DE3724420A1

DE3724420A1 - Method for the protection of an exhaust catalytic converter of a multi-cylinder internal combustion engine with applied ignition

Info

Publication number: DE3724420A1
Application number: DE19873724420
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Dr Vogt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1987-07-23
Filing date: 1987-07-23
Publication date: 1989-02-02

Abstract

In a method for the protection of an exhaust catalytic converter of a multi-cylinder four-stroke internal combustion engine with applied ignition and fuel injection into selected cylinders, a non-firing cylinder is determined by measuring the instantaneous speed of rotation of the crankshaft. Since the increase in the speed of rotation after a non-firing cylinder is lower than after firing cylinders, it can thereby be determined whether a cylinder has fired or not. By assigning ignition pulses to the individual cylinders, it is possible to determine the non-firing cylinder to which no fuel is fed during the succeeding working cycles. This ensures that the exhaust gas does not contain unburnt fuel which can burn in the catalytic converter and damage or destroy it.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz eines Abgaskatalysators einer Mehrzylinder-Brennkraft maschine mit Fremdzündung.The invention relates to a method for protection a catalytic converter of a multi-cylinder internal combustion engine spark ignition machine.

Falls bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Abgas katalysator bei einem oder mehreren Zylindern die Zündung ausfällt, was seine Ursache beispielsweise in einem Neben schluß, abgefallenen Kerzensteckern, schadhaften Zündver teiler und ähnlichem haben kann, enthält das Auspuffgas eine große Menge an nicht verbranntem Kraftstoff. Wenn dieses kraftstoffreiche Abgas in den Katalysator ge langt, verbrennt es dort mehr oder weniger heftig, wo durch eine Zerstörung des Katalysators und im ungünstig sten Fall ein Fahrzeugbrand entstehten kann.In the case of multi-cylinder internal combustion engines with exhaust gas catalyst for one or more cylinders fails what is its cause, for example, in a minor in the end, dropped candle plugs, damaged ignition may have dividers and the like contains the exhaust gas a large amount of unburned fuel. If this fuel-rich exhaust gas into the catalytic converter reaches, it burns more or less violently where by destroying the catalyst and im unfavorable In the best case, a vehicle fire can occur.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es bekannt (DE-OS 25 28 785), die Temperatur des Abgases aus jedem Zylinder zu messen und miteinander bzw. mit einem Referenzwert zu vergleichen und bei einem Zündaussetzer, der sich durch eine niedrige Temperatur des Abgases des betreffenden Zylinders bemerkbar macht, die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder zu unterbrechen. Da zwischen dem Auftreten eines Zündaussetzers und dem Erkennen desselben durch die nied rigere Abgastemperatur eine nicht unbeträchtliche Zeit spanne verstreicht, kann die Kraftstoffabschaltung für den betreffenden Zylinder nicht so schnell erfolgen, daß ein Katalysatorbrand mit Sicherheit vermieden wird. Außer dem ist im Teillastgebiet die Abgastemperatur an sich verhältnismäßig niedrig, so daß eine sichere Erkennung von Zündaussetzern über die Abgastemperatur nicht mit Sicherheit gewährleistet ist. Auch wenn in diesem Be triebsbereich bei einem Zündaussetzer die Menge des in das Auspuffsystem gelangenden und verbrannten Kraft stoffes verhältnismäßig gering ist, kann diese Menge durchaus ausreichen, um einen Katalysatorbrand zu erzeugen.To remedy this, it is known (DE-OS 25 28 785), the temperature of the exhaust gas from each cylinder to measure and with each other or with a reference value compare and with a misfire that is characterized by a low temperature of the exhaust gas of the concerned Cylinder notices the fuel supply to this Interrupt cylinder. Since between the occurrence of a Misfiring and the recognition of the same by the nied higher exhaust gas temperature a not inconsiderable time span elapses, the fuel cutoff for the cylinder in question is not done so quickly that a catalyst fire is definitely avoided. Except this is the exhaust gas temperature itself in the partial load area relatively low, so that reliable detection of misfires over the exhaust gas temperature Security is guaranteed. Even if in this case range of misfiring the amount of power entering and exhausted from the exhaust system This amount can be relatively low sufficient to cause a catalyst fire produce.

Es ist auch bekannt (DE-PS 26 25 971), zum Erkennen von Störungen einzelner Zylinder von Brennkraftmaschinen die IST-Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer daraus ge mittelte konstante Drehzahl durch jeweils ein periodisch erzeugtes Signal zu erfassen und die Phasen der Signale miteinander zu vergleichen, eine ausgewählte Anzahl der nacheinander ermittelten Vergleichswerte nacheinander zu speichern, ständig miteinander zu vergleichen und bei periodisch auftretender gleichsinniger Phasenab weichung der gespeicherten Werte ein Signal zur An steuerung einer Abschalt- oder Warnvorrichtung zu er zeugen. Mit diesem Verfahren ist es jedoch nicht mög lich, den oder die nicht zündenden Zylinder zu ermitteln, sondern es kann nur festgestellt werden, ob bei einem oder mehreren Zylindern Zündaussetzer vorliegen, worauf ein Warnsignal gegeben oder die Brennkraftmaschine abge schaltet wird. In vielen Fällen ist es jedoch aus reichend, nur die Kraftstoffzufuhr zu dem nicht zün denden Zylinder zu unterbrechen.It is also known (DE-PS 26 25 971) for the detection of Malfunctions of individual cylinders of internal combustion engines ACTUAL speed of the internal combustion engine and one of them averaged constant speed by one periodically generated signal to detect and the phases of the signals compare with each other, a selected number of successively determined comparison values to save, constantly compare and with periodically occurring phases in the same direction the stored values a signal to control of a shutdown or warning device to er testify. However, this method is not possible to determine the cylinder or cylinders that do not ignite, it can only be determined whether a or multiple cylinders misfiring, whereupon given a warning signal or abge the internal combustion engine is switched. In many cases, however, it is over sufficient, only the fuel supply to the not on interrupt the cylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem ohne große Verzögerung jeder Zündaussetzer festge stellt und der nicht zündende Zylinder identifiziert und die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder (bezie hungsweise bei mehreren nicht zündenden Zylindern zu diesen Zylindern) unterbrochen wird.The invention has for its object a method to create according to the preamble of claim 1 with the misfire every major misfire and identifies the non-igniting cylinder and the fuel supply to this cylinder (refer with several non-igniting cylinders these cylinders) is interrupted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. This object is achieved by the in the Kenn Character of claim 1 specified features solved.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß durch den Ausfall der Zündung eines Zylinders dieser kein Drehmoment abgibt, die Kurbelwelle also nicht wie ein ordnungsgemäß arbeitender Zylinder beschleunigt, so daß durch Messung der Ungleichförmigkeit der Drehbe wegung der Kurbelwelle ein nicht zündender Zylinder festgestellt werden kann. Bei Brennkraftmaschinen mit Zündauslösung über Kurbelwellensignale, d.h., mit Gebern, die Signale direkt an der Kurbelwelle oder am Schwungrad abgreifen, ist es dann nur nötig, die Zeit von zwei aufeinander folgenden Kurbelwellen- Signale zu messen und mit der Zündung zu korrelieren, um zu erkennen, welcher Zylinder im Verbrennungstakt kein Drehmoment abgegeben hat.The invention is based on the finding that by the failure of the ignition of a cylinder this gives no torque, so the crankshaft does not like a properly working cylinder accelerates, so that by measuring the non-uniformity of the Drehbe movement of the crankshaft is a non-igniting cylinder can be determined. With internal combustion engines with Ignition triggered via crankshaft signals, i.e. with Encoders, the signals directly on the crankshaft or on the flywheel, it is then only necessary to Time of two successive crankshaft Measure signals and correlate with the ignition, to recognize which cylinder in the combustion stroke has not given any torque.

Es ist auch möglich, eine Zylindergruppe oder bei V-Brennkraftmaschine eine Zylinderbank, welcher der nicht zündende Zylinder angehört, durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr abzuschalten. Diese Abschaltung kann gegebenenfalls erst nach einer Verzögerungszeit einsetzen, um beispielsweise Überholvorgänge ab schließen zu können.It is also possible to add a cylinder group or V internal combustion engine a cylinder bank, which is the non-igniting cylinder listened to by interruption switch off the fuel supply. This shutdown can possibly only after a delay time use, for example, from overtaking to be able to close.

Die Drehgeschwindigkeitsmessung muß mit genügend hoher zeitlicher Auflösung erfolgen, um einen einwandfreien Signalverlauf zu erhalten. Sie sollte jedoch nicht zu hoch sein, um die Auswertung des Signals nicht durch überlagerte Drehschwingungen und dergleichen zu er schweren.The rotational speed measurement must be sufficiently high temporal dissolution take place to a flawless Get waveform. However, you shouldn't be high to avoid the evaluation of the signal superimposed torsional vibrations and the like to it heavy.

Es ist vorteilhaft, die Drehgeschwindigkeitsmessungen zeitlich so zu legen, daß die Maxima und Minima zu verlässig getroffen werden. It is advantageous to take the rotational speed measurements to be timed so that the maxima and minima increase be taken reliably.

