DE102006056326A1

DE102006056326A1 - Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006056326A1
Application number: DE102006056326A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Werner Mezger; Andreas Roth; Juergen Rappold; Georg Mallebrein; Nikolas Poertner; Henri Barbier; Ingo Fecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080312785A1; FR2909134A1; US8103433B2

Abstract

Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken (B1, B2), wobei die Brennkraftmaschine je eine Einrichtung (17.1, 17.2) zur Bestimmung des Lambda-Wertes der Verbrennung für jede Zylinderbank (B1, B2) umfasst. Bei einer gegenläufigen Veränderung der Lambda-Werte der Zylinderbänke (B1, B2) wird auf eine fehlerhafte Zylinderabschaltung geschlossen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken, wobei die Brennkraftmaschine je eine Einrichtung zur Bestimmung des Lambdawertes der Verbrennung für jede Zylinderbank umfasst.
Stand der Technik
Bei Brennkraftmaschinen mit Zylinderabschaltung besteht die Gefahr, dass ein Zylinder, der eigentlich befeuert sein sollte, fälschlicherweise abgeschaltet wird, oder dass ein Zylinder, der abgeschaltet sein sollte, fälschlicherweise nicht abgeschaltet ist. Ein derartiger fehlerhafter Betriebszustand wird üblicherweise über eine Aussetzererkennung erkannt. Eine derartige Aussetzererkennung ist beispielsweise in der JP 2004-100486 beschrieben. Bei einer Detektion der genannten Fehler über die Aussetzererkennung ist es jedoch nicht möglich, einen fälschlicherweise nicht abgeschalteten oder einen fälschlicherweise abgeschalteten Zylinder von einem gewöhnlichen Verbrennungsaussetzer zu unterscheiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die einen Fehler in der Zylinderabschaltung von einem Verbrennungsaussetzer unterscheiden können.
Offenbarung der Erfindung
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken, wobei die Brennkraftmaschine je eine Einrichtung zur Bestimmung des Lambdawertes der Verbrennung für jede Zylinderbank umfasst, wobei bei einer gegenläufigen Veränderung der Lambdawerte der Zylinderbänke auf eine fehlerhafte Zylinderabschaltung geschlos sen wird. Bei einer saugrohreinspritzenden Brennkraftmaschine sowie einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine wird die Zylinderabschaltung üblicherweise so realisiert, dass zumindest die Ein- oder Auslassventile des Zylinders dauerhaft geschlossen bleiben, so dass keine Luft durch den Zylinder durchgeschoben wird. Gleichzeitig wird die eingespritzte Kraftstoffmenge auf null zurückgefahren. Die Einrichtung zur Bestimmung des Lambdawertes für jede Zylinderbank ist üblicherweise einer Sauerstoffsonde, die ein elektrisches Signal abgeben kann, dass den Lambdawert für die jeweilige Zylinderbank repräsentiert. Der Ist-Lambdawert wird dabei durch eine Regeleinrichtung, die z.B. in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine angeordnet ist, auf einen Soll-Wert geregelt. Die Regelabweichung kann dabei z.B. in Form eines Regelfaktors erfasst werden. Unter einer gegenläufigen Veränderung der Lambdawerte der Zylinderbänke wird hier insbesondere eine entsprechende Veränderung der Lambdawerte der einzelnen Zylinderbänke oder auch eine entsprechende Änderung der Regelfaktoren der Zylinderbänke verstanden. Die Veränderung der Lambdawerte wird dabei vorzugsweise über einen Reglereingriff bestimmt, wobei weiter vorzugsweise jeder Zylinderbank ein Regelfaktor zugeordnet ist und der Reglereingriff als Veränderung des Regelfaktors gegenüber einer Soll-Größe bestimmt wird. Statt also die Lambdawerte der Zylinderbänke zu beobachten kann das Verhalten der Lambdaregelung über deren Reglereingriff beobachtet werden.
