DE102007007438B4

DE102007007438B4 - Verfahren und Steuergerät zum Erkennen einer von der Gemischzusammensetzung abhängigen Aussetzerart eines Zündaussetzers und zur Adaption von Applikationsparametern

Info

Publication number: DE102007007438B4
Application number: DE102007007438.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schuenemann Erik; Stephan Missy; Bernhard Hoss; Gottfried Drexler; Stefan Henrici; Dr. Preuss Florian; Roberto Tebaldi
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: DE102007007438A1

Abstract

Verfahren zum Erkennen einer von der Gemischzusammensetzung abhängigen Aussetzungsart eines Zündaussetzers (ZA) in einem Zylinder eines Ottomotors mit Direkteinspritzung, wobei mittels einer Aussetzererkennungseinheit Zündaussetzer (ZA) zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors erkannt werden und bei einem erkannten Zündaussetzer (ZA) im geschichteten Betrieb des Verbrennungsmotors die von der Gemischzusammensetzung abhängige Aussetzungsart in Abhängigkeit von der Funkenbrenndauer (F) des aussetzenden Zylinders ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein entsprechendes Steuergerät zum Erkennen einer von der Gemischzusammensetzung im Zylinder abhängigen Aussetzerart eines Zündaussetzers in einem Zylinder eines geschichtet betriebenen Ottomotors mit Direkteinspritzung sowie zur zylinderselektiven Adaption von Motorsteuerungsparametern zur Aussetzervermeidung.
Aus der DE 42 07 139 A1 ist ein Fehlzündungsdetektionssystem bekannt, das unterscheiden kann, ob es sich bei der detektierten Fehlzündung um eine Fehlzündung aufgrund des Kraftstoffzufuhrsystems oder aufgrund des Zündsystems handelt.
Bei dem geschichteten Betrieb von Ottomotoren mit Direkteinspritzung kann es aufgrund unterschiedlicher Ursachen immer wieder zu Zündaussetzern in einem Zylinder kommen. Diese Zündaussetzer beeinträchtigen einerseits die Laufruhe des Verbrennungsmotors und andererseits führen diese Aussetzer bei Kraftfahrzeugen, die mit einem Katalysator ausgestattet sind, zu einer Schädigung des Katalysators. Derzeit sind bereits verschiedenste Aussetzererkennungseinheiten bekannt.
So offenbart die DE 199 13 746 A1 ein Verfahren zur Erkennung von abgasverschlechternden und katalysatorschädigenden Aussetzern, bei der die Lambda-Sondenspannung bezogen auf den Verbrennungsaussetzer ermittelt wird. In Abhängigkeit von der Sondenspannung wird dann auf die Ursache der Aussetzerart geschlossen. Bei einer zu hohen Spannung der Sonde wird ein „fettes Gemisch“ erkannt, was auf einen Ausfall der Zündung zurückzuführen ist. Bei einer niedrigen Spannung wird ein „mageres Gemisch“ erkannt, was auf einen Ausfall der Einspritzung zurückzuführen ist. Somit kann mithilfe dieses Verfahrens erkannt werden, ob der Aussetzer auf eine fehlerhafte Zündung oder eine fehlerhafte Einspritzung zurückzuführen ist.
Die DE 10 2004 036 039 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Lambdasignal mit einem Schwellwert verglichen wird, und bei Unterschreitung des Schwellwertes in Richtung magere Verbrennung ein Warnsignal abgegeben wird.
Neben diesem genannten Verfahren gibt es noch viele weitere, die bei Erkennen eines Aussetzers zusätzlich feststellen können, ob der Aussetzer auf eine fehlerhafte Zündung oder eine fehlerhaften Einspritzung zurückzuführen ist. Unter einer fehlerhaften Einspritzung wird dabei immer ein ungewolltes unzureichendes oder nicht erfolgtes Einspritzen von Kraftstoff aufgrund eines Fehlers im Kraftstoffeinspritzsystem verstanden.
