DE19945811A1

DE19945811A1 - Verbrennungsaussetzererkennungsverfahren

Info

Publication number: DE19945811A1
Application number: DE19945811A
Authority: DE
Inventors: Michael Lehner; Heiko Oertel; Andrea Lohmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-03-29
Also published as: US6584834B1; BR0007170B1; GB0115377D0; WO2001023735A1; BR0007170A; GB2362219B; GB2362219A; JP2003510502A

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Verbrennungsmotoren, bei welchem Verfahren ein Maß für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors gebildet wird und mit einem Schwellwert verglichen wird, der von der Last des Verbrennungsmotors abhängig ist, und wobei eine Überschreitung des Schwellwertes als Aussetzer gewertet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, DOLLAR A - daß der Schwellwert zusätzlich zu der Abhängigkeit von der Last auch vom Zündwinkel und/oder vom Lambdawert abhängig ist DOLLAR A - oder daß die Bildung des Maßes für die Laufunruhe auch abhängig vom Zündwinkel und/oder dem Labdawert erfolgt DOLLAR A - und/oder daß die Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung wenigstens vom Zündwinkel und/oder dem Lambdawert abhängt.

Description

Stand der Technik

Aus der DE 196 27 540 ist bereits ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bekannt, bei dem ein Maß für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors gebildet wird und mit einem Schwellwert verglichen wird, der von der Last des Verbrennungsmotors abhängig ist und bei dem eine Überschreitung des Schwellwertes als Aussetzer gewertet wird. Die Last, d. h. im wesentlichen die Füllung des Zylinders mit Luft beeinflußt die Laufunruhe wesentlich. Mit bei steigender Last steigendem Drehmoment steigen die auf die Kurbelwelle wirkenden Beschleunigungskräfte an und bewirken damit eine steigende Laufunruhe.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Verbesserung der Erkennungsqualität der Verbrennungsaussetzererkennung.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Die Lösung berücksichtigt, daß die Laufunruhe des Motors bei regulärer Verbrennung vom Drehmoment des Motors abhängt. Neben der Last, die im wesentlichen durch die Zylinderfüllung mit Luft definiert wird, beeinflußt auch der Zündwinkel und das Kraftstoff/Luftverhältnis der Zylinderfüllung das aus der Verbrennung der Zylinderfüllung resultierende Drehmoment und damit die unter regulären Bedingungen zu erwartende Laufunruhe.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Zündwinkels und/oder des Kraftstoff/Luftverhältnisses der Zylinderfüllung bei der Bestimmung des Schwellwertes oder bei der Bildung eines Maßes für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors und/oder bei der Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung erlaubt einen geringeren Abstand von Schwellwert und Laufunruhewerten unter regulären Bedingungen und damit eine empfindlichere Erkennung von nichtregulären Bedingungen, d. h. insbesondere von Aussetzern.

Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Zündwinkels bei modernen Verbrennungsmotorsteuerungen, die neben der Zylinderfüllung auch den Zündwinkel als Stellgröße zur Realisierung eines geforderten Drehmomentes nutzen.

Im Gegensatz zu anderen Verbrennungsmotorsteuerungen entfällt bei diesen modernen Motorsteuerungen die vergleichsweise starre Kopplung des Zündwinkels an Last und Drehzahl. Die verringerte Abhängigkeit des Zündwinkel von diesen Größen vergrößert seinen selbständigen Einfluß auf das Drehmoment und damit die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung.

Die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt zusätzlich das Drehmoment. Eine weitere Steigerung der Genauigkeit ergibt sich daher durch eine Berücksichtigung der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches.

Bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung sind Betriebszustände denkbar, in denen das gewünschte Moment bei gegebener Luftfüllung und festem optimalen Zündwinkel über die Qualität des Kraftstoff/Luftgemisches, d. h. über dessen Lambdawert eingestellt wird.

In solchen Betriebszuständen ist daher nicht der Zündwinkel sondern die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luftgemisches die entscheidende Größe, die erfindungsgemäß zu berücksichtigen ist.

Von Vorteil ist darüber hinaus eine ergänzende Berücksichtigung des Zustandes einer Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben.

