DE19860813A1

DE19860813A1 - System und Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen

Info

Publication number: DE19860813A1
Application number: DE19860813A
Authority: DE
Inventors: Young-Kyo Chung
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 1999-07-01
Also published as: JPH11287151A

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen, und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen, bei denen ein O₂-Sensor verwendet wird, der den Sauerstoffgehalt des Abgases überwacht.

Fehlzündungen des Motors sind im allgemeinen auf einen oder mehrere Faktoren zurückzuführen. Zu diesen gehören ein falsches Kraftstoff-Luft-Verhältnis, das Verwenden von Kraft stoff mit einer ungeeigneten Oktanzahl, ein falsch eingestell ter Zündzeitpunkt usw. Motor-Fehlzündungen haben eine Abnahme der Motorleistung sowie einen erhöhten Abgasausstoß zur Folge, da ein Teil des Kraftstoffs nicht verbrannt wird. Wenn der Anteil von Fehlzündungen des Motors z. B. 2% beträgt, erhöht sich der Ausstoß von Kohlenwasserstoffen auf das 1,5-fache der Grenzwerte. Bei einem Fehlzündungsanteil von über 5% wird in manchen Fällen sogar der Katalysator zum Schmelzen gebracht.

Um diesen Problemen zu begegnen, setzt man seit einigen Jahren in Fahrzeugen ein Fehlzündungs-Erkennungssystem ein. Mit einem solchen System lassen sich die erforderlichen Einstellun gen vornehmen, so daß Motor-Fehlzündungen verhindert werden.

Aus Fig. 10 ist ein herkömmliches Erkennungssystem für Motor-Fehlzündungen ersichtlich.

Eine Sensorscheibe 3 ist an ihrem Außenumfang mit einer aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Sensoröffnung versehen und auf einer Kurbelwelle 1 an einer Seite eines Flügelrads 2 befestigt. Ein Kurbelwinkel-Sensor 4 ist so angeordnet, daß sich mit seiner Hilfe die Rotationsgeschwindigkeit der Sen sorscheibe 3 ermitteln läßt, wobei die entsprechenden Signale ausgegeben werden. Eine elektronische Steuerung (ECU) 5 empfängt die Signale des Kurbelwinkel-Sensors 4 und entschei det, ob am Motor eine Fehlzündung vorliegt oder nicht.

Wenn, wie aus Fig. 11a ersichtlich ist, der Kurbelwinkel- Sensor 4 ein der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle entspre chendes vorbestimmtes Taktsignal ausgibt, wandelt die ECU 5 das Taktsignal mit Hilfe voreingestellter Drehmomentdaten des Mo tors, die sich auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle beziehen, in ein aus Fig. 11b ersichtliches anderes Taktsignal um. Anschließend vergleicht die ECU 5 das getaktete Signal mit einer voreingestellten Bezugsgröße und entscheidet, ob eine Fehlzündung vorliegt. Wenn z. B. ein Signalwert unter der Be zugsgröße liegt, entscheidet die ECU 5, daß der Motor normal arbeitet bzw. daß keine Fehlzündung auftritt. Liegt der Signal wert über der Bezugsgröße, wird das Auftreten einer Fehlzündung erkannt.

Bei dem beschriebenen System und Verfahren kann es jedoch vorkommen, daß die in einem hohen Drehzahlbereich ermittelte Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle auch bei normal arbeiten dem Motor über der Bezugsgeschwindigkeit liegt, wenn die befah rene Straße in einem schlechten Zustand ist, so daß es schwie rig ist, Motor-Fehlzündungen genau zu erkennen. Daher sind zu sätzliche Sensoren zum Erfassen des Straßenzustands erforder lich so daß das System komplizierter und teurer wird.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen zu schaffen, mit denen sich Fehlzündungen des Motors ungeachtet äußerer Einflüs se wie dem Straßenzustand genau erkennen lassen.

Durch die Erfindung wird ein Erkennungsverfahren für Motor-Fehlzündungen geschaffen, das die Schritte aufweist: Ermitteln des Sauerstoffgehalts des Abgases, des Kurbelwinkels und der Position eines Zylinders, in der die Zündung erfolgt, Berechnen von Änderungen der Signalspannung für den Abgas sauerstoffgehalt bei jedem ermittelten Kurbelwinkel, wobei die Änderung eine Mehrzahl von Maxima aufweist, Vergleichen der Maxima mit einer voreingestellten Bezugsgröße, und Entscheiden, ausgehend von den Ergebnissen dieses Vergleichsschritts, ob eine Motor-Fehlzündung vorliegt.