Da direkteinspritzende Ottomotoren mit seitlicher oder zentraler Injektorposition und mit zumindest einer Zündkerze zur Erzielung von Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsvorteilen mit geschichteter Gemischverteilung betrieben werden können, ist auch die richtige zeitliche und örtliche Zuordnung von zündfähigem Gemisch zum Zündzeitpunkt an der Zündkerze eine entscheidende Voraussetzung für einen aussetzungsfreien Motorbetrieb. Das Zeitfenster, in dem das zündfähige Gemisch an der Zündkerze zur Verfügung steht, beträgt derzeit nur einige Grad Kurbelwinkel. Die Ansteuerung von Einspritzung und Zündung muss mit sehr hoher Genauigkeit appliziert und für jeden Zylinder über die Lebensdauer des Verbrennungsmotors genau eingehalten werden, da es ansonsten zu Aussetzern aufgrund einer „falschen“ Gemischzusammensetzung im Zeitpunkt der Zündung kommen kann.
Trotzdem kann es vorkommen, dass infolge von Geometrietoleranzen, z. B. bei der Zündkerzeneinbaulage, der Elektrodenposition oder der Injektoreinbaulage, und infolge von Toleranzen der Sensorik und der elektrischen Ansteuerung bei ungünstigen Konstellationen das Fenster für aussetzerfreien Betrieb nicht mehr hinreichend groß ist, so dass es bei einer vorgegebenen Einspritzmenge im geschichteten Betrieb zu Aussetzern kommt, obwohl weder die Zündanlage noch die Einspritzanlage fehlerhaft arbeitet. Um derartige Aussetzer zu vermeiden, muss unter bestimmten Randbedingungen der geschichtete Betrieb des Verbrennungsmotors verlassen werden. Damit kann das Potential des geschichteten Betriebs nicht vollständig umgesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Erkennen einer von der Gemischzusammensetzung im Zylinder abhängigen Aussetzerart eines Zündaussetzers in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung im geschichteten Betrieb anzugeben, um zu erkennen, ob der Aussetzer aufgrund einer zu fetten Gemischzusammensetzung oder einer zu mageren Gemischzusammensetzung verursacht wurde.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und ein entsprechend ausgestaltetes Steuergerät gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Grundsächlich werden Zündaussetzer in aktuellen Verbrennungsmotoren durch eine in die Motorsteuerung integrierte Aussetzererkennung detektiert. Dazu wird bspw. die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle ausgewertet.
Das Verfahren zur Erkennung einer von der Gemischzusammensetzung abhängigen Aussetzungsart eines Zündaussetzers in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem erkannten Zündaussetzer im geschichteten Betrieb des Verbrennungsmotors die von der Gemischzusammensetzung abhängige Aussetzungsart in Abhängigkeit von der Funkenbrenndauer im Zylinders ermittelt wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, können bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung im geschichteten Betrieb trotz einwandfreier Funktionsweise der Zündanlage und der Einspritzanlage Zündaussetzer infolge von zu fettem Gemisch, sog. Fett-Aussetzer, oder infolge von zu magerem Gemisch, sog. Mager-Aussetzer an der Zündkerze während der Funkenbrenndauer auftreten. In Abhängigkeit von der Funkendauer kann erkannt bzw. bestimmt werden, ob der Aussetzer bei fehlerfreier Funktion der Zündanlage und der Einspritzanlage aufgrund eines zu fetten Gemisches im Zylinder zum Zeitpunkt der Zündung oder aufgrund eines zu mageren Gemisches im Zylinder zum Zeitpunkt der Zündung verursacht wurde.
Die Funkenbrenndauer wird vorteilhafterweise aus dem Zündsignalverlauf eines Zündsystems ermittelt und zur Diagnose verwendet.