Zur Erkennung von Störungen kann über mehrere Arbeits spiele ein gemitteltes Drehgeschwindigkeitsmuster er stellt und beispielsweise darauf untersucht werden, ob bei einem oder mehreren Zylindern unzulässig hohe Spitze- Spitze-Abweichungen vom Mittelwert auftreten. Zum Er kennen eines Zündaussetzers kann eine Messung Spitze- Spitze (d.h. eine Messung Maximum-Minimum) der Winkel geschwindigkeit der Kurbelwelle pro Zylinder vorteil hafter sein als nur die Betrachtung der reinen Spitze werte, also nur der Maxima, weil damit dynamische Änderungen der Motorbetriebsparameter leichter berück sichtigt werden können. Gleichermaßen kann auch die maximale Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle für jeden Zylinder in Relation zum Mittelwert gesetzt werden. Das gleiche gilt auch für entsprechende Be schleunigungswerte der Kurbelwelle.To detect malfunctions can work over several play an average speed pattern and are examined, for example, to determine whether impermissibly high peak in one or more cylinders Peak deviations from the mean occur. To the Er know a misfire can measure a peak Peak (i.e. a measurement maximum-minimum) of the angle speed of the crankshaft per cylinder advantage be more serious than just looking at the pure tip values, i.e. only the maxima, because they are dynamic Changes in engine operating parameters are more easily taken into account can be viewed. Likewise, the maximum crankshaft angular velocity for set each cylinder in relation to the mean will. The same applies to the corresponding Be acceleration values of the crankshaft.

Dadurch, daß der Beginn der Messung der Momentandrehzahl von einem Referenzsignal getriggert wird, das nur jede zweite Kurbelwellen-Umdrehung (= ein Arbeitsspiel bei Viertakt) erscheint, ist die Zuordnung jedes Zündimpulses und jedes Einspritzimpulses zu einem bestimmten Zylinder möglich. Dadurch, daß die Momentandrehzahl während zweier Kurbelwellenumdrehungen mindestens doppelt so oft ge messen wird, wie der Anzahl der Zylinder entspricht, kann die Zunahme der Momentandrehzahl der Kurbelwelle nach erfolgreicher Energieumsetzung in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine festgestellt werden. Durch Bil dung des Mittelwerts über einige Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine ist es möglich, zyklische Drehzahl schwankungen von durch Zündaussetzer bewirkten Dreh zahlschwankungen zu unterscheiden. Wenn das Maximum des gemittelten Momentan-Drehzahlverlaufs oder der Spitze-Spitze-Wert nach einem Zündimpuls deutlich niedriger ist als das Maximum nach anderen Zündimpulsen, so ist dies ein deutliches Indiz dafür, daß dieser Zünd impuls keine Zündung zur Folge hatte. Da durch die vor hergehenden Schritte festgestellt werden kann, welchem Zylinder welcher Zündimpuls zuzuordnen ist, kann somit der nicht zündende Zylinder ermittelt und die Kraft stoffzufuhr zu diesem Zylinder unterbrochen werden, was bei Einspritzanlagen mit einem elektromagnetischen Ein spritzventil für jeden Zylinder durch Abschalten des entsprechenden Einspritzventils oder bei anderen An lagen durch Betätigung eines in der Kraftstoffleitung zu dem betreffenden Zylinder angeordneten elektro magnetischen Absperrventils erfolgen kann.Because the beginning of the measurement of the instantaneous speed is triggered by a reference signal that only each second crankshaft revolution (= one cycle at Four stroke) appears, is the assignment of each ignition pulse and each injection pulse to a particular cylinder possible. Because the instantaneous speed during two Crankshaft revs at least twice as often will measure how the number of cylinders corresponds, can increase the instantaneous speed of the crankshaft after successful energy conversion in each cylinder the internal combustion engine can be determined. By bil averaging over a few work cycles of the Internal combustion engine it is possible to cyclical speed Fluctuations in rotation caused by misfiring distinguish between fluctuations in numbers. If the maximum the averaged instantaneous speed curve or Peak-to-peak value clearly after an ignition pulse is lower than the maximum after other firing pulses, so this is a clear indication that this ignition had no ignition. Because through the front steps can be determined, which Cylinder which ignition pulse can be assigned can thus the non-igniting cylinder determines and the force supply to this cylinder be interrupted what for injection systems with an electromagnetic input spray valve for each cylinder by switching off the corresponding injector or other type were in the fuel line by pressing one arranged electro to the cylinder in question magnetic shut-off valve can be done.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is as follows described with reference to the drawings. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektro nischen Zündungs- und Kraftstoffeinspritz anlage, Fig. 1 a plant a schematic representation of electro African ignition and fuel injection,

