WO2011038994A1 - Verfahren und vorrichtung zur aussetzererkennung in einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur aussetzererkennung in einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine Download PDF

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WO2011038994A1
WO2011038994A1 PCT/EP2010/062205 EP2010062205W WO2011038994A1 WO 2011038994 A1 WO2011038994 A1 WO 2011038994A1 EP 2010062205 W EP2010062205 W EP 2010062205W WO 2011038994 A1 WO2011038994 A1 WO 2011038994A1
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combustion engine
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Philipp Pollauf
Peter Skala
Stefan Grodde
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015Engines misfires

Definitions

  • the present invention relates to a method for misfire detection for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1 and to a corresponding device according to the preamble of patent claim 7.
  • Speed-based methods for detecting misfires in one or more cylinders of diesel engines are known. These methods are realized by means of appropriate diesel engine control units. Known methods include the classic misfire detection and the classic misfire detection with secondary method for powertrains with problematic dual mass flywheels. However, the detection of successive dropouts without secondary method is not possible. The known methods are used in the idling speed range. With regard to the secondary methods mentioned, it should be noted that these are not applicable in the case of engines with higher numbers of cylinders, for example six or more cylinders.
  • Internal combustion engine represents, as well as a cylinder-specific Kraftstoffmen- gen correction signal for a fuel metering unit of the internal combustion engine in response to the speed signal generated, wherein the typically represented by a plurality of spectral proportions Kraftstoffmengenkorrektursig- signal for each of the cylinders an individual correction amount for each injected fuel quantity in view of the desired smoothness defined, and wherein at least a predetermined spectral component of the fuel quantity correction signal is eliminated.
  • the object of the invention is a robust detection of permanent misfires for gasoline or diesel engines.
  • the misfire detection should be particularly suitable for commercial vehicle applications and start / stop systems.
  • the invention is suitable for both passenger cars and commercial vehicles, as well as for gasoline and diesel systems. This can be used for a variety of applications a single software application, which costs can be saved.
  • the solution according to the invention is particularly suitable for start
  • Stop systems There is no limitation on the scope of the invention to the idling speed, as was the case in the prior art.
  • the means for generating a cylinder-specific intermittent signal in the context of a control device for generating a cylinder-specific fuel quantity correction signal for a fuel metering unit of the internal combustion engine represented by a plurality of spectral components is realized in response to the control deviation SR.
  • a control device for generating a cylinder-specific fuel quantity correction signal for a fuel metering unit of the internal combustion engine represented by a plurality of spectral components is realized in response to the control deviation SR.
  • the calculation device has at least one evaluation path which comprises a bandpass or a differentiator for selecting a spectral component associated with a dropout from the rotational speed signal. If this is advantageous, a double
  • misfires are detected in successive cylinders in a particularly simple manner.
  • an algorithm used in the invention should be able to detect almost any dropout patterns as long as no more than half of the cylinders of the respective engine are affected. For example, in a four-cylinder engine with drive trains with problematic Zweimassens jumpwheels the problem that the detection of permanent, consecutive dropouts of two cylinders is much more difficult. The reason for this is the drivetrain behavior changed as a result of the excitation (successive double misfires) in comparison to a permanent misfire on only one cylinder.
  • means for detecting dropouts based on bandpass or differentiator sum signals are provided by means of threshold value comparison.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a preferred embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows the construction of a calculation device according to the invention as part of a calculation device for a control deviation
  • Figure 3 is an illustration of a method according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic overview of a particularly preferred embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a device according to the invention, which is preferably in the context of a device 1000 for controlling the smoothness of an internal combustion engine with a plurality N of cylinders (not shown here) is realized.
  • the device 1000 comprises a sensor device 100 for generating a rotational speed signal SD, which represents the current, in particular averaged, rotational speed of the internal combustion engine.
  • the apparatus 1000 further comprises a calculation unit 200 for calculating a control deviation SR in response to the speed signal.
  • the device 1000 for controlling the smoothness of an internal combustion engine is first explained in detail. Building on this, the device according to the invention or the method according to the invention for detecting dropouts is then illustrated.
  • control deviation is first calculated from the speed signal, but does not designate a different speed, but instead for each of the cylinders of the internal combustion engine an individual correction amount for each fuel quantity to be injected in view of the desired smoothness.
  • This correction amount is calculated by the calculator 200 from the rotational speed signal.
  • the device 1000 Downstream of the calculation device 200, the device 1000 comprises a control device 300. It is used to generate a cylinder-specific fuel quantity correction signal SK for a fuel metering unit 500 of the internal combustion engine in response to said control deviation SR.