Bei einem Vollmotorbetrieb wird die Zylinderbank des defekten Zylinders, der fälschlicherweise abgeschaltet ist und Luft durchschiebt, vorzugsweise identifiziert, wenn sich der Regelfaktor der Zylinderbank in Richtung einer Reduzierung der Einspritzmenge verändert. Unter Abmagern des Regelfaktors wird hier verstanden, dass die Regelung für die Zylinderbank ein magereres Gemisch anstrebt. Bei einem Halbmotorbetrieb wird die Zylinderbank eines defekten Zylinders, der fälschlicherweise nicht abgeschaltet ist, vorzugsweise identifiziert, wenn sich der Regelfaktor der Zylinderbank in Richtung einer Erhöhung der Einspritzmenge verändert. Die bedeutet, dass die Regelung versucht, für die Zylinderbank ein fetteres Gemisch einzustellen.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, mit Mitteln zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken, wobei die Brennkraftmaschine je eine Einrichtung zur Bestimmung des Lambdawertes der Verbrennung für jede Zylinderbank umfasst, wobei bei einer gegenläufigen Veränderung der Lambdawerte der Zylinderbänke auf eine fehlerhafte Zylinderabschaltung geschlossen wird. Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durch führung aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Skizze einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken;
2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
Ausführungsbeispiel der Erfindung
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit zwei Zylinderbänken, diese sind als B1 und B2 bezeichnet, anhand eines 8-Zylinder-Motors. Analog dazu sind natürlich auch Anordnungen von z.B. 4 Zylindern, 6 Zylindern, 10 Zylindern, 12 Zylindern und dergleichen mit einem gemeinsamen Saugraum möglich. Die Zylinder sind hier mit Nummer 1 bis 8 durchnummeriert. Jedem der Zylinder 1 bis 8 ist ein Ansaugkanal 11 zugeordnet, die in ein gemeinsames Saugrohr 12 münden. Das Saugrohr 12 umfasst eine Drosselkappe 13 sowie einen Luftmassenmesser 14. In jedem Ansaugkanal 11 ist eine Einspritzdüse 15 angeordnet. Mit Hilfe der Einspritzdüse 15 wird Kraftstoff in den jeweils zugeordneten Ansaugkanal 11 eingespritzt. Jeder der Zylinder 1 bis 8 umfasst mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil, die in der Skizze der 1 nicht näher dargestellt sind. Durch Öffnen des jeweiligen Einlassventils eines Zylinders kann Luft bzw. ein Kraftstoff-Luftgemisch durch Kraftstoff, der mittels des jeweiligen Einspritzventils eingespritzt wurde, in den jeweiligen Zylinder eingesogen werden. Durch Öffnen des jeweils zugeordneten Auslassventils wird das verbrannte Kraftstoff-Luftgemisch im Auslasstakt in den Abgaskrümmer 16 ausgestoßen. Die Abgaskrümmer 16 sind zu einem Abgasrohr 16.1 für die Bank 1 und 16.2 für die Bank 2 zusammengefasst, die in ein gemeinsames Abgasrohr 16.3 münden.. In dem Abgasrohr 16.1 bzw. 16.2 ist jeweils eine Lambdasonde, diese ist als 17.1 bzw. 17.2 bezeichnet, angeordnet. Mit Hilfe der Lambdasonde 17.1 bzw. 17.2 kann der Lambdawert für die jeweilige Zylinderbank B1 bzw. B2 gemessen werden. Die Lambdasonden 17.1 und 17.2 generieren dazu ein elektrisches Signal, das den jeweiligen Lambdawert repräsentiert. Stromab der Lambdasonden 17.1 und 17.2 ist ein oder sind mehrere Abgaskatalysatoren angeordnet, des Weiteren können weitere Strömungselemente, wie z.B. ein Abgasturbolader oder dergleichen, dort angeordnet sein.
Der Lambdawert gibt den Sauerstoffanteil in dem Kraftstoff-Luftgemisch relativ zu dem für eine stöchiometrische Verbrennung notwendigen Sauerstoffanteil wieder. Der Lambdawert wird zylinderindividuell oder bankweise auf einen Soll-Wert geregelt. Steuergrößen für die Regelung sind beispielsweise die Einspritzmenge an Kraftstoff je Zylinder, die Luftmenge und, beispielsweise bei einer variablen Ventilsteuerung, die Steuerzeiten der Gaswechselventile. Damit lässt sich der Befüllungsgrad der Zylinder individuell verstellen. Für alle Zylinder zusammen kann der Füllungsgrad auch durch eine Verstellung der Drosselklappe beeinflusst werden.
