Verbrennungsaussetzererkennungsverfahren Stand der Technik Aus der DE 196 27 540 ist bereits ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bekannt, bei dem ein Maß für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors gebildet wird und mit einem Schwellwert verglichen wird, der von der Last des Verbrennungsmotors abhangig ist und bei dem eine Uberschreitung des Schwellwertes als Aussetzer gewertet wird. Die Last, d. h. im wesentlichen die Füllung des Zylinders mit Luft beeinflußt die Laufunruhe wesentlich. Mit bei steigender Last steigendem Drehmoment steigen die auf die Kurbelwelle wirkenden Beschleunigungskrafte an und bewirken damit eine steigende Laufunruhe.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Verbesserung der Erkennungsqualität der Verbrennungsaussetzererkennung.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhangigen Anspruchs gelöst.

Die Lösung berucksichtigt, daß die Laufunruhe des Motors bei regularer Verbrennung vom Drehmoment des Motors abhängt.

Neben der Last, die im wesentlichen durch die

Zylinderfüllung mit Luft definiert wird, beeinflußt auch der Zundwinkel und das Kraftstoff/Luftverhältnis der Zylinderfüllung das aus der Verbrennung der Zylinderfüllung resultierende Drehmoment und damit die unter regularen Bedingungen zu erwartende Laufunruhe.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemaße Berücksichtigung des Zündwinkels und/oder des Kraftstoff/Luftverhaltnisses der Zylinderfullung bei der Bestimmung des Schwellwertes oder bei der Bildung eines Maßes fur die Laufunruhe des Verbrennungsmotors und/oder bei der Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung erlaubt einen geringeren Abstand von Schwellwert und Laufunruhewerten unter regularen Bedingungen und damit eine empfindlichere Erkennung von nichtregularen Bedingungen, d. h. insbesondere von Aussetzern.

Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemaße Berücksichtigung des Zündwinkels bei modernen Verbrennungsmotorsteuerungen, die neben der Zylinderfüllung auch den Zündwinkel als Stellgroße zur Realisierung eines geforderten Drehmomentes nutzen.

Im Gegensatz zu anderen Verbrennungsmotorsteuerungen entfällt bei diesen modernen Motorsteuerungen die vergleichsweise starre Kopplung des Zündwinkels an Last und Drehzahl. Die verringerte Abhängigkeit des Zundwinkel von diesen Großen vergrößert seinen selbstandigen Einfluß auf das Drehmoment und damit die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung.

Die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt zusätzlich das Drehmoment. Eine weitere Steigerung der Genauigkeit ergibt sich daher durch eine Berücksichtigung der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches.

Bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung sind Betriebszustande denkbar, in denen das gewunschte Moment bei gegebener Luftfüllung und festem optimalen Zundwinkel uber die Qualitat des Kraftstoff/Luftgemisches, d. h. tuber dessen Lambdawert eingestellt wird.

In solchen Betriebszustanden ist daher nicht der Zundwinkel sondern die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luftgemisches die entscheidende Große, die erfindungsgemaß zu berucksichtigen ist.

Von Vorteil ist darüber hinaus eine erganzende Berücksichtigung des Zustandes einer Drehmomentwandleruberbruckungskupplung bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben.

Der Antriebsstrang stellt ein schwingungsfahiges System dar.

Je nachdem, ob die Kupplung offen oder geschlossen ist, ergibt sich eine unterschiedliche Auswirkung durch dampfende oder anregende Einflüsse auf die Laufunruhewerte der Brennkraftmaschine. Dadurch kann der Störabstand, d. h. der Abstand der Laufunruhewerte unter dem Einfluß von Aussetzern von den Laufunruhewerten bei regularer Verbrennung beeinflußt werden.

Die ergänzende Berücksichtigung des Zustandes der Wandlerüberbrückungskupplung erlaubt auch hier eine Optimierung des Störabstandes.

Die Berücksichtigung des Zündwinkels bei der Aktivierung/Deaktivierung der Aussetzererkennung fuhrt zu einer weiter gesteigerten Zuverlässigkeit der Aussetzererkennung.

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung.

Figur 2 verdeutlicht das bekannte Prinzip der Bildung von Segmentzeiten als Basis eines Maßes für die Laufunruhe auf der Basis von Drehzahlmessungen.

