DE4003752A1

DE4003752A1 - Verfahren zum zuordnen von verbrennungsfehlern zu einem zylinder einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4003752A1
Application number: DE4003752A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Wild
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1991-08-14
Also published as: JPH04505490A; WO1991012422A1; KR920701640A; EP0466849A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuordnen von Verbren nungsfehlern zu einem Zylinder einer Brennkraftmaschine. Der artige Verfahren sind von Interesse, weil sie es ermöglichen, gezielt die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder zu unterbrechen, der fehlerhaft arbeitet. Dadurch wird vermieden, daß unverbrann tes Gemisch ausgestoßen wird. Unverbranntes Gemisch verbrennt im Katalysator, der heutzutage üblicherweise zu einer Brennkraft maschine gehört. Solches Nachverbrennen führt leicht zum Zerstö ren des Katalysators durch Überhitzung. In Einzelfällen kommt es auch zu Fahrzeugbränden. Verbrennungsfehler sind insbesondere Verbrennungsaussetzer. Hier werden darunter aber auch Fehler verstanden, gemäß denen schlechte Verbrennungsqualität durch fehlerhafte Kraftstoffzumessung hervorgerufen ist, insbesondere durch ein leckes Einspritzventil.

Stand der Technik

Sehr sicher lassen sich Verbrennungsfehler erkennen, wenn unmittelbar der Verbrennungsvorgang in jedem Zylinder mit Hilfe eines Sensors, z. B. eines Licht- oder eines Drucksensors, über wacht wird. Derartige Sensoren sind jedoch sehr teuer, was nach teilig für den praktischen Einsatz der zugehörigen Verfahren ist. Ein ähnlicher Nachteil gilt für Verfahren, die versuchen, Zünd aussetzer zu erkennen. Auch hierzu sind spezielle induktiv arbei tende Sensoren erforderlich, die ermitteln, ob ein Zündstrom in einem jeweiligen Zündkabel fließt. Zusätzlich von Nachteil ist bei derartigen Verfahren, daß sie Verbrennungsaussetzer nicht zu erkennen vermögen, die auf einem anderen Fehler als einem Zündfehler beruhen.

Weniger kostenaufwendig sind Verfahren, die mit einfacheren Sen soren auskommen und noch dazuhin mit jeweils nur einem Sensor für jedes Abgasrohr, in dem das Abgas von mehreren Abgaskrümmern ge sammelt wird. Es handelt sich um Verfahren, die Temperatur- oder Druckschwankungen ermitteln. Diese Verfahren arbeiten schon in der reinen Aussetzererkennung nicht allzu zuverlässig. Noch un zuverlässiger sind Auswertungsergebnisse, wenn es darum geht, Verbrennungsaussetzer einem Zylinder konkret zuzuordnen.

Es besteht seit langem das Problem, ein Verfahren zum Zuordnen von Verbrennungsaussetzern für einen Zylinder einer Brennkraft maschine anzugeben, das zuverlässig arbeitet und das ohne spe ziell für das Verfahren erforderliche Sensoren auskommt.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zuordnen von Verbrennungs fehlern zu einem Zylinder ist bei Brennkraftmaschinen anwendbar, die mindestens ein Abgasrohr zwischen einer Abgaskrümmer-Sammel stelle und einer Lambdasonde aufweisen. Es zeichnet sich dadurch aus, daß

a) für jeden Ausstoßtakt eines Zylinders das von Last und Dreh zahl beim Ansaugvorgang abhängige Abgasvolumen bestimmt wird,
b) dann, wenn ein Zylinder Abgas ausstößt, angenommen wird, daß das berechnete Abgasvolumen an der Sammelstelle vom zugehöri gen Krümmer in das Abgasrohr eintritt,
c) die im Abgasrohr an der Sammelstelle eingetretenen Volumina so lange aufsummiert werden, bis dasjenige Volumen erreicht oder gerade überschritten ist, das dem Abgasrohrvolumen zwi schen der Sammelstelle und der Sonde entspricht,
d) mit Hilfe der Zylinder zugeordneten Reihenfolge der in das Abgasrohr eingetretenen Abgasvolumina festgestellt wird, zu welchem Zylinder dasjenige Volumen gehört, für das die vor stehend genannte Summenbedingung gerade erfüllt ist,
e) das von der Lambdasonde abgegebene Signal ausgewertet wird,
f) und dann, wenn das Sondensignal eine Abweichung um mehr als einen Schwellenwert vom Lambdamittelwert anzeigt, der diese Abweichung verursachende Fehler demjenigen Zylinder zugeord net wird, dessen Abgas gemäß der Feststellung von Schritt d gerade an der Sonde vorbeiströmt.

Es wird darauf hingewiesen, daß die genannten Verfahrensschritte nicht notwendigerweise in der vorstehend gewählten Reihenfolge ausgeführt werden müssen. So können insbesondere die Schritte c und d nur ausgeführt werden, wenn sich beim Auswerten des Sig nals von der Lambdasonde zeigt, daß eine stärkere Lambdaabweichung vorliegt. Um in diesem Fall Schritt c ausführen zu können, müs sen aber die Volumenwerte von ins Abgasrohr eingetretenen Abgas mengen abgespeichert werden, damit sie zum Summieren zur Verfü gung stehen. Es reicht hierbei aus, die Werte immer für so viele Volumina zu speichern, wie maximal, nämlich bei niedrigster Ab gastemperatur, im Abgasrohrvolumen zwischen Sammelstelle und Lambdasonde Platz finden.

Vorteilhafterweise erfolgt das Bestimmen des Abgasvolumens gemäß Schritt a mit Hilfe einer Tabelle, da diese Vorgehensweise schneller ist, als wenn das Volumen mit Hilfe eines arithmeti schen Zusammenhangs zwischen jeweiliger Last und Drehzahl beim Ansaugvorgang berechnet wird.

Es existiert eine ganze Anzahl von Motortypen, die mehrere Ab gasrohre, insbesondere zwei, zwischen jeweils einer Sammelstelle und einer Lambdasonde aufweisen. Typischerweise ist dies bei Sechs-Zylinder-Motoren mit zwei Zylinderbänken der Fall. Die Krümmer von den jeweils drei Zylindern einer Bank münden in je weils einer Sammelstelle in ein Abgasrohr (Hosenrohr). Die bei den Abgasrohre werden dann zu einem gemeinsamen Hauptabgasrohr zusammengeführt. Kurz vor dem Einmünden jedes Abgasrohrs ins Hauptabgasrohr sitzt jeweils eine Lambdasonde. Bei derartigen Brennkraftmaschinen mit mehreren Abgasrohren zwischen jeweils einer Sammelstelle und jeweils einer Lambdasonde für jedes der Abgasrohre ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren für jedes Abgasrohr gesondert auszuführen.

Dadurch, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Signal der Lambdasonde arbeitet, kann es nicht nur Verbrennungsaussetzer einem Zylinder zuordnen, sondern auch weitere Fehler der ein gangs erläuterten Art.

Zeichnung

Fig. 1 schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit vier Auslaßkrümmern und einem Abgasrohr, in das Abgasvolumina eingezeichnet sind;

Fig. 2 Tabelle zum Veranschaulichen der Zusammenhänge zwischen der fortlaufenden Nummer eines Abgasvolumens im Abgas rohr, der zugehörigen Zylindernummer, dem zugehörigen Volumen und der zugehörigen Summe von Volumina; und

Fig. 3 schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Abgasrohren zwischen jeweils einer Abgaskrümmer-Sammel stelle und einer Lambdasonde.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 lediglich als recht eckiger Block dargestellt, der vier Zylinder 1-4 aufweist, die jeweils durch einen Kreis symbolisiert sind. Von jedem Zylinder führt ein Abgaskrümmer 11.1-11.4 zu einem Abgasrohr 12. Die Mündungsstelle der Abgaskrümmer 11.1-11.4 ins Abgasrohr 12 wird im folgenden als Sammelstelle 13 bezeichnet. Stromab von der Sammelstelle 13 ragt eine Lambdasonde 14 in das Abgasrohr 12. Für das Folgende ist der Abschnitt des Abgasrohres zwischen Sam melstelle 13 und Lambdasonde 14 von Bedeutung.

