DE102013223396B4

DE102013223396B4 - Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013223396B4
Application number: DE102013223396.5A
Authority: DE
Inventors: Sandra KUSTERMANN; Manuel Koch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2033-11-16
Also published as: CN104653320A; US9765720B2; DE102013223396A1; US20150135810A1; CN104653320B

Abstract

Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Zweimassenschwungrad (ZMS), wobei zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) eine von der Beschleunigung der Brennkraftmaschine abhängige Kenngröße (Laufunruhe LU) im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich ermittelt und mit einem vorgegebenen Laufunruhe-Schwellwert (LS) verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Laufunruhe-Schwellwerts (LS) ein Verbrennungsaussetzer (ZA) detektiert wird, wobei die Häufigkeit erkannter Verbrennungsaussetzer (ZA) erfasst und bei Überschreiten einer definierten Häufigkeitsschwelle (HS) eine Verbrennungsaussetzerfehlererkennung aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Zweimassenschwungrad-Prellens (ZMS-P) bei gleichzeitiger Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) die Einspritzung (ES) mindestens eines Zylinders für eine vorgegebene Häufigkeit oder für eine vorgegebene Zeit reduziert bzw. abgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum technischen Hintergrund wird insbesondere auf die DE 10 2009 018 081 A1 , die DE 10 2011 109 084 A1 und auf die DE 10 2011 109 086 A1 hingewiesen.
Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen (z. B. in den USA) ist die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich Verbrennungsaussetzern zu überwachen. Da ein Verbrennungsaussetzer bzgl. einer haupterregenden Zündordnung einen Eintrag einer niederfrequenten Ordnung am Kurbelwellengeberrad bewirkt, dienen die bisherigen Detektionsverfahren somit zur Ermittlung von niederfrequenten Schwingungen am Kurbelwellengeberrad des Motors. Dies erfolgt derzeit durch eine Auswertung des Kurbelwellensignals. Hierbei werden die Durchlaufzeiten von festgelegten Winkelsegmenten des aktuellen Zylinders mit Durchlaufzeiten anderer Zylinder verglichen. Bei einer mehrfachen Überschreitung der Segmentzeit wird auf einen Zünd- bzw. Verbrennungsaussetzer geschlossen und ein Fehlereintrag im Steuergerät gesetzt.
Ein Beispiel für ein solches Detektionsverfahren ist in der DE 10 2011 085 212 A1 offenbart. Bei diesem Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung wird zunächst zur Erkennung von (einzelnen) Verbrennungsaussetzern eine von der Beschleunigung der Brennkraftmaschine abhängige Kenngröße mittels eines ersten Überwachungsverfahrens im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich ermittelt und mit einem vorgegebenen variablen Schwellwert verglichen. Wird der entsprechende Schwellwert durch die ermittelte Kenngröße überschritten, wird ein Verbrennungsaussetzer detektiert. Bei der Kenngröße (Laufunruhe) kann es sich beispielsweise um die Durchlaufzeit von festgelegten Winkelsegmenten handeln.
Da die niederfrequenten Schwingungen am Kurbelwellengeberrad, die durch das bekannte Verfahren detektiert werden, nicht nur bei Zünd- bzw. Verbrennungsaussetzern, sondern auch durch betriebspunktspezifische Antriebsstrangschwingungen auftreten können, sollen die betriebspunktspezifischen Schwingungen des Antriebsstrang nicht berücksichtigt werden bzw. nicht als Verbrennungsaussetzer detektiert werden. Beispielsweise im sogenannten „Float“- Betriebspunkt, bei dem ein Drehmoment um die Nulllast erzeugt wird (d. h. vom Fahrer wird ein Motormoment angefordert, das gleich oder leicht höher dem motoreigenen Schleppmomentes ist), können die niederfrequenten Schwingungen durch den Antriebsstrang die gleiche Größenordnung wie die durch Verbrennungsaussetzer verursachten Schwingungen erreichen.