Die Fig. 3 und 4 offenbaren Flußdiagramme als Ausführungsbsp. des erfindungsgemaßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Winkelge- berrad 2, das Markierungen 3 tragt, sowie einen Winkelsensor 4, ein Mittel 5 zur Erfassung der in die Brennkraftmaschine strömenden Luftmenge ml, bspw. ein Heißfilmluftmassenmesser, ein Leistungsstellglied 6, bspw. eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe, eine Zundvorrichtung 7 und ein Steuergerät 8 sowie eine Fehlerlampe 10, einen Abgassensor 9, und ein Mittel FW zur Erfassung des vom Fahrer gewünschten Drehmomentes.

Aus den erfaßten Betriebsdaten und im Steuergerät abgelegten Kennfeldern und Kennlinien läßt sich das Drehmoment mdist des Motors bestimmen. Das Signal des Heißfilmluftmassenmessers liefert ein Signal tuber die Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor stroma. Unter stationären Bedingungen låßt sich daraus durch Division durch die Drehzahl und die Zahl der Zylinder die Luftfullung rl eines einzelnen Zylinders bestimmen. In einem Kennfeld im Steuergerat ist die Abhängigkeit des Drehmomentes mdist von

Füllung rl und Drehzahl n für einen optimalen Zündwinkelwert ZWOPT bei stöchiometrischem Gemisch (Lambda = 1) abgelegt.

Mit den Betriebsdaten rl, N, die aus den Signalen der Sensoren 5 und 4 bestimmt werden, läßt sich somit das Drehmoment mdist prinzipiell bestimmen. Abweichungen des realen Zündwinkels ZW vom Wert ZWOPT und Abweichungen des realen Lambda, das vom Sensor 9 geliefert wird, beeinflussen das Drehmoment. Diese Einflüsse lassen sich durch vorbestimmte Korrekturfaktoren bei der Berechnung von mdist berucksichtigen.

Der optimale Zündwinkel ZWOPT ist ebenfalls in einem Kennfeld in Abhangigkeit von rl und n abgelegt.

Die Drehbewegung des mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelten Winkelgeberrades wird mit Hilfe des als Induktivsensor realisierten Winkelsensors 4 in ein elektrisches Signal umgewandelt, dessen Periodizitat ein Abbild des periodischen Vorbeistreichens der Markierungen 3 am Winkelsensor 4 darstellt. Die Zeitdauer zwischen einem Anstieg und einem Abfall des Signalpegels entspricht daher der Zeit, in der sich die Kurbelwelle tuber einen dem Ausmaß einer Markierung entsprechenden Winkelbereich weitergedreht hat. Diese Zeitdauern werden in dem als Rechner realisierten Steuergerät 5 zu einem Maß Lut für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine weiterverarbeitet.

Ein Beispiel einer Lut-Berechnung wird weiter hinten vorge- stellt.

Aus dem Signal des Sensors 4 laßt sich weiterhin die Drehzahl n der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmen.

Drehzahl n, angesaugte Luftmenge ml als Maß für die Zylinderfüllung rl der Brennkraftmaschine sowie die

Kraftstoff/Luftgemischzusammensetzung Lambda der Zylinderfüllung und der Zündwinkel ZW bestimmen maßgeblich das aus der Verbrennung resultierende Drehmoment.

Zur Einstellung des gewünschten Drehmomentes verarbeitet das Steuergerat die Signale der dargestellten und ggf. noch weiterer Sensoren und formt daraus Ansteuersignale insbesondere zur Füllungssteuerung tuber das Leistungsstellglied 6 und zur erganzenden Drehmomenteinstellung tuber den Zündwinkel ZW, mit dem die Zundvorrichtung angesteuert wird.

Fig. 1 b zeigt neben Motor 1 und Steuergerat 8 ein automatische Getriebe 11 mit einem hydraulischen Drehmomentwandler 13, einer Wandlerüberbrückungskupplung 12 und einem Sensor 14 zur Erfassung der Getriebeabtriebsdrehzahl nGA.

Die Wandlerüberbrückungskupplung dient zur mechanischen Uberbruckung des hydraulischen Drehmomentwandlers. Im überbrückten Zustand wird der Schlupf des hydraulischen Drehmomentwandlers beseitigt und somit der Wirkungsgrad der Kraftübertragung verbessert. Die Ansteuerung der Wandlerkupplung erfolgt durch das Steuergerat 8 mit einem Signal PWK in Abhängigkeit von Motordrehmoment mdist oder Füllung rl und Getriebeabtriebsdrehzahl nGA. Im folgenden soll PWK = 1 einer geschlossenen Wandlerüberbrückungskupplung entsprechen.

Figur 2a zeigt eine Einteilung des Winkelgeberrades in vier Segmente, wobei jedes Segment eine vorbestimmte Zahl von Markierungen aufweist. Die Markierung OTk ist demjenigen oberen Totpunkt der Kolbenbewegung des k-ten Zylinders eines in diesem Beispiel achtzylindrigen Verbrennungsmotors zuge- ordnet, der im Verbrennungstakt dieses Zylinders liegt. Um

diesen Punkt herum ist ein Drehwinkelbereich (pk definiert, der sich in diesem Beispiel uber ein Viertel der Markierun- gen des Winkelgeberrades erstreckt. Analog sind den Verbren- nungstakten der übrigen Zylinder Winkelbereiche (pl bis (p8 zugeordnet, wobei hier vom Viertaktprinzip ausgegangen wird, bei dem sich die Kurbelwelle für einen vollstandigen Ar- beitszyklus zweimal dreht. Daher entspricht beispielsweise der Bereich (pl des ersten Zylinders dem Bereich (p5 des funf- ten Zylinders usw. Die zu einer Kurbelwellenumdrehung zuge- hörigen Winkelbereiche können voneinander getrennt sein, sich aneinander anschließen oder auch überlappen. Im ersten Fall gibt es Markierungen, die keinem Winkelbereich zugeord- net sind, im zweiten Fall gehört jede Markierung zu genau einem Winkelbereich und im dritten Fall können jeweils die- selben Markierungen verschiedenen Winkelbereichen zugeordnet sein. Beliebige Lange und Lagen der Winkelbereiche sind so- mit möglich.

In der Figur 2b sind die Zeiten ts aufgetragen, in denen die Winkelbereiche durch die Drehbewegung der Kurbelwelle uber- strichen werden. Dabei ist ein Aussetzer im Zylinder k ange- nommen. Der mit dem Aussetzer verbundene Drehmomentausfall fuhrt zu einem Anstieg der zugehörigen Zeitspanne ts oder einer nachfolgenden Zeitspanne ts+1. Die Zeitspannen ts stellen damit bereits ein Maß für die Laufunruhe dar, das prinzipiell zur Erkennung von Aussetzern geeignet ist. Durch eine geeignete Verarbeitung der Zeitspannen ts, insbesondere durch die Bildung von Differenzen benachbarter Zeitspannen und Normieren dieser Differenzen auf die dritte Potenz der Zeitspanne tsi zu einem Zündtakt mit Index i erhalt der Laufunruhewert die Dimension einer Beschleunigung und weist, wie sich empirisch gezeigt hat, ein verbessertes Signal/Rausch-Verhaltnis auf.

Die Laufunruhewerte können auch nach anderen Vorschriften gebildet sein.

Der Ablauf einer Aussetzererkennung ist in der Figur 3a dargestellt, die ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemaßen Verfahrens darstellt.

Das Ausführungsbeispiel wird zyklisch aus einem übergeordneten Motorsteuerungs-oder Hauptprogramm aufgerufen.

Das Aussetzererkennungsverfahren beginnt mit dem Schritt 3.1, in dem zundungssynchron Segmentzeiten erfaßt und gegebenfalls zu Laufunruhewerten verarbeitet werden.

In dem Schritt 3. 2 wird ein Schwellwert LUR aus einem Kennfeld LUR (y) eingelesen. Als Eingangsparameter y des Kennfeldes dient wenigstens der Zundwinkel ZW. Als weitere Eingangsparameter kommen einzeln oder in beliebiger Kombination die Gemischzusammensetzung Lambda, die Füllung rl, die Drehzahl n und der Zustand PWK der Wandlerüberbrückungskupplung in Frage. Dabei wird eine geschlossene Wandlerüberbrückungskupplung (PWK = 1) tendenziell mit einem höheren Schwellwert verknupft sein.

Gleiches gilt für höhere Werte von rl. Abweichungen des Zündwinkels ZW von seinem optimalen Wert fuhren zu kleineren Drehmomenten. Entsprechend wird der Schwellwert mit zunehmenden Abstand von ZW von ZWOPT sinken. Ahnliches gilt für von Lambda 1 abweichende Lambdawerte.

Nach dem Einlesen des Schwellwertes LUR findet im Schritt S3. 3 ein Vergleich des Laufunruhewertes mit dem Schwellwert statt. Ein Kreuzen des Schwellwertes durch einen Laufunruhewert wird im Schritt 3. 4 als Aussetzer gewertet.

Daran schließt sich ein Schritt 3. 5 an, in dem

gegebenenfalls, das heißt beispielsweise bei einer bestimmten Häufigkeit des Auftretens von Ausetzern, eine Fehlerlampe MIL eingeschaltet wird.

Die Fig. 3b zeigt eine Alternative zur Anderung des Schwellwertes. Im Rahmen dieser Alternative erfolgt anstelle einer Anderung des Schwellwertes eine Anderung der Laufunruhewerte. Dazu wird in einem Schritt 3. 1. 1 ein Korrekturwert K aus einem Kennfeld eingelesen und im Schritt 3.1. 2 mit unkorrigierten Laufunruhewerten LUT zu einem korrigierten Laufunruhewert LUT2 verknupft. Die Verknüpfung kann additiv oder multiplikativ sein. Die Korrektur wird bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung (PWK = 1) tendenziell verkleinernd auf die Laufunruhewerte wirken.

Dadurch wird die Aussetzererkennung unempfindlicher gegen Triebstrangschwingungen. Gleiches gilt für höhere Werte von rl, die das Drehmoment und damit die Laufunruhe steigern, ohne daß die (unkorrigiert) gestiegene Laufunruhe durch Aussetzer bedingt ist. Abweichungen des Zündwinkels ZW von seinem optimalen Wert fuhren zu kleineren Drehmomenten.

Entsprechend wird die Korrektur in diesem Fall mit zunehmenden Abstand von ZW von ZWOPT vergrößernd wirken.

Ahnliches gilt für von Lambda 1 abweichende Lambdawerte.

Der im Schritt 3. 2 eingelesene Schwellwert kann bei diesem Ausführungsbsp. konstant sein, so daß sich das in Fig. 3a gezeigte Kennfeld gewissermaßen auf eine Speicherzelle reduziert.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das die Zuverlässigkeit der Aussetzererkennung weiter erhöht.

Fig. 4 a zeigt eine durch Werte von Drehmoment mdist und Drehzahl n aufgespanntes Kennfeld, in dem Bereiche A und B unterscheiden werden.

Fig. 4b zeigt mit dem Schritt 4. 1 eine zusatzliche, der Aussetzererkennung nach Fig. 3 vorgeschaltete Abfrage.

Darin wird überprüft, ob das das aktuelle Wertepaar mdist (ZW), n im Bereich A liegt. Wenn dies bejaht wird, erfolgt die Aussetzererkennung nach Fig. 3. Mit anderen Worten : Die Aussetzererkennung ist aktiviert. Wird die Abfrage dagegen verneint, wird zurück in das Hauptprogramm verzeigt, ohne daß die Aussetzererkennung aktiviert ist.

Durch diesen vom Drehmoment und von der Drehzahl abhangigen Arbeitsbereich A, in dem die Aussetzererkennung aktiv ist, laät sich die Aussetzererkennung insbesondere in Betriebspunkten mit großer Füllung bei gleichzeitig großem Abstand des Zündwinkels ZW von seinem Optimalwert ZWOPT deaktivieren.

Diese Betriebspunkte werden typischerweise zur Heizung des Katalysators eingestellt. Aufgrund des nicht optimalen Zündzeitpunktes ist der Wirkungsgrad des Motors verschlechtert. Die aufgrund des verschlechterten Wirkungsgrades nicht im Motor freiwerdende Energie der Zylinderfüllung heizt den nachgeschalteten Katalysator auf.

Der schlechte Wirkungsgrad wird durch eine erhöhte Füllung kompensiert.

Die erhöhte Füllung allein könnte als Indiz für einen ausreichenden Störabstand interpretiert werden, weil sie in anderen Betriebspunkten mit erhöhtem Drehmoment einhergeht.

In den speziellen Betriebspunkten mit verschlechtertem Wirkungsgrad stimmt diese Korrelation jedoch nicht. Das Drehmoment ist aufgrund des kleineren Wirkungsgrades kleiner. Die erfindungsgemaße Berucksichtigung des Zündwinkel und gegebenfalls auch der Gemischzusammensetzung erlaubt eine verbesserte Ausblendung kritischer Betriebspunkte und damit insgesamt eine Steigerung der Zuverlassigkeit der Aussetzererkennung.