Bei einem aussetzerfreien geschichteten Betrieb eines Ottomotors mit Direkteinspritzung beträgt die Funkenbrenndauer ca. 0,8 - 1ms. Da ein aufgrund eines zu fetten Gemisches erfolgter Aussetzer durch eine zum normalen Betrieb des Ottomotors verkürzte Funkenbrenndauer gekennzeichnet ist und ein aufgrund eines zu mageren Gemisches erfolgter Aussetzer keine verkürzte Funkenbrenndauer verursacht, ist die Auswertung der Funkenbrenndauer ein geeignetes Mittel, anhand dessen die von der Gemischzusammensetzung abhängige Aussetzerart auf einfache Weise erkannt werden kann. Dementsprechend wird bei einer ermittelten Funkenbrenndauer, die einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, ein Fett-Aussetzer infolge eines zu fetten Gemisches im Zylinder erkannt. Im Gegensatz dazu wird ein Mager-Aussetzer infolge eines zu mageren Gemisches im Zylinder erkannt, wenn die Funkenbrenndauer den vorgegebenen Grenzwert nicht unterschreitet. Der Grenzwert wird dabei in Abhängigkeit von der zu erwartenden Funkenbrenndauer bei aussetzungsfreiem Betrieb der Brennkraftmaschine vorgegeben.
Da innerhalb eines Zylinders bei gleichem Betriebspunkt typischerweise entweder gehäufte Fett-Aussetzer oder gehäufte Mager-Aussetzer auftreten, muss für einen möglichen Eingriff zur Reduzierung der entsprechenden Aussetzerart ermittelt werden, welche Aussetzerart im jeweiligen Zylinder gehäuft auftritt. Dazu wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Anzahl der Fett-Aussetzer und/oder Mager-Aussetzer für den jeweiligen Zylinder in einem Speicher gespeichert, d. h. bei jedem erkannten Aussetzer wird in Abhängigkeit von der detektierten Aussetzerart ein für diese Aussetzerart angelegter Zähler um 1 erhöht. Der Speicher bzw. der Zähler kann derart ausgelegt sein, dass er alle Aussetzer einer Aussetzerart über die gesamte Laufzeit des Kraftfahrzeugs speichert bzw. zählt, oder vorteilhafterweise nur die Aussetzer einer Aussetzerart innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls und/oder eines vorgegeben Zündungsanzahlintervalls und/oder eines vorgegebenen Kennfeldbereiches speichert bzw. zählt.
Wird für einen Zylinder ein gehäuftes Auftreten einer Aussetzerart, also gehäufte Mager-Aussetzer oder Fett-Aussetzer erkannt, wird vorteilhafterweise derart in die Motorsteuerung eingegriffen, dass die Aussetzer zukünftig vermieden oder zumindest reduziert werden. Dies kann entweder beim Aufsuchen in einer Werkstatt von extern oder unmittelbar durch in die Motorsteuerung integrierte Adaptionsfunktionen fahrzeugintern erfolgen.
Ein gehäuftes Auftreten von Fett-Aussetzern oder Mager-Aussetzern kann dadurch festgestellt werden, dass die gespeicherte Anzahl von Mager-Aussetzern bzw. die gespeicherte Anzahl von Fett-Aussetzern innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls oder Zündungsanzahlintervalls einen vorgegeben ersten bzw. zweiten Grenzwert überschreitet. Werden gehäufte Fett-Aussetzer oder gehäufte Mager-Aussetzer in einem Zylinder erkannt, kann derart in die Motorsteuerung eingegriffen werden, dass die Gemischzusammensetzung bei diesem Zylinder verändert wird. Wird bspw. für einen bestimmten Zylinder des Ottomotors ein gehäuftes Auftreten von Mager-Aussetzern festgestellt, erfolgt zylinderselektiv im entsprechenden Kraftstoffeinspritz-Kennfeldbereich eine derartige Anpassung der Kennfelddaten, z. B. der Kraftstoffeinspritzparameter, so dass die neuen Kennfelddaten zu einem fetteren Gemisch an der Zündkerze führen. Dementsprechend wird bei gehäuftem Auftreten von Fett-Aussetzern für einen bestimmten Zylinder eine derartige Anpassung der Kennfelddaten, z. B. der Kraftstoffeinspritzparameter vorgenommen, so dass die neuen Kennfelddaten zu einem magereren Gemisch an der Zündkerze führen.