  • Both the speed signal SD as well as the control deviation SR and the fuel quantity correction signal SK are basically represented in the frequency range and are each represented by a plurality of individual spectral components. However, because both the control deviation and the fuel quantity correction signal are ultimately derived from the speed signal, both the control deviation and the fuel quantity correction signal have similarities in their spectrum compared to the spectrum of the speed signal. In particular, it is assumed for the present invention that a turbulence representing spectral components are included in the speed signal at the same frequencies, in particular at integer multiples of the camshaft frequency, also in the spectra of the control deviation and the fuel quantity correction signal. It may be expedient to eliminate individual of these spectral components in the fuel quantity correction signal SK provided for controlling the metering unit 500.
  • the device 1000 advantageously has a shutdown device 400.
  • This is designed to eliminate at least one predetermined unwanted spectral component in the fuel quantity correction signal SK by intervention in the calculation device 200 and / or the control device 300.
  • the shutdown device 400 is divided into a first selector 410 for engaging the calculator 200 and a control corrector 420 for engaging the controller 300.
  • FIG. 2 shows the one typical structure of the calculation device 200, which can also be used in the context of the present invention.
  • This typically comprises a plurality of parallel evaluation paths 1, 11, the number of which corresponds to the number of spectral components relevant for the calculation of the fuel quantity correction signal. Typically, this number corresponds to half the number of cylinders of the internal combustion engine, rounded to an integer. Accordingly, only one evaluation path is required in a two- or three-cylinder internal combustion engine, while two evaluation paths are present in a four- or five-cylinder engine.
  • the parallel evaluation paths I, II are basically the same and each comprise a bandpass 200-1-
  • FIG. 3 illustrates the illustrated method as far as the operation of the calculation device 200 is concerned. It is there shown the internal combustion engine 600, the cylinders each of which a certain amount m of fuel is supplied. With the aid of the sensor device 100, the rotational speed of the crankshaft in the form of the rotational speed signal n SD can then be detected at the output of the internal combustion engine 600.
  • the speed signal n consists of several in the frequency range
  • Spectral components that correspond in the time domain to a fundamental SDI and at least one harmonic SDII are characterized in particular by individual frequencies which are represented by integer multiples of the camshaft frequency. This is due to the fact that the injections into the cylinders take place synchronously with the camshaft frequency.
  • these spectral components SDI, SDII illustrated in FIG. 3 are respectively selected from the appropriately designed bandpass filters 200-1-1, 200-11-1. These selections can be improved by the mentioned downstream FIR filters 200-I-2, 200-II-2 due to the lower bandwidth of these filters.
  • the bandwidth of the band passes is sufficient, but their selectivity can be improved if necessary by downstream FIR filters.
  • the bandpass filters and FIR filters not only carry out the selections of the spectral components, but also reconstruct the spectral components SR-1, SR-II of the fuel quantity error signal SR-1 assigned to the respectively selected spectral components SDI, SDII of the rpm signal.
  • the sum of these individual spectral components-or in the time domain of the fundamental wave and of the respective harmonics-then represents the sought reconstructed fuel quantity error signal SR-1.
  • This cylinder-specific signal indicates for each cylinder of the internal combustion engine the amount of error which was last injected either too much or too little into the respective cylinder.
  • the bandpass filters described above reconstruct the spectral components of the fuel quantity error signal in terms of amplitude and frequency.
  • Phase correction elements correct the phase of the reconstructed spectral components of the fuel quantity error signal in order to enable a cylinder-specific assignment during the subsequent accumulation of the spectral components. If a correct reconstruction of the fuel quantity error signal is not possible because certain spectral components are not caused by fuel error quantities, these spectral components can be eliminated.
  • the first selector 410 is provided.
  • the switching elements 412-1 and 412-11 are in this case designed such that they either turn on the evaluation path to which they are assigned in response to a control signal, or alternatively generate a null signal for the downstream elements of the device.
  • the control signal is generated by a control device 414 by evaluating the rotational speed n and the respectively injected fuel quantity m.
  • the function or application just described serves to detect and compensate for injection quantity errors of the various cylinders.
  • injection quantity errors are relatively small deviations that produce small torque fluctuations compared to a misfire of a cylinder.
  • the described application therefore relates to the small-signal behavior of the motor drivetrain. Due to the subordinate control loop, the illustrated procedure is relatively robust against tolerances.
  • FIG. 4 represents a particularly preferred possibility of recognizing successive dropouts.
  • FIG. 4 shows that the averaged speed signal SD is supplied as an input signal in parallel to a first set of bandpass filters with a corresponding segment selection 510, and to a second set of bandpasses with a corresponding segment selection 520.
  • the first set of bandpasses with the corresponding segment selection 510 is applied to a permanent misfire of only one cylinder, while the corresponding sentence 520 is applied for permanent misfires on a plurality of cylinders, in particular successive cylinders.
  • the outputs of the respective sets 510, 520 are fed to a block 530 in which a threshold value comparison can be carried out using an appropriate logic operation for the safe assignment of dropouts to one or more cylinders.
