DE19825990A1 - Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit elektromagnetischen Ventiltrieben, die über eine elektronische Motorsteuerung variabel angesteuert werden, wobei über die Motorsteuerung während des Betriebes die lastabhängige Steuerung auch dadurch bewirkt wird, daß ein oder mehrere Zylinder durch Abschalten von Kraftstoffzufuhr und Zündung wirkungslos gestellt werden und wobei in der Motorsteuerung durch das Zylindersteuerprogramm die Abfolge der im jeweiligen Lastfall befeuerten Zylinder mit einem Kennsignal und der zugehörige Verlauf der Drehzahlschwankungen als periodisches Zeitsignal erfaßt wird und wobei die Zeitdifferenzen zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitsignalen infolge von Drehzahlschwankungen, verursacht durch Zündaussetzer an befeuerten Zylindern, ein Stellsignal erzeugt wird.

Description

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit elektromagnetisch betätig­ baren Gaswechselventilen, die über eine elektronische Motor­ steuerung angesteuert werden, ergibt sich die Möglichkeit, eine lastabhängige Steuerung der Kolbenbrennkraftmaschine auch dadurch zu bewirken, daß bei Teillastbetrieb je nach den Anforderungen ein oder mehrere Zylinder durch Abschalten von Kraftstoffzufuhr und Zündung wirkungslos gestellt werden kön­ nen. Sind beispielsweise bei einer Sechs-Zylinder-Maschine aufgrund der Teillastanforderungen zwei Zylinder stillzuset­ zen, so werden zweckmäßigerweise nicht zwei Zylinder für die gesamte Dauer der Teillastphase stillgesetzt, sondern es wer­ den in einer zyklischen Vertauschung während dieser Teil­ lastphase aufeinanderfolgend jeweils unterschiedliche Zylin­ der stillgesetzt, so daß in der Abfolge immer zwei andere Zy­ linder stillgesetzt und immer wieder vier andere Zylinder be­ feuert werden. Der Vorteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß statt einer Verminderung der Kraftstoffzufuhr zur Anpassung an den Teillastbetrieb der wirkungslos gesetzten Zylinder kein Kraftstoff zugeführt wird, während die befeuer­ ten Zylinder mit einer Kraftstoffmenge versorgt werden, die der Kraftstoffmenge entspricht, wie sie praktisch für den Vollastbetrieb erforderlich wäre. Das hat zur Folge, daß in dem jeweils befeuerten Zylinder die Verbrennungsvorgänge op­ timal ablaufen können.