Wenn ein die voreingestellte Bezugsgröße überschreitendes Maximum zweimal nacheinander auftritt, wird entschieden, daß eine Motor-Fehlzündung auftritt.

Das Verfahren zum Erkennen einer Motor-Fehlzündung kann ferner den Schritt aufweisen: Feststellen, an welchem Zylinder die Fehlzündung auftritt.

Der Schritt Feststellen des Zylinders mit Fehlzündung weist die Teilschritte auf: Ermitteln des absoluten Maximums, Ermitteln des dem absoluten Maximum entsprechenden Kurbel winkels, und Ermitteln des Zylinders, an dem die Fehlzündung auftritt, anhand der Relativstellung eines Zylinder-Positions signals zu dem ermittelten Kurbelwinkel.

Das Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen kann ferner den Schritt aufweisen: Ermitteln der Anzahl von Fehlzün dungen pro Kurbelumdrehung.

Das Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen kann ferner den Schritt aufweisen: Bestimmen des Typs der Fehlzün dung.

Wenn dabei während einer Anzahl von n+1 Kurbelumdrehungen pro Kurbelumdrehung m-mal eine Fehlzündung auftritt, wird ent schieden, daß bei einer Anzahl von m Zylindern n-mal eine Fehl zündung vorliegt.

Die Änderung der Signalspannung wird differenziert, so daß sich die Fehlzündung anhand eines Änderungsquotienten der Sig nalspannung für den Abgas-Sauerstoffgehalt erkennen läßt.

Das Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen kann ferner den Schritt aufweisen: Bestimmen des Zylinders mit Fehl zündung anhand der Relativstellung eines Referenzsignals des Zylinder-Positionssensors zu einem Punkt, in dem der Änderungs quotient der Signalspannung nach dem absoluten Maximum des Änderungsquotienten Null wird.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein System zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen Mittel auf, mit denen sich ein Sauerstoffgehalt des Abgases, ein Kurbelwinkel und eine Zylinderposition ermitteln lassen, sowie eine Einrichtung, mit der sich Änderungen der Signalspannung für den Abgas-Sauer stoffgehalt in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel ermitteln lassen, wobei die Änderungen eine Mehrzahl von Maxima aufweisen, und mit der sich diese Maxima mit einer voreingestellten Bezugs größe vergleichen lassen sowie das Auftreten einer Motor-Fehl zündung anhand der Vergleichsergebnisse feststellen läßt.

Die Mittel zum Erfassen des Sauerstoffgehalts im Abgas, des Kurbelwinkels und der Zylinderposition weisen einen O₂- Sensor auf, der den Sauerstoffgehalt des Abgases ermittelt, einen Kurbelwinkel-Sensor, der den Kurbelwinkel ermittelt, und einen Zylinder-Positionssensor, der die Position des Zylinders ermittelt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausfüh rungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein System zum Erkennen einer Motor-Fehlzündung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, schema tisch,

Fig. 2 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Erkennen einer Motor-Fehlzündung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm, das die von einem O₂-Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gelieferten Signale veranschaulicht,

Fig. 4 ein Diagramm, das ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, mit dem festge stellt wird, an welchem Zylinder eine Fehlzündung auftritt,

Fig. 5 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Erkennen einer Motor-Fehlzündung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm, das die von einem O₂-Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gelieferten Signale veranschaulicht,

Fig. 7 ein Diagramm, das ein Verfahren zum Ermitteln des Zylinders mit Fehlzündung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 8 ein Diagramm, das die von einem O₂-Sensor geliefer ten Signale veranschaulicht, wenn an einem Zylinder des Motors aufeinanderfolgende Fehlzündungen auftreten,

Fig. 9 ein Diagramm, das die von einem O₂-Sensor geliefer ten Signale veranschaulicht, wenn an mehr als einem Zylinder gleichzeitig Fehlzündungen auftreten,

Fig. 10 ein herkömmliches System zum Erkennen von Motor- Fehlzündungen, schematisch, und

Fig. 11a und 11b Diagramme, welche die von dem herkömm lichen System zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen gelieferten Signale für die Kurbelwellen-Winkelgeschwindigkeit veranschau lichen.