  • a threshold value comparison can be carried out using an appropriate logic operation for the safe assignment of dropouts to one or more cylinders.
  • block 530 can be used to determine whether permanent misfires exist on one or more cylinders. Depending on the number of cylinders and dropout patterns, it may be useful to add further substructures consisting of bandpass filters and segment selection.
  • constant values may be sufficient for the application of the bandpasses and segment selections, or separate characteristic maps (load and speed dependent) may be required for each parameter. It is also conceivable that depending on the inserted or predetermined gear different map applications needed or used. In particular, the bandpass gains and the segment values must be applied.
  • the detection of the permanent misfires expediently takes place based on received bandpass sum signals by means of threshold value comparison.
  • the threshold is constant, but can also be replaced by a characteristic or a suitable map. If several bandpass / segment selection structures are in use at the same time, different combinations are possible.
  • an AND operation is also conceivable, which can act in particular such that only when the bandpass structure 510, which is optimized for detecting permanent misfires of a cylinder detects a misfire, with the second bandpass structure 520 and the next cylinder is tested.
  • the bandpass / segment select structures are needed to model a nonlinear behavior of the drive train. In the case of a linear or nearly linear behavior, the bandpasses can be replaced by a simple differentiator. This is sufficient in this case to detect cylinder-specific torques.
  • a subsequent segment selection is still required. Particular attention should be paid to weighted averages of successive filter outputs as a possibility. This results in a resource-optimized solution for this application.
  • the detection can be performed by threshold comparison based on a differentiator output and the segment selection.
  • the cylinder allocation is also conveniently based on the internal ripple control segment counter.
  • the detection reports whether there is a misfire (yes / no), and which cylinder is currently being evaluated.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Aussetzern wenigstens eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit: - einer Sensoreinrichtung (100) zum Generieren eines Drehzahlsignals SD, welches die aktuelle, insbesondere gemittelte, Drehzahl der Brennkraftmaschine repräsentiert, - einer Berechnungseinrichtung (200) zum Berechnen einer Regelabweichung SR ansprechend auf das Drehzahlsignal SD, und - einer Einrichtung (300) zum Generieren eines, insbesondere durch eine Mehrzahl von Spektralanteilen repräsentierten, zylinderspezifischen Aussetz-Signals ansprechend auf die Regelabweichung SR.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR AUSSETZERERKENNUNG IN EINER MEHRZYLINDRIGEN BRENNKRAFTMASCHINE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aussetzererkennung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Stand der Technik
Drehzahlbasierte Verfahren zur Erkennung von Aussetzern bzw. Daueraussetzern bei einem oder mehreren Zylindern von Dieselmotoren sind bekannt. Diese Verfahren werden mittels entsprechender Dieselmotor-Steuergeräte verwirklicht. Bekannte Verfahren umfassen die klassische Aussetzererkennung sowie die klassische Aussetzererkennung mit Sekundärverfahren für Antriebsstränge mit problematischen Zweimassenschwungrädern. Hierbei ist jedoch die Erkennung von aufeinander folgenden Aussetzern ohne Sekundärverfahren nicht möglich. Die bekannten Verfahren werden im leerlaufnahen Drehzahlbereich verwendet. Bezüglich der erwähnten Sekundärverfahren sei angemerkt, dass diese im Falle von Motoren mit höheren Zylinderzahlen, beispielsweise sechs oder mehr Zylindern, nicht anwendbar sind.
Eine derartige Aussetzererkennung ist an Nutzkraftwagen (NKW) deutlich erschwert, da der Messeffekt im Vergleich zum Personenkraftwagen (PKW) sehr klein ist, und man mit einer deutlich höheren Signalauflösung arbeiten muss. Start-/Stopp-Systeme können mit diesem bekannten Verfahren nicht bedient werden, da diese auf den Leerlauf angewiesen sind.
Aus der DE 10 2004 010 412 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Laufruhe einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern bekannt. Hierbei wird ein Drehzahlsignal, welches die aktuelle Drehzahl der
Brennkraftmaschine repräsentiert, sowie ein zylinderspezifisches Kraftstoffmen- gen-Korrektursignal für eine Kraftstoff-Zumesseinheit der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf das Drehzahlsignal generiert, wobei das typischerweise durch eine Mehrzahl von Spektralanteilen repräsentierte Kraftstoffmengenkorrektursig- nal für jeden der Zylinder einen individuellen Korrekturbetrag für die jeweils ein- zuspritzende Kraftstoff menge im Hinblick auf die angestrebte Laufruhe definiert, und wobei mindestens ein vorbestimmter Spektralanteil des Kraftstoffmengen- Korrektursignals eliminierbar ist.