Der Antriebsstrang stellt ein schwingungsfähiges System dar. Je nachdem, ob die Kupplung offen oder geschlossen ist, ergibt sich eine unterschiedliche Auswirkung durch dämpfende oder anregende Einflüsse auf die Laufunruhewerte der Brennkraftmaschine. Dadurch kann der Störabstand, d. h. der Abstand der Laufunruhewerte unter dem Einfluß von Aussetzern von den Laufunruhewerten bei regulärer Verbrennung beeinflußt werden.

Die ergänzende Berücksichtigung des Zustandes der Wandlerüberbrückungskupplung erlaubt auch hier eine Optimierung des Störabstandes.

Die Berücksichtigung des Zündwinkels bei der Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung führt zu einer weiter gesteigerten Zuverlässigkeit der Aussetzererkennung.

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung.

Fig. 2 verdeutlicht das bekannte Prinzip der Bildung von Segmentzeiten als Basis eines Maßes für die Laufunruhe auf der Basis von Drehzahlmessungen.

Die Fig. 3 und 4 offenbaren Flußdiagramme als Ausführungsbsp. des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Winkelge berrad 2, das Markierungen 3 trägt, sowie einen Winkelsensor 4, ein Mittel 5 zur Erfassung der in die Brennkraftmaschine strömenden Luftmenge ml, bspw. ein Heißfilmluftmassenmesser, ein Leistungsstellglied 6, bspw. eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe, eine Zündvorrichtung 7 und ein Steuergerät 8 sowie eine Fehlerlampe 10, einen Abgassensor 9, und ein Mittel FW zur Erfassung des vom Fahrer gewünschten Drehmomentes.

Aus den erfaßten Betriebsdaten und im Steuergerät abgelegten Kennfeldern und Kennlinien läßt sich das Drehmoment mdist des Motors bestimmen. Das Signal des Heißfilmluftmassenmessers liefert ein Signal über die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor strömt. Unter stationären Bedingungen läßt sich daraus durch Division durch die Drehzahl und die Zahl der Zylinder die Luftfüllung rl eines einzelnen Zylinders bestimmen. In einem Kennfeld im Steuergerät ist die Abhängigkeit des Drehmomentes mdist von Füllung rl und Drehzahl n für einen optimalen Zündwinkelwert ZWOPT bei stöchiometrischem Gemisch (Lambda = 1) abgelegt.

Mit den Betriebsdaten rl, N, die aus den Signalen der Sensoren 5 und 4 bestimmt werden, läßt sich somit das Drehmoment mdist prinzipiell bestimmen. Abweichungen des realen Zündwinkels ZW vom Wert ZWOPT und Abweichungen des realen Lambda, das vom Sensor 9 geliefert wird, beeinflussen das Drehmoment. Diese Einflüsse lassen sich durch vorbestimmte Korrekturfaktoren bei der Berechnung von mdist berücksichtigen.

Der optimale Zündwinkel ZWOPT ist ebenfalls in einem Kennfeld in Abhängigkeit von rl und n abgelegt.

Die Drehbewegung des mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelten Winkelgeberrades wird mit Hilfe des als Induktivsensor realisierten Winkelsensors 4 in ein elektrisches Signal umgewandelt, dessen Periodizität ein Abbild des periodischen Vorbeistreichens der Markierungen 3 am Winkelsensor 4 darstellt. Die Zeitdauer zwischen einem Anstieg und einem Abfall des Signalpegels entspricht daher der Zeit, in der sich die Kurbelwelle über einen dem Ausmaß einer Markierung entsprechenden Winkelbereich weitergedreht hat. Diese Zeitdauern werden in dem als Rechner realisierten Steuergerät 5 zu einem Maß Lut für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine weiterverarbeitet.

Ein Beispiel einer Lut-Berechnung wird weiter hinten vorge stellt.

Aus dem Signal des Sensors 4 läßt sich weiterhin die Drehzahl n der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmen. Drehzahl n, angesaugte Luftmenge ml als Maß für die Zylinderfüllung rl der Brennkraftmaschine sowie die Kraftstoff/Luftgemischzusammensetzung Lambda der Zylinderfüllung und der Zündwinkel ZW bestimmen maßgeblich das aus der Verbrennung resultierende Drehmoment.

