DE102008002007A1

DE102008002007A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008002007A1
Application number: DE200810002007
Authority: DE
Inventors: Rolf Maier-Landgrebe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsfehlern bei einer Brennkraftmaschine. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine entsprechende Vielzahl von Arbeitstakten eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine ermittelt, wobei jeweils eine Drehzahlkenngröße auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem Arbeitstakt basiert. In weiteren Schritten wird, basierend auf einem Mittelwert der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen, eine Vergleichskenngröße berechnet und eine erste Drehzahlkenngröße der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen, die auf der Drehzahl in einem ersten Arbeitstakt der Vielzahl von Arbeitstakten basiert, mit der Vergleichskenngröße verglichen. Basierend auf dem Vergleich wird ein Signal ausgegeben, das einen Verbrennungsfehler im ersten Arbeitstakt signalisiert. Unter weiteren Gesichtspunkten schafft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens und eine Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungsfehlern bei einer Brennkraftmaschine.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens und eine Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine.
Im Betrieb einer Brennkraftmaschine auftretende Verbrennungsfehler wie z. B. Verbrennungsaussetzer oder durch Leckagen des Kraftstoffversorgungssystems hervorgerufene übermäßige Verbrennung von Kraftstoff führen zu einem Anstieg der von der Brennkraftmaschine emittierten Schadstoffe und können darüber hinaus zu einer Schädigung eines Katalysators im Abgastrakt der Brennkraftmaschine führen. Zur Erfüllung gesetzgeberischer Forderungen zur On-Board-Überwachung abgasrelevanter Funktionen ist es notwendig, im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere Verbrennungsaussetzer zu detektieren, wobei die Zahl der detektierten Verbrennungsaussetzer ermittelt und in einem bei Wartungsarbeiten auslesbaren Speicher abgespeichert werden muss.
Bekannte Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsfehlern basieren auf der Erkennung einer plötzlichen Verringerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine infolge einer ausbleibenden Verbrennung in einem betroffenen Zylinder, bzw. auf der Erkennung einer plötzlichen Erhöhung der Drehzahl infolge einer Leckage. Die DE 10 2006 018 958 A1 offenbart z. B. ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem Verbrennungsfehler durch Auswerten der Drehzahl der Brennkraftmaschine detektiert werden. Gemäß dem Verfahren wird eine von der Beschleunigung der Brennkraftmaschine zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Zylinder abhängige Beschleunigungskenngröße je Zylinder ermittelt. Die Beschleunigungskenngrößen eines oder mehrerer Zylinder werden anhand vorgebbarer Kriterien ausgewählt.
Hierbei ergibt sich das Problem, dass bei Verbrennungsfehlern mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine einzelne Verbrennungsfehler nicht zuverlässig erkannt werden, insbesondere wenn diese in Zylindern auftreten, die in Zündreihenfolge aufeinanderfolgen. Setzen z. B. zwei aufeinanderfolgende Zylinder mit der Verbrennung aus, wird nur das Aussetzen des ersten, nicht aber des zweiten Zylinders zuverlässig erkannt. Besonders kritisch ist die Erkennung mehrfacher Verbrennungsaussetzer bei Kraftfahrzeugen mit Zweimassenschwungrad, da das infolge der Aussetzer schwankende Drehmoment der Brennkraftmaschine das Zweimassenschwungrad zu Schwingungen anregt, die den Drehzahlverlauf beeinflussen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß vorgesehen ist ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsfehlern bei einer Brennkraftmaschine. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine entsprechende Vielzahl von Arbeitstakten eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine ermittelt, wobei jeweils eine Drehzahlkenngröße auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem Arbeitstakt basiert. In weiteren Schritten wird basierend auf einem Mittelwert der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen eine Vergleichskenngröße berechnet, und eine erste Drehzahlkenngröße der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen, die auf der Drehzahl in einem ersten Arbeitstakt der Vielzahl von Arbeitstakten basiert, mit der Vergleichskenngröße verglichen. Basierend auf dem Vergleich wird ein Signal ausgegeben, das einen Verbrennungsfehler im ersten Arbeitstakt signalisiert.