Aus der DE 199 46 91 1 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoff- zumesssystems einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Fehler erkannt wird, wenn wenigstens eine einem Zylinder zugeordnete Größe, die die Stellgröße einer Mengenausgleichsregelung/Laufruheregelung charakterisiert, von einem erwarteten Wert abweicht. Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist eine robuste Erkennung von Daueraussetzern für Benzin- oder Dieselmotoren. Die Aussetzererkennung soll insbesondere auch für NKW-Anwendungen und Start-/Stopp-Systeme geeignet sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Für die erfindungsgemäße Aussetzererkennung wird nicht, wie beim Stand der
Technik, das im Drehzahlsignal vorhandene Hoch-Tief-Muster verwendet, welches durch Kompressions- bzw. Expansionsmomente der einzelnen Zylinder erzeugt wird, sondern das Eingangssignal einer Laufruheregelung, welche typischerweise ein gemitteltes Drehzahlsignal ist. Die weitere Signalaufbereitung kann insbesondere in herkömmlichen Laufruheregelungseinrichtungen erfolgen, welche zylinderindividuelle Momentenunterschiede erkennt und ausregelt. Die Erfindung eignet sich sowohl für Personenkraftwagen als auch Nutzkraftwagen, sowie für Otto- und Dieselsysteme. Hiermit ist für eine Vielzahl von Anwendungen eine einzige Softwareapplikation einsetzbar, wodurch Kosten eingespart werden können. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich besonders für Start-
Stopp-Systeme. Es existiert keinerlei Beschränkung des Anwendungsbereiches der Erfindung auf die leerlaufnahe Drehzahl, wie dies im Stand der Technik der Fall war.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist bevorzugt, dass die Einrichtung zum Generieren eines zylinderspezifischen Aussetz-Signals im Rahmen einer Regelungseinrichtung zum Generieren eines durch eine Mehrzahl von Spektralanteilen repräsentierten zylinderspezifischen Kraftstoffmengen-Korrektursignals für eine Kraftstoff-Zumesseinheit der Brenn- kraftmaschine ansprechend auf die Regelabweichung SR realisiert ist. Mit einer derart integrierten Einrichtung ist eine Laufruheregelung und eine Aussetzererkennung im Rahmen einer einzigen Einrichtung, welche mit unterschiedlichen Applikationen ausgestattet ist, bereitstellbar. Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erkennen von
Daueraussetzern an einem oder zwei aufeinander folgenden Zylindern ausgebildet. Hierbei erweist es sich als besonders günstig, dass die Berechnungseinrichtung mindestens einen Auswertepfad aufweist, welcher einen Bandpass oder einem Differenzierer zum Selektieren eines einem Aussetzer zugeordneten Spekt- ralanteils aus dem Drehzahlsignal umfasst. Ist hierbei vorteilhaft eine Doppel-
Bandpass- oder Differenziererstruktur vorgesehen, sind Aussetzer bei aufeinanderfolgenden Zylindern in besonders einfacher Weise feststellbar. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass ein im Rahmen der Erfindung verwendeter Algorithmus nahezu beliebige Aussetzermuster erkennen können sollte, solange nicht mehr als die Hälfte der Zylinder des jeweiligen Motors betroffen ist. Beispielsweise bei einem Vierzylindermotor besteht bei Triebsträngen mit problematischen Zweimassensprungrädern das Problem, dass die Erkennung von dauerhaften, aufeinanderfolgenden Aussetzern zweier Zylinder deutlich erschwert ist. Ursache ist das infolge der Anregung (aufeinanderfolgender Doppelaussetzer) geänderte Triebstrangverhalten im Vergleich zu einem Daueraussetzer auf nur einem Zylinder. Physikalisch betrachtet erzeugt hier das Zweimassenschwungrad zur Zeit des zweiten aussetzenden Zylinders eine Momentenrückkopplung, welche zu einer Beschleunigung der Kurbelwelle führt. Hierbei wird die Kurbelwellendrehzahl wird im betrachteten Zeitbereich der klassischen Verfahren trotz Aussetzer gehalten oder sogar erhöht. Das unterschiedliche Triebstrangverhalten kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einer Doppel- oder Mehrfach- Bandpassstruktur hinterlegt werden, um auch solche speziellen Aussetzermuster wie z. B. aufeinanderfolgende Doppelaussetzer korrekt zu erkennen und den Zylindern zuzuordnen. Die Verwendung von Differenzierern anstelle von Bandpässen ist insbesondere im Falle eines linearen oder annähernd linearen Verhaltens des Systems möglich.