Zur Einstellung des gewünschten Drehmomentes verarbeitet das Steuergerät die Signale der dargestellten und ggf. noch weiterer Sensoren und formt daraus Ansteuersignale insbesondere zur Füllungssteuerung über das Leistungsstellglied 6 und zur ergänzenden Drehmomenteinstellung über den Zündwinkel ZW, mit dem die Zündvorrichtung angesteuert wird.

Fig. 1b zeigt neben Motor 1 und Steuergerät 8 ein automatische Getriebe 11 mit einem hydraulischen Drehmomentwandler 13, einer Wandlerüberbrückungskupplung 12 und einem Sensor 14 zur Erfassung der Getriebeabtriebsdrehzahl nGA.

Die Wandlerüberbrückungskupplung dient zur mechanischen Überbrückung des hydraulischen Drehmomentwandlers. Im überbrückten Zustand wird der Schlupf des hydraulischen Drehmomentwandlers beseitigt und somit der Wirkungsgrad der Kraftübertragung verbessert. Die Ansteuerung der Wandlerkupplung erfolgt durch das Steuergerät 8 mit einem Signal PWK in Abhängigkeit von Motordrehmoment mdist oder Füllung rl und Getriebeabtriebsdrehzahl nGA. Im folgenden soll PWK = 1 einer geschlossenen Wandlerüberbrückungskupplung entsprechen.

Fig. 2a zeigt eine Einteilung des Winkelgeberrades in vier Segmente, wobei jedes Segment eine vorbestimmte Zahl von Markierungen aufweist. Die Markierung OTk ist demjenigen oberen Totpunkt der Kolbenbewegung des k-ten Zylinders eines in diesem Beispiel achtzylindrigen Verbrennungsmotors zuge ordnet, der im Verbrennungstakt dieses Zylinders liegt. Um diesen Punkt herum ist ein Drehwinkelbereich ϕk definiert, der sich in diesem Beispiel über ein Viertel der Markierun gen des Winkelgeberrades erstreckt. Analog sind den Verbren nungstakten der übrigen Zylinder Winkelbereiche ϕ1 bis ϕ8 zugeordnet, wobei hier vom Viertaktprinzip ausgegangen wird, bei dem sich die Kurbelwelle für einen vollständigen Ar beitszyklus zweimal dreht. Daher entspricht beispielsweise der Bereich ϕ1 des ersten Zylinders dem Bereich ϕ5 des fünf ten Zylinders usw. Die zu einer Kurbelwellenumdrehung zuge hörigen Winkelbereiche können voneinander getrennt sein, sich aneinander anschließen oder auch überlappen. Im ersten Fall gibt es Markierungen, die keinem Winkelbereich zugeord net sind, im zweiten Fall gehört jede Markierung zu genau einem Winkelbereich und im dritten Fall können jeweils die selben Markierungen verschiedenen Winkelbereichen zugeordnet sein. Beliebige Längen und Lagen der Winkelbereiche sind so mit möglich.

In der Fig. 2b sind die Zeiten ts aufgetragen, in denen die Winkelbereiche durch die Drehbewegung der Kurbelwelle über strichen werden. Dabei ist ein Aussetzer im Zylinder k ange nommen. Der mit dem Aussetzer verbundene Drehmomentausfall führt zu einem Anstieg der zugehörigen Zeitspanne ts oder einer nachfolgenden Zeitspanne ts + 1. Die Zeitspannen ts stellen damit bereits ein Maß für die Laufunruhe dar, das prinzipiell zur Erkennung von Aussetzern geeignet ist. Durch eine geeignete Verarbeitung der Zeitspannen ts, insbesondere durch die Bildung von Differenzen benachbarter. Zeitspannen und Normieren dieser Differenzen auf die dritte Potenz der Zeitspanne tsi zu einem Zündtakt mit Index i erhält der Laufunruhewert die Dimension einer Beschleunigung und weist, wie sich empirisch gezeigt hat, ein verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis auf.

Die Laufunruhewerte können auch nach anderen Vorschriften gebildet sein.