Die Anpassung der Applikation kann dabei in beiden Fällen auf unterschiedliche Weise vorgenommen werden. In einer ersten Alternative kann die Applikation durch ein direktes Umschalten von einer mageren Applikation in Richtung einer fetteren Applikation bzw. von einer fetten Applikation in Richtung einer magereren Applikation erfolgen. Alternativ dazu kann die Applikation auch solange durch eine stufenlose Veränderung bzw. Verschiebung der Kennfelddaten erfolgen, bis die gehäuften Aussetzer nicht mehr auftreten. Diese Anpassung der Applikation bietet den Vorteil dass sich sehr genau an die Grenzen, bei denen ein aussetzungsfreier Betrieb wieder möglich ist, herangetastet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Steuereinheit zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung appliziert sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen vereinfachten Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen einer von der Gemischzusammensetzung abhängigen Aussetzerart eines Zündaussetzers in einem Zylinder eines Ottomotors mit Direkteinspritzung.
Das hier dargestellte und der Erfindung zugrunde liegende Verfahren startet im Schritt 10 sobald ein Zündaussetzer ZA in einem Zylinder des Verbrennungsmotors im geschichteten Betrieb mittels einer hier nicht dargestellten Aussetzererkennungseinheit detektiert wird. Zum Erkennen eines Zündaussetzers ZA kann bspw. die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle ausgewertet werden.
Sobald ein Zündaussetzer ZA erkannt wird, wird im Schritt 20 die Aussetzerart bestimmt. Dazu wird der Zündsignalverlauf zs des entsprechenden Zylinders zum Zeitpunkt des Zündaussetzers ZA ausgewertet. Aus dem Zündsignalverlauf zs wird die Funkenbrenndauer F zu diesem Zeitpunkt ermittelt und diese mit einem Grenzwert GW verglichen. Der Grenzwert GW wird so festgelegt dass er der Funkenbrenndauer entspricht, die sich bei aussetzerfreiem Betrieb des Zylinders in diesem Betriebspunkt einstellen würde. Der Wert des Grenzwertes GW kann bspw. 0,8 ms betragen.
Ist die ermittelte Funkenbrenndauer F nicht kleiner als der vorgegebene Grenzwert GW, handelt es sich um einen Mager-Aussetzer infolge eines zu mageren Gemisches an der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung. Wird ein solcher Mager-Aussetzer erkannt, wird im Schritt 30 der für die Mager-Aussetzer bereitgestellte Zähler Zm um eins erhöht, und in einem dafür vorgesehenen Speicher gespeichert. Ist die ermittelte Funkenbrenndauer F kleiner als der vorgegebene Grenzwert GW, handelt es sich um einen Fett-Aussetzer infolge eines zu fetten Gemisches an der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung. Wird ein solcher Fett-Aussetzer erkannt, wird im Schritt 130 der für die Fett-Aussetzer bereitgestellte Zähler Zf um eins erhöht, und in einem dafür vorgesehenen Speicher gespeichert.
Nach Erhöhung des Zählers Zm im Schritt 30 oder nach Erhöhung des Zählers Zf im Schritt 130 wird in den entsprechenden nachfolgenden Schritten 40 bzw. 140 überprüft, ob eine gehäufte Anzahl von Fett-Aussetzern oder Mager-Aussetzern zu erkennen ist.
