DE102015211593B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) in einer Wirkverbindung zu einem Zweimassenschwungrad (5) steht, und ein Zustandswert (M_Mess) der Brennkraftmaschine (1) gemessen wird, welcher hinsichtlich der Zündaussetzer ausgewertet wird, wobei als Zustandswert ein Drehmoment (M_Mess) verwendet wird, welches an einer Verbindung zwischen Kurbelwelle (2) und einer Primärschwungmasse (4) des Zweimassenschwungrades (5) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Drehmoment (M_Mess) über eine vorgegebene Winkelsegmentbreite der Kurbelwelle (2) pro Zylinder der Brennkraftmaschine (1) gemittelt wird, wobei der Mittelwert des gemessenen Drehmomentes (M_Mess) mit einem Solldrehmoment (S) verglichen wird und bei einer vorgegebenen Abweichung des Mittelwerts des gemessenen Drehmomentes (M_Mess) von dem Solldrehmoment (S) auf einen Zündaussetzer erkannt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einer Wirkverbindung zu einem Zweimassenschwungrad steht und ein Zustandswert der Brennkraftmaschine gemessen wird, welcher hinsichtlich der Zündaussetzer ausgewertet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• In einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges sind Anordnungen bekannt, bei denen eine Brennkraftmaschine mittels eines Motormanagementsystems gesteuert wird. Bei Anordnungen dieser Art sind sogenannte Verbrennungsaussetzer nicht auszuschließen. Aufgrund eines Verbrennungsaussetzers bricht die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine teilweise spürbar ein, was eine negative Auswirkung auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine hat.
• Die Detektion von Verbrennungsaussetzern kann über eine Messung des Zylinderdruckes erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist eine lonenstrommessung im Zylinder. Derartige Detektionsmethoden sind sehr aufwändig, weshalb alternativ häufig auf eine Messung einer Kurbelwellengeschwindigkeit mittels eines Drehzahlsensors an der Kurbelwelle zurückgegriffen wird. Bei einem Zündaussetzer ändert sich die Drehzahl der Kurbelwelle signifikant. Ist an der Kurbelwelle beispielsweise ein Getriebebauteil, wie ein Zweimassenschwungrad angebracht, dass zeitlich abhängig dynamische Rückmomente in die Kurbelwelle einleitet, kann dies wegen einer kurzzeitigen Fehlbestimmung der Kurbelwellengeschwindigkeit eine fehlerhafte Interpretation des aktuell anliegenden Motormoments zur Folge haben. Dies führt dazu, dass im Weiteren die Brennkraftmaschine falsch gesteuert wird oder ein falscher Diagnosewert angezeigt wird.
• In den Druckschriften DE 697 08 089 T2 , DE 694 09 308 T2 , DE 10 2009 013 409 A1 sowie DE 195 40 675 C1 werden Verfahren zur Bestimmung von Zündaussetzern in Verbrennungskraftmaschinen offenbart.
• Aus der WO 2008 / 040 282 A1 ist ein Antriebsstrang bekannt, welcher mit einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element, gesteuert wird, wobei zumindest ein Zustandswert des angetriebenen Elementes im Steuergerät eingelesen wird und aus dem einen Zustandswert ein in dem Verbrennungsmotor indiziertes Moment berechnet wird. Als Zustandswert wird dabei die Kurbelwellendrehzahl gemessen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern anzugeben, welches einfach durchzuführen ist und trotzdem eine zuverlässige Angabe der Zündaussetzer ermöglicht. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass als Zustandswert ein Drehmoment verwendet wird, welches an einer Verbindung zwischen Kurbelwelle und einer Primärmasse des Zweimassenschwungrades gemessen wird und das gemessene Drehmoment mit einem Solldrehmoment verglichen wird, wobei bei einer vorgegebenen Abweichung des gemessenen Drehmomentes von dem Solldrehmoment auf einen Zündaussetzer erkannt wird. Durch die direkte Messung des Drehmomentes an der vorgesehenen Position können Zündaussetzer direkt detektiert werden, so dass eine Signalverfälschung deutlich reduziert wird.
• Vorteilhafterweise korreliert das gemessene Drehmoment in Abhängigkeit eines Trägheitsfaktors des Antriebsstranges mit dem indizierten Drehmoment der Brennkraftmaschine. Aufgrund der Berücksichtigung dieses Trägheitsmoments wird gewährleistet, dass eine lineare Abhängigkeit zu dem annähernd in der Brennkraftmaschine indizierten Drehmoment besteht.
• In einer Ausgestaltung wird der Trägheitsfaktor in Abhängigkeit von der Trägheit der Kurbelwelle und der Trägheit der Primärmasse des Zweimassenschwungrades bestimmt. Da die Kurbelwelle leicht im Vergleich zu der schweren Primärschwungmasse des Zweimassenschwungrades ist, wird die Wirkung des Zweimassenschwungraddrehmomentes um den Faktor J_KW / (J_KW + J_prim) reduziert. Aufgrund eines solchen Trägheitsfaktors ist eine, je nach vorhandenem Typ des Zweimassenschwungrad und der Kurbelwelle eine Bestimmung des Drehmomentes gegeben, um die Einflüsse des Zweimassenschwungrades auf das gemessene Drehmoment der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
• In einer Variante wird zur Erkennung des Zündaussetzers das gemessene Drehmoment über eine vorgegebene Winkelsegmentbreite pro Zylinder der Brennkraftmaschine gemittelt, wobei der Mittelwert des gemessenen Drehmomentes mit dem Solldrehmoment verglichen wird und bei der vorgegebenen Abweichung des gemessenen Drehmomentes von dem Solldrehmoment auf einen Zündaussetzer erkannt wird. Aus dieser Mittelung lässt sich ein Zündaussetzer besonders einfach erkennen.
• Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit einem Zweimassenschwungrad verbunden ist. Bei einer Vorrichtung, bei welcher die Zündaussetzer einfach ohne konstruktiven Aufwand zu erkennen sind, ist zwischen der Kurbelwelle und einer Primärmasse des Zweimassenschwungrades eine starre Messwelle angeordnet, welche einen Drehmomentsensor trägt, der mit einem Steuergerät der Brennkraftmaschine verbunden ist. Durch die Verwendung des Drehmomentsensors an dieser Verschraubung zwischen Kurbelwelle und Primärmasse des Zweimassenschwungrades kann das von der Brennkraftmaschine übertragene Drehmoment genau gemessen werden.
• In einer Ausgestaltung weist das Steuergerät eine Regeleinheit zum Abgleich des von dem Drehmomentsensor gemessenen Drehmomentes mit einem Solldrehmoment auf. Dadurch wird die Brennkraftmaschine zuverlässig in ihrer Funktionsweise angesteuert.
• Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
• Es zeigen:
• 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 eine Darstellung eines Drehzahlsignals der Kurbelwelle,
• 3 eine Darstellung einer Momentenauswertung über der Zeit.
• In 1 ist eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Im Weiteren soll unter einem Verbrennungsausssetzer ein Ereignis verstanden werden, bei welchem die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ganz oder teilweise ausbleibt. Wenn keine oder nur eine teilweise Verbrennung auftritt, leistet der Zylinder keine oder eine geringe Verbrennungsarbeit und es wird kein oder ein geringes Verbrennungsmoment aufgebaut.
• Die Brennkraftmaschine 1 erzeugt dabei ein Motormoment, welches auf die Kurbelwelle 2 übertragen wird. Die Kurbelwelle 2 ist über eine starre Messwelle 3 mit der Primärschwungmasse 4 eines Zweimassenschwungrades 5 verbunden. Dabei ist die Primärschwungmasse 4 an eine Sekundärschwungmasse 6 über ein federndes Element 7 angebunden. An der Messwelle 3 ist ein Drehmomentsensor 8 angeordnet, welcher mit einem Steuergerät 9 verbunden ist, das die Brennkraftmaschine 1 ansteuert. Das Steuergerät 9 umfasst eine Regeleinheit 10, deren Eingangssignal durch das gemessene Drehmoment des Drehmomentsensors 8 gegeben ist.
• Eine Momentenbilanz der Primärschwungmasse 4 ergibt sich wie folgt: $$J_{KW}\times {\omega }_{KW}^{·}=M_{Mot}-M_{Mess}$$