Neben einem Vollmotorbetrieb der Brennkraftmaschine, bei dem alle Zylinder einen Anteil an dem durch die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoment haben, gibt es einen Halbmotorbetrieb, bei dem nur ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine an der Drehmomenterzeugung beteiligt sind. Die restlichen Zylinder werden mitgeschleppt, dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge für die jeweiligen Zylinder auf null zurückgefahren wird. Bei einer variablen Ventilsteuerung ist es des Weiteren möglich, das oder. die Einlassventile bzw. das oder die Auslassventile eines geschleppten Zylinders dauerhaft geschlossen oder dauerhaft geöffnet zu halten. Werden das oder die Einlassventile bzw. Auslassventil(e) eines Zylinders dauerhaft geschlossen gehalten, so findet kein Durchschieben von Luft statt. Wird nur die Einspritzmenge auf null gesetzt, so wird Luft durch den jeweiligen Zylinder durchgeschoben, da diese im Ansaugtakt eingesogen und im Ausstoßtakt in den Abgasstrang ausgestoßen wird. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass ein abgeschalteter Zylinder keine Luft fördert (durchschiebt) und dass bei einem abgeschalteten Zylinder kein Kraftstoff eingespritzt wird.
In 1 sind abgeschaltete Zylinder durch einen schwarzen Punkt gekennzeichnet. Dargestellt ist ein Halbmotorbetrieb, bei dem die Zylinder 2, 3, 5 und 8 nicht befeuert werden. Bei einem abschaltbaren Zylinder können grundsätzlich zwei Fehler auftreten. Zum einen kann ein Zylinder fälschlicherweise aktiv sein, der Zylinder sollte also eigentlich abgeschaltet sein, wobei kein Kraftstoff eingespritzt wird, es wird jedoch fälschlicherweise Luft gefördert bzw. durchgeschoben. Zum anderen kann ein Zylinder fälschlicherweise abgeschaltet sein, mindestens die Einlassventile oder die Auslassventile des defekten Zylinders bleiben dabei geschlossen, obwohl jedoch Kraftstoff eingespritzt wird.
Ein falschlicherweise aktiver Zylinder bewirkt im Halbmotorbetrieb, dass mehr Luft angesaugt wird als angesaugt werden sollte. Bei dem Beispiel des 8 Zylindermotors, bei dem im Halbmotorbetrieb 4 statt 8 Zylinder befeuert werden, saugen bei einem fälschlicherweise aktiven Zylinder 5 Zylinder Frischluft an, statt wie geplant 4 Zylinder. Dadurch werden alle ordnungsgemäß betriebenen Zylinder mit 25% Kraftstoffüberschuss vorgesteuert. Auf der Bank ohne defekte Ventilsteuerung ist dieser Kraftstoffüberschuss unmittelbar an der Lambdasonde sichtbar, die Lambdaregelung wird diesen Kraftstoffüberschuss jedoch ausgleichen, indem sie eine Abmagerung des Gemisches auf dieser Bank anfordert. Die Lambdaregelung regelt den Ist-Lambdawert einer jeden Zylinderbank auf einen Soll-Lambdawert, wobei der Ist-Lambdawert mittels eines Regelfaktors mit dem Soll-Lambdawert verknüpft ist. Durch den Regelfaktor kann also zylinderindividuell oder bankindividuell der Lambdawert geregelt werden. Im Fall des um 25% zu fetten Gemisches fällt dieser auf 0,8. Auf der Bank mit defekter Ventilsteuerung erhalten zwei Zylinder (davon ausgehend, dass bei einem 8-Zylindermoter zwei Zylinder einer Bank befeuert werden und zwei Zylinder abgeschaltet sind) durch die Vorsteuerung zunächst auch je 25% Kraftstoffüberschuss, während ein Zylinder reine Luft durchschiebt. Daraus ergibt sich eine Bilanz von 3 Teilen Luft und 2,5 Teilen Kraftstoff, so dass sich ein Wert von 3/2,5 = 1,2 als Lambdawert ergibt. Je nach Durchmischungsgrad, Sondeneinbauposition und Schutzrohr sowie in Abhängigkeit vom Typ der Lambdasonde (stetige Sonde, 2.Sonde oder dergleichen) wird die Lambdaregelung hier signifikant anfetten und den Kraftstoffüberschuss noch erhöhen. Durch die gegenläufigen Reaktionen der Regelfaktoren auf beiden Bänken kann der Defekt festgestellt werden und die fehlerhafte Bank identifiziert werden.