Der Ablauf einer Aussetzererkennung ist in der Fig. 3a dargestellt, die ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

Das Ausführungsbeispiel wird zyklisch aus einem übergeordneten Motorsteuerungs- oder Hauptprogramm aufgerufen.

Das Aussetzererkennungsverfahren beginnt mit dem Schritt 3.1, in dem zündungssynchron Segmentzeiten erfaßt und gegebenfalls zu Laufunruhewerten verarbeitet werden.

In dem Schritt 3.2 wird ein Schwellwert LUR aus einem Kennfeld LUR(y) eingelesen. Als Eingangsparameter y des Kennfeldes dient wenigstens der Zündwinkel ZW. Als weitere Eingangsparameter kommen einzeln oder in beliebiger Kombination die Gemischzusammensetzung Lambda, die Füllung rl, die Drehzahl n und der Zustand PWK der Wandlerüberbrückungskupplung in Frage. Dabei wird eine geschlossene Wandlerüberbrückungskupplung (PWK = 1) tendenziell mit einem höheren Schwellwert verknüpft sein. Gleiches gilt für höhere Werte von rl. Abweichungen des Zündwinkels ZW von seinem optimalen Wert führen zu kleineren Drehmomenten. Entsprechend wird der Schwellwert mit zunehmenden Abstand von ZW von ZWOPT sinken. Ähnliches gilt für von Lambda 1 abweichende Lambdawerte.

Nach dem Einlesen des Schwellwertes LUR findet im Schritt 3.3 ein Vergleich des Laufunruhewertes mit dem Schwellwert statt. Ein Kreuzen des Schwellwertes durch einen Laufunruhewert wird im Schritt 3.4 als Aussetzer gewertet. Daran schließt sich ein Schritt 3.5 an, in dem gegebenenfalls, das heißt beispielsweise bei einer bestimmten Häufigkeit des Auftretens von Aussetzern, eine Fehlerlampe MIL eingeschaltet wird.

Die Fig. 3b zeigt eine Alternative zur Änderung des Schwellwertes. Im Rahmen dieser Alternative erfolgt anstelle einer Änderung des Schwellwertes eine Änderung der Laufunruhewerte. Dazu wird in einem Schritt 3.1.1 ein Korrekturwert K aus einem Kennfeld eingelesen und im Schritt 3.1.2 mit unkorrigierten Laufunruhewerten LUT zu einem korrigierten Laufunruhewert LUT2 verknüpft. Die Verknüpfung kann additiv oder multiplikativ sein. Die Korrektur wird bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung (PWK = 1) tendenziell verkleinernd auf die Laufunruhewerte wirken. Dadurch wird die Aussetzererkennung unempfindlicher gegen Triebstrangschwingungen. Gleiches gilt für höhere Werte von rl, die das Drehmoment und damit die Laufunruhe steigern, ohne daß die (unkorrigiert) gestiegene Laufunruhe durch Aussetzer bedingt ist. Abweichungen des Zündwinkels ZW von seinem optimalen Wert führen zu kleineren Drehmomenten. Entsprechend wird die Korrektur in diesem Fall mit zunehmenden Abstand von ZW von ZWOPT vergrößernd wirken. Ähnliches gilt für von Lambda 1 abweichende Lambdawerte.

Der im Schritt 3.2 eingelesene Schwellwert kann bei diesem Ausführungsbsp. konstant sein, so daß sich das in Fig. 3a gezeigte Kennfeld gewissermaßen auf eine Speicherzelle reduziert.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das die Zuverlässigkeit der Aussetzererkennung weiter erhöht.

Fig. 4a zeigt eine durch Werte von Drehmoment mdist und Drehzahl n aufgespanntes Kennfeld, in dem Bereiche A und B unterschieden werden.

Fig. 4b zeigt mit dem Schritt 4.1 eine zusätzliche, der Aussetzererkennung nach Fig. 3 vorgeschaltete Abfrage.

Darin wird überprüft, ob das das aktuelle Wertepaar mdist(ZW), n im Bereich A liegt. Wenn dies bejaht wird, erfolgt die Aussetzererkennung nach Fig. 3. Mit anderen Worten: Die Aussetzererkennung ist aktiviert. Wird die Abfrage dagegen verneint, wird zurück in das Hauptprogramm verzeigt, ohne daß die Aussetzererkennung aktiviert ist.

