DE19540826A1

DE19540826A1 - Verfahren zur zylinderindividuellen Fehlfunktionserkennung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19540826A1
Application number: DE1995140826
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Phys Ringel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2015-11-03
Also published as: DE19540826C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zylinderindivi duellen Erkennung von kraftstoffzufuhrbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und ansteu erbarer Kraftstoffzuführung, speziell auf ein solches Verfahren, das von einem Fahrzeugdiagnosesystem ohne messenden Eingriff in den Brennraum der Brennkraftmaschine selbsttätig durchführbar ist.

In der Offenlegungsschrift DT 26 25 171 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung von Störungen bei einzelnen Zylindern von Brennkraftmaschinen beschrieben, bei denen die Störungserkennung auf einer Analyse der Phasenverschiebungen von Signalen beruht, welche die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine im laufenden Betrieb bzw. eine daraus gemittelte konstante Dreh zahl repräsentieren.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 43 178 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile bei einer Brennkraftma schine bekannt, das während eines Startvorgangs durchgeführt werden kann. Dabei werden alle Zylinder einschließlich derjeni gen, in die momentan keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, ge zündet, während gleichzeitig eine jeweilige Drehzahlmessung vor und nach den ersten Zündungen vorgenommen wird. Wenn sich diese Drehzahlwerte in vorgebbarer Weise unterscheiden, wird auf ein undichtes Einspritzventil geschlossen.

In der Offenlegungsschrift DE 41 06 418 A1 ist eine Einrichtung zum Warnen vor Düsenverstopfung bei Kraftstoffeinspritzsystemen offenbart, die eine Steuereinheit mit einem Rechner voraussetzt, der ein von den Motorbetriebsbedingungen abhängiges Kraftstoff einspritzimpulsbreitensignal erzeugt. Eine Vergleichseinrichtung vergleicht die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors mit der ge wünschten Leerlaufgeschwindigkeit und erzeugt eine Korrektur impulsbreite, um die die Kraftstoffeinspritzimpulsbreite korri giert wird. Mittels einer weiteren Vergleichseinrichtung wird diese Korrekturimpulsbreite mit einer Bezugsimpulsbreite vergli chen. Wenn die Korrekturimpulsbreite größer ist als die Bezugs impulsbreite, wird ein vor einer Düsenverstopfung warnendes Si gnal erzeugt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 39 33 826 A1 ist eine Motorregel vorrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine bekannt, die eine Erfassungseinrichtung, welche anhand des Wertes eines Motorbetriebsparameters, speziell der Abgastemperatur, die An zahl nichtzündender Zylinder im Motor erfaßt, eine Kraftstoff- Steuereinrichtung, die vorübergehend die Kraftstoffzufuhr nach einander zu jedem Zylinder des Motors unterbricht, wenn ein nichtzündender Zylinder festgestellt wurde, sowie eine Erken nungseinrichtung aufweist, welche einen fehlzündenden Zylinder anhand einer Veränderung in der Anzahl derjenigen Zylinder er kennt, welche die Erfassungseinrichtung bei Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder jeweils als einen solchen er faßt, in dem eine Zündung stattfindet.