Zweckmäßigerweise sind Mittel zum Erkennen von Aussetzern basierend auf Bandpass- oder Differenzierer-Summensignalen mittels Schwellwertvergleich vorgesehen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt
Figur 1 einen schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Berechnungseinrichtung als Teil einer Berechnungseinrichtung für eine Regelabweichung,
Figur 3 eine Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Figur 4 eine schematische Übersicht über eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsform(en) der Erfindung Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche bevorzugt im Rahmen einer Vorrichtung 1000 zum Regeln der Laufruhe einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl N von Zylindern (hier nicht gezeigt) realisiert ist. Die Vorrichtung 1000 umfasst eine Sensoreinrichtung 100 zum Generieren eines Drehzahlsignals SD, welches die aktuelle, insbesondere gemittel- te, Drehzahl der Brennkraftmaschine repräsentiert. Die Vorrichtung 1000 umfasst weiterhin eine Berechnungseinrichtung 200 zum Berechnen einer Regelabweichung SR ansprechend auf das Drehzahlsignal.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst die Vorrichtung 1000 zum Regeln der Laufruhe einer Brennkraftmaschine im Einzelnen erläutert. Aufbauend hierauf wird dann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen von Aussetzern dargestellt.
Bei der Vorrichtung 1000 wird zwar die Regelabweichung zunächst aus dem Drehzahlsignal berechnet, bezeichnet jedoch keine abweichende Drehzahl, sondern stattdessen für jeden der Zylinder der Brennkraftmaschine einen individuellen Korrekturbetrag für die jeweils einzuspritzende Kraftstoffmenge im Hinblick auf die angestrebte Laufruhe. Dieser Korrekturbetrag wird durch die Berechnungseinrichtung 200 aus dem Drehzahlsignal berechnet.
Der Berechnungseinrichtung 200 nachgeschaltet umfasst die Vorrichtung 1000 eine Regelungseinrichtung 300. Sie dient zum Generieren eines zylinderspezifischen Kraftstoffmengen-Korrektursignals SK für eine Kraftstoff-Zumesseinheit 500 der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf die besagte Regelabweichung SR.
Sowohl das Drehzahlsignal SD wie auch die Regelabweichung SR und das Kraftstoffmengen-Korrektursignal SK sind grundsätzlich auch im Frequenzbereich darstellbar und werden dort jeweils durch eine Mehrzahl von individuellen Spektralanteilen repräsentiert. Weil jedoch sowohl die Regelabweichung wie auch das Kraftstoffmengen-Korrektursignal letzten Endes aus dem Drehzahlsignal abgeleitet sind, weisen sowohl die Regelabweichung wie auch das Kraftstoffmengen-Korrektursignal Ähnlichkeiten in ihrem Spektrum im Vergleich zu dem Spektrum des Drehzahlsignals auf. Insbesondere wird für die vorliegende Erfindung vorausgesetzt, dass eine Laufunruhe repräsentierende Spektralanteile im Drehzahlsignal bei gleichen Frequenzen, insbesondere bei ganzzahligen Vielfachen der Nockenwellenfrequenz, auch in den Spektren der Regelabweichung und des Kraftstoffmengen-Korrektursignals enthalten sind. Es kann zweckmäßig sein, einzelne dieser Spektralanteile in dem zur Ansteue- rung der Zumesseinheit 500 vorgesehenen Kraftstoffmengen-Korrektursignal SK zu eliminieren. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 1000 vorteilhafterweise eine Abschalteinrichtung 400 auf. Diese ist ausgebildet, mindestens einen vorbestimmten unerwünschten Spektralanteil in dem Kraftstoffmengen-Korrektursignal SK durch Eingreifen in die Berechnungseinrichtung 200 und/oder die Regelungseinrichtung 300 zu eliminieren. Zu diesem Zweck ist die Abschalteinrichtung 400 in eine erste Auswahleinrichtung 410 zum Eingreifen in die Berechnungseinrichtung 200 und in eine Regelungskorrektureinrichtung 420 zum Eingreifen in die Regelungseinrichtung 300 aufgeteilt.
Figur 2 zeigt den einen typischen Aufbau der Berechnungseinrichtung 200, welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist. Diese umfasst typischerweise eine Mehrzahl von parallelen Auswertepfaden 1, 11, deren Anzahl der Anzahl der für die Berechnung des Kraftstoffmengen-Korrektursignals rele- vanten Spektralanteile entspricht. Typischerweise entspricht diese Anzahl der halben Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, abgerundet auf eine ganze Zahl. Demnach ist bei einer Zwei- oder Dreizylinder-Brennkraftmaschine jeweils nur ein Auswertepfad erforderlich, während bei einer Vier- oder Fünfzylinder- Maschine zwei Auswertepfade vorhanden sind. Die parallelen Auswertepfade I, II sind grundsätzlich gleich aufgebaut und umfassen jeweils einen Bandpass 200-1-
1 , 200-11-1 , optional ein dem Bandpass nachgeschaltetes Finite Impulse- Response FIR-Filter 200-I-2, 200-II-2, ein Abschaltelement 412-1, 412-11 der ersten Auswahleinrichtung 410 sowie ein nachgeschaltetes Phasenkorrekturelement 200-I-4, 200-II-4.
Alle Auswertepfade I, II empfangen zwar das gleiche, von der Sensoreinrichtung 100 bereitgestellte Drehzahlsignal SD, sie sind allerdings insofern unterschiedlich ausgebildet, als sie unterschiedliche Spektralanteile dieses Drehzahlsignals selektieren und auswerten, um daraus letzten Endes am Ausgang der Phasenkor- rekturelemente jeweils entsprechende beziehungsweise zugehörige Spektralanteile der Regelabweichung SR zu generieren. Diese einzelnen Spektralanteile der Regelabweichung werden in einer Summations- und Invertierungseinrichtung 210 der Berechnungseinrichtung 200 aufsummiert und invertiert, um auf diese Weise die Regelabweichung SR zu generieren. Fig. 3 veranschaulicht das dargestellte Verfahren, soweit es die Funktionsweise der Berechnungseinrichtung 200 betrifft. Es ist dort die Brennkraftmaschine 600 gezeigt, deren Zylindern jeweils eine bestimmte Menge m an Kraftstoff zugeführt wird. Mit Hilfe der Sensoreinrichtung 100 ist dann am Ausgang der Brennkraftmaschine 600 die Drehzahl von deren Kurbelwelle in Form des Drehzahlsignals n SD erfassbar. Das Drehzahlsignal n besteht im Frequenzbereich aus mehreren
Spektralanteilen, die im Zeitbereich einer Grundschwingung SDI und mindestens einer Oberschwingung SDII entsprechen. Diese Spektralanteile sind neben individuellen Amplituden und Phasen insbesondere durch individuelle Frequenzen charakterisiert, die durch ganzzahlige Vielfache der Nockenwellenfrequenz rep- räsentiert sind. Dies ist dadurch begründet, dass die Einspritzungen in die Zylinder synchron zur Nockenwellenfrequenz erfolgen. Wie bereits oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 erwähnt, werden diese in Fig. 3 veranschaulichten Spektralanteile SDI, SDII jeweils von den geeignet ausgebildeten Bandpässen 200-1-1 , 200- 11-1 selektiert. Diese Selektionen können durch die erwähnten nachgeschalteten FIR-Filter 200-I-2, 200-II-2 aufgrund der geringeren Bandbreite dieser Filter verbessert werden. Es sei angemerkt, dass für viele Anwendungsfälle die Bandbreite der Bandpässe ausreichend ist, wobei jedoch deren Trennschärfe bei Bedarf durch nachgeschaltete FIR-Filter verbessert werden kann. Die Bandpässe und FIR-Filter führen jedoch nicht lediglich die Selektionen der Spektralanteile aus, sondern rekonstruieren darüber hinaus auch die den jeweils selektierten Spektralanteilen SDI, SDII des Drehzahlsignals zugeordneten Spektralanteile SR-I, SR-II des Kraftstoffmengenfehlersignals SR-1 . Die Summe dieser einzelnen Spektralanteile - beziehungsweise im Zeitbereich der Grundwelle und der jeweiligen Oberwellen - repräsentiert dann das gesuchte rekonstruierte Kraftstoffmen- genfehlersignal SR-1 . Dieses zylinderspezifische Signal gibt für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine die Fehlermenge an, die zuletzt entweder zu viel oder zu wenig in den jeweiligen Zylinder eingespritzt wurde.
Für die Umrechnung von einem Spektralanteil des Drehzahlsignals auf den zu- gehörigen Spektralanteil des Kraftstofffehlermengensignals ist die Kenntnis des
Zusammenhangs zwischen diesen beiden Größen erforderlich. Diese Kenntnis kann experimentell durch eine Frequenzgangmessung am Fahrzeug ermittelt werden.
Die oben beschriebenen Bandpässe rekonstruieren die Spektralanteile der Kraft- stoffmengenfehlersignals bezüglich Amplitude und Frequenz. Die erwähnten
Phasenkorrekturelemente korrigieren die Phase der rekonstruierten Spektralanteile des Kraftstoffmengenfehlersignals, um bei der nachfolgenden Aufsummie- rung der Spektralanteile eine zylinderspezifische Zuordnung zu ermöglichen. Wenn eine korrekte Rekonstruktion des Kraftstoffmengenfehlersignals nicht mög- lieh ist, weil bestimmte Spektralanteile nicht durch Kraftstofffehlermengen bedingt sind, können diese Spektralanteile eliminiert werden. Hierzu ist die erste Auswahleinrichtung 410 vorgesehen. Die Schaltelemente 412-1 und 412-11 sind hierbei so ausgebildet, dass sie ansprechend auf ein Steuersignal entweder den Auswertepfad, dem sie zugeordnet sind, einschalten, oder alternativ ein Nullsig- nal für die nachgeschalteten Elemente der Vorrichtung erzeugen. Das Steuersignal wird hierbei von einer Steuereinrichtung 414 durch Auswerten der Drehzahl n und der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge m generiert.