Das periodische Wirkungslossetzen einzelner Zylinder führt zu einer Verminderung der Laufruhe. Erfolgen nun bei einem der­ artigen Teillastbetrieb Zündaussetzer, dann lassen sich diese Zündaussetzer nicht ohne weiteres über die Messung der Dreh­ zahlschwankungen erfassen, da bei der vorgegebenen Betriebs­ weise die Kolbenbrennkaftmaschine aufgrund der vorgenommenen Änderung der Ventilansteuerung mit stärkeren Drehzahlschwan­ kungen arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es auch bei der vorstehend geschilderten Teil­ laststeuerung über Zylinderabschaltung ermöglicht, Zündaus­ setzer zu erkennen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Motorsteuerung durch das Zylindersteuerprogramm die Abfolge der im jeweiligen Lastfall befeuerten Zylinder mit Kennsigna­ len und der zugehörige Verlauf der Drehzahlschwankungen als periodisches Zeitsignal erfaßt wird und daß bei Zeitdifferen­ zen zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitsignalen infolge von Drehzahlschwankungen durch Zündaussetzer an befeuerten Zylindern ein Stellsignal erzeugt wird. Durch die Aufschal­ tung der Kennsignale für die befeuerten Zylinder werden von der Motorsteuerung nicht nur im Vollbetrieb sondern vor allem im Teillastbetrieb durch Zylinderabschaltungen bewirkte Dreh­ zahlschwankungen als "ordnungsgemäß" erfaßt. Kommt es nun bei den jeweils befeuerten Zylindern zu Zündaussetzern, dann er­ gibt sich eine Änderung im Verlauf der Drehzahlschwankungen, die über einen Zeitsprung bei aufeinanderfolgenden Zeitsigna­ len als "nicht ordnungsgemäß" erkannt werden konnte. Da die Abfolge der für den jeweiligen Lastfall befeuerten Zylinder in der Motorsteuerung vorgegeben ist, kann auch eine genaue Zuordnung des Zylinders erkannt werden, bei dem der Zündaus­ setzer erfolgt ist. Kommt es zu Zündaussetzern, wird als "on- board-diagnose" ein Stellsignal als Anzeige erzeugt, durch das der Fahrer veranlaßt wird, die Ursache der Zündaussetzer durch einen Werkstattbesuch klären zu lassen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß die jeweilige Zylinderlast der jeweils befeuerten Zylinder erfaßt und bei der Zuordnung zum Verlauf der Drehzahlschwankungen berücksichtigt wird. Da bei einem Betrieb mit Zylinderabschaltungen, insbesondere bei ei­ nem Betrieb mit alternierender Zylinderabschaltung, wechseln­ de Lastanforderungen zusätzlich zur Abschaltung der Zylinder auch durch Änderungen in der Kraftstoffzufuhr bewirkt werden können, ergeben sich auch dann Veränderungen in den Drehzahl­ schwankungen, wenn bei einem vorgegebenen Zylinderabschal­ tungsprogramm die Kraftstoffzufuhr und damit die Last zu den einzelnen Zylindern verändert wird. Um auch hier durch die verursachten Änderungen in den Drehzahlschwankungen über die Motorsteuerung zu erkennen, ob diese Veränderungen "ordnungs­ gemäß" oder "nicht ordnungsgemäß" sind, kann auch dieser Sachverhalt durch die Motorsteuerung erkannt werden. Der auftretende Zeitsprung bei einer Zylinderabschaltung führt dann nicht zur Auslösung des Stellsignals, sondern wird un­ terdrückt. Erst wenn zusätzlich zu dem "erwarteten" Zeit­ sprung ein weiterer Zeitsprung erfaßt wird, erfolgt die Reak­ tion der Motorsteuerung. Die Erkennung der jeweiligen Last des jeweils befeuerten Zylinders läßt sich beispielsweise über die Luftzumessung zu den einzelnen Zylindern anhand der Öffnungszeiten erkennen.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorge­ sehen, daß das Erkennungsverfahren der Motorsteuerung abge­ schaltet wird, wenn von außen - insbesondere über den An­ triebsstrang - Drehzahlschwankungen induziert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine derartige Kolben­ brennkraftmaschine als Fahrzeugantrieb eingesetzt werden soll und das betreffende Fahrzeug eine Fahrbahn mit Schlaglöchern oder starken Bodenunebenheiten befährt, so daß über den An­ triebsstrang aufgrund der stark wechselnden Drehmomentabnahme entsprechende Drehzahländerungen in der Kolbenbrennkraftma­ schine induziert werden.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß durch das Stellsignal die Kraftstoffzufuhr, die Zündung und die Ansteuerung der Gaswechselventile des Zy­ linders abgeschaltet werden, für den Zündaussetzer erkannt wurden. Mit dieser Verfahrensweise wird der Vorteil der elek­ tronischen Motorsteuerung mit lastabhängiger Abschaltung und Zuschaltung einzelner Zylinder ausgenutzt. Wird durch das Verfahren erkannt, daß für einen Zylinder mehrfach in Folge Zündaussetzer vorgekommen sind, dann wird dieser Zylinder für den weiteren Motorbetrieb stillgesetzt. Da elektromagnetisch betätigbare Gaswechselventile beim Abschalten in geöffneter Stellung verbleiben, läuft der abgeschaltete Zylinder "leer" mit. Der abgeschaltete Zylinder wird in der Motorsteuerung in der Abfolge der zu befeuernden bzw. der nicht zu befeuernden Zylinder mit berücksichtigt. Lediglich ein Vollastbetrieb mit Befeuerung aller Zylinder ist dann nicht mehr möglich. Statt einer Abschaltung der elektromagnetischen Ventiltriebe des abzuschaltenden Zylinders kann es auch zweckmäßig sein, die Einlaßventile im Normalbetrieb weiter zu betätigen, die Gas­ auslaßventile jedoch so anzusteuern, daß der Kompressionshub entfällt, so daß der stillgesetzte Zylinder nicht bremsend wirkt.