Da die gemäß dem Verfahren ermittelten Drehzahlkenngrößen direkt auf der Drehzahl der Brennkraftmaschine im betrachteten Arbeitstakt basieren, sind diese wesentlich unbeeinflusst von der Drehzahl der Brennkraftmaschine in den übrigen Arbeitstakten des Arbeitsspiels und insbesondere dem vorangehenden Arbeitstakt. Dabei ist es vorteilhafter Weise nicht erforderlich, dass als Drehzahlkenngrößen physikalisch exakte Werte der Drehzahl ermittelt werden. Es reicht vielmehr aus, als die Drehzahlkenngrößen Werte zu ermitteln, die wesentlich monoton von der Drehzahl abhängen. Die Drehzahlkenngrößen können z. B. die Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine selbst angeben, gemittelt über den Zeitabschnitt des jeweiligen Arbeitstakts oder einen geeignet definierten Teilabschnitt davon, oder aber definiert als der Momentanwert der Drehzahl zu einem vorbestimmten Zeitpunkt innerhalb des jeweiligen Arbeitstakts. Alternativ können die Drehzahlkenngrößen auch z. B. als die Länge eines Zeitintervalls definiert sein, das den jeweiligen Arbeitstakt oder einen geeignet definierten Teilabschnitt des Arbeitstakts umfasst.
Da die berechnete Vergleichskenngröße auf dem Mittelwert der Drehzahlkenngrößen basiert, ist sie wesentlich unbeeinflusst von kurzzeitigen Veränderungen der Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb des betrachteten Arbeitsspiels. Das Verfahren ermöglicht daher, mit hoher Zuverlässigkeit einen Verbrennungsfehler wie z. B. einen Verbrennungsaussetzer oder eine Leckage in einem Zylinder der Brennkraftmaschine zu detektieren, der in einem zugehörigen Arbeitstakt des Arbeitsspiels – hier ohne Einschränkung als erster Arbeitstakt bezeichnet – die Drehzahl der Brennkraftmaschine beeinflusst, und zwar auch dann, wenn der Drehzahlverlauf in an den ersten Arbeitstakt angrenzenden Arbeitstakten aufgrund weiterer Verbrennungsfehler in weiteren Zylindern und/oder aufgrund von Schwingungen von Teilen des Antriebsstrangs wie z. B. einem Zweimassenschwungrad erheblich vom Drehzahlverlauf im fehlerfreien Betrieb der Brennkraftmaschine abweicht. Das Verfahren ermöglicht insbesondere durch entsprechendes Wiederholen des Vergleichs mit der Vergleichskenngröße für die übrigen Drehzahlkenngrößen, Verbrennungsfehler in allen Arbeitstakten des Arbeitsspiels und damit z. B. für alle Zylinder der Brennkraftmaschine zuverlässig zu erkennen und zu signalisieren, so dass z. B. deren Anzahl in einer nachgeschalteten On-Board-Diagnoseeinheit präzise verfolgt und gespeichert werden kann.
Da die Drehzahlkenngrößen aus dem Signal eines bei modernen Brennkraftmaschinen ohnehin vorhandenen Drehzahlsensors ermittelbar sind und das Verfahren nur wenige und einfache Rechenoperationen wie Mittelwertbildung und Vergleich erfordert, ist es mit vorteilhaft geringen Kosten in Steuergeräten zu implementieren, die nur über geringe Rechen- und/oder Speicherkapazitäten verfügen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung basieren die Drehzahlkenngrößen jeweils auf der Drehzahl in einem solchen Arbeitstaktabschnitt, in dem ein jeweiliger Zylinder einer Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine eine Kompressionsphase ausführt. Dies ist z. B. ein Zeitabschnitt, der zeitlich auf einen vorangehenden Zeitabschnitt folgt, in dem im störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ein Zylinder einen Verbrennungsvorgang ausführt. Untersuchungen an Brennkraftmaschinen mehrerer Typen haben gezeigt, dass die Drehzahl in einem solchen Arbeitstaktabschnitt besonders zuverlässig einen dem Arbeitstaktabschnitt unmittelbar vorangehenden Verbrennungsfehler anzeigt.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung basierenden die Drehzahlkenngrößen jeweils auf der Drehzahl in einem solchen Arbeitstaktabschnitt, in dem ein jeweiliger Zylinder der Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine eine Verbrennungsphase ausführt. Durch geeignete Wahl des Arbeitstaktabschnitts, in dem die Drehzahlkenngrößen ermittelt werden, ist das Verfahren vorteilhaft an Brennkraftmaschinen unterschiedlicher Typen anpassbar, um eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Verbrennungsfehlererkennung zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das Signal ausgegeben, wenn eine Differenz zwischen der ersten Drehzahlkenngröße und der Vergleichskenngröße einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausführung des Vergleichs, z. B. indem der Schwellwert für einen bestimmten Typ der Brennkraftmaschine vorgegeben wird. Der Schwellwert kann aber auch dynamisch