DE19913746C2

DE19913746C2 - Verfahren zur Erkennung von abgasverschlechternden und katalysatorschädigenden Aussetzern bei Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19913746C2
Application number: DE19913746A
Authority: DE
Inventors: Erich Eichlinger; Karl-Heinz Ebeling
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: EP1039287A1; ES2282064T3; US6338326B1; DE19913746A1; DE50014208D1; EP1039287B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von abgasverschlechtern den und katalysatorschädigenden Aussetzern bei Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Zuge der On-Board-Diagnose wird von Gesetzgebern vermehrt eine Überwachung des Motors auf Verbrennungsaussetzer gefordert. Solche Verfahren sind allgemein bekannt.

Beispielsweise ist in der DE 40 02 208 A1 ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern bei einem Motor beschrieben, bei dem ein Lambda-Signal einer Lambda-Sonde erfaßt wird. Ferner wird die Amplitude desjenigen Signalanteils bestimmt, der die Frequenz der Nockenwelle auf weist. Sodann werden aufeinanderfolgende Amplitudenwerte gemittelt. Übersteigt der gemittelte Amplitudenwert einen Schwellenwert, wird auf das Vorliegen von Aussetzern geschlossen.

In der WO 92/11522 A1 ist eine Diagnoseeinrichtung zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern in einer Brennkraftmaschine beschrieben. Allge mein wird in dieser Veröffentlichung darauf hingewiesen, daß drei Gruppen von Erkennungsverfahren bekannt sind. Die erste Gruppe betrachtet Pro zeßausgangsgrößen, wie Laufunruhe, Geräusche, Vibrationen oder das Lambda-Sonden-Signal. Die zweite Gruppe von Diagnoseverfahren be trachtet Prozeßeingangsgrößen, wie beispielsweise den Zündstrom oder die Ausgangssignale der Endstufen für die Einspritzventile. Die dritte Gruppe schließlich betrachtet den Prozeß selbst durch eine Druckermittlung im Brennraum.

Allerdings gibt es unterschiedliche Arten von Verbrennungsaussetzern. Bei den Verbrennungsaussetzern wird allgemein zwischen abgasverschlech ternden und katalysatorschädigenden Aussetzern unterschieden.

Die Überwachung von abgasrelevanten Aussetzern soll bei der Überschrei tung eines vorgegebenen Abgasschwellwertes einen Fehler melden. Bei spielsweise kann eine Aussetzerrate für vier Intervalle mit je 1.000 Motorum drehungen ermittelt werden.

Bei noch höheren Aussetzerraten kann es betriebspunktabhängig zu einer Schädigung des Katalysators kommen, wenn dieser von unverbranntem Kraftstoff durchströmt und überhitzt wird. Bei Vorliegen eines solchen Um standes müssen ein Fehler gemeldet und der oder die betreffenden Zylinder abgeschaltet werden. Je nach Betriebsbereich des Motors findet die Aus wertung auf katalysatorschädigende Aussetzer beispielsweise in einem oder mehreren Intervallen zu je 200 Motorumdrehungen statt.

Problematisch bei den obengenannten bekannten Diagnosen von Verbren nungsaussetzern ist die Gleichbehandlung der Aussetzer, egal was sie für Ursachen haben. Es wird also nicht unterschieden, ob die Kraftstoffzufuhr oder aber die Zündung unterbrochen ist oder ob ein anderer Fehler vorliegt. Als Konsequenz wird bei einer Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr sicher heitshalber auf einen katalysatorschädigenden Verbrennungsaussetzer ge schlossen, obwohl eine Schädigung des Katalysators gar nicht oder erst bei einer viel höheren Aussetzerrate auftritt. Eine Fehlermeldung und eine Zylin derabschaltung erfolgt daher verfrüht und wäre noch nicht notwendig.

Aus der DE 40 19 573 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Verbren nungsaussetzern und/oder einer ungleichmäßigen Einspritzung bei Brenn kraftmaschinen bekannt. Dabei wird der Anteil oder Partialdruck des Sauer stoffs im Abgas zur Feststellung von Verbrennungsaussetzern und/oder un gleichmäßiger Einspritzung ausgewertet. Gleichzeitig mit der Feststellung eines Verbrennungsaussetzers durch die Detektion der freien Sauerstoff moleküle im Abgas der Brennkraftmaschine bzw. durch die Verwertung des Partialdruckes des Sauerstoffes im Abgas wird unterschieden, ob es sich um einen Zündungsausfall oder um einen Aussetzer aufgrund einer ungleich mäßigen Einspritzung handelt.