Mit dem bekannten Verfahren kann eine Unterscheidung von Drehzahlschwankungen, welche durch Verbrennungsaussetzer bedingt sind, gegenüber Drehzahlschwankungen, welche aufgrund einer betriebsbedingten Antriebsstrangschwingung resultieren, vorgenommen werden. Dies erfolgt dort in der Weise, dass in der Motorsteuerung mittels eines zweiten Überwachungsverfahrens eine Vorkonditionierung des Antriebsstrangs detektiert wird, bei der in kritischen Kraftfahrzeugbetriebspunkten niederfrequente Schwingungen aufgrund von Antriebsstrangschwingungen auftreten können. Bei einer Detektion einer solchen Vorkonditionierung wird anschließend eine Erhöhung des Schwellwerts vorgenommen, so dass diese betriebsbedingten Schwingungen des Antriebsstrangs nicht fälschlicherweise als Verbrennungsaussetzer erkannt werden. Wird also ein Fahrmanöver mit einer entsprechenden Vorkonditionierung erkannt, wird der Schwellwert für die Aussetzererkennung für diesen kritischen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine nach oben korrigiert, um das fehlerhafte Erkennen von Aussetzern zu vermeiden. Werden die kritischen Betriebspunkte ohne eine Vorkonditionierung durchfahren, wird der ursprüngliche Schwellwert beibehalten und keine Anpassung des Schwellwerts vorgenommen. Der Bereich, in dem die Vorkonditionierung bzw. die kritische Anregung erfolgt, ist vom Drehmoment- und Drehzahlbereich abhängig und kann im Rahmen von Simulationen oder bei Fahrzeugerprobungen ermittelt werden. Die Höhe der Schwellwertanhebung kann bspw. im Vorfeld durch Messungen ermittelt und in einem Kennfeld hinterlegt werden.
Eine derartige Vorkonditionierung, bei der eine Schwellwerterhöhung vorgenommen wird, liegt zum Beispiel dann vor, wenn die im Zweimassenschwungrad angeordneten Bogenfedern vorgespannt sind. Sind die Bogenfedern vorgespannt und liegt gleichzeitig eine hohe Drehzahl an, ist ein Entspannen der Bogenfedern nicht möglich. Dadurch kann es bei niedrigen Momenten zu Prellvorgängen im Zweimassenschwungrad kommen, was wiederum zu Schwingungen an der Kurbelwelle führt. Bei einer Beibehaltung des Schwellwerts würden fälschlicherweise Verbrennungsaussetzer detektiert werden. Durch eine Erhöhung des Schwellwerts bei solch kritischen Fahrsituationen kann somit eine fehlerhafte Erkennung von Verbrennungsaussetzern reduziert werden.
Schließlich erfolgt eine Reduzierung des Schwellwerts auf den normalen Wert bzw. eine Zurücknahme der Erhöhung vorteilhafterweise dann, wenn der kritische Kraftfahrzeugbetriebspunkt wieder verlassen wird und/oder wenn die Vorkonditionierung beendet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Zweimassenschwungrad. Zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern wird eine von der Beschleunigung der Brennkraftmaschine abhängige Kenngröße (Laufunruhe) im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich ermittelt und mit einem vorgegebenen Laufunruhe-Schwellwert verglichen. Bei Überschreitung des Laufunruhe-Schwellwerts wird ein Verbrennungsaussetzer detektiert, wobei die Häufigkeit erkannter Verbrennungsaussetzer (z. B. bei einer bestimmten Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen) erfasst und bei Überschreiten einer definierten Häufigkeitsschwelle eine Verbrennungsaussetzerfehlererkennung aktiviert wird. Erfindungsgemäß wird grundsätzlich bei Erkennung eines Zweimassenschwungrad-Prellens bei gleichzeitiger Erkennung von Verbrennungsaussetzern die Einspritzung mindestens eines Zylinders (vorzugsweise aller Zylinder) für eine vorgegebene Häufigkeit oder für eine vorgegebene Zeit reduziert (mindestens einmal). Die Reduzierung der Einspritzung kann auch die völlige Abschaltung umfassen.