  

  $$J_{prim}\times {\omega }_{prim}^{·}=M_{Mess}-M_{ZMS};$$

  
• Wobei
• J_KW Trägheitsmoment Kurbelwelle
• J_prim Trägheitsmoment Primärschwungmasse
• ${\omega }_{KW}^{·}$
  
  Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit
• ${\omega }_{prim}^{·}$
  
  Winkelgeschwindigkeit der Primärschwungmasse
• M_Mot Drehmoment Brennkraftmaschine
• M_ZMS Drehmoment Zweimassenschwungrad
• M_Mess gemessenes Drehmoment
• Da die Messwelle 3 sehr steif ist, gilt: ${\omega }_{prim}^{·}={\omega }_{KW}^{·},$

  

  woraus folgt $$\frac{J_{KW}}{J_{prim}}=\frac{M_{Mot}-M_{Mess}}{M_{Mess}-M_{ZMS}}\to M_{Mess}=\frac{J_{prim}}{J_{prim}+J_{KW}}{M}_{Mot}+\frac{J_{KW}}{J_{prim}+J_{KW}}{M}_{ZMS}$$

  
• Da: $${\text{J}}_{\text{prim}}>>{\text{J}}_{\text{KW}}$$

  

  ergibt sich ein durch den Drehmomentsensor 8 gemessenes Drehmoment von $${\text{M}}_{\text{Mess}}\sim \frac{J_{prim}}{J_{prim}+J_{KW}}{M}_{Mot}.$$