In der Veröffentlichung "Methods of On-Board Misfire Detection", SAE-Paper 900232, 1990, von G. Plapp, M. Klenk und W. Moser wird ein Verfahren be schrieben, bei dem eine Verbrennungsaussetzererkennung entweder über eine Auswertung eines Lambda-Sondensignals oder eine Auswertung einer Drehgeschwindigkeitsabweichung erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge nannten Art anzugeben, mit dem ohne weiteres auf die Aussetzerart bei ei nem erkannten Aussetzer geschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Demgemäß wird die Lambda-Sondenspannung bezogen auf den erkannten Verbrennungsaussetzer ermittelt. In Abhängigkeit von dieser Sondenspan nung wird dann auf die Aussetzerart geschlossen. Zur Erkennung, ob unver brannter Kraftstoff an den Katalysator gelangt, wird demnach die nach dem Katalysator angeordnete Lambda-Sonde herangezogen. Bei Ausfall der Zündung erkennt die Sonde nach dem Katalysator nämlich ein "fettes Ge misch", was sich in einer Spannung über einem bestimmten Grenzwert zeigt. Bei einem Ausfall der Einspritzung wird der Katalysator nicht mit unver branntem Kraftstoff beaufschlagt, so daß das Sondensignal ein "mageres Gemisch" anzeigt. In diesem Fall ist die Spannung kleiner als ein vorgege bener Grenzwert.

Insgesamt dient die Sondenspannung somit als Entscheidungskriterium zur Anzeige der Aussetzerart.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird geprüft, ob die Lambdasondenspannung einen ersten Grenzwert übersteigt. In Abhängigkeit von der Lambdasondenspannung wird dann auf eine Aussetzerart infolge einer Fehlzündung, einer Fehleinspritzung oder eines anderen Fehlers ge schlossen.

Bei einer alternativen Ausführungsart werden zwei Grenzwerte festgelegt. Befindet sich die Sondenspannung überhalb des oberen Grenzwertes, so wird eine fehlerhafte Zündung angenommen. Befindet sich die Sondenspan nung unterhalb des unteren Grenzwertes, so wird eine fehlerhafte Einsprit zung angenommen. Liegt die Sondenspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert, so wird auf einen Verbrennungsaussetzer aufgrund einer anderen Fehlfunktion geschlossen.

Als Lambdasonde kann eine Sprungsonde oder eine Breitbandsonde ver wendet werden.

Da eine Abschaltung eines fehlerhaft funktionierenden Zylinders bei einer bestimmten Aussetzerrate von katalysatorschädigenden Aussetzern erfolgt, kann die Abschaltung genau dann durchgeführt werden, wenn der Kataly sator tatsächlich geschädigt werden würde. Ein Fehlereintrag auf "katalysatorschädigenden Aussetzer" erfolgt damit erst später, verglichen mit herkömmlichen Diagnosevorgängen. Dies ist gesetzlich zulässig, weil eine Katalysatorschädigung ja tatsächlich bei einem abgasverschlechternden Aussetzer nicht gegeben ist. Insgesamt kann eine Abschaltung eines Zylin ders damit hinausgezögert oder unterbunden werden.

Durch eine Abspeicherung der Aussetzer und der Aussetzart in einem Spei cher, insbesondere in einem Speicher eines Diagnosegeräts, läßt sich die Fehlersuche in der Werkstatt erheblich vereinfachen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Auswertung eine Filte rung des Sondensignals denkbar. Alternativ können die Signale auch in ei nem Zeitraum, in dem Aussetzer auftreten, gemittelt werden. Dabei können vorzugsweise auch die Gaslaufzeiten und/oder die Zeiten für das Fluten des Katalysators mit Sauerstoff mitberücksichtigt werden.

Eine einfache Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend und mit Be zug auf die einzige beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Blockablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Gemäß dem Blockablaufdiagramm wird zunächst erkannt, daß Aussetzer in einem oder mehreren Zylindern überhaupt vorliegen (Schritt 10).

Nach dieser prinzipiellen Aussetzererkennung wird die Aussetzarterkennung gestartet (Schritt 12). In einem nächsten Schritt 14 wird zunächst die Sondenspannung der strömungsabwärts dem Katalysator angeordneten Sonde U_S ermittelt.

Im Schritt 16 wird verglichen, ob diese auf die erkannte Zylinderaussetzung bezogene Sondenspannung U_S größer ist, als ein vorgegebener Schwell wert. Vorliegend wird ein Schwellwert von 0,4 V verwendet.

Alternativ können auch zwei Schwellwerte verwendet werden. Beispielsweise deutet bei der Lambda-Sonde von Bosch LSH 25 eine Spannung von 0,6 V und größer auf ein fettes Gemisch, eine Spannung von 0,1 V und kleiner auf ein mageres Gemisch hin.