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Das sogenannte ZMS-Prellen (ZMS=Zweimassenschwungrad) ist eine Problematik, die im Bereich der Verbrennungsmotoren seit Einführung des Zweimassenschwungrades bekannt ist. Ein ZMS wird aus Akustikgründen eingesetzt. Beispielsweise durch hartes Einkuppeln nach einer Rückwärtsschaltung oder bei einem Kuppelvorgang bei gleichbleibendem Gang kann sich die Bogenfeder im ZMS verspannen. Wird danach mit positiver Last gefahren, kann es in bestimmten charakteristischen Drehzahl-Last-Bereichen zum ZMS-Prellen kommen. Das Prellen führt zu einer erhöhten Laufunruhe, die von der Sensorik als Verbrennungsaussetzer missinterpretiert werden kann. Diese Fehlerkennungen von Verbrennungsaussetzern können bis zur Zylinderabschaltung und dem Start eines Notlaufprogrammes (beispielsweise mit Momentreduktion) führen.
Eine mechanische Lösung dieses Problems wäre möglich, ist aber aus Kosten- und Platzgründen ungünstig.
Das Prellen des Zweimassenschwungrades kann durch bekannte Verfahren bereits erkannt werden. Erfindungsgemäß wird grundsätzlich nach Erkennung eines ZMS-Prellens bei gleichzeitiger Erkennung von (einzelnen) Verbrennungsaussetzern eine Einspritzreduzierung, vorzugsweise Einspritzabschaltung durchgeführt. Die (bekannte)
„Verbrennungsaussetzerfehlererkennung“ wartet vor einer Reaktion (z. B. Fehlereintrag, Zylinderabschaltung usw.) eine vorgegebene Häufigkeit von einzelnen Verbrennungsaussetzern (Schwellwertüberschreitungen) ab. Unter dem Begriff Verbrennungsaussetzerfehlererkennung wird also die Überschreitung des Schwellwerts bezüglich der Häufigkeit von einzelnen Verbrennungsaussetzern verstanden (Häufigkeitsschwellwert). Die Verbrennungsaussetzerfehlererkennung ist also zu unterscheiden von der Erkennung von (einzelnen) Verbrennungsaussetzern. Die erfindungsgemäße Einspritzreduzierung wird vorzugsweise nach Erreichen eines vorgegebenen Vor-Schwellwertes bezogen auf die Häufigkeit der Erkennung von Verbrennungsaussetzern vorgenommen, aber vor der „Verbrennungsaussetzerfehlererkennung“. Die Erkennung eines Verbrennungsaussetzers wird üblicherweise durch die bekannte Laufunruhemessung mittels der Sensorik zur Messung der Motordrehzahl vorgenommen.
Die Einspritzreduzierung hat einen negativen Laststoß (=Momentenstoß) zur Folge, der die Bogenfedern des ZMS entspannt. Vorzugsweise wird die Einspritzung mindestens einmal bei allen Zylindern reduziert bzw. unterdrückt, damit der Laststoß möglichst stark und somit sicher zielführend ist.
Zur Erhöhung des Laststoßes kann in einer Weiterbildung der Erfindung vor der Einspritzreduzierung eine kurze Momentenerhöhung vorgenommen werden.
Durch die Erfindung wir ein kostengünstiges und sicheres Verfahren zur Vermeidung von fehlerhaft erkannten Verbrennungsaussetzern erreicht, da somit das Prellen selbst beendet wird, bevor die Verbrennungsaussetzerfehlererkennung anspricht.
Durch dieses Verfahren ergeben sich folgende Vorteile: Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die Realisierung der Funktion keine wesentlichen Kosten anfallen, da keine zusätzlichen Hardwarekomponenten erforderlich sind. Vielmehr kann sogar ein ansonsten erforderlicher Innendämpfer im Zweimassenschwungrad, der die Schwingungen reduzieren soll, entfallen. Damit können wiederum sowohl Kosten als auch Gewicht eingespart werden.
In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zur näheren Erläuterung der Erfindung dargestellt. Es zeigt

