WO1992009875A1

WO1992009875A1 - Verfahren zum erkennen von anormalen verbrennungen in einem zylinder einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO1992009875A1
Application number: PCT/EP1991/002157
Authority: WO
Inventors: Anton Angermeier; Manfred Wier
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1990-12-03
Filing date: 1991-11-15
Publication date: 1992-06-11
Also published as: US5394742A; JPH06503167A; EP0560921A1; EP0560921B1; DE59102668D1

Abstract

Die Drehzahl für jeden Zylinder wird an zwei Kurbelwellenstellungen (z1, z2) ermittelt. Die Kurbelwellenstellungen (z1, z2) sind auf den Fall einer anormalen Verbrennung optimiert. Eine anormale Verbrennung wird erkannt, wenn je nach gewählter Definition der Drehzahldifferenz ΔT ein Grenzwert GW unter- bzw. überschritten wird.

Description

Verfahren zum Erkennen von anormalen Verbrennungen in einem

Zylinder einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von anormalen Verbrennungen in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der US-PS 4 697 561 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Drehzahlen für jeden Zylinder während seines Arbeitstakts an den Kurbelwellenstellungen erfaßt werden, an denen die Kurbelwelle die kleinste bzw. größte Geschwindigkeit hat. Die Differenz zwischen diesen beiden Drehzahlen ist ein Maß für das vom Zylinder erzeugte Drehmoment. Bezogen auf das gemittelte Drehmoment aller Zylinder ergibt sich daraus eine Angabe über die Leistungsfähigkeit des betrachteten Zylinders, die zu

Diagnosezwecken herangezogen wird.

Die Kurbelwellenstellungen mit der kleinsten und größten Kurbelwe lengeschwindigkeit müssen bei diesem Verfahren experimentell am Motorenprüfstand bestimmt werden. Sie sind insbesondere lastund drehzahlabhängig und werden in dieser Abhängigkeit in dem Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens abgespeichert.

Entsprechende Versuche am Motorenprüfstand haben ergeben, daß es schwierig ist diese Kurbelwellenstellungen festzulegen. Insbesondere für die Zwecke der Diagnose von anormalen Verbrennungen konnten in bestimmten Last- und Drehzahlbereichen keine Kurbelwellenstellungen gefunden werden, die ein ausreichend gut

auswertbares Geschwindigkeitsdifferenzsignal ergeben hätten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, das Verfahren derart weiterzubilden, daß die Auswertbarkeit verbessert wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Auswertungsprobleme aus der Wahl der Optimierungsstrategie für die Kurbelwellenstellungen resultieren. Beim Stand der Technik werde diejenigen Kurbelwellenstellungen gesucht, an denen die Kurbelwelle die kleinste, bzw. größte, Geschwindigkeit hat.

Diese Kurbelwellenstellungen werden im normalen Betrieb der Bren kraftmaschine ermittelt, so daß sich eine Aussage über das von ihr erzeugte Drehmoment ableiten läßt. Im Falle von in bestimmten Last- und Drehzahlbereichen stark auftretenden

Störungen reicht aber oft die ermittelte Drehzahldifferenz an den beiden Kurbelwellenstellungen nicht mehr aus.

Erfindungemäß wird daher diese Drehzahldifferenz vergrößert, indem die Kurbelwellenstellungen nicht für den Fall des Normalbetriebs optimiert sind, sondern für den Fall einer anormalen Verbrennung. Insbesondere die zweite Kurbelwellenstellu wird dabei später gewählt, als dies dem Punkt der größten

Kurbelwellengeschwindigkeit im Normalbetrieb entsprechen würde. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Anordnung zur

Durchführung des Verfahrens,

Figur 2 einen Geschwindigkeitsverlauf der Kurbelwelle einer

Brennkraftmaschine zur Veranschaulichung des Verfahrens und

Figur 3 ein Flußdiagramm zur Durchführung des Verfahrens. Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine B mit einem Kurbelwellengeber KWG und einem Nockenwellengeber NWG. Der Kurbelwellengeber tastet ein mit der Kurbelwelle verbundenes Zahnrad ab, das eine Bezugsmarke sowie eine Vielzahl von Zähnen aufweist. Als Ausgangssignal liefert der Kurbelwellengeber KWG jeweils einen Impuls pro Zahn sowie einen davon unterscheidbaren Bezugsimpuls bei der Bezugsmarke. Dieses Ausgangssignal wird einem Steuergerät S zugeleitet, das durch Zählen der Impulse einerseits die Stellung der Kurbelwelle innerhalb einer 360° Drehung bestimmt und andererseits durch die zeitliche Abfolge der