angepasst werden, z. B. an einen momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird zum Berechnen der Vergleichskenngröße zunächst für eine entsprechende zweite Vielzahl von Arbeitstakten eines zweiten Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine eine zweite Vielzahl von Drehzahlkenngrößen ermittelt. Das zweite Arbeitsspiel kann z. B. das unmittelbar vor oder nach dem ersten Arbeitsspiel ausgeführte Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine sein. Aus der zweiten Vielzahl von Drehzahlkenngrößen wird ein zweiter Mittelwert errechnet, der sich auf das zweite Arbeitsspiel bezieht. Zwischen dem ersten Mittelwert und dem zweiten Mittelwert wird schließlich entsprechend einer Position des ersten Arbeitstakts innerhalb des ersten Arbeitsspiels interpoliert. Dies ermöglicht, die Zuverlässigkeit der Verbrennungsfehlererkennung weiter zu erhöhen, da längerfristige Veränderungstendenzen der Drehzahl von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel, die auf äußere Einflüsse wie z. B. eine Beschleunigungsanforderung eines Fahrzeugführers oder eine Veränderung der Belastung der Brennkraftmaschine zurückzuführen sind, durch die Interpolation berücksichtigt werden und damit in den Vergleich der Kenngrößen nicht mehr eingehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das Ermitteln der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine Folge von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine wiederholt, z. B. fortlaufend während des Betriebs der Brennkraftmaschine. Da für jedes Arbeitsspiel eine entsprechende Vielzahl von Drehzahlkenngrößen ermittelt wird, ergibt sich eine der Folge von Arbeitsspielen entsprechende Vielzahl von Folgen von Drehzahlkenngrößen, wobei jede Folge von Drehzahlkenngrößen auf der Drehzahl in gleichen Arbeitstakten unterschiedlicher Arbeitsspiele der Folge von Arbeitsspielen basiert. Weiterhin ist ein Schritt des Reduzierens einer Schwankungsbreite der Vielzahl der Folgen von Drehzahlkenngrößen vorgesehen. Durch das Reduzieren der Schwankungsbreite schwanken die Drehzahlkenngrößen, die sich auf einen jeweils gleichen Arbeitstakt der Arbeitsspiele, d. h. auf einen bestimmten Zylinder beziehen, weniger stark von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel, was die Zuverlässigkeit der Verbrennungsfehlererkennung weiter erhöht. Es ist dabei ausdrücklich nicht notwendig, dass eine beliebige der Folgen der Drehzahlkenngrößen zu irgendeinem Zeitpunkt vollständig in einem Speicher gehalten werden muss.
Vorzugsweise erfolgt das Reduzieren der Schwankungsbreite der Vielzahl der Folgen von Drehzahlkenngrößen mittels eines linearen Tiefpassfilters 1. Ordnung, z. B. mit einer Filterkonstanten von ca. 0,2. Auf diese Weise wird eine exponentielle Glättung des Werteverlaufs der jeweiligen Folge erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügten Figuren erläutert. Von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Blockansicht einer Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Diagramm eines beispielhaften Drehzahlmusters einer Brennkraftmaschine im Betrieb mit Verbrennungsfehlern;
3 ein Diagramm eines weiteren Drehzahlmusters, das die Berechnung einer Vergleichskenngröße gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine, gemäß einer Ausführungsform.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nicht explizit anders angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt in schematischer Blockansicht eine Vorrichtung 100 zum Erkennen von Verbrennungsfehlern während des Betriebs einer Brennkraftmaschine 102, die z. B. eine Dieselkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein kann und in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft vier Zylinder 131–134 aufweist. An einer Nockenwelle 122 der Brennkraftmaschine 102 ist ein Geberrad 120 drehfest befestigt, an dessen Umfang eine Vielzahl von hier nur angedeuteten Zähnen 124 gebildet ist. Ein entsprechender Geber 118 ist am Um fang des Geberrads 120 angeordnet, so dass er im Betrieb der Brennkraftmaschine ein Winkelsignal abgibt, aus dem die jeweilige momentane Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit, d. h. Drehzahl, der Nockenwelle 122 ableitbar ist. Der Geber 118 ist mit der Vorrichtung 100 verbunden und stellt dieser im Betrieb das Winkelsignal bereit. Ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 102 entspricht dabei einer Umdrehung der Nockenwelle 122 und des Geberrads 120 bzw. zwei Umdrehungen einer nicht gezeigten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 102.