Speziell wird hierbei die Tatsache ausgenutzt, daß bei Zündaus setzern die Abgastemperatur um so stärker abfällt, je größer die Anzahl der fehlzündenden Zylinder ist. Wird die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder unterbrochen, in welchem keine Fehlzündung vorliegt, so steigt die Abgastemperatur an, während keine Verän derung der Abgastemperatur eintritt, wenn die Kraftstoffzufuhr zu einem fehlzündenden Zylinder unterbrochen wird, so daß sich durch die sequentielle Kraftstoffzufuhrunterbrechung individuell der oder die fehlzündenden Zylinder erkennen lassen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zugrunde, das auf verhältnismäßig einfache Wei se eine zuverlässige zylinderindividuelle Erkennung von kraft stoffzufuhrbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern erlaubt.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses Verfahren benötigt zwingend als Meß größe lediglich die Motordrehzahl, eine Information, die häufig ohnehin bereits zu anderweitigen Zwecken von einer entsprechen den Motorsteuerung erfaßt wird, wobei bevorzugt als weitere Meß größe die Kühlmitteltemperatur zum Einstellen des vorgebbaren aktiven Betriebszustandes herangezogen wird, eine Information, die ohnehin in jedem Kraftfahrzeug vorliegt. Weitere Messungen, z. B. der Abgastemperatur, sind ebensowenig erforderlich wie Ein griffe in die Zylinderbrennräume. Das Verfahren kann problemlos in ein Fahrzeugdiagnosesystem, beispielsweise in Form eines wis sensbasierten Fahrzeugdiagnosesystems, implementiert werden. Für die Erkennung einer kraftstoffzufuhrbezogenen Zylinderfehlfunk tion wird die Tatsache ausgenutzt, daß ausgehend von einem lau fenden Motorbetrieb auf die Deaktivierung der Kraftstoffzufüh rung für einen ordnungsgemäß arbeitenden Zylinder hin die Motor drehzahl um einen bestimmten Wert absinkt, während die Drehzahl im wesentlichen konstant bleibt, wenn für den entsprechenden Zy linder bereits vor der Deaktivierung der Kraftstoffzuführung ei ne Fehlfunktion vorliegt. Insbesondere läßt sich damit zylinder individuell erkennen, daß ein zugehöriges Einspritzventil ver stopft ist oder in geschlossener Stellung klemmt. Des weiteren ist je nach Anwendungsfall auch die Erkennung weitergehenderer mechanischer Defekte, wie z. B. eines gebrochenen Kolbenrings, möglich.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist vorgesehen, zur Verfahrensdurchführung einen Ausgangszustand des Motorbetriebs einzustellen, bei der die Drosselklappe über die Leerlaufstellung hinaus geöffnet ist. Zum einen verhindert dies ein Abwürgen des Motors durch die Deaktivierung der Kraftstoffzuführung für den jeweiligen Zylinder, und zum anderen ergeben sich größere und damit leichter erfaßbare Drehzahldifferenzen, wenn die jeweilige Deaktivierung der Kraftstoffzuführung ausgehend von einer erhöhten Motordrehzahl erfolgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Programmablaufplan eines Verfahrens zur zylinderindividuellen Erkennung von kraftstoffeinspritzbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren, jeweils mit einem zugeordneten, individuell ansteuerbaren Kraftstoffeinspritzventil versehenen Zylindern.

Das nachfolgend beschriebene Verfahrensbeispiel bezieht sich auf die zylinderindividuelle Erkennung von Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschine mit einer Anzahl m, m < 1, von Zylindern, denen jeweils ein elektronisch angesteuertes Einspritzventil zugeordnet ist, und zwar von solchen Fehlfunktionen, die auf eine fehlerhafte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum oder eine fehlerhafte Kraftstoffausnutzung in demselben zurückgehen. Speziell können damit Fehlfunktionen aufgrund eines verstopften oder in Schließstellung klemmenden Einspritzventils oder aufgrund eines gebrochenen Kolbenrings erkannt werden. Selbst moderne Motorsteuergeräte können solche Fehler wegen der hierzu fehlenden Sensorik nicht direkt erkennen. Eine indirekte Erkennung über eine Gemischbeanstandung, z. B. Feststellung eines zu mageren Gemischs, gibt noch keinen Hinweis auf die Fehlerursache. Das nachfolgend näher beschriebene Verfahren dient dazu, eine weitergehende Fehlerdiagnose an der System Brennkraftmaschine, z. B. zwecks Anschluß bestimmter Meß geräte, nicht erforderlich ist.

An Hardware setzt das Verfahren ein Motorsteuergerät für die Brennkraftmaschine voraus, das für einen Kommunikationsaufbau mit einem externen Gerät, z. B. über geeignete Kommunikationspro tokolle mit einem PC, zur Übermittlung der Motordrehzahlinforma tion an das angeschlossene externe Gerät, zum gezielten Ein- und Ausschalten der einzelnen Einspritzventile sowie zur Verstellung der Drosselklappe eingerichtet ist. Motorsteuergeräte mit diesen Basisfunktionalitäten sind bekannt und werden beispielweise be reits in Kraftfahrzeugen der Anmelderin eingesetzt, so daß sich eine nähere Beschreibung hierzu erübrigt. Als externes Kommuni kationsgerät eignet sich ein handelsüblicher PC mit entsprechen der Einsteckkarte und spezieller Kommunikationssoftware, wodurch ein Diagnosedatenerfassungssystem gebildet werden kann, das An forderungen von anderen Systemen, z. B. eine Anforderung zur Übermittlung der Motordrehzahl, zur Weitergabe an das ange schlossene Motorsteuergerät umsetzt. Des weiteren kann als ver fahrensleitende Komponente ein wissensbasiertes Diagnosesystem verwendet werden, das in der Lage ist, umfangreiche Prüfvorgänge automatisch durchzuführen und die Prüfungsergebnisse selbständig zu interpretieren. Auf den vom System durchgeführten Ablauf des Verfahrens zur zylinderindividuellen Erkennung von Kraftstoffzu fuhrbezogenen Fehlfunktionen, wie er im Programmablaufplan ge zeigt ist, wird nun näher eingegangen.