Sofern der Motor einen Einspritzaussetzer oder einen Zündaussetzer hat, wird entsprechend nur eine Bank reagieren, es wird also nicht eine Bank fetter und eine Bank magerer werden. Die gegenläufige Reaktion der beiden (Lambda-)Regelfaktoren ist ein Indiz für einen falschlicherweise aktiven Zylinder und kann daher von Aussetzern unterschieden werden.
Ein falschlicherweise abgeschalteter Zylinder, also ein Zylinder, bei dem eingespritzt wird, aber falschlicherweise kein Gaswechsel stattfindet, bewirkt ebenfalls eine Umverteilung der Luftmasse und eine Fehlanpassung der Gemischvorsteuerung. Der Effekt ist jedoch geringer, da die Vorsteuerabweichung nur (1-1/Zylinderzahl) × 100% beträgt. Im Gegensatz zum zuvor genannten Fall wird bei einem falschlicherweise geschlossenen Zylinder, also einem Zylinder, bei dem falschlicherweise kein Gaswechsel stattfindet, Kraftstoff eingespritzt, was zur Ansammlung von Kraftstoff vor den Einlassventilen bei einem Saugrohreinspritzer führt. Nach ei ner gewissen Zeit wird die in das Schwingrohr des betreffenden Zylinders eingespritzte Kraftstoffmenge sich mehr und mehr auf die anderen Zylinder der gleichen Zylinderbank verteilen. Auf diese Weise verändern sich die Lambdaregelfaktoren wiederum gegenläufig zwischen den Zylinderbänken. Die fehlerfrei arbeitende Bank erhält 7/8 des benötigten Kraftstoffs, was eine Anfettung durch den Lambdaregelfaktor von etwa 14% bewirkt. Die Zylinderbank mit der defekten Ventilsteuerung erhält die Kraftstoffmenge von vier Zylindern, jedoch nur eine Luftfüllung von drei Zylindern. Daraus ergibt sich eine Luftmenge von 3 Anteilen und eine Kraftstoffmenge von 4 × 7/8 = 7/2 = 3,5 Anteile Kraftstoff. Würde der Lambdawert nicht ausgeregelt, so gilt hier ein Lambda von 3/3,5 = 6/7, ungefähr 0,867. Damit magert der Lambdaregler der defekten Bank etwa 14% ab.
Auch bei einem falschlicherweise abgeschalteten Zylinder ergeben sich gegenläufige Reaktionen der beiden Lambda-Regelfaktoren. Dabei ist jedoch zu beachten, dass zunächst Kraftstoff in dem Schwingrohr des defekten Zylinders vorgelagert wird. Eine eventuelle Kraftstoffabschaltung an diesem Zylinder nach Erkennen des Fehlers über die Aussetzererkennung ändert die Verhältnisse.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren beginnt mit Schritt 101. In Schritt 102 erfolgt das Einlesen beider Lambda-Regelfaktoren und/oder der Lambdasondensignale der beiden Zylinderbänke. In Schritt 103 wird überprüft, ob sich die Regelfaktoren RF(λ₁) und RF(λ₂) für die Lambdawerte der Zylinderbänke gegenläufig verhalten, sich also in gegenläufige Richtungen ändern. Dabei wird der Lambdaregelfaktor einer Bank zu einer höheren Einspritzmenge hin verändert und der Lambdaregelfaktor der anderen Bank zu einer kleineren Einspritzmenge hin verändert. Ist dies nicht der Fall, so verzweigt das Verfahren wieder zum Start, es wird also dauerhaft durchlaufen. Wird die Abfrage in Verfahrensschritt 103 mit ja, dies ist durch Buchstaben J gekennzeichnet, beantwortet, so wird in Schritt 104 überprüft, ob sich die Brennkraftmaschine im Vollmotorbetrieb VMB oder Halbmotorbetrieb HMB befindet.