Impulse pro Zeit die Drehzahl ermittelt. Der Nockenwellengeber NWG tastet ein mit der Nockenwelle verbundenes Zahnrad ab, das über die eine Hälfte seines Umfangs einen Zahn und über die andere Hälfte seines Umfangs eine

Lücke aufweist. Das Ausgangssigπal des Nockenwellengebers NWG hat zwei Zustände, je nachdem ob dem Nockeπwellengeber NWG gerade der Zahn oder die Lücke gegenüber steht. Das Steuergerät S bestimmt mit diesem Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssignal des Kurbelwellengebers KWG die Zylinderzuordnung und den Kurbelwellenwinkel. Ein Nockenwellengeber NWG wird gebraucht, da z.B. bei einem 6-Zylinder-Motor eine Periodizitat von jeweils zwei Umdrehungen vorliegt und daher die Stellung der Kurbelwelle alleine noch nicht für eine eindeutige

Zuordnung in Zündreihenfolge ausreicht.

Das Steuergerät S hat im wesentlichen die Aufgabe die Zündung und Einspritzung für die Brennkraftmaschine B zu steuern sowie diverse Diagnosefunktionen zu übernehmen. Dazu sind an dem

Steuergerät S verschiedene hier nicht dargestellte Sensoren und Aktoren angeschlossen. Ein solches Steuergerät S stellt also eine übliche Motorsteuerung dar, wie sie heutzutage in einer Vielzahl von Fahrzeugen bereits verwirklicht ist.

Eine von dem Steuergerät S ausgeführte Diagnosefunktion ist das Erkennen von irregulären Verbrennungen in einem der Zylinder der Brennkraftmaschine B. Zur Veranschaulichung ist im Diagramm der Figur 2 die reziproke Drehzahl T der Kurbelwelle über der Kurbelwellenstellung z aufgetragen. Die rezi- proke Drehzahl wurde gewählt, weil ein dementsprechendes Signal in dem Steuergerät S bereits vorliegt. Gegenüber einer Betrachtung der Drehzahl kehren sich damit die Verhältnisse um. Daher bedeutet also eine ansteigende Flanke eine Verlangsamung und eine abfallende Flanke eine Beschleunigung der Kurbelwelle.

Eine Normalkurve N gibt diesen Verlauf für den normalen Betrieb der Brennkraftmaschine B wieder. Der sinusartige Verlauf resultiert aus den verschiedenen Arbeitstakten der Brennkraftmaschine B, wobei die einzelnen Beschleunigungsphasen jeweils nach der Zündung eines Zylinders während seines Arbeitstakts liegen. In Figur 2 sind beispielhaft gemäß der Zündfolge bei einem 6-Zylinder-Motor die oberen Totpunkte der Zylinder 1, 5, 3, 6 eingezeichnet. Die Verhältnisse die auftreten, wenn beim Arbeitstakt eines

Zylinders keine ordnungsgemäße Zündung und Verbrennung des

Gemischs stattfinden sind in Figur 2 für den Zylinder 1 dargestellt. Eine Aussetzerkurve A gilt für den Fall, daß überhaupt keine Verbrennung stattfindet. Die Kurbelwelle wird demgemäß nicht beschleunigt, sondern durch die Widerstände

der Maschine weiter verlangsamt. Erst nach der Zündung des nächstfolgenden Zylinders 5 mit einer ordnungsgemäßen Verbrennung wird die Kurbelwelle dann wieder beschleunigt. Das erfindungsgemεße Verfahren zum Erkennen solcher anormalen Verbrennungen wird anhand des Flußdiagramms der Figur 3 beschrieben. Ein entsprechendes Programm ist in einer Diagnoseroutine des Steuergerätes S abgelegt und wird laufend für jeden Zylinder durchgeführt.

Bezogen auf den jeweiligen oberen Totpunkt eines Zylinders

werden dazu zwei Kurbelwellenstellungen z1, z2 festgelegt. Diese Kurbelwellenstellungen z1, z2 liegen üblicherweise nach dem oberen Totpunkt, sind last- und drehzahlabhängig verschieden und

werden durch Versuche optimiert. Wesentlich dabei ist, daß für die Optimierung nicht der Normalfall gemäß der Normalkurve N herangezogen wird, sondern der Fall einer anormalen Verbrennung, im Beispiel der Verbrennungsaussetzerfall gemäß der

Aussetzerkurve A. Im Schritt S1 der Figur 3 werden die Luftmasse LM, die Drehzahl n und die Zylindernummer desjenigen Zylinders erfaßt, der als nächster seinen oberen Totpunkt erreicht. Diese Größen werden auch für die Zwecke der Zündzeitpuπkt und Einspritzzeitberechnung gebraucht, so daß sie im Steuergerät S bereits vorliegen und aus den entsprechenden Programmroutinen übernommen werden können.

Im Schritt S2 werden dann aus entsprechenden Kennfeldern die Kurbelwellenstellungen z1, z2 abhängig von der Luftmasse LM, der Drehzahl n und der Zylindernummer entnommen. Die

zylinderspezifische Abhängigkeit über die Zylinderπummer ist nötig, um das Schwingungsverhalten der Kurbelwelle zu

berücksichtigen. Um Störeinflüsse zu vermindern werden die entsprechenden

reziproken Drehzahlen T1, T2 in den Kurbelwellenstellungen z1 und z2 jeweils nicht nur einmalig erfaßt, sondern in Kurbelwellenstellungsbereichen za, zb um die Kurbelwellenstellugen z1, z2 herum. Aus der Mittelung der dabei jeweils erfaßten i reziproken Drehzahl Ti werden schließlich die reziproken Drehzatilen T1 und T2 gewonnen, die der reziproken Drehzahlen in den beiden Kurbelwellenstellungen z1 und z2 entsprechen. Dieser Vorgang wixd in den Schritten S3, S4 bzw. S5, S6 durchgeführt. Im Schritt S7 erfolgt dann die Berechnung der Differenz Δ T aas den reziproken Drehzahlen T1 und T2. Diese Differenz Δ T ist ein direktes Maß für die bei ordnungsgemäßer Verbrennung

bewirkte Beschleunigung der Kurbelwelle. Unterschreitet daher die Differenz ΔT einen Grenzwert GW so liegt gar keine oder eine mangelhafte Verbrennung vor. Ist dies der Fall, so wird in den Schritten S8 und S9 ein Aussetzer erkannt. Diese Differenz A T ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich größer als beim Stand der Technik, wodurch die

Auswertung einfacher und weniger störanfällig wird. Zum

Vergleich sind in Figur 2 für den aussetzenden Zylinder 1 zwei Fälle dargestellt. Einerseits sind erfindungsgemäß die Kurbelwellenstellungen z1 und z2 auf die Aussetzerkurve A optimiert und andererseits die Kurbelwellenstellungen z1' z2' gezeigt, die auf die Normalkurve N optimiert sind. Wie die resultierenden Differenzen Δ T und Δ T' zeigen, ergibt sich durch die

erfindungsgemäße Optimierung auf die Aussetzerkurve A nahezu eine Verdoppelung.

Die Wahl des Grenzwerts GW legt fest, welcher Grad einer

anormalen Verbrennung noch erkennbar sein soll. Eine besonders einfache Methode für die Erkennung von vollen Verbrennungsaussetzern wäre z.B. eine reine Vorzeichenbewertung der Differenz ΔT. Am Beispiel der Figur 2 erkennt man, daß im Falle des

aussetzenden Zylinders 1 eine negative und im Falle des

verbrennenden Zylinders 5 eine positive Differenz ΔT vorliegt.

Für eine genauere Auswertung auch nur leicht anormaler Verbrennungen wird der Grenzwert GW auf einen bestimmten positiven Wert gesetzt. Damit werden auch noch Verbrennungen als anormal erkannt, die zwar einen Beschleunigungsbeitrag liefern, der aber gegenüber dem bei einer normalen Verbrennung unzureichend ist. Eine solche mangelhafte Verbrennung würde einen

Kurvenverlauf liefern, der zwischen der Aussetzerkurve A und der Normalkurve N liegt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Erkennen von anormalen Verbrennungen in

einem Zylinder einer Brennkraftmaschine (B),

wobei die Drehzahl der Brennkraftmaschine (B) an zwei Kurbelwelle stellungen (z1, z2) ermittelt wird, die last- und drehzahlabhängig verschieden gewählt sind,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

daß die beiden Kurbelwellenstellungen (z1, z2) so gewählt sind, daß sich bezogen auf den Fall einer anormalen Verbrennung eine möglichst große Drehzahldifferenz ergibt und

daß eine anormale Verbrennung erkannt wird, wenn je nach

gewählter Drehzahldifferenz, zeitlich späterer minus zeitlich füherer oder zeitlich früherer minus zeitlich späterer

Drehzahlwert, ein Grenzwert (GW) unter bzw. überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

daß die beiden Kurbelwellenstellugen (z1, z2) bezogen auf den Fal eines Verbrennungsaussetzers gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

daß die Drehzahl für jeden Zylinder laufend während zwei KurbelWellenstellungsbereichen ermittelt wird und daraus jeweils durch Mittelung eine der beiden Drehzahlen gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

daß der Grenzwert (GW) Null ist und dessen Überschreitung bzw. Unterschreitung aus dem Vorzeichen der Drehzahldifferenz

erkannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

daß die Kurbelwellenstellungen (z1, z2) zylinderspezifisch unterschiedlich gewählt sind.