Das Verfahren beginnt nach dem Start (Schritt 1) zunächst mit der Einstellung eines definierten Betriebszustands bei laufendem Motor. Dafür wird zum einen durch Leerlaufbetrieb die Motortem peratur, die über eine Kühlmitteltemperatur (T_ist) erfaßt wird, in einer Aufheizphase auf Betriebstemperatur gebracht. Genauer wird dabei ein Zeitzähler (t_ist) anfangs auf null gesetzt (Schritt 13) und dann vom Motorsteuergerät abgefragt, ob die Kühlmitteltemperatur (T_ist) bereits ihren Solltemperaturwert (T₀) erreicht hat (Schritt 14). Ist dies nicht der Fall, wird der Zeitzähler (t_ist) um die seit der letzten Temperaturmessung ver strichene Zeitdauer (dt) erhöht (Schritt 15) und anschließend daraufhin abgefragt, ob er bereits größer als eine vorgegebene Wartezeitdauer (t_max) ist (Schritt 16). Wenn nicht, wird rekursiv vor den Abfrageschritt (14) bezüglich der Kühlmitteltemperatur (T_ist) zurückgesprungen. Wenn hingegen die Wartezeitdauer (t_max) überschritten wird, wird dies als Systemfehler dahingehend in terpretiert, daß der Motor seine Betriebstemperatur nicht inner halb der hierfür vorgesehenen Zeitdauer erreicht hat (Schritt 17), und das Verfahren wird angehalten (Schritt 18). Erreicht hingegen die Kühlmitteltemperatur (T_ist) innerhalb der vorgesehe nen Zeitdauer ihren Solltemperaturwert (T₀), so wird anschließend der Drosselklappenwinkel auf einen vorbestimmten Wert (α) größer als der minimale Drosselklappenwinkel (α₀) eingestellt, so daß der Motor mit einer gegenüber der Leerlaufdrehzahl erhöhten Drehzahl läuft (Schritt 2). Anschließend wird im gleichen Schritt (2) vom System die in diesem Zustand vorliegende Motor drehzahl (n_v) erfaßt. Dies kann durch eine Drehzahlmessung oder dadurch geschehen, daß der einzustellende Wert (α) des Drossel klappenwinkels so gewählt wird, daß sich eine vorbestimmte Dreh zahl ergibt. Dem System ist in diesem Ausgangszustand des weite ren die Anzahl (m) der vorhandenen Zylinder bekannt, und ein diesbezüglicher Zählindex (i) wird anfänglich auf eins gesetzt.

Im nächsten Schritt (3) wird ein elektronischer Steuerbefehl zum Schließen des einem ersten Zylinder zugeordneten Einspritzven tils (EV₁) an letzteres abgegeben. Daraufhin wird einige Sekunden gewartet, bis sich ein quasistationärer Betriebszustand einge stellt hat, wonach die dann vorliegende Motordrehzahl (n_n1) ge messen und dem auswertenden Systemteil übermittelt wird (Schritt 4). Dort wird als nächstes die Differenz (d_n1 = n_v - n_n1) zwischen der Motordrehzahl (n_v) im Ausgangszustand und der nach Abgabe des Schließbefehls für das Einspritzventil (EV₁) des ersten Zylinders gemessenen Motordrehzahl (n_n1) bestimmt (Schritt 5).