  
• Dieses gemessene Drehmomentsignal des Drehmomentsensors 8 ist somit weitgehend dem indizierten Motormoment der Brennkraftmaschine 1 proportional. Der an der Verschraubung zwischen Kurbelwelle 2 und Primärschwungmasse 4 des Zweimassenschwungrades 4 angeordnete Drehmomentsensor 8 kann somit das von der Brennkraftmaschine 1 tatsächlich übertragene Drehmoment messen. Damit alle Triebstrangseiteneinflüsse, wie beispielsweise das rückwirkende Drehmoment des Zweimassenschwungrades 5 eliminiert werden, ist die Messstelle genau mittig zwischen der leichten Kurbelwelle 2 und der im Vergleich schweren Primärschwungmasse 4 des Zweimassenschwungrades 5 angeordnet. Dadurch wird die Wirkung des Drehmomentes des Zweimassenschwungrades um den Faktor J_KW / (J_KW + J_prim) reduziert. Der Faktor ist anwendungsspezifisch und liegt bei ca. 70% Reduktion des Einflusses des Zweimassenschwungrades auf das detektierte Drehmoment. Damit entspricht das gemessene Drehmoment der Brennkraftmaschine an genau dieser Messstelle nahezu dem inneren Motormoment der Brennkraftmaschine.
• 2 zeigt eine Darstellung eines Drehzahlverlaufes der Kurbelwelle 2 über der Zeit, wobei die Kurve A das Drehzahlsignal mit Zündaussetzern und die Kurve B das Drehzahlsignal ohne Zündaussetzer wiedergibt. Wie zu erkennen, ist eine Unterscheidung dieser beiden Drehzahlsignale hinsichtlich Zündaussetzern nur schwierig möglich.
• Wird nun eine Mittelung des gemessenen Drehmomentes über ein Segment der Breite 720° Kurbelwellenwinkel pro Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine ausgeführt, so kann man einen entstehenden Zündaussetzer erkennen. Dieser wird erkannt, wenn der gemittelte Wert des Drehmoments eine vorgegebene Abweichung zum Solldrehmoment S aufweist. Dies ist in 3 verdeutlicht, wo das gemessene Drehmomentsignal der Brennkraftmaschine 1 über der Zeit dargestellt ist. Die Kurve C zeigt das Drehmomentsignal mit Zündaussetzern, während die Kurve D das Drehmomentsignal ohne Zündaussetzer wiedergibt. Bei einem Vergleich des Drehmomentsignales mit Zündaussetzern mit dem Solldrehmoment S, welches in der Regeleinheit 10 vorgenommen wird, lässt sich somit ein Zündaussetzer bei der Überschreitung des Solldrehmomentes zuverlässig erkennen. Das Drehmomentsignal ohne Zündaussetzer liegt jederzeit unterhalb des Solldrehmomentes S.
• Mit diesem beschriebenen Verfahren kann nicht nur ein Zündaussetzer erkannt werden, sondern zusätzlich auch noch eine genaue Information darüber gewonnen werden, welche Höhe das von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Moment aufweist. Diese Methode stellt die robusteste Möglichkeit dar, Zündaussetzer zu erkennen.
• Bezugszeichenliste

1

Brennkraftmaschine

2

Kurbelwelle

3

Messwelle

4

Primärschwungmasse

5

Zweimassenschwungrad

6

Sekundärschwungmasse

7

Federndes Element

8

Drehmomentsensor

9

Steuergerät

10

Regeleinheit

Claims (5)

1. Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) in einer Wirkverbindung zu einem Zweimassenschwungrad (5) steht, und ein Zustandswert (M_Mess) der Brennkraftmaschine (1) gemessen wird, welcher hinsichtlich der Zündaussetzer ausgewertet wird, wobei als Zustandswert ein Drehmoment (M_Mess) verwendet wird, welches an einer Verbindung zwischen Kurbelwelle (2) und einer Primärschwungmasse (4) des Zweimassenschwungrades (5) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Drehmoment (M_Mess) über eine vorgegebene Winkelsegmentbreite der Kurbelwelle (2) pro Zylinder der Brennkraftmaschine (1) gemittelt wird, wobei der Mittelwert des gemessenen Drehmomentes (M_Mess) mit einem Solldrehmoment (S) verglichen wird und bei einer vorgegebenen Abweichung des Mittelwerts des gemessenen Drehmomentes (M_Mess) von dem Solldrehmoment (S) auf einen Zündaussetzer erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Drehmoment (M_Mess) in Abhängigkeit eines Trägheitsfaktors des Antriebsstranges mit dem indizierten Drehmoment der Brennkraftmaschine korreliert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägheitsfaktor in Abhängigkeit von der Trägheit (J_KW) der Kurbelwelle (2) und der Trägheit (J_prim) der Primärschwungmasse (4) des Zweimassenschwungrades (5) bestimmt wird.
4. Vorrichtung zur Erkennung von Zündaussetzern einer Brennkraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) mit einem Zweimassenschwungrad (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle (2) und einer Primärschwungmasse (4) des Zweimassenschwungrades (5) eine starre Messwelle (3) angeordnet ist, welche einen Drehmomentsensor (8) trägt, der mit einem Steuergerät (9) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) eine Regeleinheit (10) zum Abgleich des von dem Drehmomentsensor (8) gemessenen Drehmomentes (M_Mess) mit einem Solldrehmoment (S) aufweist.

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