1 ein Diagramm, in dem die Laufunruhe über der Zeit aufgetragen ist, und
2 ein Logikplan der erfindungsgemäßen Systematik.

In 1 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die Laufunruhe LU über dem Kurbelwellenwinkel KW aufgetragen ist. Hierbei wird während eines Zweimassenschwungrad-Prellens ZMS-P eine deutlich erhöhte Laufunruhe LU gemessen. Die Laufunruhe LU überschreitet mehrfach den Laufunruhe-Schwellwert LS. Dabei wird jedes Mal ein Verbrennungsaussetzer ZA erkannt. Jeder Verbrennungsaussetzer ZA wird über ein vorgegebenes Auswertefenster (siehe schraffierter Balken, z. B. über 200 Kurbelwellenumdrehungen) gezählt und vorzugsweise auch gewichtet. Diese so gewonnene Häufigkeit der Verbrennungsaussetzer ZA wird mit einem definierten Häufigkeitsschwellwert HS verglichen. Ein Erreichen dieses Häufigkeitsschellwertes HS würde zur Verbrennungsaussetzerfehlererkennung ZAE und somit zu einem Fehlerprogramm führen.
Erfindungsgemäß wird bei Erkennung eines Zweimassenschwungrad-Prellens ZMS-P bei gleichzeitiger Erkennung von Verbrennungsaussetzern ZA n-mal die Einspritzung ES vorzugsweise aller Zylinder der Brennkraftmaschine - hier beispielsweise in Form einer vollständigen Abschaltung - reduziert (ES=0). Die vorgegebene Häufigkeit n-mal kann von der Motordrehzahl und/oder vom Motormoment variabel vorgebbar sein.
Der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung wird in jedem Fall vor Erreichen der Häufigkeits-Schwelle HS für die Verbrennungsaussetzerfehlererkennung ZAE vorgegeben. Vorzugsweise wird der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung bei Erreichen einer Vor-Häufigkeitsschwelle VS vorgegeben, wobei die Vor-Häufigkeitsschwelle VS beispielsweise durch Multiplikation der Häufigkeits-Schwelle HS mit einem definierten Faktor, der zwischen 0 und 1 liegt, gebildet wird. Dieser Faktor kann empirisch ermittelt und fest vorgegeben sein. Er kann aber auch abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine variabel vorgebbar sein.
In 2 sind zur Durchführung des mit 1 beschriebenen Verfahrens mögliche Komponenten schematisch dargestellt. Ein ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandenes elektronisches Steuergerät 1 zur Steuerung der Brennkraftmaschine wird mit folgenden miteinander verbundenen Funktionsmodulen erweitert. Es enthält:

- ein erstes Überwachungsmodul 2 zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern ZA mittels des Laufunruhe-Schwellwertes LS,
- ein zweites Überwachungsmodul 3 zur Verbrennungsaussetzerfehlererkennung ZAE über die Häufigkeits-Schwelle HS
- ein drittes Überwachungsmodul 4 zur Erkennung des Zweimassenschwungrad-Prellens ZMS-P und
- ein Steuermodul 5 zur Reduzierung bzw. Abschaltung der Einspritzung ES mindestens eines Zylinders für eine vorgegebene Häufigkeit oder für eine vorgegebene Zeit.

Im Rahmen der Untersuchungen wurden noch andere softwarebasierte Lösungen erarbeitet. Zum einen gibt es die Möglichkeit, den kritischen Lastbereich, bei dem ZMS-Prellgefahr vorliegt, zu vermeiden (zu verbieten). Dies hat sich jedoch als nicht fahrbar erwiesen, da dies zu einem nicht reproduzierbaren Fahrverhalten seitens des Fahrers führt.
Zum anderen wurden Laststöße durch schnelle aufeinanderfolgende Lastanhebung und Lastabsenkung untersucht. Unter Last wird insbesondere das Motordrehmoment verstanden. Zur Lastanhebung und Lastabsenkung kann wie oben erwähnt vor Erreichen der Häufigkeitsschwelle zur Verbrennungsaussetzerfehlererkennung und vor der Einspritzreduzierung eine kurze Momentenerhöhung vorgenommen werden. Hierbei ist jedoch eine maximal zulässige Momentenerhöhung zu definieren, um ungewollte Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs zu vermeiden.

