DE102008031696B4

DE102008031696B4 - Vorrichtung zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008031696B4
Application number: DE102008031696.2A
Authority: DE
Inventors: Torsten Sylle; Dr. Schulz Thorsten
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2028-07-05
Also published as: DE102008031696A1

Abstract

Vorrichtung zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine umfassend- einen Katalysator (9) in einem Abgasstrang (8) der Brennkraftmaschine,- eine erste Sonde (1) zur Messung einer ersten Restsauerstoffkonzentration, wobei die erste Sonde (1) im Abgasstrang (8) vor dem Katalysator (9) angeordnet ist, und- eine zweite Sonde (2) zur Messung einer zweiten Restsauerstoffkonzentration, wobei die zweite Sonde (2) im Abgasstrang (8) nach dem Katalysator (9) angeordnet ist,- eine Auswertungseinheit, wobei die Auswertungseinheit ausgebildet ist, bei einem Peak in Richtung mageres Gemisch der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentration einen Verbrennungsaussetzer der Brennkraftmaschine zu erkennen, sowiebei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand höherer erster Restsauerstoffkonzentration im Vergleich zur zweiten Restsauerstoffkonzentration einen Zündsystemfehler der Brennkraftmaschine zu erkennen undbei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand annähernd gleicher erster Restsauerstoffkonzentration und zweiter Restsauerstoffkonzentration einen Einspritzsystemfehler der Brennkraftmaschine zu erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors.
Im Allgemeinen werden Verbrennungsaussetzer bei Ottomotoren über den negativen Geschwindigkeitsgradienten des Kurbelwellensignals erkannt (sogenannte Laufunruhewerte). Durch die fehlende Verbrennung des Gemisches baut sich im Zylinder kein Verbrennungsdruck auf und bewirkt durch das fehlende Motormoment eine fehlende signifikante Beschleunigung der Kurbelwelle, d.h. die Beschleunigung des Kurbelwellensignals fällt ab. Ab einem gewissen Geschwindigkeitsabfall der Kurbelwelle wird somit ein Verbrennungsaussetzer erkannt.
Die Schwierigkeit besteht darin, den Geschwindigkeitsabfall richtig zu interpretieren, da auch externe Einflüsse diese Reaktion hervorrufen können. Zum Beispiel können die über den Antriebsstrang eingeleiteten Kräfte, z.B. „Schnalzen“ der Kupplung, Bordsteinüberfahrten, Schlaglöcher oder Ähnliches, ebenfalls zu einem Geschwindigkeitsabfall an der Kurbelwelle führen.
Die Beurteilung von Verbrennungsaussetzern auf Grundlage von Laufunruhewerten hat zum Nachteil, dass die Unterscheidung zwischen tatsächlichen Aussetzern und Schlägen aus dem Antriebsstrang nicht möglich ist. Somit wird eine Zuverlässigkeit ausschließlich nur über eine entsprechende Filterung des Kurbelwellensignals erreicht. Durch die verpflichtenden Vorgaben von Behörden nach der schnellstmöglichen Erkennung von katalysatorschädigenden Verbrennungsaussetzern werden die Filtermöglichkeiten drastisch eingeschränkt. Somit stellt die Filterung immer nur einen Kompromiss dar, mit der laufenden Gefahr von Fehldiagnosen.
Ein weiterer Nachteil ist, dass es für den Servicetechniker in der Werkstatt nicht ersichtlich ist, in welchem Teilsystem die Fehlerursache für den Verbrennungsaussetzer liegt. Sollte der Fehler zum Zeitpunkt des Werkstattaufenthalts aktuell vorhanden sein, kann über eine umfangreiche Offboard Diagnose die Fehlerursache eingegrenzt und ggf. behoben werden. Erschwerend kommt jedoch hinzu, dass Verbrennungsaussetzer oftmals sporadisch anliegende Fehler sind, die in einem bestimmten Last-/ Drehzahlbereich auftreten. Dem Servicetechniker ist es nicht möglich, die Randbedingungen und den Betriebspunkt des Motors zum Zeitpunkt des Fehlerspeichereintrags (sog. Umweltbedingungen) in der Werkstatt nachzustellen. Somit kann der Fehler nicht reproduziert werden und eine eindeutige Identifikation der fehlerhaften Komponente ist nicht möglich.
Aus dem oben erklärten Sachverhalt resultieren erhöhte Gewährleistungskosten infolge von hohen Diagnosedauern, unnötigem Tausch von Komponenten und Wiederholreparaturen.
Zum technischen Hintergrund wird insbesondere auf die Druckschriften DE 10 2004 036 039 A1 , DE 10 2005 020 139 A1 , DE 40 03 752 A1 , DE 40 19 573 A1 , DE 199 13 746 C2 und EP 0 616 122 A1 hingewiesen, die sich insbesondere auch mit der Erkennung von Verbrennungsaussetzern beschäftigen.
Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche bei einfacher und kostengünstiger Anwendung einen Verbrennungsaussetzer einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, effektiv erkennen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die jeweiligen Unteransprüche haben vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, welcher eine erste Sonde und eine Auswertungseinheit umfasst. Die erste Sonde dient zur Messung einer ersten Restsauerstoffkonzentration in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine und die Auswertungseinheit ist ausgebildet, bei einem Peak in Richtung mageres Gemisch der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentration einen Verbrennungsaussetzer der Brennkraftmaschine zu erkennen. Somit kann bei einem bestimmten Ausschlag der Messwerte der Sonde, insbesondere Lambda-Sonde, ein Verbrennungsaussetzer identifiziert werden. Der Peak in Richtung mageres Gemisch zeigt eine signifikante Erhöhung des Sauerstoffgehalts im Abgasstrang an.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner einen Katalysator und eine zweite Sonde zur Messung einer zweiten Restsauerstoffkonzentration, wobei die erste Sonde im Abgasstrang vor dem Katalysator angeordnet ist und wobei die zweite Sonde im Abgasstrang nach dem Katalysator angeordnet ist. Somit kann bei identifizierten Verbrennungsaussetzern zwischen einem Zündsystemfehler der Brennkraftmaschine und einem Einspritzsystemfehler unterschieden werden.
Weiterhin von Vorteil ist es, dass