Durch diesen vom Drehmoment und von der Drehzahl abhängigen Arbeitsbereich A, in dem die Aussetzererkennung aktiv ist, läßt sich die Aussetzererkennung insbesondere in Betriebspunkten mit großer Füllung bei gleichzeitig großem Abstand des Zündwinkels ZW von seinem Optimalwert ZWOPT deaktivieren.

Diese Betriebspunkte werden typischerweise zur Heizung des Katalysators eingestellt. Aufgrund des nicht optimalen Zündzeitpunktes ist der Wirkungsgrad des Motors verschlechtert. Die aufgrund des verschlechterten Wirkungsgrades nicht im Motor freiwerdende Energie der Zylinderfüllung heizt den nachgeschalteten Katalysator auf. Der schlechte Wirkungsgrad wird durch eine erhöhte Füllung kompensiert.

Die erhöhte Füllung allein könnte als Indiz für einen ausreichenden Störabstand interpretiert werden, weil sie in anderen Betriebspunkten mit erhöhtem Drehmoment einhergeht. In den speziellen Betriebspunkten mit verschlechtertem Wirkungsgrad stimmt diese Korrelation jedoch nicht. Das Drehmoment ist aufgrund des kleineren Wirkungsgrades kleiner. Die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Zündwinkel und gegebenfalls auch der Gemischzusammensetzung erlaubt eine verbesserte Ausblendung kritischer Betriebspunkte und damit insgesamt eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Aussetzererkennung.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Verbrennungsmotoren, bei welchem Verfahren ein Maß für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors gebildet wird und mit einem Schwellwert verglichen wird, der von der Last des Verbrennungsmotors abhängig ist, und wobei eine Überschreitung des Schwellwertes als Aussetzer gewertet wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Schwellwert zusätzlich zu der Abhängigkeit von der Last auch vom Zündwinkel und/oder von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches des Verbrennungsmotors abhängig ist
- oder daß die Bildung des Maßes für die Laufunruhe auch abhängig vom Zündwinkel und/oder von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches des Verbrennungsmotors erfolgt
- und/oder daß die Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung wenigstens vom Zündwinkel und/oder von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches des Verbrennungsmotors abhängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung von Last, Zündwinkel und gegebenfalls auch von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches ein Wert mdist für das vom Verbrennungsmotor aufgebrachte Drehmoment bestimmt wird und daß

- der Schwellwert
- oder die Bildung des Maßes für die Laufunruhe abhängig vom Wert mdist für das vom Verbrennungsmotor aufgebrachte Drehmoment erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von

- Drehzahl und Last
- oder Drehzahl, Last und Zündwinkel
- oder Drehzahl, Last, Zündwinkel und Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches bestimmt wird, ob das Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern aktiviert oder deaktiviert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben und vorgeschaltetem hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungskupplung der Schaltzustand der Wandlerüberbrückungskupplung bei

- der Bildung des Schwellwertes
- oder bei der Bildung des Maßes für die Laufunruhe berücksichtigt wird.

5. Elektronische Diagnoseeinrichtung zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Verbrennungsmotoren, mit Mitteln (3, 4, 8) zur Bildung eines Maßes für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors, Mitteln (8) zum Vergleich dieses Maßes mit einem Schwellwert, der von der Last des Verbrennungsmotors abhängig ist, wobei eine Überschreitung des Schwellwertes als Aussetzer gewertet wird, gekennzeichnet durch

- Mittel (8, 9), die den Schwellwert zusätzlich zu der Abhängigkeit von der Last auch vom Zündwinkel und/oder von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches des Verbrennungsmotors abhängig gestalten
- oder durch Mittel (8, 9), welche die Bildung des Maßes für die Laufunruhe auch abhängig vom Zündwinkel und/oder von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches des Verbrennungsmotors gestalten
- und/oder durch Mittel (8, 9), die die Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung wenigstens vom Zündwinkel und/oder von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches des Verbrennungsmotors abhängig gestalten.