysators (21) eine Abgassonde (42) angeordnet sind, bei dem ein Verbrennungsaussetzer (MISF) abhängig von einer vorgegebenen Bedingung erkannt wird, die abhängt von einer Regeldifferenz (D_LAM) einer Lambdaregelung und/oder einem Gradienten der Regeldifferenz (D_LAM), wobei die Regeldifferenz abhängt von einem Messsignal (MS1) der Lambdasonde (42), die stromaufwärts des Abgaskatalysators (21) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem auf ein Verbrennungsaussetzer hervorgerufen durch Fehleinspritzung erkannt wird, wenn der Gradient der Regeldifferenz (D_LAM) einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für eine Fehleinspritzung charakteristischen ersten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Bereich abhängt von einer Drehzahl (N) und/oder einem Luftmassenstrom (MAF) und/oder einer Kenngröße für eine Sondenalterung (AGE).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verbrennungsaussetzer (MISF_IGA) hervorgerufen durch eine Fehlzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erkannt wird, wenn der Gradient der Regeldifferenz (D_LAM) einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für eine Fehlzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches charakteristischen zweiten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der zweite Bereich abhängt von der Drehzahl (N) und/oder dem Luftmassenstrom und/oder der Kenngröße für die Sondenalterung (AGE).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verbrennungsaussetzer (MISF_INJ) erkannt wird hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung, wenn die Regeldifferenz (D_LAM) einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für Fehleinspritzung charakteristischen dritten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der dritte Bereich abhängt von der Drehzahl (N) und/oder dem Luftmassenstrom (MAF) und/oder der Kenngröße für die Sondenalterung (AGE).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem geprüft wird, ob die Regeldifferenz (D_LAM) einen Wert des dritten Bereichs annimmt, innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitfensters, dessen zeitliche Lage abhängt von einem Zeitpunkt des Erkennens eines Verbrennungsaussetzers (MISF) abhängig von einer Laufunruheprüfung der Drehbewegung der Kurbelwelle (8).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verbrennungsaussetzer (MISF_IGA) erkannt wird hervorgerufen durch eine Fehlzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches, wenn die Regeldifferenz (D_LAM) einen Wert einnimmt, der innerhalb eines für die Fehlzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches charakteristischen vierten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der vierte Bereich abhängt von der Drehzahl (N) und/oder dem Luftmassenstrom und/oder der Kenngröße für Sondenalterung (AGE).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem geprüft wird, ob die Regeldifferenz (D_LAM) einen Wert des vierten Bereichs annimmt innerhalb eines vorgegebenen zweiten Zeitfensters, dessen zeitliche Lage abhängt von einem Zeitpunkt des Erkennens eines Verbrennungsaussetzers (MISF) abhängig von einer Laufunruheprüfung der Drehbewegung der Kurbelwelle (8).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verbrennungsaussetzer (MISF_INJ) hervorgerufen durch eine Fehleinspritzung erkannt wird, wenn der Wert der Regeldifferenz (D_LAM) charakteristisch ist für mindestens einen vorgegebenen Abmagerungsgrad des Gemisches relativ zu einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Messsignal (MS2) der stromabwärts des Abgaskatalysators angeordneten Abgassonde (43) charakteristisch ist für vorhandenen Sauerstoff stromabwärts des Abgaskatalysators.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verbrennungsaussetzer (MISF_IGA) hervorgerufen durch eine Fehlzündung erkannt wird, wenn der Wert der Regeldifferenz (D_LAM) charakteristisch ist für mindestens einen vorgegebenen Abmagerungsgrad des Gemisches des Luft/Kraftstoff-Gemisches relativ zu einem vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Messsignal (MS2) der stromabwärts des Abgaskatalysators angeordneten Abgassonde (43) charakteristisch ist für ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine vor der Verbrennung.
Vorrichtung zum Erkennen eines Verbrennungsaussetzers (MISF) in einem Brennraum eines Zylinders (Z1 bis Z4) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z4), einem Abgastrakt (4), in dem ein Abgaskatalysator und stromaufwärts des Abgaskatalysators eine Abgassonde (42) angeord net sind, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum Erkennen eines Verbrennungsaussetzers (MISF) abhängig von einer vorgegebenen Bedingung, die abhängt von einer Regeldifferenz (D_LAM) einer Lambdaregelung und/oder einem Gradienten der Regeldifferenz (D_AM), wobei die Regeldifferenz abhängt von einem Messsignal (MS1) der Lambdasonde (42), die stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist.