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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR DETECTING FAULTS IN A MULTICYLINDER INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/057381
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for detecting faults in a multicylinder internal combustion engine comprising at least one first motor control appliance that controls at least the injection and ignition for a first portion of cylinders pertaining to the internal combustion engine. The internal combustion engine also comprises at least one additional motor control appliance that controls the injection and ignition for an additional portion of cylinders. Detection of faults for the first and the additional portion of cylinders is also carried out in said additional motor control appliance. The control appliances use a motor control programme which is interrupted in a phase synchronous manner in relation to the rotational movement of the crankshaft by means of interrupt routines. At least the data that is required for the injection and ignition is processed in said routines. According to the inventive method, detection of faults is based upon the formation and evaluation of crankshaft segment times. The crankshaft segment times are produced and evaluated in certain interrupt routines.

Inventors:
BARHO HANS (DE)
GROSS HELMUT (DE)
LEHNER MICHAEL (DE)
LOHMANN ANDREA (DE)
BULLA MARTIN (DE)
SEYFANG ROBERT (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/000117
Publication Date:
August 09, 2001
Filing Date:
January 12, 2001
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BARHO HANS (DE)
GROSS HELMUT (DE)
LEHNER MICHAEL (DE)
LOHMANN ANDREA (DE)
BULLA MARTIN (DE)
SEYFANG ROBERT (DE)
International Classes:
F02D45/00; G01M15/00; G01M15/11; (IPC1-7): F02D41/00
Foreign References:
US5035220A1991-07-30
US5832404A1998-11-03
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Description:
Verfahren zur Aussetzererkennung bei einem mehr- zylindrigen Verbrennungsmotor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausset- zererkennung bei einem mehrzylindrigen Verbren- nungsmotor mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung mit den gattungsbildenden Merkmalen sind prinzipiell im Stand der Technik bekannt. Die Verfahren basieren im wesentlichen darauf, daß aus motorintern ermit- telten Werten für die Laufunruhe einzelner Zylinder des Verbrennungsmotors durch einen Vergleich mit festgelegten Schwellwerten Verbrennungsaussetzer in dem Falle erkannt werden, in dem die ermittelten Laufunruhewerte den Schwellwert überschreiten.

Die für die Verbrennungsaussetzererkennung maßgeb- lichen Laufunruhewerte für einzelne Zylinder werden unter Nutzung der Erkenntnis gewonnen, daß eine nicht erfolgende oder unvollständige Verbrennung innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors charakteristische Änderungen des Drehmomentverlau-

fes des Motors gegenüber dem Normalbetrieb mit sich bringt. Durch den Vergleich der Drehmomentverläufe bzw. dem Beitrag, den einzelne Zylinder zum Drehmo- ment leisten, kann somit zwischen Normalbetrieb des Verbrennungsmotors ohne Aussetzer und dem ausset- zerbehafteten Betrieb unterschieden werden. Die Un- terschiede im Drehmomentverlauf werden durch Er- mittlung von Segmentzeiten bestimmt, wobei berück- sichtigt wird, daß ein infolge eines Aussetzers auftretender niedrigerer Drehmomentbeitrag eine Verlängerung der Segmentzeiten der Kurbelwelle mit sich bringt, wobei einem Kurbelwellensegment je- weils die Kolbenbewegung einzelner Zylinder während der drehmoment-produzierenden Expansionsphase ent- spricht. Die Kurbelwellensegmentzeiten lassen sich über geeignete Sensoren beispielsweise an einem mit der Kurbel-oder Nockenwelle befestigten Geberrad abtasten, auf dem die Grenzen der Segmentbereiche markiert sind. Die Kurbelwellensegmentzeiten werden üblicherweise zündungssynchron ermittelt und in Mo- torsteuergeräten gespeichert und ausgewertet. Die Auswertung erfolgt hierbei durch Berechnung von Laufunruhewerten aus den ermittelten Kur- belwellensegmentzeiten, wobei die Laufunruhewerte durch einen Sollwertvergleich mit einem Schwellwert eine Aussetzerkennung ermöglichen, die darauf be- ruht, daß das Überschreiten des festgelegten Schwellwertes als Aussetzer in dem zugehörigen Zy- linder gewertet wird.

Das beschriebene Verfahren zur Aussetzererkennung hat sich prinzipiell bei mehrzylindrigen Verbren-

nungsmotoren mit einem zentralen Motorsteuergerät bewährt. Bei hochzylindrigen Motoren mit mehreren Steuergeräten ergibt sich die Problematik, daß die Auswertung von Laufunruhewerten aus aufeinanderfol- genden Segmentzeiten außerordentlich kompliziert ist, da jedes Steuergerät nur eine Anzahl von daran angeschlossenen Zylindern versorgt, wobei in jedem der Steuergeräte nur die Daten einer Teilmenge von Zündendstufen und Einspritzventilen verarbeitet wird. Aus der Aufteilung der Zylinder auf mehrere Steuergeräte folgt dementsprechend, daß die Laufun- ruhewerte aus aufeinanderfolgenden Segmentzeiten nur durch entsprechenden Speicher-und Berechnungs- aufwand ermittelt und für eine Verbrennungsausset- zerkennung genutzt werden können.