Die soeben beschriebene Funktionsweise bzw. Applikation dient dazu, Ein- spritzmengenfehler der verschiedenen Zylinder zu erkennen und auszugleichen.
Bei diesen Einspritzmengenfehlern handelt es sich um relativ kleine Abweichungen, die im Vergleich zu einem Aussetzer eines Zylinders geringe Drehmomentschwankungen erzeugen. Die beschriebene Applikation betrifft daher das Kleinsignalverhalten des Motor-Triebstrangs. Die dargestellte Vorgehensweise ist auf- grund des unterlagerten Regelkreises relativ robust gegen Toleranzen.
Die beschriebene Applikation ist jedoch nicht optimal zur Erkennung von Aussetzern geeignet, da Aussetzer bezüglich der dargestellten Signalverarbeitung im Großsignalbereich angesiedelt sind. Insbesondere Triebstränge mit einem Zwei- Massen-Schwungrad weisen ein nichtlineares Verhalten auf, das hier zum Tragen kommen kann. Das Triebstrangübertragungsverhalten kann abhängig sein von der Art der Anregung und damit vom vorliegenden Aussetzermuster.
Im Folgenden wird nun erläutert, wie die Struktur der oben beschriebenen Laufruheregelung erfindungsgemäß für eine Aussetzererkennung verwendet werden kann. Die Erfindung kann im Rahmen einer Vorrichtung, wie sie unter Bezug- nähme af die Figuren 1 bis 3 erläutert wurde, als zusätzliche Applikation realisiert werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass oben im Rahmen der Erfindung FIR-Filter erwähnt wurden. Bei Verwendung geeigneter FIR-Filter sind Applikationseinstellungen oder -änderungen von Bandpässen in besonders günstiger Weise möglich.
Zunächst wird auch bei der erfindungsgemäßen Applikation eine Information bezüglich der zylinderindividuellen Drehmomentunterschiede benötigt. Auch diese Information wird in der Berechnungseinrichtung 200 erhalten, welche die notwendigen Bandpässe beinhaltet, sowie die Segmentwahl und die anschließende Summation durchführt. Die Bandpässe und Segmentwerte sind, entsprechend den zu beobachtenden Großsignalbereichen, entsprechend angepasst.
Mittels einer derartigen Anpassung der Bandpässe und der Segmentwahl, und entsprechend der anschließenden Summation, sind Aussetzer bzw. Daueraussetzer auf einem Zylinder sicher erkennbar.
Mehrfachaussetzer, insbesondere zwei aufeinander folgende Daueraussetzer, können das Übertragungsverhalten derart beeinflussen, dass die Applikation für Daueraussetzer auf einem Zylinder nur sehr eingeschränkt anwendbar ist.
Die in Figur 4 dargestellte Struktur stellt eine besonders bevorzugte Möglichkeit dar, aufeinanderfolgende Aussetzer zu erkennen.
In Figur 4 erkennt man, dass das gemittelte Drehzahlsignal SD als Eingangssignal parallel einem ersten Satz von Bandpässen mit entsprechender Segmentwahl 510, und einem zweiten Satz Bandpässen mit entsprechender Segmentwahl 520 zugeführt wird. Hierbei ist der erste Satz Bandpässe mit der entsprechenden Segmentwahl 510 auf einen Daueraussetzer nur eines Zylinders appliziert, während der entsprechende Satz 520 für Daueraussetzer auf mehreren Zylindern, insbesondere aufeinander folgenden Zylindern, appliziert ist.
Man erkennt, dass die Ausgänge der jeweiligen Sätze 510, 520 einem Block 530 zugeführt werden, in dem zur sicheren Zuordnung von Aussetzern zu einem oder mehreren Zylindern ein Schwellwertevergleich unter Verwendung einer geeigneten Verknüpfungslogik durchgeführt werden kann. Am Ausgang dieses Blocks 530 erhält man die Information, ob ein Aussetzer vorliegt oder nicht, sowie an welchem Zylinder bzw. welchen Zylindern ein Aussetzer vorliegt bzw. Aussetzer vorliegen.
Wenn man die Ergebnisse beider Sätze bzw. Strukturen 510, 520 miteinander verknüpft, ist mittels des Blocks 530 feststellbar, ob dauerhafte Aussetzer auf einem oder mehreren Zylindern vorliegen. Je nach Zylinderzahl und Aussetzermuster kann es zweckmäßig sein, weitere Unterstrukturen bestehend aus Bandpässen und Segmentwahl hinzuzufügen.