- die Auswertungseinheit ausgebildet ist, bei erkannten Verbrennungsaussetzern anhand erhöhter erster Restsauerstoffkonzentration im Vergleich zur zweiten Restsauerstoffkonzentration einen Zündsystemfehler der Brennkraftmaschine zu erkennen,
- die Auswertungseinheit ausgebildet ist, bei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand annähernd gleicher erster Restsauerstoffkonzentration und zweiter Restsauerstoffkonzentration einen Einspritzsystemfehler der Brennkraftmaschine zu erkennen,
- die Auswertungseinheit eine Datenverbindung zu einer Diagnoseeinheit und/oder einer Motorsteuereinheit der Brennkraftmaschine umfasst, und
- die Auswertungseinheit ausgebildet ist, den Rückschluss auf eine Verbrennungsaussetzer- und/oder Zündsystemfehler- und/oder Einspritzsystemfehler mittels Laufunruhewerten zu plausibilisieren, wobei die Laufunruhewerte an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bzw. des Ottomotors gemessen werden.

Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug, umfassend eine soeben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, umfassend die folgenden beiden Schritte: Im ersten Schritt wird eine erste Restsauerstoffkonzentration in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine gemessen und in einem zweiten Schritt erfolgt ein Auswerten der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentration und ein Erkennen eines Verbrennungsaussetzers der Brennkraftmaschine bei einem Peak in Richtung mageres Gemisch der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentration.
Die Vorteile, beschrieben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, finden selbstverständlich sinngemäß auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung.
Im Folgenden wir ein Anwendungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung genauer erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur der Zeichnung (1) einen Ausschnitt aus einem Ottomotor mit zugehörigem Abgasstrang 8. Zu sehen ist lediglich ein Zylinder mit einem Kolben 7, welcher wirkverbunden ist mit einer Kurbelwelle 3. Oberhalb des Kolbens 7 bildet sich ein Brennraum 6, in welchen mittels einer Einspritzung 5 Kraftstoff zugeführt wird. Der Abgasstrang 8 setzt sich zusammen aus einem Katalysator 9, einer ersten Lambdasonde 1 vor dem Katalysator 9 und einer zweiten Lambdasonde 2 nach dem Katalysator 9.
Ein im Zylinder zündfähiges Gemisch entsteht durch eine gewisse angesaugte Menge Frischluft und eine dazu entsprechende Menge eingespritzten Kraftstoffs. Nach einer geeigneten Durchmischung kann das entstandene Gemisch durch eine Zündkerze 4 entflammt werden. Grundlage der Erfindung ist, dass ein im Zylinder nicht stattfindender Verbrennungsprozess die Sauerstoffkonzentration des Abgases beeinflusst und diese an den Lambdasonden 1, 2 ausgewertet werden kann.
Im Folgenden wird erklärt, wie mit Hilfe der Signale aus dem Abgasstrang 8 ein Aussetzer erkannt wird und zwischen Fehlern aus dem Zünd- und Einspritzsystem unterschieden werden kann.
Aussetzererkennung: Wird der im zündfähigen Gemisch enthaltene Sauerstoff nicht verbrannt, so ist die Restsauerstoffkonzentration entsprechend hoch. Dies führt an der Lambdasonde 1 „vor Kat“ zu einem Peak in Richtung mageres Gemisch. Diese Peaks können detektiert werden, so dass aus dem Signalverlauf auf einen Verbrennungsaussetzer geschlossen werden kann.
Ein weiterer Vorteil der physikalischen Betrachtung ist das Unterscheiden von Verbrennungsaussetzern aufgrund eines Fehlers im Zünd- oder Einspritzsystem. An der hinteren Lambdasonde 2 kann die Unterscheidung zwischen den genannten Systemen vorgenommen werden.