In der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf jeweils die gleichen oder gleichartige Teile.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Fehlzündungs- Erkennungssystem einen Kurbelwinkel-Sensor 10, einen Zylinder- Positionssensor 20, einen O₂-Sensor 30 und eine elektronische Steuerung ECU 40 auf. Der Kurbelwinkel-Sensor 10 und der Zylin der-Positionssensor 20 sind an einem Motor E befestigt. Auf eine Beschreibung der Sensoren 10 und 20 wird hier verzichtet, da diese aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der O₂-Sensor 30 ist an einem Abgaskrümmer M befestigt, und wird aus dem o.g. Grund hier ebenfalls nicht beschrieben. Die ECU 40 ist so aus gelegt, daß sie Signale von den Sensoren 10, 20 und 30 empfängt und anhand dieser feststellt, ob eine Motor-Fehlzündung vor liegt, an welchem Zylinder diese auftritt, und um welchen Typ von Fehlzündung es sich handelt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Erkennen von Motor- Fehlzündungen nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf Fig. 2 bis 4 beschrieben.

Ausgehend von den Signalen des Kurbelwinkel-Sensors 10, des Zylinder-Positionssensors 20 und des O₂-Sensors 30 bestimmt die ECU 40 einen Kurbelwinkel (S11), mit Hilfe der Kurbelwin kel-Daten eine Position des Zylinders, in der die Zündung er folgt (S12), und einen Abgas-Sauerstoffgehalt (S13). Anschlie ßend berechnet die ECU 40 für jeden vom Kurbelwinkel-Sensor 10 ermittelten Kurbelwinkel die Änderung der von dem O₂-Sensor gelieferten Signalspannung für den Abgas-Sauerstoffgehalt und ermittelt die Maxima der Spannungsänderungen (S14). Die von dem O₂-Sensor 30 gelieferte Signalspannung ändert sich in Abhängig keit von der Höhe des Sauerstoffgehalts im Abgas: Liegt der Sauerstoffgehalt unter einer Bezugsgröße, erhöht sich die Sensorspannung, übersteigt er die Bezugsgröße, sinkt die Sensorspannung.

Anschließend vergleicht die ECU 40 die Maxima der Span nungsänderungen des Signals für den Abgas-Sauerstoffgehalt mit einer Bezugsgröße (S15). Wenn die Maxima unter der Bezugsgröße liegen, erkennt die ECU 40 einen normalen Verbrennungsvorgang (S16). Treten jedoch zwei oder mehrere Male in Folge über der Bezugsgröße liegende Maxima auf, wie aus Fig. 3 bei L11 und L12 ersichtlich ist, erkennt die ECU 40 eine Fehlzündung (S17). Im Falle einer Fehlzündung erhöht sich nämlich der Sauerstoffge halt des Abgases, so daß die von dem O₂-Sensor 30 gelieferte Signalspannung in diesem Moment abrupt ansteigt und danach wieder abfällt. Dementsprechend liegt eine größere Änderungs breite des von dem O₂-Sensor gelieferten Signals vor.

Im konkreten Beispielfall liegen, wie aus Fig. 3 ersicht lich ist, beim Auftreten einer Motor-Fehlzündung die Maxima L11 und L12 der Spannungsänderung über der Bezugsgröße, da das Gas nicht vollständig verbrannt wird. Die Ursache für das Maximum L11 ist eine zu dem O₂-Sensor 30 geleitete Mischung aus unver branntem Gas von einem Zylinder mit Fehlzündung und dem in einem anderen Zylinder erzeugten normalen Verbrennungsgas, wohingegen das Maximum L12 auf nicht gezündetes Gas zurück zuführen ist, das in einem Abgaskrümmer zurückbleibt, sich dann mit normalem Verbrennungsgas aus einem anderen Zylinder mischt und zu dem O₂-Sensor 30 geleitet wird.

Daraufhin ermittelt die ECU 40 im Falle einer Fehlzündung (S17) ein Kurbelwinkelsignal des Kurbelwinkel-Sensors 10, das einem maximalen Signal des O₂-Sensors, d. h. dem absoluten Maximum L12, entspricht (S18). Nun bestimmt die ECU 40 den Zylinder mit Fehlzündung anhand einer Relativstellung T eines Referenzsignals des Zylinder-Positionssensors 20 (S19). Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird also der Zylinder mit Fehlzündung bestimmt, indem die Relativstellung T des Kurbelwinkels zum Zylinder-Positionssignal bestimmt wird, wenn das Signal von dem O₂-Sensor ein Maximum hat.