Je nach dem, wie ausgeprägt das nichtlineare Verhalten des Triebstranges ist, können zur Applikation der Bandpässe und Segmentwahlen konstante Werte ausreichen, oder für jeden Parameter eigene Kennfelder (last - und drehzahlabhängig) benötigt werden. Es ist ebenso denkbar, dass man je nach eingelegtem oder vorgegebenem Gang unterschiedliche Kennfeld-Applikationen benötigt bzw. einsetzt. Appliziert werden müssen hierbei insbesondere die Bandpassverstärkungen und die Segmentwerte.
Die Erkennung der Daueraussetzer erfolgt zweckmäßigerweise basierend auf erhaltenen Bandpasssummensignalen mittels Schwellwertevergleich. Idealerweise ist der Schwellwert konstant, kann jedoch ebenfalls durch eine Kennlinie oder ein geeignetes Kennfeld ersetzt werden. Sind mehrere Bandpass/Segmentwahl- strukturen gleichzeitig im Einsatz, sind verschiedene Kombinationsmöglichkeiten denkbar.
Als Beispiel sei zunächst eine Oder-Verknüpfung genannt, bei der stets dann, wenn ein Schwellwertevergleich auf einen Aussetzer in einer der bereitgestellten Sätze 510,520 hindeutet, eine entsprechende Meldung erfolgt.
Alternativ ist auch eine Und-Verknüpfung denkbar, welche insbesondere derart wirken kann, dass nur wenn die Bandpassstruktur 510, die auf Erkennung dauerhafter Aussetzer eines Zylinders optimiert ist, einen Aussetzer erkennt, mit der zweiten Bandpassstruktur 520 auch der nächste Zylinder geprüft wird. Die Strukturen aus Bandpässen/Segmentwahlen werden benötigt, um ein nichtlineares Verhalten des Triebstranges zu modellieren. Im Falle eines linearen oder annähernd linearen Verhaltens, können die Bandpässe durch einen einfachen Differenzierer ersetzt werden. Dies ist in diesem Fall ausreichend, um zylinderindividuelle Drehmomente zu erkennen. Um die Zylinderzuordnung zu optimieren, wird weiterhin eine nachfolgende Segmentwahl benötigt. Hier sei insbesondere auf gewichtete Mittelwerte aufeinanderfolgender Filterausgänge als Möglichkeit hingewiesen. Dies ergibt für diesen Anwendungsfall eine ressourcenoptimierte Lösung. Auch hier kann die Erkennung mittels Schwellwertvergleich basierend auf einem Differenziererausgang und der Segmentwahl durchgeführt werden.
Die Zylinderzuordnung basiert ebenfalls zweckmäßigerweise auf dem internen Laufruhenregelungs-Segmentzähler. Die Erkennung meldet, ob ein Aussetzer vorliegt (ja/nein), und welcher Zylinder gerade ausgewertet wird.
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Erkennung von Aussetzern wenigstens eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit:
einer Sensoreinrichtung (100) zum Generieren eines Drehzahlsignals SD, welches die aktuelle, insbesondere gemittelte, Drehzahl der Brennkraftmaschine repräsentiert,
einer Berechnungseinrichtung (200) zum Berechnen einer Regelabweichung SR ansprechend auf das Drehzahlsignal SD, und
einer Einrichtung (300) zum Generieren eines, insbesondere durch eine Mehrzahl von Spektralanteilen repräsentierte, zylinderspezifischen Aussetz-Signals ansprechend auf die Regelabweichung SR.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Generieren eines zylinderspezifischen Aussetz-Signals im Rahmen ei- ner Regelungseinrichtung (300) zum Generieren eines durch eine Mehrzahl von Spektralanteilen repräsentierten zylinderspezifischen Kraftstoffmengen- Korrektursignals für eine Kraftstoff-Zumesseinheit (500) der Brennkraftmaschine ansprechend auf die Regelabweichung SR realisiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum
Erkennen von Daueraussetzern an einem oder zwei aufeinander folgenden Zylindern ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (200) mindestens einen Auswertepfad aufweist, welcher umfasst:
- einen Bandpass (510,520) oder einen Differenzierer zum Selektieren eines einem Aussetzer zugeordneten Spektralanteils aus dem Drehzahlsignal.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Doppel- Bandpassstruktur (510,520) oder eine Doppel-Differenziererstruktur vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Erkennen von Aussetzern basierend auf Bandpass- oder Differenzierer-Summensignalen mittels Schwellwertvergleich.
7. Verfahren zum Erkennen von Aussetzern wenigstens eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten:
- Generieren eines Drehzahlsignals SD, welches die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine repräsentiert,
- Berechnen einer Regelabweichung SR ansprechend auf das Drehzahlsignal SD, und
- Generieren eines zylinderspezifischen Aussetz-Signals ansprechend auf die Regelabweichung.
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