Zündsystemfehler: Zunächst wird ein Fehler im Zündsystem betrachtet. Beim ersten Auftreten eines Zündaussetzers befindet sich im Brennraum 6 ein Gemisch mit Lambda = 1, welches aufgrund des Fehlers im Zündsystem nicht entzündet wird. Durch die hohe Sauerstoffkonzentration des nicht verbrannten Gemischs regiert die „vor Kat“ Lambdasonde 1 mit einem Peak, wie oben ausgeführt. Das Gemisch strömt weiter durch den heißen Katalysator 9 und wird dort entzündet, d.h. eine Nachverbrennung findet im Katalysator 9 statt. An der „nach Kat“ Lambdasonde 2 ist nun ein Lambda = 1, wie bei einem „fehlerfreien“ Verbrennungsvorgang, messbar.
Durch die fehlende Verbrennung registriert nun die Regelung der Motorsteuerung - über den Geschwindigkeitsgradienten an der Kurbelwelle 3 - ein ausbleibendes Moment und korrigiert dieses über eine Erhöhung der Einspritzmenge für das nächstmögliche Arbeitsspiel bis zur maximal möglichen Einspritzmenge für den betroffenen Zylinder. Bei jedem nachfolgenden Verbrennungsaussetzer befindet sich im Zylinder nun ein „fettes“ Gemisch, d.h. Lambda ist kleiner 1. An der „vor Kat“ Lambdasonde 1 wird nun wieder der unverbrauchte Sauerstoff - Peak in Richtung mager - gemessen. Das unverbrannte Gemisch strömt nun in den heißen Katalysator 9 und wird dort entzündet und verbrannt. An der „nach Kat“ Lambdasonde 2 wird nun die Restsauerstoffkonzentration des verbrannten „fetten“ Gemisches gemessen, d.h. das Lambda ist kleiner 1.
Einspritzsystemfehler: Bei einem Fehler im Einspritzsystem wird sich durch die verminderte oder ausbleibende Einspritzmenge im Zylinder immer ein zu mageres Gemisch befinden. Das Gemisch liegt unterhalb der Zündfähigkeitsgrenze, so dass weder im Zylinder noch im heißen Katalysator 9 eine Verbrennung stattfinden kann. Als Folge ist sowohl an der „vor Kat“ Lambdasonde 1, wie auch an der „nach Kat“ Lambdasonde 2 ein Peak in Richtung mager zu sehen. Die Regelung der Motorsteuerung registriert auch in diesem Fall ein ausbleibendes Moment an der Kurbelwelle 3 und versucht dieses mit einer Erhöhung der Einspritzmenge zu korrigieren. Da durch den Fehler die Erhöhung nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, wird weiterhin an den Lambdasonden 1, 2 mager gemessen (Lambda > 1).
Eine Diagnose von Verbrennungsaussetzern kann anhand der Signalbetrachtung der Lambdasonden 1, 2 durchgeführt werden. Um die Diagnosesicherheit weiter zu erhöhen, kann die Erfindung mit der heutigen Aussetzererkennung - die Betrachtung von Laufunruhewerten - kombiniert werden.
Liegt ein Verbrennungsaussetzer vor, wird an den „vor Kat“ Lambdasonden 1 ein Peak in Richtung mager gemessen, das heißt Lambda > 1. Zur Unterscheidung, aus welchem Teilsystem der Verbrennungsaussetzer resultiert, wird die „nach Kat“ Lambdasonde 2 herangezogen. Wird dort ein Lambda < 1 registriert - das bedeutet, dass eine Nachverbrennung im Katalysator 9 stattgefunden hat -, kann auf das Zündsystem verwiesen werden. Bei einem Lambda > 1 liegt die Fehlerursache im Einspritzsystem.
Die Erfindung kann mit Hilfe von Softwarefunktionen realisiert werden und nutzt die im Fahrzeug vorhandene Hardwaresensorik. Da in diesem Fall die im Fahrzeug vorhandene Hardware für die Erfindung genutzt wird, werden keine zusätzlichen Kosten ausgelöst.
Der auf Grundlage der physikalischen Auswirkung des nicht verbrannten Gemischs basierende Diagnosealgorithmus erhöht die Zuverlässigkeit zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern. Die Gefahr der Fehlinterpretation aufgrund von Antriebseinflüssen ist bei der Erfindung nicht gegeben.
Dem Servicetechniker in der Werkstatt werden die möglichen Fehlerursachen auf die zwei Teilsysteme Zündung und Einspritzung reduziert. Somit ist eine einfache und ursachengerechte Fehlerbehebung möglich. Weiterhin wird dem Servicetechniker auch im Fall eines sporadischen Fehlers eine eindeutige Handlungsanweisung vorgegeben. Somit kann die Diagnosedauer für die Reparatur reduziert werden. Insbesondere durch Vorgabe von Handlungsanweisung können sporadische Fehler leichter vermieden werden.