Zusätzlich erkennt die ECU 40 die Anzahl von Fehlzündungen pro Kurbelumdrehung anhand der Signale des Kurbelwinkel-Sensors 10 und des Zylinder-Positionssensors 20. Wenn z. B. ein über der Bezugsgröße liegendes Maximum während einer Anzahl von n+1 Kurbelumdrehungen jeweils einmal pro Kurbelumdrehung auftritt, entscheidet die ECU, daß bei einem Zylinder n-mal hinterein ander eine Fehlzündung aufgetreten ist. Wenn ein über der Bezugsgröße liegendes Maximum während zweier Kurbelumdrehungen jeweils zweimal pro Kurbelumdrehung auftritt, entscheidet die ECU, daß gleichzeitig bei zwei Zylindern jeweils einmal eine Fehlzündung aufgetreten ist. Wenn ein über der Bezugsgröße liegendes Maximum der Änderung des O₂-Sensorsignals während n+l Kurbelumdrehungen zwei oder mehrere Male pro Kurbelumdrehung auftritt, entscheidet die ECU, daß bei zwei oder mehr Zylindern gleichzeitig n-mal in Folge eine Fehlzündung aufgetreten ist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ermittelt bei einem Ver fahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung die ECU 40 zunächst ausgehend von den Signalen des Kurbelwinkel-Sensors 10, des Zylinder-Posi tionssensors 20 und des O₂-Sensors 30 einen Kurbelwinkel, mit Hilfe der Kurbelwinkel-Daten einen Zylinder, an dem eine Zündung erfolgt, und den Sauerstoffgehalt des Abgases (S21, S22 und S23). Anschließend berechnet die ECU die aus Fig. 6 anhand der gestrichelten Linie A ersichtlichen Spannungsänderungen des O₂-Sensorsignals für den Abgas-Sauerstoffgehalt für jeden von dem Kurbelwinkel-Sensor 10 ermittelten Kurbelwinkel und diffe renziert die Spannungsänderungen, so daß Quotienten der Span nungsänderung des O₂-Sensorsignals für den Abgas-Sauerstoffge halt gebildet werden, die anhand der durchgehenden Linie B in Fig. 6 ersichtlich sind.

Anschließend vergleicht die ECU 40 die Maxima der Quo tienten der Spannungsänderung mit einer Bezugsgröße (S25). Wenn die Maxima unter der Bezugsgröße liegen, erkennt die ECU 40 einen normalen Verbrennungsvorgang (S26). Wenn zwei oder mehrere Male in Folge über dem Bezugswert liegende Maxima aufgetreten sind, wie aus Fig. 6 bei L21 und L22 ersichtlich ist, erkennt die ECU 40 eine Fehlzündung (S27). Im Falle einer Fehlzündung erhöht sich der Sauerstoffgehalt des Abgases, so daß die von dem O₂-Sensor 30 gelieferte Signalspannung in diesem Moment abrupt ansteigt und danach wieder abfällt. Somit liegt eine größere Änderungsbreite des von dem O₂-Sensor gelie ferten Signals vor. Die aus Fig. 6 ersichtlichen über der Be zugsgröße liegenden Maxima L21 und L22 der Spannungsänderungs- Quotienten für den Abgas-Sauerstoffgehalt bei einer Motor-Fehl zündung sind auf das noch vorhandene unverbrannte Gas zurückzu führen.

Als nächstes ermittelt die ECU 40 im Falle einer Motor- Fehlzündung (S27) ein Kurbelwinkelsignal des Kurbelwinkel- Sensors 10 an einem Punkt, an dem der Änderungsquotient der Signalspannung im Anschluß an das absolute Maximum L22 Null wird (S28). Dann bestimmt die ECU den Zylinder, an dem die Fehlzündung auftritt, anhand einer Relativstellung T eines Referenzsignals des Zylinder-Positionssensors 20 (S29) bezüg lich eines Punkts, in dem der Änderungsquotient der Signal spannung Null wird. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, wird also der Zylinder mit Fehlzündung bestimmt, indem die Relativ stellung T des Kurbelwinkels zum Zylinder-Positionssignal ermittelt wird, wenn der Spannungsänderungsquotient des O₂- Sensorsignals Null ist.