Die Winkelstellung des Geberrads 120 ist den Arbeitstakten derart zugeordnet, dass ein erster Arbeitstakt eines jeden Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine 102 der Anschaulichkeit halber markierten Segmenten 1 und 2 des Geberrads 120 entspricht, wobei im störungsfreiem Betrieb der Brennkraftmaschine 102 der erste Zylinder 131 zündet, wenn Segment 1 des Geberrads 120 den Geber 118 passiert. Entsprechend entspricht ein zweiter Arbeitstakt den Segmenten 3 und 4, ein dritter Arbeitstakt den Segmenten 5 und 6, und ein vierter Arbeitstakt den Segmenten 7 und 8, wobei jeweils der zweite 132, dritte 133 und vierte 134 Zylinder zündet, wenn Segment 3, Segment 5 bzw. Segment 7 des Geberrads 120 den Geber 118 passieren.
Die Vorrichtung 100, die z. B. als Steuergerät mit einem nicht gezeigten Prozessor ausgebildet sein kann, weist einen Drehzahlkenngrößenermittler 104 auf, an den eine Winkelsignalzuleitung 128 des Gebers 118 angeschlossen ist. Der Drehzahlkenngrößenermittler 104 ist dazu ausgebildet, für die vier Arbeitstakte eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine 102 entsprechende vier Drehzahlkenngrößen aus dem Winkelsignal zu ermitteln, wobei jeweils eine erste bis vierte Drehzahlkenngröße auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 102 (d. h. z. B. der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 102) innerhalb des entsprechenden ersten bis vierten Arbeitstakts basiert. Im Folgenden wird angenommen, dass die erste Drehzahlkenngröße als gemittelte Drehzahl der Brennkraftmaschine 102 innerhalb des durch Segment 2 des Geberrads gegebenen Winkelbereichs definiert ist, sowie dass die zweite, dritte und vierte Drehzahlkenngröße jeweils als gemittelte Drehzahl der Brennkraftmaschine 102 innerhalb des durch Segment 4, 6 bzw. 8 des Geberrads 120 gegebenen Winkelbereichs definiert sind.
Der Drehzahlkenngrößenermittler 104 ist mit einem Tiefpassfilter 112 der Vorrichtung 100 verbunden, dem er im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine 102, wenn diese eine fortlaufende Folge von Arbeitsspielen ausführt, entsprechend fortlaufend vier Folgen von Drehzahlkenngrößen bereitstellt, von denen die erste bis vierte Folge jeweils aus den entsprechenden Werten der ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Drehzahlkenngröße für die unter schiedlichen Arbeitsspiele gebildet ist. Wenn keine Verbrennungsfehler auftreten, sind insbesondere bei konstanter mittlerer Drehzahl der Brennkraftmaschine z. B. im Leerlauf die Werte der ermittelten Drehzahlkenngrößen ungefähr gleich, d. h. die erste Folge von Drehzahlkenngrößen (n_1,2, n_2,2, n_3,2, ...) ist näherungsweise konstant und weicht nur wenig von der zweiten bis vierten Folge (n_1,4, n_2,4, n_3,4, ...), (n_1,6, n_2,6, n_3,6, ...) und (n_1,6, n_2,8, n_3,8, ...) ab. Hierbei bezeichnet n_k,i jeweils die gemittelte Drehzahl der Brennkraftmaschine 102 im i-ten Segment des Geberrads 120 während des k-ten Arbeitsspiels mit k = 1, 2, 3, ... als fortlaufende Nummerierung der Elemente der Folge der Arbeitsspiele.
Der Tiefpassfilter 112 ist dazu ausgebildet, jede der ersten bis vierten Folge von Drehzahlkenngrößen separat einer Tiefpassfilterung zu unterziehen, sodass die Schwankungsbreite der Werte jeder der Folgen reduziert wird. Für ein beispielhaftes lineares Tiefpassfilter 1. Ordnung erhält man die folgende Gleichung für vom Tiefpassfilter 112 ausgegebene tiefpassgefilterte Folgen: nFk,i = α·nFk-1,i + (1 – α)·nk,i,wobei i = 2, 4, 6, 8 für die vierzylindrige Brennkraftmaschine 102 oder allgemein i = 2, 4, ..., 2Z mit Z als Zahl der Zylinder 131–134 der Brennkraftmaschine ist. Mit nF_k,i ist die tiefpassgefilterte Drehzahlkenngröße bezeichnet, die im Ergebnis der Tiefpassfilterung den ungefilterten Wert nF_k,i ersetzt. Der Faktor α bezeichnet die Filterkonstante des Tiefpassfilters 112 und kann für die Brennkraftmaschine geeignet festgelegt werden, z. B. auf einen konstanten Wert α = 0,2. Anstelle einer linearen Tiefpassfilterung 1. Ordnung kann die Schwankungsbreite der ersten bis vierten Folge von Drehzahlkenngrößen auch auf andere Weise reduziert werden.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin einen Mittelwertermittler 114 und einen Kenngrößenvergleicher 108 auf, die beide mit dem Tiefpassfilter 112 verbunden sind und von diesem im Betrieb der Vorrichtung 100 fortlaufend die tiefpassgefilterten Werte der ersten bis vierten Folge der Drehzahlkenngrößen erhalten. Der Mittelwertermittler 114 ist dazu ausgebildet, jeweils für ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 102 einen Mittelwert der für das Arbeitsspiel ermittelten und durch das Tiefpassfilter 112 gefilterten ersten bis vierten Drehzahlkenngrößen zu bilden. Für das k-te Arbeitsspiel gilt beispielhaft für einen arithmetischen Mittelwert
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin einen Vergleichskenngrößenrechner 106 auf, der mit dem Mittelwertermittler 114 verbunden und dazu ausgebildet ist, aus der vom Mittelwertermittler 114 ermittelten Folge von Mittelwerten der einzelnen Arbeitsspiele eine Vergleichskenngröße zu berechnen, die dem Kenngrößenvergleicher 108 bereitgestellt wird. Da die Drehzahl der Brennkraftmaschine 102 im Betrieb selbst dann variieren kann, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, schwanken im Allgemeinen auch die vom Mittelwertermittler 114 ermittelten Mittelwerte
von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel. Der Vergleichskenngrößenrechner 106 interpoliert für jede gefilterte Drehzahlkenngröße nF_k,i zwischen den Mittelwerten aufeinanderfolgender Arbeitsspiele, um eine entsprechende Vergleichskenngröße
zu berechnen und dem Kenngrößenvergleicher 108 zum Vergleich mit der jeweiligen Drehzahlkenngröße nF_k,i bereitzustellen.
Der Kenngrößenvergleicher 108 ist dazu ausgebildet, jeweils eine der vom Tiefpassfilter 112 erhaltenen gefilterten Drehzahlkenngrößen nF_k,i mit der entsprechenden vom Vergleichskenngrößenrechner 106 berechneten Vergleichskenngröße
paarweise zu vergleichen und einen Verbrennungsaussetzer zu detektieren, wenn die gefilterte Drehzahlkenngrößen nF_k,i um mehr als einen Schwellwert S von der Vergleichskenngröße
abweicht:
wobei S eine vorgebbare Konstante sein oder durch einen geeigneten Algorithmus, z. B. in Abhängigkeit von der Leerlaufdrehzahl dynamisch veränderlich festgelegt sein kann.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin eine Signaleinheit 110 auf, die in dem Fall, dass der Kenngrößenvergleicher 108 einen Verbrennungsaussetzer detektiert hat, ein entsprechendes Signal an eine Speichereinheit 140 sendet, die einen Zählwert eines Zählers 143 mit für jeden Zylinder 131–134 entsprechend vorgesehenen Speicherzellen inkrementiert, so dass der Zähler 143 unabhängig voneinander die Zahl der in den jeweiligen Zylindern 131–134 aufgetretenen Verbrennungsaussetzern speichert. Die Speichereinheit 140 ist mit einer Standardschnittstelle 116 für On-Board-Diagnostik verbunden, über die die Zählerstände des Zählers 143 ausgelesen und ggf. rückgesetzt werden können.
2 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften Drehzahlmusters einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine, wie z. B. der Brennkraftmaschine 102 aus 1. Entlang einer horizontalen Achse 202 ist ein Drehwinkel wie z. B. einer Kurbel- oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine aufgetragen, unterteilt in Winkelsegmente 1–8, die vom Drehwinkel der Brennkraftmaschine während jedes der gezeigten Arbeitsspiele 291, 292, 293 der Reihenfolge ihrer Nummerierung nach durchlaufen werden, wobei sich an das Segment 8 eines Arbeitsspiels das Segment 1 des nachfolgenden Arbeitsspiels anschließt. Die Aufteilung der Segmente auf Arbeitstakte 212–232 und ausführenden Zylinder jedes Arbeitsspiels ist identisch wie anhand der Segmente 1–8 des Geberrads 120 in 1 beschrieben.
Entlang einer vertikalen Achse 200 ist eine jeweils innerhalb jedes Segments 1–8 gemittelte Drehzahl der Brennkraftmaschine aufgetragen. Beispielsweise ist 2 zu entnehmen, dass die mittlere Drehzahl in Segment 1 von Arbeitspiel 212, in welchem der erste Zylinder zündet, einen höheren gemittelten Wert 280 aufweist als im nachfolgenden, zum ersten Arbeitstakt 221 gehörigen Segment 2, in welchem keine Zündung stattfindet. Im störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ist ein Drehzahlmuster zu erwarten, bei dem Segmente 1, 3, 5, 7 mit einem höheren gemittelten Drehzahlwert 280 und Segmente 2, 4, 6, 8 mit einem niedrigeren gemittelten Drehzahlwert 282 einander abwechseln, bei jeweils im Vergleich geringer Variation der höheren 280 bzw. niedrigeren Werte 282 untereinander.
Das in 2 gezeigte Drehzahlmuster gibt einen gestörten Betrieb der Brennkraftmaschine wieder, bei dem jeweils im vierten Arbeitstakt 214, 224 der Arbeitsspiele 291, 292 Verbrennungsaussetzer auftreten. Das Drehzahlmuster lässt in diesen Arbeitstakten 214, 224 augenscheinliche Drehzahleinbrüche erkennen, die sowohl das jeweilige Segment 7 betreffen, in dem die ausgefallene Verbrennung hätte gezündet werden sollen, als auch das jeweilige nachfolgende Segment 8. Weiterhin ist der Drehzahlverlauf durch die Verbrennungsaussetzer auch in den übrigen Segmenten 1–6 gestört, ersichtlich z. B. daraus, dass die gemittelten Drehzahlwerte der Segmente 1, 3, 5 sowie die gemittelten Drehzahlwerte der Segmente 2, 4, 6 in Arbeitsspiel 292 jeweils eine aufsteigende Reihe bilden, bedingt z. B. durch Torsionsschwingungen eines Zweimassenschwungrads im Antriebsstrang.
3 zeigt ein Diagramm eines weiteren beispielhaften Drehzahlmusters einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine, bei der wie in 2 jeweils im vierten Arbeitstakt 214, 224 der Arbeitsspiele 291, 292 ein Verbrennungsaussetzer auftritt. Anhand dieses Drehzahlmusters soll die Berechnung einer Vergleichskenngröße erläutert werden, wie sie z. B. von dem Vergleichskenngrößenrechner 106 in 1 durchführbar ist. In der vorliegenden Ausführungsform sei angenommen, dass die gemittelten Drehzahlen der Segmente 2, 4, 6, 8 als Dreh zahlkenngrößen für die entsprechenden Arbeitstakte dienen, innerhalb derer sie liegen. Für jedes Arbeitsspiel 291, 292, 293 wird zunächst je ein entsprechender Mittelwert 301, 302, 303 der gemittelten Drehzahlen der zum jeweiligen Arbeitsspiel 291, 292, 293 gehörigen Segmente 2, 4, 6 und 8 berechnet. Die Mittelwerte 301, 302, 303 sind im Diagramm von 3 jeweils in der Mitte, d. h. zwischen Segment 4 und 5 des zugehörigen Arbeitsspiels 291, 292, 293 eingetragen.
Die Mittelwerte 301, 302, 303 benachbarter Arbeitsspiele 291, 292, 293 sind im Diagramm von 3 durch Geradenstücke 311, 312 verbunden, die die folgenden Rechenschritte illustrieren sollen, mit denen zur Bestimmung der Vergleichskenngröße zwischen den Mittelwerten 301, 302, 303 interpoliert wird. Die Steigung m des Geradenstücks 311 beträgt pro Segment 1–8:
mit Z = 4 für die vorliegende Brennkraftmaschine. Mit der Steigung m errechnet sich der interpolierte Mittelwert für die Segmente Z + 1 bis 2Z des (k–1)-ten Arbeitsspiels 291 durch
Beim Übergang vom (k–1)-ten Arbeitsspiel 291 zum k-ten Arbeitsspiel 292, d. h. für den Zeitpunkt, für den Segment 8 des (k–1)-ten Arbeitsspiel 291 endet, beträgt der interpolierte Mittelwert 304
Für die Segmente 1 bis Z = 4 des k-ten Arbeitsspiels 292 wird die gleiche Steigung m verwendet; hier erhält man für den interpolierten Mittelwert:
Der an der Stelle des Segments i interpolierte Mittelwert wird als Vergleichskenngröße für die im betreffenden Segment i ermittelte Drehzahlkenngröße verwendet. Ein Aussetzer wird dann erkannt, wenn, die ggf. tiefpassgefilterte Drehzahlkenngröße um den Betrag eines vorgebbaren Schwellwerts unter der entsprechenden, durch Interpolation ermittelten Vergleichskenngröße liegt. Beispielsweise liegt in 3 die Drehzahlkenngröße in für den vierten Arbeitstakt 214 (d. h. die gemittelte Drehzahl in Segment 8) des (k–1)-ten Arbeitsspiels 291 um einen Betrag 360 niedriger als der die zugehörige Vergleichskenngröße 304 darstellende an der oberen Grenze von Segment 8 interpolierte Mittelwert.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine. In Schritt 500 wird für ein erstes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine eine erste Vielzahl von Drehzahlkenngrößen ermittelt, die jeweils auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem entsprechenden Arbeitstakt des ersten Arbeitsspiels basieren. In Schritt 502 wird aus den Drehzahlkenngrößen des ersten Arbeitsspiels ein erster Mittelwert berechnet und im Speicher gehalten.
In Schritt 504 wird für ein zweites, nachfolgendes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine eine zweite Vielzahl von Drehzahlkenngrößen ermittelt, die jeweils auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem entsprechenden Arbeitstakt des zweiten Arbeitsspiels basieren. In Schritt 501 werden die Drehzahlkenngrößen des zweiten Arbeitsspiels modifiziert, z. B. mittels eines exponentiellen Glättungsfaktors, um ihre jeweilige Abweichung gegenüber den jeweils zu einem gleichen Arbeitstakt gehörigen Drehzahlkenngrößen des ersten Arbeitsspiels zu verringern. In Schritt 506 wird aus den modifizierten Drehzahlkenngrößen des zweiten Arbeitsspiels ein zweiter Mittelwert berechnet und im Speicher gehalten.
In Schritt 508 wird für die Arbeitstakte, die in der zweiten Hälfte des ersten Arbeitsspiels liegen, sowie für die Arbeitstakte, die in der ersten Hälfte des zweiten Arbeitsspiels liegen, jeweils eine Vergleichskenngröße ermittelt, indem zwischen dem ersten und zweiten Mittelwert entsprechend der Lage des jeweiligen Arbeitstaktes zwischen der Mitte des ersten Arbeitsspiels und der Mitte des zweiten Arbeitsspiels interpoliert wird. In Verzweigungsschritt 510 wird für diese Arbeitstakte jeweils die zugehörige Drehzahlkenngröße mit der zugehörigen Vergleichskenngröße verglichen. Wenn die festgestellte Abweichung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertbetrags liegt, wird über die Alternative 550 zu Schritt 518 gesprungen, wo die im Speicher gehaltenen Drehzahlkenngrößen des ersten Arbeitsspiels durch die entsprechenden Drehzahlkenngrößen des zweiten Arbeitsspiels überschrieben werden. Zusätzlich wird der erste Mittelwert durch den zweiten Mittelwert überschrieben. Anschließend wird zu Schritt 504 gesprungen, wo die Überwachung eines weiteren Arbeitsspiels beginnt.
Liegt die in Schritt 510 festgestellte Abweichung oberhalb des vorgegebenen Schwellwertbetrags, wird in Schritt 512 ein Signal ausgegeben, das einen Zähler inkrementiert, in welchem die Zahl festgestellter Verbrennungsfehler der Brennkraftmaschine gespeichert ist. Dabei können unterschiedliche Zähler für unterschiedliche Arbeitstakte bzw. den Arbeitstakten zugeordnete Zylinder vorgesehen sein. Ebenso können getrennte Zähler vorgesehen sein, die bei einer negativen Abweichung der Drehzahlkenngröße von der Vergleichskenngröße inkrementiert werden, um Verbrennungsaussetzer zu zählen, und Zähler, die bei einer positi ven Abweichung der Drehzahlkenngröße von der Vergleichskenngröße inkrementiert werden, um Leckagen zu zählen.