Es sei angenommen, daß in der Brennkraftmaschine 10 der Zylin der 1 in solcher Weise fehlerhaft arbeitet, daß er Verbrennungs aussetzer aufweist. Das von ihm ausgestoßene Abgasvolumen ent hält dann einen höheren Sauerstoffanteil als diejenigen Abgas volumina, die von den anderen Zylindern ausgestoßen werden. Der hohe Sauerstoff führt an der Lambdasonde 14 zu einem Spannungs abfall, der einen Schwellenwert gegenüber dem Lambdaspannungs mittelwert unterschreitet. Wünschenswert ist es, feststellen zu können, zu welchem Zylinder dasjenige Abgasvolumen gehört, das an der Lambdasonde 14 einen Spannungseinbruch hervorruft. Wie dies festgestellt werden kann, wird nun näher erläutert.

Mit jedem Ausstoßtakt eines Zylinders tritt ein bestimmtes Ab gasvolumen in den zugehörigen Abgaskrümmer ein. Wenn im gesam ten Abgassystem derselbe Druck herrscht, was für das Folgende durchweg angenommen wird, tritt genau dasselbe Volumen an der Sammelstelle 13 in das Abgasrohr 12 ein, das von einem Zylinder jeweils ausgestoßen wird, und zwar unabhängig davon, wie lange ein jeweiliger der Abgaskrümmer 11.1-11.4 ist. Durch das Abgas rohr strömen somit aufeinanderfolgende Abgasvolumina von den ein zelnen Zylindern. Die zylinderzugeordnete Folge der Volumina ent spricht genau der Zündfolge der Zylinder. Beim Ausführungsbei spiel handelt es sich um einen Motor mit der Zündfolge 1-3-4-2. In dieser Reihenfolge strömen die einzelnen Volumina an der Lambdasonde 14 vorüber.

Der Volumenwert eines jeden Abgasvolumens oder Abgaspaketes von einem Zylinder hängt von der angesaugten Luftmasse und der Ab gastemperatur ab. Die angesaugte Luftmasse ist bei Brennkraft maschinen, die eine Lambdasonde aufweisen, bekannt, da es sich um diejenige Größe handelt, zu der Kraftstoff gerade in solcher Menge zugemessen werden muß, daß sich ein gewünschter Lambda wert einstellt. Die Abgastemperatur wiederum kann aus Last und Drehzahl bestimmt werden, ebenfalls Größen, die bei Verfahren zur Lambdaregelung zur Verfügung stehen. Beim Ausführungsbei spiel wurden die Volumenwerte für einzelne Abgaspakete für stationäre Betriebszustände abhängig von Drehzahl und Last be stimmt und in eine Tabelle eingeschrieben. Aus dieser Tabelle wurden bei Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens Volumen werte, wiederum abhängig von Drehzahl und Last, ausgelesen. Für das Ausführungsbeispiel ergab sich, daß zwischen der Sammelstel le 13 und der Abgassonde 14 maximal 12 Abgaspakete Platz finden, nämlich im Leerlauf, wo jedes Abgaspaket minimales Volumen auf weist. Bei Vollast finden nur etwa 5 bis 6 Abgaspakete Platz zwischen der Sammelstelle und der Sonde.