Daraufhin bestimmt die ECU eine Anzahl von Fehlzündungen pro Kurbelumdrehung und anschließend einen Typ der Fehlzündung. Wenn z. B., wie aus Fig. 8 bei L31 bis L36 ersichtlich ist, ein Maximum der über der Bezugsgröße liegenden Spannungsänderungs- Quotienten während sechs Kurbelumdrehungen jeweils einmal pro Kurbelumdrehung auftritt, entscheidet die ECU, daß an einem Zylinder fünfmal in Folge eine Fehlzündung aufgetreten ist. Wenn, wie aus Fig. 9 bei L37 bis L40 ersichtlich ist, während zweier Kurbelumdrehungen jeweils zweimal pro Kurbelumdrehung über der Bezugsgröße liegende Maxima des Spannungsänderungs- Quotienten auftreten, entscheidet die ECU, daß gleichzeitig an zwei Zylindern eine Fehlzündung auftritt. Wenn also während einer Anzahl von n+1 Kurbelumdrehungen m-mal pro Kurbelum drehung ein über der Bezugsgröße liegendes Maximum der Span nungsänderungs-Quotienten auftritt, entscheidet die ECU, daß bei einer Anzahl von m Zylindern n-mal in Folge eine Fehl zündung auftritt.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen mit den Schritten
Ermitteln eines Sauerstoffgehalts des Abgases (S13), eines Kurbelwinkels (S11) und einer Position eines Zylinders, in der die Zündung erfolgt (S12),
Berechnen von Änderungen der Signalspannung für den Sauer stoffgehalt des Abgases für jeden ermittelten Kurbelwinkel (S14) , wobei die Änderungen eine Mehrzahl von Maxima aufweisen, Vergleichen der Maxima mit einer voreingestellten Bezugs größe (S15), und
Entscheiden anhand der Ergebnisse des Schritts Vergleichen der Maxima (S15), ob im Motor Fehlzündungen auftreten (S16, S17).

2. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 1, wobei entschieden wird, daß im Motor-Fehlzündungen auftreten, wenn ein über der voreingestellten Bezugsgröße lie gendes Maximum zweimal in Folge auftritt.

3. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 1, wobei dieses ferner den Schritt aufweist Feststellen, an welchem Zylinder die Fehlzündung auftritt (S19).

4. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 3, wobei der Schritt Feststellen des Zylinders mit Fehlzündungen (S19) die Schritte aufweist Ermitteln des absoluten Maximums, Ermitteln eines dem absoluten Maximum entsprechenden Kurbelwinkels (S18), und Bestimmen des Zylinders, an dem die Fehlzündung auftritt, anhand einer Relativstellung eines Zylinder-Positionssignals zu dem ermittelten Kurbelwinkel.

5. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 3, wobei dieses ferner den Schritt aufweist Ermitteln einer Anzahl von Fehlzündungen pro Kurbelumdre hung (S30).

6. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 5, wobei dieses ferner den Schritt aufweist Bestimmen eines Typs der Fehlzündung (S31).

7. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 6, wobei entschieden wird, daß bei einer Anzahl von m Zylindern n-mal eine Fehlzündung auftritt, wenn während einer Anzahl von n+1 Kurbelumdrehungen m-mal pro Kurbelumdrehung ein über der Bezugsgröße liegendes Maximum der Spannungsänderungs- Quotienten auftritt.

8. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 1, wobei die Änderung der Signalspannung differenziert wird, so daß sich die Fehlzündung anhand eines Änderungsquo tienten der Signalspannung für den Abgas-Sauerstoffgehalt erkennen läßt.

9. Verfahren zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 8, wobei dieses ferner den Schritt aufweist Bestimmen des Zylinders, an dem Fehlzündungen auftreten (S29), anhand einer Relativstellung eines Referenzsignals des Zylinder-Positionssensors zu einem Punkt, in dem der Änderungs quotient der Signalspannung nach dem absoluten Maximum des Änderungsquotienten Null wird.

10. System zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen mit Mitteln zum Erfassen eines Sauerstoffgehalts des Abgases, eines Kurbelwinkels und einer Zylinderposition, und einer Einrichtung (40) zum Bestimmen von Änderungen der Signalspannung für den Abgas-Sauerstoffgehalt in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, wobei die Änderungen eine Mehrzahl von Maxima aufweisen, zum Vergleichen der Maxima mit einer voreingestell ten Bezugsgröße, und zum Entscheiden anhand der Vergleichser gebnisse, ob Motor-Fehlzündungen auftreten.

11. System zum Erkennen von Motor-Fehlzündungen nach Anspruch 10, wobei die Mittel zum Erfassen eines Sauerstoff gehalts des Abgases, eines Kurbelwinkels und einer Zylinder position einen O₂-Sensor (30) aufweisen, der den Sauerstoff gehalt des Abgases ermittelt, einen Kurbelwinkel-Sensor (10), der den Kurbelwinkel ermittelt, und einen Zylinder-Positions sensor (20), der die Position des Zylinders ermittelt.