Anschließend wird in einem Abfrageschritt (6) festgestellt, ob diese ermittelte Drehzahldifferenz (dn₁) kleiner als ein vorgege bener Grenzwert (dg) ist. Wenn dies der Fall ist, wird eine Warn information erzeugt, die eine Fehlfunktion des gerade überprüf ten Zylinders anzeigt (Schritt 7). Eine derartige Fehlerinforma tionsanzeige erfolgt nicht, wenn der Abfrageschritt (6) ergibt, daß die ermittelte Drehzahldifferenz (dn_i) nicht kleiner als der vorgegebene Grenzwert (dg) ist. Den Grund für diese Maßnahme bildet die Tatsache, daß durch das Abstellen eines Einspritzven tils die Motordrehzahl um ein bestimmtes Maß absinkt, wenn der zugehörige Zylinder samt dem entsprechenden Einspritzventil ord nungsgemäß funktionieren. Ist letzteres hingegen nicht der Fall, z. B. wegen Klemmen des Einspritzventils in seiner Schließstel lung oder Verstopfen desselben oder wegen eines gebrochenen Kol benrings, so hat der Befehl zum Schließen des Einspritzventils keine merkliche Auswirkung auf die Motordrehzahl. Mittels geeig neter Festlegung des Grenzwertes (dg) kann daher durch den Ab frageschritt (6) eindeutig erkannt werden, ob eine solche kraft stoffzufuhrbezogene Fehlfunktion des geprüften Zylinders vor liegt.

Nach dieser Drehzahlanalyse und der eventuellen Fehlfunktions meldung wird dann ein Befehl zum Öffnen des zum gerade überprüf ten Zylinder gehörigen Einspritzventils (EV_i) an letzteres abge geben, wodurch wieder der anfängliche Ausgangszustand eines nor malen Motorbetriebs mit erhöhter Drehzahl hergestellt wird (Schritt 8). Im nächsten Schritt (9) wird der Zylinderzählindex (i) um eins erhöht. Daran schließt sich eine Abfrage (Schritt 10) an, ob der Zählindex (i) größer als die Anzahl (m) vorhande ner Zylinder ist. Solange dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren in einer Programmschleife vor den Schritt (3) zur Ab gabe eines Schließbefehls für das Einspritzventil (EV_i) des zu überprüfenden Zylinders zurück, mit der Folge, daß nun der nach folgende, oben beschriebene Programmteil für den nächsten zu prüfenden Zylinder durchgeführt wird. Wenn alle Zylinder über prüft wurden und der Zählindex (i) folglich die Zahl (m) vorhan dener Zylinder im diesbezüglichen Abfrageschritt (10) über schritten hat, wird der Betriebszustand des Motors durch Ein stellen des Drosselklappenwinkels (α) auf den Minimalwert (α₀) in den Leerlaufzustand zurückgesetzt (Schritt 11), wonach der Ver fahrensablauf beendet ist (Schritt 12).

Nach dem Verfahrensende liegt für jeden Zylinder die gewünschte Information darüber vor, ob er hinsichtlich Kraftstoffeinsprit zung und Kraftstoffverwertung ordnungsgemäß funktioniert. Er sichtlich eignet sich dieses Verfahren mit sequentieller Über prüfung der einzelnen Zylinder mittels temporärer Anforderung einer Kraftstoffzufuhrunterbrechung sequentiell für die einzel nen Zylinder für Brennkraftmaschinen mit einer beliebigen Anzahl (m) von Zylindern.

Claims

1. Verfahren zur zylinderindividuellen Erkennung von kraft stoffzufuhrbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschi ne, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Einstellen eines vorgebbaren aktiven Betriebszustandes der Brennkraftmaschine,
b) Erfassen der Drehzahl (n_v) der Brennkraftmaschine,
c) Abgeben eines Befehls zur Unterbrechung der Kraftstoffzu fuhr für einen zu überprüfenden Zylinder,
d) Erfassen der Drehzahl (n_vi) der Brennkraftmaschine,
e) Ermitteln, ob die Differenz (dn_i = n_v - n_ni) der Drehzahl (n_v) der Brennkraftmaschine vor Ausführung des Schrittes c ab züglich der Drehzahl (n_ni) der Brennkraftmaschine nach Aus führung des Schrittes c geringer als ein vorgebbarer Grenz wert (dg) ist, und bejahendenfalls Erzeugen einer Fehlfunk tionsinformation bezüglich dieses Zylinders,
f) Aufheben des Befehls zur Unterbrechung der Kraftstoffzufüh rung für den überprüften Zylinder und
g) Wiederholen wenigstens der Schritte c bis f für alle weite ren Zylinder der Brennkraftmaschine.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a ein vorgegebener Drosselklappenwinkel (α) einge stellt wird, der größer als der minimale Drosselklappenwinkel (α₀) ist.