Fig. 2 eine Tabelle, aus der die Mittelwertbildung der Momentandrehzahl im Rechner der Anlage von Fig. 1 hervorgeht, Fig. 2 is a table from which the average value of the instantaneous speed in the computer 1 of the system of FIG. Attesting

Fig. 3 ein Schaubild, welches die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Anlage hinsichtlich der Steuerung der Zündung und der Kraftstoffein spritzung und der Ermittlung des Momentandreh zahlverlaufes zeigt, und Fig. 3 is a diagram showing the operation of the system shown in Fig. 1 with respect to the control of the ignition and the injection Spritzein and the determination of the instantaneous speed curve, and

Fig. 4 den Programmablauf des Rechners der Anlage von Fig. 1 hinsichtlich der Ermittlung des Momentan drehzahlverlaufs und daraus resultierender Er kennung eines nicht zündenden Zylinders. Fig. 4 shows the program flow of the computer of the system of Fig. 1 with respect to the determination of the current speed curve and the resulting detection of a non-igniting cylinder.

In Fig. 1 ist mit 1 die Kurbelwelle einer Viertakt-Brenn kraftmaschine bezeichnet, die über einen Zahnriemen 2 eine Nockenwelle 3 mit halber Kurbelwellendrehzahl an treibt. Auf der Kurbelwelle 1 ist ein Zahnrad 4 ange bracht, dessen Zähne i, i + 1, i + 2 . . . i + z als Signalgeber mit einem ersten Sensor 5 zusammenwirken. Ein von der Nockenwelle 3 angetriebenes bzw. mit Nockenwellen drehzahl umlaufendes Bauteil, beispielsweise der Zünd verteiler oder das Nockenwellenrad 6, trägt eine Mar kierung 7, die mit einem zweiten Sensor 8 zusammenwirkt. Der Sensor 5 mißt die Zeitspanne von Zahn zu Zahn, also vom Zahn i zum i + 1, vom Zahn i + 1 zum Zahn i + 2 usw. (oder die Zeit zwischen mehreren Zähnen, beispielsweise zwischen jedem fünften Zahn) und führt ein entsprechendes Zeit signal einem Rechner 9 zu. Der zweite Sensor 8 erhält von der Markierung 7 nach jeder Umdrehung der Nocken welle 3, also nach jeder zweiten Umdrehung der Kurbel welle 1, ein Signal, das ebenfalls dem Rechner 9 zu geführt wird. Der Rechner 9 ermittelt, welcher Zylinder einen Einspritzimpuls und einen Zündimpuls zu erhalten hat und überträgt entsprechende Signale an eine elek tronische Einspritzvorrichtung 10 und eine elektro nische Zündvorrichtung 11.In Fig. 1, 1 denotes the crankshaft of a four-stroke internal combustion engine, which drives a camshaft 3 at half the crankshaft speed via a toothed belt 2 . On the crankshaft 1 , a gear 4 is introduced , the teeth i , i + 1, i + 2. . . i + z interact as a signal generator with a first sensor 5 . A driven by the camshaft 3 or rotating with camshaft speed component, for example the distributor or the camshaft gear 6 , carries a mark 7 , which cooperates with a second sensor 8 . The sensor 5 measures the time span from tooth to tooth, i.e. from tooth i to i + 1, from tooth i + 1 to tooth i + 2 etc. (or the time between several teeth, for example between every fifth tooth) and carries out a corresponding one Time signal to a computer 9 . The second sensor 8 receives from the mark 7 after each revolution of the cam shaft 3 , that is after every second revolution of the crank shaft 1 , a signal which is also fed to the computer 9 . The computer 9 determines which cylinder has to receive an injection pulse and an ignition pulse and transmits corresponding signals to an electronic injection device 10 and an electronic ignition device 11 .

Im Rechner 9 werden die Zeitabstände zwischen benach barten Zähnen in Momentan-Drehzahlwerte umgerechnet und diese Werte in einem saldierenden Speicher gespeichert, der den Mittelwert der Momentandrehzahl der Kurbelwelle während zweier Kurbelwellenumdrehungen mindestens doppelt so oft wie der Anzahl der Zylinder entspricht, ermittelt. Dadurch läßt sich eindeutig ein nicht zündender Zylinder feststellen. In the computer 9 , the time intervals between neighboring teeth are converted into instantaneous speed values and these values are stored in a balancing memory which corresponds to the mean of the instantaneous speed of the crankshaft during two crankshaft revolutions at least twice as often as the number of cylinders. This clearly shows a non-igniting cylinder.