Das Verfahren wird anhand von Diagrammen unterschiedlicher Drehzahlverläufe eines 6-Zylinder-Motors näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Drehzahlverlauf in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung mit zusätzlichem Zeitsignal,

Fig. 2 einen Drehzahlverlauf mit Zünd- und/oder Einspritzaussetzer,

Fig. 3 einen Drehzahlverlauf mit gewollter Zylin­ derabschaltung,

Fig. 4 einen Drehzahlverlauf bei der Betriebsweise gemäß Fig. 3 mit zusätzlichem Zündaussetzer.

Fig. 1 zeigt einen Drehzahlverlauf bei normalem 6-Zylinder- Betrieb. Die Drehzahlschwankungen sind sehr gleichmäßig und liegen bei dem dargestellten Beispiel in einem schmalen Band oberhalb von 2000 RPM. Zur Erkennung von Drehungleichförmig­ keiten wird hier ein periodisches Zeitsignal benutzt, das die jeweils für die letzten 120 Grad Kurbelwinkel benötigte Zeit anzeigt. Bei Laufruhe wird für jedes Intervall praktisch die gleiche Zeit benötigt. Bei einem Drehzahlabfall dauert es dementsprechend eine längere Zeit, in der die Kurbelwelle das gleiche Drehwinkelintervall durchläuft. Es ist auch möglich, hier einen kleineren Kurbelwinkelbereich von beispielsweise 60 Grad Kurbelwinkel vorzugeben. Auch andere Kurbelwinkelbe­ reiche oder auf Abfrage Zeiten sind grundsätzlich ebenfalls geeignet. Insbesondere bei anderen Zylinderzahlen sind andere Kurbelwinkelintervalle günstiger. Das abgegebene Zeitsignal ist in Form eines Sternchens dargestellt und liegt im statio­ nären Normalbetrieb für die dargestellte Drehzahl etwa unter 10 ms.

Bei sonst gleichen Betriebsbedingungen ist in Fig. 2 für den 6-Zylinder-Motor der Fall eines Zünd- oder Einspritzausset­ zers an einem Zylinder dargestellt. Man erkennt, daß durch den Aussetzer auf einem Zylinder die Drehzahl abfällt und das periodische Zeitsignal plötzlich auf einen höheren Wert von etwa 10,2 ms springt. Dieser Sprung kann als hervorragendes Kriterium für die Erkennung eines Aussetzers verwendet wer­ den. So kann auch die Differenz zweier aufeinanderfolgender Differenzzeiten Δt mit einem Schwellwert verglichen werden, der seinerseits vom Betriebspunkt des Motors, beispielsweise von Last und Drehzahl, abhängen kann. Bei Überschreiten die­ ses Schwellwerts wird auf Aussetzer erkannt und ein entspre­ chendes Signal erzeugt, da der Motorsteuerung kein Kennsignal für eine gewollte Abschaltung dieses Zylinders vorliegt. Aus der Zuordnung der auftretenden Zeitdifferenz Δt zu den Grad Kurbelwinkel kann auch erfaßt werden, an welchem Zylinder der Aussetzer stattgefunden hat.

In Fig. 3 ist eine Betriebsweise dargestellt, bei der gezielt ein Zylinder stillgesetzt wurde. Die Drehzahl sinkt daher ab, erreicht jedoch in kurzer Zeit das ursprüngliche Sollniveau, da über die Motorsteuerung der fehlende Anteil des stillge­ setzten Zylinders am Gesamtdrehmoment durch eine höhere Last­ steuerung für die anderen, noch arbeitenden Zylinder kompen­ siert wird. Man erkennt jedoch, daß auch hier in dem periodi­ schen Zeitsignal eine Zeitdifferenz feststellbar ist, wie sie auch dann gegeben ist, wenn an dem betreffenden Zylinder ein Zünd- oder Einspritzaussetzer stattfinden würde. Da jedoch der betreffenden Zylinder gezielt stillgesetzt worden ist und die Motorsteuerung durch das Kennsignal "informiert" ist und durch Erhöhung der Last auf den verbleibenden Zylindern rea­ giert, wird für diesen Betriebsfall die Aussetzererkennung in der Motorsteuerung deaktiviert. An der Abfolge des periodi­ schen Zeitsignals ist zu erkennen, daß mit dem Anstieg der Drehzahl auf den ursprünglichen Wert auch wieder die ur­ sprüngliche Signal zeit für den zeitlich erfaßten Kurbelwin­ kelbereich vorliegt. Der weitere Drehzahlverlauf entspricht dann in etwa dem Diagramm gem. Fig. 1, jedoch mit etwas stär­ keren und nicht ganz so gleichmäßigen Drehzahlschwankungen.