Claims

Vorrichtung zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine umfassend - einen Katalysator (9) in einem Abgasstrang (8) der Brennkraftmaschine, - eine erste Sonde (1) zur Messung einer ersten Restsauerstoffkonzentration, wobei die erste Sonde (1) im Abgasstrang (8) vor dem Katalysator (9) angeordnet ist, und - eine zweite Sonde (2) zur Messung einer zweiten Restsauerstoffkonzentration, wobei die zweite Sonde (2) im Abgasstrang (8) nach dem Katalysator (9) angeordnet ist, - eine Auswertungseinheit, wobei die Auswertungseinheit ausgebildet ist, bei einem Peak in Richtung mageres Gemisch der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentration einen Verbrennungsaussetzer der Brennkraftmaschine zu erkennen, sowie bei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand höherer erster Restsauerstoffkonzentration im Vergleich zur zweiten Restsauerstoffkonzentration einen Zündsystemfehler der Brennkraftmaschine zu erkennen und bei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand annähernd gleicher erster Restsauerstoffkonzentration und zweiter Restsauerstoffkonzentration einen Einspritzsystemfehler der Brennkraftmaschine zu erkennen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit eine Datenverbindung zu einer Diagnoseeinheit und/oder einer Motorsteuereinheit der Brennkraftmaschine umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit ausgebildet ist, den Rückschluss auf einen Verbrennungsaussetzer und/oder Zündsystemfehler und/oder Einspritzsystemfehler mittels Laufunruhewerten zu plausibilisieren, wobei die Laufruheunruhewerte an einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine gemessen werden.
Fahrzeug umfassend eine Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche.
Verfahren zur Erkennung eines Verbrennungsaussetzers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, umfassend die Schritte: - Messen einer ersten Restsauerstoffkonzentration in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine, - Auswerten der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentration und Erkennen eines Verbrennungsaussetzer der Brennkraftmaschine bei einem Peak in Richtung mageres Gemisch der gemessenen ersten Restsauerstoffkonzentrat ion, - Messen einer zweiten Restsauerstoffkonzentration, wobei die erste Restsauerstoffkonzentration vor einem Katalysator (9) gemessen wird, und wobei die zweite Restsauerstoffkonzentration nach dem Katalysator (9) gemessen wird, - wobei bei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand höherer erster Restsauerstoffkonzentration im Vergleich zur zweiten Restsauerstoffkonzentration ein Zündsystemfehler der Brennkraftmaschine erkannt wird und wobei bei erkanntem Verbrennungsaussetzer anhand annähernd gleicher erster Restsauerstoffkonzentration und zweiter Restsauerstoffkonzentration ein Einspritzsystemfehler der Brennkraftmaschine erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass erkannte Verbrennungsaussetzer und/oder Zündsystemfehler und/oder Einspritzsystemfehler zu einer Diagnoseeinheit und/oder einer Motorsteuereinheit der Brennkraftmaschine gemeldet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen eines Verbrennungsaussetzers und/oder Zündsystemfehlers und/oder Einspritzsystemfehlers mittels Laufunruhewerten plausibilisiert wird, wobei die Laufruheunruhewerte an einer Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine gemessen werden.