Claims

Verfahren zur Vermeidung einer fehlerhaften Verbrennungsaussetzerfehlererkennung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Zweimassenschwungrad (ZMS), wobei zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) eine von der Beschleunigung der Brennkraftmaschine abhängige Kenngröße (Laufunruhe LU) im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich ermittelt und mit einem vorgegebenen Laufunruhe-Schwellwert (LS) verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Laufunruhe-Schwellwerts (LS) ein Verbrennungsaussetzer (ZA) detektiert wird, wobei die Häufigkeit erkannter Verbrennungsaussetzer (ZA) erfasst und bei Überschreiten einer definierten Häufigkeitsschwelle (HS) eine Verbrennungsaussetzerfehlererkennung aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Zweimassenschwungrad-Prellens (ZMS-P) bei gleichzeitiger Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) die Einspritzung (ES) mindestens eines Zylinders für eine vorgegebene Häufigkeit oder für eine vorgegebene Zeit reduziert bzw. abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Einspritzreduzierung eine Momentenerhöhung in der Weise vorgenommen wird, dass ein erhöhter Momentenstoß zum Beseitigen des Zweimassenschwungrad-Prellens (ZMS-P) erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Zweimassenschwungrad-Prellens (ZMS-P) bei gleichzeitiger Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) mindestens einmal die Einspritzung (ES) aller Zylinder der Brennkraftmaschine reduziert bzw. abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Zweimassenschwungrad-Prellens (ZMS-P) bei gleichzeitiger Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) die Einspritzung (ES) aller Zylinder der Brennkraftmaschine mit vorgegebener Häufigkeit, die abhängig von der Motordrehzahl und/oder vom Motormoment variabel vorgebbar ist, reduziert bzw. abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung vor Erreichen der Häufigkeits-Schwelle (HS) für die Verbrennungsaussetzerfehlererkennung vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung bei Erreichen einer Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) vorgegeben wird, wobei die Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) durch Multiplikation der Häufigkeits-Schwelle (HS) mit einem Faktor, der zwischen 0 und 1 liegt, gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung bei Erreichen einer Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) vorgegeben wird, wobei die Vor-Häufigkeitsschwelle durch Multiplikation der Häufigkeits-Schwelle (HS) mit einem Faktor, der zwischen 0 und 1 liegt, gebildet wird, wobei der Faktor abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine variabel vorgebbar ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung bei Erreichen einer Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) vorgegeben wird, wobei die Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) durch einen parametrierbaren Abstand vor Erreichen der Häufigkeits-Schwelle (HS) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (ES=0) der Einspritz-Reduzierung bei Erreichen einer Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) vorgegeben wird, wobei die Vor-Häufigkeitsschwelle (VS) durch einen festen parametrierbaren Wert festgelegt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche mit einem elektronischen Steuergerät (1) zur Steuerung der Brennkraftmaschine, die folgende miteinander verbundene Funktionsmodule aufweist: - ein erstes Überwachungsmodul (2) zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern (ZA) mittels des Laufunruhe-Schwellwertes (LS), - ein zweites Überwachungsmodul (3) zur Verbrennungsaussetzerfehlererkennung (ZAE) über die Häufigkeits-Schwelle (HS) - ein drittes Überwachungsmodul (4) zur Erkennung des Zweimassenschwungrad-Prellens (ZMS-P) und - ein Steuermodul (5) zur Reduzierung bzw. Abschaltung der Einspritzung (ES) mindestens eines Zylinders für eine vorgegebene Häufigkeit oder für eine vorgegebene Zeit.