Befindet sich die Brennkraftmaschine im Halbmotorbetrieb HMB, so wird in Schritt 106 geprüft, welcher der beiden Regelfaktoren sich in welche Richtung ändert. Ändert sich der Regelfaktor RF(λ₁) der Zylinderbank B1 in Richtung einer Erhöhung der Einspritzmenge, wobei der Regelfaktor RF(λ₂) der Zylinderbank B2 konstant bleibt oder sich in Richtung einer Verminde rung der Einspritzmenge ändert (Option 1 in Schritt 106), so liegt ein fälschlicherweise nicht abgeschalteter Zylinder in der ersten Zylinderbank B1 vor (Schritt 107). Ändert sich der Regelfaktor RF(λ₂) der Zylinderbank B2 in Richtung einer Erhöhung der Einspritzmenge, wobei der Regelfaktor RF(λ₁) der Zylinderbank B1 konstant bleibt oder sich in Richtung einer Verminderung der Einspritzmenge ändert (Option 2 in Schritt 106), so Liegt ein fülschlicherweise nicht abgeschalteter Zylinder in der zweiten Zylinderbank B2 vor (Schritt 108) Ergibt die Prüfung in Schritt 104, dass sich die Brennkraftmaschine im Vollmotorbetrieb VMB befindet (Verzweigung VMB in Schritt 104), so wird in Schritt 109 geprüft, welcher der beiden Regelfaktoren sich in welche Richtung ändert. Ändert sich der Regelfaktor RF(λ₁) der Zylinderbank B1 in Richtung einer Reduzierung der Einspritzmenge, wobei der Regelfaktor RF(λ₂) der Zylinderbank B2 konstant bleibt oder sich in Richtung einer Erhöhung der Einspritzmenge ändert (Option 1 in Schritt 109), so liegt ein falschlicherweise abgeschalteter Zylinder in der ersten Zylinderbank B1 vor (Schritt 110). Ändert sich der Regelfaktor RF(λ₂) der Zylinderbank B2 in Richtung einer Reduzierung der Einspritzmenge, wobei der Regelfaktor RF(λ₁) der Zylinderbank B1 konstant bleibt oder sich in Richtung einer Erhöhung der Einspritzmenge ändert (Option 2 in Schritt 109), so liegt ein fälschlicherweise abgeschalteter Zylinder in der zweiten Zylinderbank B2 vor (Schritt 111)

Claims

Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken (B1, B2), wobei die Brennkraftmaschine je eine Einrichtung (17.1, 17.2) zur Bestimmung des Lambda-Wertes der Verbrennung für jede Zylinderbank (B1, B2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegenläufigen Veränderung der Lambda-Werte der Zylinderbänke (B1, B2) auf eine fehlerhafte Zylinderabschaltung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Lambda-Werte über einen Reglereingriff bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinderbank ein Regelfaktor (RF(λ₁), RF(λ₂)) zugeordnet ist und der Reglereingriff als zeitliche Veränderung des Regelfaktors (RF(λ₁), RF(λ₂)) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Vollmotorbetrieb (VMB) die Zylinderbank (B1, B2) des defekten Zylinders identifiziert wird wenn sich der Regelfaktor der Zylinderbank in Richtung einer Reduzierung der Einspritzmenge verändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Halbmotorbetrieb (HMB) die Zylinderbank des defekten Zylinders identifiziert wird wenn sich der Regelfaktor der Zylinderbank in Richtung einer Erhöhung der Einspritzmenge verändert.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, mit Mitteln zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebszustandes bei einer Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylinderbänken (B1, B2), wobei die Brennkraftmaschine je eine Einrichtung (17.1, 17.2) zur Bestimmung des Lambda-Wertes der Verbrennung für jede Zylinderbank (B1, B2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer gegenläufigen Veränderung der Lambda-Werte der Zylinderbänke (B1, B2) auf eine fehlerhafte Zylinderabschaltung geschlossen wird.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.