In Verzweigungsschritt 513 wird überprüft, ob Zählwert eines inkrementierten Zählers eine vorgegebene Grenze, die z. B. als prozentualer Anteil der Gesamtzahl der überwachten Arbeitstakte definiert sein kann, überschritten hat. Ist dies der Fall, wird zunächst in Schritt 514 ein Warnsignal ausgegeben, das z. B. einen Fahrzeugführer auffordert, die Brennkraftmaschine warten zu lassen, bevor zu Schritt 518 gesprungen wird, um das Verfahren mit der Überwachung weiterer Arbeitsspiele fortzusetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006018958 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine (102), mit folgenden Schritten: – Ermitteln (500) einer Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine entsprechende Vielzahl von Arbeitstakten eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine (102), wobei jeweils eine Drehzahlkenngröße auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine (102) in einem Arbeitstakt basiert; – Berechnen (508) einer Vergleichskenngröße basierend auf einem Mittelwert der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen; – Vergleichen (510) einer ersten Drehzahlkenngröße der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen mit der Vergleichskenngröße, wobei die erste Drehzahlkenngröße auf der Drehzahl in einem ersten Arbeitstakt der Vielzahl von Arbeitstakten basiert; und – Ausgeben (512) eines Signals, welches einen Verbrennungsfehler im ersten Arbeitstakt signalisiert, basierend auf dem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahlkenngrößen jeweils auf der Drehzahl in einem Arbeitstaktabschnitt basieren, in welchem ein jeweiliger Zylinder einer Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine (102) eine Kompressionsphase ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahlkenngrößen jeweils auf der Drehzahl in einem Arbeitstaktabschnitt basieren, in welchem ein jeweiliger Zylinder einer Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine (102) eine Verbrennungsphase ausführt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Signal ausgegeben (512) wird, wenn eine Differenz zwischen der ersten Drehzahlkenngröße und der Vergleichskenngröße einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen (508) der Vergleichskenngröße umfasst: – Ermitteln (504) einer zweiten Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine entsprechende zweite Vielzahl von Arbeitstakten eines zweiten Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine (102); – Berechnen (506) eines zweiten Mittelwerts der zweiten Vielzahl von Drehzahlkenngrößen; und – Interpolieren zwischen dem ersten Mittelwert und dem zweiten Mittelwert entsprechend einer Position des ersten Arbeitstakts innerhalb des ersten Arbeitsspiels.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch Wiederholen des Ermittelns der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine Folge von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine (102) eine entsprechende Vielzahl von Folgen von Drehzahlkenngrößen ermittelt wird, wobei jede Folge von Drehzahlkenngrößen auf der Drehzahl in gleichen Arbeitstakten unterschiedlicher Arbeitsspiele der Folge von Arbeitsspielen basiert, und wobei weiterhin ein Schritt des Reduzierens (501) einer Schwankungsbreite der Vielzahl der Folgen von Drehzahlkenngrößen vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Reduzieren (501) der Schwankungsbreite der Folgen von Drehzahlkenngrößen mittels eines linearen Tiefpassfilters 1. Ordnung (112) erfolgt.
Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen, die auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sind, zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn die Programmanweisungen auf einem Computer oder einer Steuervorrichtung (100) ausgeführt werden.
Vorrichtung (100) zum Erkennen von Verbrennungsfehlern einer Brennkraftmaschine (102), aufweisend: – einen Drehzahlkenngrößenermittler (104), welcher einer Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine entsprechende Vielzahl von Arbeitstakten eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine ermittelt, wobei jeweils eine Drehzahlkenngröße auf einer Drehzahl der Brennkraftmaschine (102) in einem Arbeitstakt basiert; – einen Vergleichskenngrößenrechner (106), welcher basierend auf einem Mittelwert der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen eine Vergleichskenngröße berechnet; – einen Kenngrößenvergleicher (108), welcher eine erste Drehzahlkenngröße der Vielzahl von Drehzahlkenngrößen mit der Vergleichskenngröße vergleicht, wobei die erste Drehzahlkenngröße auf der Drehzahl in einem ersten Arbeitstakt der Vielzahl von Arbeitstakten basiert; und – eine Signaleinheit (110), welche basierend auf dem Vergleich ein einen Verbrennungsfehler im ersten Arbeitstakt anzeigendes Signal ausgibt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei der Drehzahlkenngrößenermittler (104) dazu ausgebildet ist, die Vielzahl von Drehzahlkenngrößen für eine Folge von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine (102) wiederholt zu ermitteln, weiterhin aufweisend ein Tiefpassfilter (112), welches eine Schwankungsbreite einer auf der Drehzahl in gleichen Arbeitstakten unterschiedlicher Arbeitsspiele der Folge von Arbeitsspielen basierende Folge von Drehzahlkenngrößen reduziert.