Entsprechend der Überprüfung der Sondenspannung U_S wird eine Sollrate auf einen Wert 1 in Schritt 18 (nein) und auf einen Wert 2 in Schritt 20 (ja) gesetzt. Die Sollrate gibt an, wann ein Zylinder, bei dem ein Aussetzen er kannt worden ist, abgeschaltet werden muß.

Um Fehler aufgrund von Spannungssignalschwankungen bei der Lambda- Sonde zu vermeiden kann die Sondenspannung auch über mehrere Arbeits spiele des Zylinders gemittelt werden.

Im Schritt 22 wird nun die in einem oder in mehreren Zylindern tatsächlich vorliegende Aussetzerrate mit der in den Schritten 18 bzw. 20 definierten Sollrate verglichen.

Ist die Aussetzerrate in Schritt 22 größer als die Sollrate, so erfolgt eine Ab schaltung des oder der entsprechenden Zylinder und eine Anzeige für den Fahrer (Bezugsziffer 24). Ferner erfolgt eine Abspeicherung der Aussetzer rate und der Aussetzerart in einem Diagnosespeicher (Bezugsziffer 26). Ist die Aussetzerrate in Schritt 22 kleiner als die Sollrate, so erfolgt keine Ab schaltung des Zylinders.

Auf diese Art kann man je nach Aussetzerart (Zündung oder Einspritzung) auf eine andere Grenzaussetzrate umschalten. Bei einem Sondenfehler oder bei einer kalten Sonde wird jedoch immer der kritischere Fall, also ein Zün dungsaussetzer, angenommen.

Die Aussetzung hinsichtlich abgasrelevanter Aussetzer bleibt von dieser vor genannten Auswerteart unberührt. Damit ist die Konformität mit bestehenden Gesetzen sichergestellt. Neben den Fehlerarten "Zündsystem/Verbrennung" bei einer Sondenspannung größer als 0,6 V und Kraftstoffmangel bei einer Sondenspannung U_S von kleiner als 0,1 V kann in einem Zwischenbereich auch eine Fehlerart "unplausibel" angegeben werden.

Insgesamt kann eine Abschaltung eines Zylinders unterbunden werden, wenn diese nicht notwendig ist. Dadurch lassen sich die Gewährleistungsko sten senken, da weniger häufig Bauteile getauscht werden müssen.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von abgasverschlechternden und katalysatorschä digenden Aussetzern bei Verbrennungsmotoren mit einer nach einem Kata lysator angeordneten Lambda-Sonde, bei dem Verbrennungsaussetzer in zumindest einem Zylinder des Verbrennungsmotors erkannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lambda-Sondenspannung bezogen auf den erkannten Verbren nungsaussetzer erfaßt und daß in Abhängigkeit von der Sondenspannung auf die Aussetzerart geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß geprüft wird, ob die Lambda-Sondenspannung einen ersten Grenzwert übersteigt,
daß auf einen Verbrennungsaussetzer aufgrund einer fehlerhaften Zündung geschlossen wird, wenn der erste Grenzwert überschritten ist, und
daß auf einen Verbrennungsaussetzer aufgrund einer fehlerhaften Einsprit zung geschlossen wird, wenn der erste Grenzwert unterschritten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß geprüft wird, ob die Lambda-Sondenspannung einen ersten Grenzwert übersteigt,
daß geprüft wird, ob die Lambda-Sondenspannung einen zweiten Grenzwert unterschreitet,
daß auf einen Verbrennungsaussetzer aufgrund einer fehlerhaften Zündung geschlossen wird, wenn der erste Grenzwert überschritten ist,
daß auf einen Verbrennungsaussetzer aufgrund einer fehlerhaften Einsprit zung geschlossen wird, wenn der zweite Grenzwert unterschritten ist,
und daß auf einen Verbrennungsaussetzer aufgrund einer anderen Fehl funktion geschlossen wird, wenn eine Sondenspannung zwischen dem er sten und dem zweiten Grenzwert vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lambda-Sonde eine Sprungsonde verwendet wird und der erste Grenzwert zwischen 0,1 und 0,6 Volt festgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lambda-Sonde eine Sprungsonde verwendet wird und der erste Grenzwert zwischen 0,4 und 0,8 Volt und der zweite Grenzwert zwischen 0 und 0,2 Volt festgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lambda-Sonde eine Breitbandsonde verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenz-Aussetzerrate, bei der ein Fehler gemeldet und/oder ein oder mehrere Zylinder abgeschaltet werden, in Abhängigkeit von der festge stellten Aussetzart gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussetzer und/oder die Aussetzerart in einem Speicher abgespei chert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Lambda-Sonde vor der Auswertung gefiltert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Lambda-Sonde in dem Zeitraum, in dem ein Aussetzer aufgetreten ist, gemittelt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslaufzeit und/oder die Zeit für das Fluten des Katalysators mit Sauerstoff berücksichtigt wird.