In Fig. 3 ist die Arbeitsweise des Rechners 9 zur Zylindererkennung angegeben, und zwar für eine Fünf- Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine. Das Signal A ist das Signal, das von dem Sensor 8 abgegeben wird und nur einmal während zweier Kurbelwellenumdrehungen er folgt. Der Abstand zwischen aufeinander folgenden Signalen A beträgt also 720°KW. Die Signale B werden von einer Bezugsmarke auf dem Kurbelwellenrad 4 er zeugt und erscheinen bei Fünf-Zylinder-Brennkraft maschinen in einem Abstand von 144°KW. Sie werden ebenso wie die Signale C, die von den Zähnen i des Zahnrades 4 ausgelöst werden, von dem Sensor 5 auf genommen. In Fig. 3 ist die Zündfolge und die sequen tielle Einspritzung für die Zylinder dargestellt, so wie der Momentandrehzahlverlauf, der in der vorher beschriebenen Weise in dem Rechner 9 ermittelt wird. Es ist ersichtlich, daß an der Stelle Z der Drehzahl anstieg nach einem Zündimpuls wesentlich geringer ist als nach den anderen Zündimpulsen, so daß geschlossen werden kann, daß der Zylinder, der unmittelbar vor dem Punkt Z einen Zündimpuls erhalten hatte, nicht gezündet hat. In Fig. 3 ist dies, wie ersichtlich, der Zylinder 4. Diese Feststellung wird verifiziert durch Beobachtung des Verlaufs der Momentandrehzahl über eine Anzahl von Arbeitsspielen, beispielsweise drei bis fünf. Wenn immer für den gleichen Zylinder nach einem Zündimpuls ein geringerer Drehzahlanstieg festgestellt wird, so ist sicher, daß dieser Zylinder nicht zündet. Für die sen Zylinder, im Beispiel dem Zylinder 4, wird bei den folgenden Arbeitsspielen kein Kraftstoff zuge führt, also der entsprechende Einspritzimpuls ausge blendet und gleichzeitig eine Fehlerleuchte aktiviert. In Fig. 3, the operation of the computer 9 for cylinder detection is given, namely for a five-cylinder four-stroke internal combustion engine. The signal A is the signal that is emitted by the sensor 8 and it follows only once during two crankshaft revolutions. The distance between successive signals A is therefore 720 ° KW. The signals B are generated by a reference mark on the crankshaft wheel 4 and appear in five-cylinder internal combustion engines at a distance of 144 ° KW. Like the signals C , which are triggered by the teeth i of the gear 4 , they are picked up by the sensor 5 . In Fig. 3, the firing order and the sequential injection for the cylinder is shown, as is the instantaneous speed curve, which is determined in the manner described above in the computer 9 . It can be seen that at point Z the speed increase after one ignition pulse is significantly less than after the other ignition pulses, so that it can be concluded that the cylinder, which had received an ignition pulse immediately before point Z , did not ignite. In FIG. 3, as can be seen, this is the cylinder 4 . This determination is verified by observing the course of the instantaneous speed over a number of work cycles, for example three to five. If a lower speed increase is always found for the same cylinder after an ignition pulse, it is certain that this cylinder does not ignite. For these cylinders, in the example cylinder 4 , no fuel is supplied in the following working cycles, i.e. the corresponding injection pulse is faded out and an error lamp is activated at the same time.

Die Arbeitsweise des Rechners 9 hinsichtlich der Mittel wertbildung der Momentandrehzahl und der Auswertung zwecks Ermittlung eines nicht zündenden Zylinders ist in Fig. 4 dargestellt.The operation of the computer 9 with respect to the averaging of the instantaneous speed and the evaluation for determining a non-igniting cylinder is shown in Fig. 4.

Claims

A method of protecting an exhaust gas catalytic converter of a multi-cylinder four-stroke internal combustion engine with spark ignition and fuel injection, in which any ignition misfires are found and the fuel supply to the cylinder or cylinders concerned is interrupted, characterized in that

a) triggered by a reference signal that appears only every second crankshaft revolution, the instantaneous speed of the internal combustion engine during two crankshaft revolutions is at least twice as often as the number of cylinders,
b) the average of the instantaneous speed (average speed curve) is determined over a few work cycles of the internal combustion engine, then
c) it is determined whether the maximum or the peak-to-peak value of the averaged speed curve after one ignition pulse is significantly lower than the maximum after other ignition pulses, and
d) in the case of a significantly lower maximum, the fuel supply to the cylinder ignited immediately before the occurrence of this maximum is interrupted.