Die Tabelle gemäß Fig. 2 enthält Daten zu insgesamt 12 Abgas volumina oder Abgaspaketen. Dies, weil, wie soeben angemerkt, maximal 12 Pakete zwischen der Sammelstelle 13 und der Sonde 14 Platz finden. Bei dem durch Fig. 1 veranschaulichten Betriebszu stand, der der Tabelle gemäß Fig. 2 zugrunde liegt, befinden sich jedoch nur 7 Pakete im Abgasrohr 12 zwischen der Sammel stelle und der Lambdasonde. An der Sonde selbst strömt gerade ein Abgasvolumen vom Zylinder 1 vorbei. Es ist dies die fort laufende Volumennummer 7. In Richtung zur Sammelstelle 13 folgen die anderen Abgasvolumina entsprechend der Zündfolge 1-3-4-2. Soeben eingetreten ist in das Abgasrohr 12 ein Volumen, das dem jenigen Volumen entspricht, das der Zylinder mit der Nummer 4 gerade ausgestoßen hat. Wie groß dieses Volumen ist, wird mit Hilfe der obengenannten Volumentabelle bestimmt, und zwar mit Hilfe von Werten von Last und Drehzahl, die für den zugehörigen Ansaugvorgang galten. In der Tabelle gemäß Fig. 2 hat dieses Vo lumen den Wert 42. Dieses Volumen ist auf das Gesamtvolumen des Abgasrohrs 12 zwischen Sammelstelle 13 und Lambdasonde 14 nor miert, welches Volumen seinerseits auf den Wert 2⁸ = 256 gesetzt ist. Aus den Summen der Volumina, die in der Tabelle gemäß Fig. 2 ganz rechts aufgelistet sind, ist erkennbar, daß für die ersten sechs Volumina die Volumensumme 256 noch nicht erreicht ist, je doch diese Zahl unter Einschluß des siebten Volumens gerade über schritten ist. Die Summe unter Einschluß des siebten Volumens ist nämlich 270. Diese setzt sich aus den Volumina 42, 41, 40, 39, 36, 36, 36 zusammen. Der Motor lief also zunächst in einem stationären Zustand (Volumina 36), woraufhin die Last erhöht wurde (zunehmende Volumina 39, 40, 41, 42).

Um mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren Verbrennungsaus setzer konkret einem Zylinder zuordnen zu können, muß dauernd aus Last und Drehzahl bestimmt werden, welches Abgasvolumen ein jeweiliger Zylinder ausstoßen wird. Die einzelnen Volumenwerte müssen für mindestens so viele Zylinder dauernd abgespeichert werden, daß auch bei niederer Drehzahl und Last so viele Werte zur Verfügung stehen, daß sie zusammen mindestens dasjenige Vo lumen des Abgasrohres 12 ergeben, das zwischen der Sammelstelle 13 und der Sonde 14 liegt. Das Aufsummieren der Volumina kann laufend erfolgen oder auch erst dann, wenn die Lambdasonde 14 aufgrund eines hohen Sauerstoffanteils im Abgas einen Aussetzer anzeigt. Es strömt dann gerade Abgas von demjenigen Zylinder an der Lambdasonde 14 vorbei, der die Summe der Volumina auf einen Wert auffüllt, der dem Volumen des Abgasrohres 12 zwischen der Sammelstelle 13 und der Sonde 14 entspricht.