Für bei eine Betriebsweise gemäß Fig. 3, d. h. bei einer ge­ wollten Zylinderabschaltung ist in Fig. 4 dargestellt, wie sich die zeitliche Abfolge der periodischen Zeitsignale er­ gibt, wenn neben der gewollten Abschaltung beispielsweise ei­ nes Zylinders zusätzlich bei einem der noch arbeitenden Zy­ linder ein Zündaussetzer oder Einspritzaussetzer auftritt. Die beim Drehzahlabfall nach dem Stillsetzen des Zylinders zunächst auftretende Zeitdifferenz Δt zwischen dem periodi­ schen Zeitsignal bei 160 Grad und dem Zeitsignal bei 380 Grad löst für die Motorsteuerung keine Reaktion aus, da aufgrund der gewollten Zylinderabschaltung diese Erkennung deaktiviert wurde bzw. der zugehörige Schwellwert entsprechend modifi­ ziert wurde.

Erfolgt nach dem Abschalten aufgrund eines Zündaussetzers da­ nach ein weiterer Drehzahlabfall, dann tritt eine weitere Zeitdifferenz Δt zwischen dem Zeitsignal bei 640 Grad und dem darauffolgenden Zeitsignal bei 760 Grad auf. Dieses zweite Auftreten einer weiteren Zeitdifferenz im Sinne eines Dreh­ zahlabfalls war für die Motorsteuerung nicht durch ein Kenn­ signal programmiert, so daß dieser zweite Zeitsprung nicht erwartet wurde und somit als Aussetzer erkannt wird und eine entsprechende Reaktion eingeleitet werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kol­ benbrennkaftmaschine mit elektromagnetischen Ventiltrieben, die über eine elektronische Motorsteuerung variabel angesteu­ ert werden, wobei über die Motorsteuerung während des Betrie­ bes die lastabhängige Steuerung auch dadurch bewirkt wird, daß ein oder mehrere Zylinder durch Abschalten von Kraft­ stoffzufuhr und Zündung wirkungslos gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Motorsteuerung durch das Zylinder­ steuerprogramm die Abfolge der im jeweiligen Lastfall befeu­ erten Zylinder mit einem Kennsignal und der zugehörige Ver­ lauf der Drehzahlschwankungen als periodisches Zeitsignal er­ faßt wird und daß bei Zeitdifferenzen zwischen den aufeinan­ derfolgenden Zeitsignalen infolge von Drehzahlschwankungen verursacht durch Zündaussetzer an befeuerten Zylindern ein Stellsignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Zylinderlast der jeweils befeuerten Zylinder erfaßt und bei der Zuordnung zum Verlauf der Drehzahlschwankungen berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Wirksamwerden des Stellsignals über die Motorsteuerung die Kraftstoffzufuhr und die Zündung für den Zylinder mit Zündaussetzern abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim Wirksamwerken des Stellsignals über die Motorsteuerung die elektromagnetischen Ventiltriebe des Zylinders mit Zündaussetzern auf Leerbetrieb umgeschaltet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stillsetzung eines Zylinders mit Zündaussetzern in der Abfolge des Steuerprogramms berücksich­ tigt wird und durch das Steuerprogramm eine entsprechend ge­ änderte Abfolge durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Erkennungsverfahren der Motorsteuerung abgeschaltet wird bei von außen induzierten Drehzahlschwan­ kungen.