Um gehäufte Mager-Aussetzer erkennen zu können, wird im Schritt 40 überprüft ob der für die Mager-Aussetzer bereitgestellte Zähler Zm einen vorgegebenen ersten Grenzwert GW1 überschreitet. Überschreitet der für die Mager-Aussetzer bereitgestellte Zähler Zm den ersten Grenzwert GW1, wird im Schritt 50 eine Adaption Am an der Motorsteuerungsapplikation vorgenommen, die in der Weise zu einer Anpassung von Applikationsparametern führt, dass bei den entsprechenden Betriebspunkten im betroffenen Zylinder ein etwas fetteres Gemisch an der Zündkerze zum Zündzeitpunkt vorliegt. Dadurch werden die Mager-Aussetzer verhindert oder zumindest die Anzahl der Mager-Aussetzer erheblich reduziert.
Um gehäufte Fett-Aussetzer erkennen zu können, wird im Schritt 140 überprüft ob der für die Fett-Aussetzer bereitgestellte Zähler Zf einen vorgegebenen zweiten Grenzwert Gw2 überschreitet. Der vorgegebene zweite Grenzwert GW2 kann mit dem vorgegebenen ersten Grenzwert GW1 identisch sein. Überschreitet der für die Fett-Aussetzer bereitgestellte Zähler Zf den zweiten Grenzwert GW2, wird im Schritt 150 eine Adaption Af der Motorsteuerungsapplikation vorgenommen, die in der Weise zu einer Anpassung von Applikationsparametern führt, dass bei den entsprechenden Betriebspunkten ein magereres Gemisch eingespritzt wird bzw. im Zylinder nach Einspritzung des Kraftstoffs vorliegt. Dadurch werden die Fett-Aussetzer verhindert oder zumindest die Anzahl der Fett-Aussetzer erheblich reduziert.
Analog zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im geschichteten Betrieb eines Ottomotors mit Direkteinspritzung kann dieses Verfahren bei allen Betriebsarten der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, bei denen u. a. mageres Gemisch zum Zündzeitpunkt an der Zündkerze vorliegt.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer von der Gemischzusammensetzung abhängigen Aussetzungsart eines Zündaussetzers (ZA) in einem Zylinder eines Ottomotors mit Direkteinspritzung, wobei mittels einer Aussetzererkennungseinheit Zündaussetzer (ZA) zumindest eines Zylinders des Verbrennungsmotors erkannt werden und bei einem erkannten Zündaussetzer (ZA) im geschichteten Betrieb des Verbrennungsmotors die von der Gemischzusammensetzung abhängige Aussetzungsart in Abhängigkeit von der Funkenbrenndauer (F) des aussetzenden Zylinders ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenbrenndauer (F) aus dem Zündsignalverlauf (zs) eines Zündsystems ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Funkenbrenndauer (F), die einen vorgegebenen Grenzwert (GW) unterschreitet, ein Fett-Aussetzer infolge eines zu fetten Gemisches im Zylinder erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Funkenbrenndauer (F), die einen vorgegebenen Grenzwert (GW) nicht unterschreitet, ein Mager-Aussetzer infolge eines zu mageres Gemisches im Zylinder erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (GW) in Abhängigkeit von einer bei einer normalen Zündung und Verbrennung zu erwartenden Funkenbrenndauer vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Fett-Aussetzer (Zf) und/oder die Anzahl der Mager-Aussetzer (Zm) in einem Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Anzahl der Fett-Aussetzer (Zf) und/oder der Anzahl der Mager-Aussetzer (Zm) in die Motorsteuerung (Af, Am) eingegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von Mager-Aussetzern (Zm), die innerhalb eines vorgegebenen Intervalls einen vorgegebenen ersten Grenzwert (GW1) überschreiten, die Motorsteuerung derart angepasst wird (Am), dass bei diesem Zylinder an der Zündkerze zum Zündzeitpunkt ein fetteres Gemisch vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von Fett-Aussetzern (Zf), die innerhalb eines vorgegebenen Intervalls einen vorgegebenen zweiten Grenzwert (GW2) überschreiten, die Motorsteuerung derart angepasst wird (Af), dass bei diesem Zylinder an der Zündkerze zum Zündzeitpunkt ein magereres Gemisch vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gemischzusammensetzung an der Zündkerze zum Zündzeitpunkt verändert wird.
Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.