Wie weiter oben angegeben, werden die Abgasvolumina für jeden einzelnen Zylinder aus einer Tabelle bestimmt, die aufgrund von Messungen bei stationärem Betrieb einer Brennkraftmaschine ge wonnen wurden. Nun ist es jedoch so, daß bei plötzlicher Last erhöhung das aus einem Zylinder ausgestoßene Abgas im Abgasrohr 12 etwas stärker abkühlen wird, als dies im stationären Fall bei höherer Last der Fall ist. Umgekehrt wird bei plötzlicher Last erniedrigung das ausgestoßene Abgas noch etwas weiter erwärmt, da das Abgassystem vom zuvor erfolgten Betrieb unter höherer Last noch stark erwärmt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die dadurch bedingten Volumenänderungen bei üblichen Brenn kraftmaschinen keine erheblichen Fehler bringen. Hierbei ist ins besondere zu beachten, daß bei allen Arten von Verfahren zum Zu ordnen von Verbrennungsaussetzern nicht ein einzelnes Meßergeb nis als ausreichend angesehen wird, um die Zuordnung vorzuneh men, sondern die Meßergebnisse werden auf irgendeine Art gemit telt, z. B. dadurch, daß festgestellt wird, wie oft innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Zündungen ein Zündaussetzer für einen bestimmten Zylinder erkannt wird. Dadurch wirken sich ein zelne Meßfehler nicht aus.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylin derblöcken 10.1 und 10.2 und zwei jeweils zugehörigen Abgasroh ren 12.1 und 12.2, die an einer jeweiligen von zwei Sammelstel len 13.1 bzw. 13.2 beginnen und die gemeinsam in ein Hauptab gasrohr 15 münden. Kurz vor der Mündungsstelle ist in jedes der beiden Abgasrohre 12.1 und 12.2 jeweils eine Lambdasonde 14.1 bzw. 14.2 eingesetzt. Für jedes der beiden Abgasrohre 12.1 und 12.2 wird gesondert ein Verfahren durchgeführt, wie es anhand der Fig. 1 und 2 für das Abgasrohr 12 zwischen der Sammelstelle 13 und der Lambdasonde 14 erläutert wurde.

Das beschriebene Verfahren erlaubt ein sicheres Zuordnen von Verbrennungsaussetzern zu einem Zylinder, ohne daß ein besonderer Sensor erforderlich wäre. Dadurch, daß einzelne Volumina aufsum miert werden, die jeweils abhängig von Last und Drehzahl beim Ansaugvorgang bestimmt werden, liefert das Verfahren auch bei Instationärübergängen zuverlässige Aussagen.

Die Ausführungsbeispiele betreffen das Zuordnen von Verbren nungsaussetzern zu einem Zylinder. Liegt als Verbrennungsfehler kein Aussetzer, sondern überfettetes Gemisch aufgrund eines lecken Einspritzventils vor, stellt die Lambdasonde Spannungs abweichungen fest, die um einen Schwellenwert über statt unter dem Lambdaspannungsmittelwert (hohe Spannung = niedriger Lambda wert = fett) liegen. Die Zuordnung dieser Abweichung zu einem Zylinder erfolgt in der vorstehend beschriebenen Weise.

Claims

1. Verfahren zum Zuordnen von Verbrennungsfehlern zu einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, die mindestens ein Abgasrohr zwischen einer Abgaskrümmer-Sammelstelle und einer Lambdasonde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) für jeden Ausstoßtakt eines Zylinders das von Last und Dreh zahl beim Ansaugvorgang abhängige Abgasvolumen bestimmt wird,
b) dann, wenn ein Zylinder Abgas ausstößt, angenommen wird, daß das berechnete Abgasvolumen an der Sammelstelle vom zugehöri gen Krümmer in das Abgasrohr eintritt,
c) die im Abgasrohr an der Sammelstelle eingetretenen Volumina so lange aufsummiert werden, bis dasjenige Volumen erreicht oder gerade überschritten ist, das dem Abgasrohrvolumen zwi schen der Sammelstelle und der Sonde entspricht,
d) mit Hilfe der Zylinder zugeordneten Reihenfolge der in das Abgasrohr eingetretenen Abgasvolumina festgestellt wird, zu welchem Zylinder dasjenige Volumen gehört, für das die vor stehend genannte Summenbedingung gerade erfüllt ist,
e) das von der Lambdasonde abgegebene Signal ausgewertet wird,
f) und dann, wenn das Sondensignal eine Abweichung um mehr als einen Schwellenwert vom Lambdamittelwert zeigt, der diese Abweichung verursachende Fehler demjenigen Zylinder zugeord net wird, dessen Abgas gemäß der Feststellung von Schritt d gerade an der Sonde vorbeiströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmen des Abgasvolumens gemäß Schritt a mit Hilfe einer Tabelle erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß es bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Abgas rohren zwischen jeweils einer Sammelstelle und jeweils einer Lambdasonde für jedes der Abgasrohre gesondert ausgeführt wird.