DE4337275A1

DE4337275A1 - Vorrichtung zur zylinderselektiven Erkennung von unerwünschten Verbrennungsvorgängen bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4337275A1
Application number: DE19934337275
Authority: DE
Inventors: Thomas Fahl; Axel Rose
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1995-05-04

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erkennung von unerwünschten Verbren nungsvorgängen bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 42 08 033 C1 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine Sensorvorrichtung zur Abgabe eines Sensorsignals entsprechend einer Drehbewegung der Kurbelwelle vorgese hen, die ein auf der Kurbelwelle angebrachtes Zahnrad enthält, dessen Zähne bzw. Zahnflanken als Signalgeber mit einem Sensor zusammenwirken. Jedem Zylinder der mehr zylindrigen Brennkraftmaschine ist ein Kreisbogensegment dieses Zahnrades zugeordnet. Die Kreisbogensegmente aller Zylinder sind entsprechend ihres Winkels und entsprechend der Anzahl der Zähne innerhalb dieses Winkel gleich. Um die einzelnen Kreisbogensegmente nicht nur relativ son dern auch absolut einem bestimmten Zylinder zuordnen zu können, ist darüber hinaus ein weiterer Geber vorgesehen, wodurch ein bestimmtes Kreisbogensegment einem bestimmten Zylinder zugeordnet wird. Ein derartiger Geber ist bei spielsweise ein Zahn eines Zahnrades an der Nockenwelle oder ein fehlender Zahn im Zahnrad der Kurbelwelle.

Eine derartige Sensorvorrichtung zur Abgabe eines Sensor signals entsprechend einer Drehbewegung der Kurbelwelle erzeugt ein Sensorsignal, das mittels einer Auswerteein heit, die vorzugsweise in einem digitalen Steuergerät enthalten ist, in zylinderselektive oder in den Verbren nungstakten jedes Zylinders zugeordnete Sensorsignalab schnitte unterteilt wird. Die Auswerteeinheit bildet aus jedem Sensorsignalabschnitt einen zylinderselektiven Wert. Dieser zylinderselektive Wert ist beispielsweise, wie aus der DE 42 08 033 bekannt ist, ein mittlerer Dreh zahlwert, gebildet über einem bestimmten Kurbelwellen- Drehwinkel-Bereich bzw. über einem bestimmten Kreisbogen segment des Zahnrades. Der gemittelte Drehzahlwert wird beispielsweise anhand der Zeit berechnet, innerhalb derer die Anzahl der einem Kreisbogensegment zugeordneten Zähne an dem Sensor vorbeibewegt werden. Es ist jedoch bereits möglich einen Drehzahlwert zu ermitteln, indem lediglich die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen gemes sen wird, da der Weg einer Zahnflanke zur nächstfolgenden Zahnflanke durch einen bestimmten Drehwinkel definiert ist.

Mit der aus der DE 42 08 033 C1 bekannten Vorrichtung ist eine zylinderselektive Erkennung und Überwachung von un erwünschten Verbrennungsvorgängen, wie insbesondere von Verbrennungsaussetzern, bei einer Mehrzylinder-Brenn kraftmaschine möglich, wobei während eines Arbeitstaktes bzw. Verbrennungstaktes jedes Zylinders ein gemittelter Drehzahlwert ermittelt und ein Differenzwert zwischen ge mittelten Drehzahlwerten zweier in der Zündfolge aufein ander folgender Zylinder gebildet wird. Als Erkennungspa rameter für einen Verbrennungsaussetzer wird die Summe aus dem Differenzwert für das aktuelle Arbeitsspiel und dem Differenzwert für das vergangene Arbeitsspiel dessel ben Zylinders verwendet. Dieser Erkennungsparameter wird mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Sowohl der Erfindung als auch derartigen bekannten Vorrichtungen liegt der Gedanke zugrunde, daß bei der Verbrennung in jedem Zylinder die entstehenden Gaskräfte ein Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugen. Dies wirkt sich beispiels weise bereits durch kurzfristige Drehzahlerhöhungen in nerhalb eines Kreisbogensegments aus. Bei ungenügenden Verbrennungsvorgängen wird dieses Drehmoment nicht er zeugt, wodurch die Drehzahl an der Kurbelwelle in dem zylinderselektiven Kreisbogensegment abnimmt.

Bei ohnehin niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahlwerten, insbesondere im Leerlaufdrehzahlbereich, ist eine Erken nung der Drehzahlabnahme zwischen den gemittelten Dreh zahlwerten zweier in der Zündfolge aufeinanderfolgender Zylinder nahezu unmöglich. Darüber hinaus wird bei der bekannten Vorrichtung nicht erkannt, wenn in allen Zylin dern ungenügende Verbrennungsvorgänge vorliegen, da durch die Differenzbildung zwischen den gemittelten Drehzahl werten zweier in der Zündfolge aufeinanderfolgender Zylinder nur eine relative Überwachung von Verbrennungs aussetzern möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung eingangs genannter Art derart zu verbessern, daß auch bei niedri gen Brennkraftmaschinendrehzahlen eine Erkennung ungenü gender Verbrennungsvorgänge möglich ist, unabhängig da von, ob nur ein Zylinder, mehrere oder alle Zylinder be troffen sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß addiert die Auswerteeinheit bei Brenn kraftmaschinendrehzahlwerten im Leerlaufdrehzahlbereich die zylinderselektiven Werte jeweils über eine vorbe stimmte Vielzahl von Verbrennungstakten des jeweiligen Zylinders zylinderselektiv auf.

Zylinderselektive Werte können dabei beispielsweise die über einen bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkel-Bereich bzw. über die Zähnezahl eines bestimmten Kreisbo gensegments zylinderselektiv gemittelten Drehzahlwerte sein. Wird beispielsweise das dem ersten Zylinder bzw. dem Verbrennungstakt des ersten Zylinders zugeordnete Kreisbogensegment oder der dem ersten Zylinder bzw. dem Verbrennungstakt des ersten Zylinders zugeordnete Sensor signalabschnitt betrachtet, werden z. B. die gemittelten Drehzahlwerte aus dem dem ersten Zylinder zugeordneten Sensorsignalabschnitt für eine vorbestimmte Anzahl bei jedem Auftreten des Verbrennungstaktes des ersten Zylin ders aufaddiert. Wird in dieser Weise für jeden Zylinder vorgegangen, entstehen zylinderselektive Summen zylinder selektiver Werte für jeden Zylinder, die die Tendenz der Qualität der Verbrennungsvorgänge für jeden Zylinder auch bei kleinen Brennkraftmaschinendrehzahlwerten anzeigen. Da nicht, wie bei der aus der DE 42 08 033 C1 bekannten Vorrichtung, die Differenzwerte zwischen den Drehzahlwer ten zweier in der Zündfolge aufeinanderfolgender Zylinder aufaddiert werden, sondern die gemittelten Drehzahlwerte selbst, ist nicht nur eine Relativ- sondern auch eine Ab solutbetrachtung der zylinderselektiven Werte, die ein Maß für die zylinderselektiven Verbrennungsvorgänge sind, möglich.

Eine vorteilhaft Weiterbildung der Erfindung ist der Ge genstand des Patentanspruchs 2.

Ist beispielsweise die vorbestimmte Anzahl bzw. Vielzahl der Verbrennungstakte des jeweiligen Zylinders, über die die zylinderselektiven Werte zylinderselektiv aufaddiert werden, sehr hoch, ist eine Mittelung der aufaddierten Werte sinnvoll, da geringfügige Schwankungen der zylinderselektiven Werte bzw. der Drehbewegung der Kur belwelle, die beispielsweise strömungsbedingt auftreten können, nur unwesentlich in das Ergebnis eingehen. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung setzt jedoch voraus, daß sehr viele zylinderselektive Werte zylinderselektiv auf addiert werden müssen, um durch die Mittelwertbildung nicht zu geringe Unterschiede zwischen den einzelnen Zy lindern zu erhalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 3.

Vorzugsweise werden als zylinderselektive Werte die zylinderselektiven maximalen Winkelbeschleunigungswerte der Kurbelwelle gebildet. Diese maximalen Winkelbeschleu nigungswerte sind aus der ersten Ableitung der Winkelge schwindigkeit bzw. der Drehzahl der Kurbelwelle ermittel bar, wobei insbesondere eine Auswertung der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zahnflanken gemessen wird. Die Verwendung zylinderselektiver maximaler Winkelbeschleuni gungswerte als zylinderselektive Werte sind insbesondere bei niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahlwerten sinnvoll, da dabei eindeutiger auf die Verbrennungsvorgänge ge schlossen werden kann, als durch gemittelte zylinderse lektive Drehzählwerte, die kurzfristige Schwankungen in der Drehbewegung der Kurbelwelle unterdrücken. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung ist insbesondere bei niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahlwerten eine genauere Auswertung möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 4.

Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit ein Teil eines kraftfahrzeuginternen Steuergerätes. Treten beispiels weise nur gering ungenügende Verbrennungsvorgänge auf, wie beispielsweise durch strömungsbedingte unterschiedli che Luftzuteilung oder durch Streuung der Einspritzven tile, ist erfindungsgemäß nicht zwingend eine Fehleran zeige nötig, sondern ist eine Optimierung der Verbren nungsvorgänge durch eine Korrektur z. B. des Zündzeitpunk tes, der Kraftstoffmenge, der Luftzuteilung und/oder der zylinderbankbezogenen Nockenwellenverstellung durch das fahrzeuginterne Steuergerät möglich. Dadurch wird die Verfügbarkeit und Sicherheit eines Kraftfahrzeuges er höht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 5.

Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit ein Teil eines kraftfahrzeugexternen Diagnosegerätes. Diese erfindungs gemäße Weiterbildung ermöglicht auch in der Werkstatt ein schnelles Erkennen defekter, sich auf die Verbrennungs vorgänge auswirkender Bauteile.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 6.

Die Summe der zylinderselektiv aufaddierten zylinderse lektiven Werte werden von der Auswerteeinheit, insbeson dere am Diagnosegerät, angezeigt. Durch die Anzeige der Summen der aufaddierten zylinderselektiven Werte, ist es insbesondere für den Werkstattfachmann leicht zu erken nen, bei welchem Zylinder ein ungenügender Verbrennungs vorgang stattfindet. Aufwendige Messungen in der Werk statt werden dadurch eingespart.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 Kurbelwellen-Kreisbogensegment-zugeordnete zylinderselektive normierte Maximalwinkel beschleunigungswerte und

Fig. 2 ein Ergebnis der Summe von vier aufaddierten zylinderselektiven Werten.

In Fig. 1 ist auf der Abszisse der Kurbelwellenwinkel KW (°) und auf der Ordinate eine normierte zylinderselektive maximale Winkelbeschleunigung a_w1 als zylinderselektive Werte aufgetragen. Fig. 1 bezieht sich beispielhaft auf eine Vierzylinderbrennkraftmaschine. Jedem Zylinder Z1 bis Z4 ist ein Kreisbogensegment der Kurbelwelle von 180° zugeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Zahnflanken bzw. Zähne in einem Kreisbogensegment von 180° enthalten. In nerhalb dieser 180° werden zylinderselektiv, beispiels weise durch die Messung der Zeiten zwischen zwei aufein anderfolgenden Zahnflanken, die normierten zylinderselek tiven maximalen Winkelbeschleunigungswerte a_w1 ermittelt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 er gibt sich folgende Folge der zylinderselektiven Werte a_w1 für jeden Verbrennungstakt der jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4:

a_w1 = 6 im ersten Verbrennungstakt des Zylinders Z1,
a_w1 = 5 im ersten Verbrennungstakt des Zylinders Z2,
a_w1 = 4 im ersten Verbrennungstakt des Zylinders Z3,
a_w1 = 6 im ersten Verbrennungstakt des Zylinders Z4,
a_w1 = 5 im zweiten Verbrennungstakt des Zylinders Z1 . . .
a_w1 = 6 im zweiten Verbrennungstakt des Zylinders Z4,
a_w1 = 5 im dritten Verbrennungstakt des Zylinders Z1,
a_w1 = 5 im dritten Verbrennungstakt des Zylinders Z4,
a_w1 = 6 im vierten Verbrennungstakt des Zylinders Z1 . . .
a_w1 = 5 im vierten Verbrennungstakt des Zylinders Z4.

In Fig. 2 werden die zylinderselektiven Werte a_w1 über den ersten bis vierten Verbrennungstakt des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z4 zylinderselektiv aufaddiert. Bei spielsweise ergibt sich erfindungsgemäß für den Zylinder Z1 die zylinderselektive Summe a_w4 durch die Addition der zylinderselektiven Werte a_w1 des ersten bis vierten Verbrennungstaktes des ersten Zylinders Z1: a_w4 für Zy linder Z1 ergibt sich aus der Addition der selektiven Werte a_w1 = 6 des ersten Verbrennungstaktes des ersten Zy linders Z1, a_w1 = 5 des zweiten Verbrennungstaktes des er sten Zylinders Z1, a_w1 = 5 des dritten Verbrennungstaktes des ersten Zylinders Z1 und a_w1 = 6 des vierten Verbren nungstaktes des ersten Zylinders Z1. Daraus ergibt sich eine zylinderselektive Summe der zylinderselektiven auf addierten Werte von a_w4 = 22. Für den Zylinder Z3 ergibt sich beispielsweise eine zylinderselektive Summe a_w4 der zylinderselektiven Werte a_w1 von 4, 4, 3 und 4 des ersten bis vierten Verbrennungstaktes des dritten Zylinders Z3; a_w4 = 15 für den dritten Zylinder Z3.

Vergleicht man die Darstellung von Fig. 1 mit der von Fig. 2 ist ersichtlich, daß in Fig. 1 die kleinen und kurz fristig schwankenden Winkelbeschleunigungswerte a_w1 schwer eine Tendenz der Qualität der Verbrennungsvorgänge der einzelnen Zylinder erkennen lassen. Dagegen in Fig. 2 ist eindeutig ersichtlich, daß der dritte Zylinder Z3 un genügende Verbrennungsvorgänge aufweist. Eine Darstellung nach Fig. 2 ist beispielsweise in der Werkstatt über ein Diagnosegerät anzeigbar, wodurch ein Werkstattfachmann ohne aufwendige Messungen die dem dritten Zylinder Z3 zu geordneten Bauteile gezielt auf Defekte untersuchen kann. Liegen beispielsweise die Werte nach Fig. 2 in einem kraftfahrzeuginternen Steuergerät vor, könnte der Ver brennungsvorgang des Zylinders Z3 durch Korrekturen in der Gemischaufbereitung oder des Zündwinkels derart ver bessert werden, daß sich das Niveau der zylinder selektiven Summe a_w4 des dritte Zylinders Z3 auf das Ni veau der zylinderselektiven Summe a_w4 der anderen Zylin der anhebt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine genaue zylinderselektive Erkennung von ungenügenden Verbren nungsvorgängen, wie z. B. Verbrennungsaussetzern, sowie teilweise eine Korrektur ungenügender Verbrennungsvor gänge zylinderselektiv möglich.

Claims

1. Vorrichtung zur zylinderselektiven Erkennung von ungenügenden Verbrennungsvorgängen bei mehrzylind rigen Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Sensorvorrichtung zur Abgabe eines Sen sorsignals entsprechend einer Drehbewegung der Kurbelwelle und mit einer Auswerteeinheit, die das Sensorsignal in den Verbrennungstakten jedes Zylinders zugeordnete Sensorsignalabschnitte un terteilt und aus diesen Sensorsignalabschnitten zylinderselektive Werte bildet, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auswerteeinheit bei Brennkraft maschinendrehzahlwerten im Leerlaufdrehzahlbereich die zylinderselektiven Werte (a_w1) jeweils über eine vorbestimmte Vielzahl von Verbrennungstakten des jeweiligen Zylinders (Z1; Z2; Z3; Z4) zylin derselektiv aufaddiert.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die zylinderselektiv aufaddierten Werte (a_w1) gemittelt werden.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit als zylin derselektive Werte (a_w1) die zylinderselektiven maximalen Winkelbeschleunigungswerte (a_w1) der Kurbelwelle bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteeinheit ein Teil eines kraftfahrzeuginternen Steuergerätes ist.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteeinheit ein Teil eines kraftfahrzeugexternen Diagnose gerätes ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse (a_w4) der über die vorbestimmte Vielzahl von Verbrennungstakten des jeweiligen Zylinders (Z1; Z2; Z3; Z4) zylinderselektiv aufaddierten Werte (a_w1) von der Auswerteeinheit angezeigt werden.