Außerdem können Rechenzeitprobleme auftreten.

Zur Verdeutlichung wird der Fall eines Motors mit zwei Steuergeräten betrachtet, von denen jeweils ei- nes die Zündung und Einspritzung fur jeweils eine Zylindergruppe steuert und bei dem die Verbren- nungsaussetzererkennung in einem Steuergerät zusam- mengefasst ist. Dieses Steuergerät wird im folgen- den auch als Diagnosesteuergerät bezeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine vorteilhafte Aufteilung der Rechenzeit des Diagnose-SG zwischen zwei Zündungen innerhalb der diesem Steuergerät zu- £4 2 s geordneten Zylindergruppe »--

Die Zeitspanne zwischen zwei solchen Zündungen reicht im Prinzip aus, um die Daten der ersten Zün- dung zu verarbeiten, einen weiteren Interrupt zu erzeugen, der einer Zündung des anderen Steuergerä- tes zugeordnet ist, eine zugehörige Segmentzeit zu erfassen und für die Verbrennungssausetzererkennung zu verarbeiten.

In den Interruptroutinen der Zylinder, deren Zun- dungen vom Diagnosesteuergerat gesteuert werden, erfolgt nicht nur eine Auswertung der zugehörigen Segmentzeiten zur Aussetzererkennung. Zusätzlich erfolgt innerhalb dieser Routine auch die Berech- nung weiterer Funktionen wie der Zündung und der Einspritzung.

Dagegen werden in den Routinen der Interrupts, die den Zündungen der anderen Zylinder, die vom zweiten Steuergerät berechnet werden, zugeordnet sind, nur Segmentzeiten erfaßt und für die Aussetzererkennung ausgewertet.

Deshalb sind die Interruptroutinen der vom Diagno- sesteuergerät gesteuerten Zylinder im zeitlichen Verlauf wesentlich länger als die der Zylinder, die vom zweiten Steuergerät gesteuert werden.

Problematisch ist, dass die Verarbeitung der Daten der ersten Zündung so lange dauern kann, dass der weitere Interrupt-bei vollständiger Abarbeitung der Daten der ersten Zündung-nicht synchron mit dem Zündinterupt des 2. SG erfolgt.

Unterbricht man die Verarbeitung der Daten des er- sten Interrupts und gibt man dem synchron erfolgen- den weiteren Interrupt einschließlich der Berech- nung seiner Daten den Vorrang, so kann es passie- ren, das die Berechnungsergebnisse des weiteren In- terrupts zeitlich vor dem Berechnungsergebnis des ersten Interrupts vorliegen. Dann kann es zu uner- wünschen Vertauschungen in der Berechnungsreihen- folge der Laufunruhe kommen.

Erfindungsgemäß wird die Abarbeitung der Daten der ersten Zündung für die Auslösung des weiteren In- terrupts unterbrochen und nach der Auslösung des weiteren Interrupts wird die zugehörige Segmentzeit phasenrichtig zum Zündinterrupt des zweiten SG er- fasst und gespeichert.

Danach wird zunächst die Abarbeitung der Daten der ersten Zündung zu Ende gebracht, bevor der Laufun- ruhewert mit der Segmentzeit des weiteren Inter- rupts berechnet wird.

So ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass der Laufunruhewert der ersten Zündung im SG immer vor dem Laufunruhewert des direkt folgenden Zündin- terrrupts des zweiten SG vorliegt. Dadurch wird vermieden, dass in der Berechnungsreihenfolge für die Laufunruhe Vertauschungen auftreten.

Ein weiterer bedeutender Vorteil liegt darin,

dass durch die zusätzlichen Interrupts fur die Zy- linder, die nicht mit dem Diagnose-SG verbunden sind, der Algorithmus zur Aussetzererkennung und damit die Softwarerealisierung für Zwei- Steuergerätekonzepte Konzepte weitgehend der Soft- warerealisierung für Ein-Steuergerätekonzepte ent- sprechen kann.

Begrünung : Die Software zur Auswertung der Seg- mentzeiten läuft dann in beiden Interrupts, d. h. in den Interrupts der angeschlossenen und in den In- terrupts der nicht angeschlossenen Zylinder. Wäre nur der Interrupt der angeschlossenen Zylinder vor- handen, dann müsste der Algorithmus zur Ausset- zererkennung bzw. die SW-Realisierung für 2 SG Kon- zepte grundlegend geändert werden, weil dann in ei- ner Interruptroutine Segmentzeiten für zwei Zündun- gen ausgewertet werden müsten.

Mit Hilfe der zusätzlichen Interrupts kann die Laufzeit der Interruptroutinen der angeschlossenen Zylinder verkürzt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung zeigt im einzelnen ein Verfahren zur Aussetzererkennung bei einem mehrzy- lindrigen Verbrennungsmotor mit mindestens einem ersten Motorsteuergerät, das wenigstens die Ein- spritzung und Zündung für eine erste Teilmenge der Zylinder des Verbrennungsmotors steuert und mit we- nigstens einem weiteren Motorsteuergerät (Diagnose- steuergerät), das die Einspritzung und Zündung für eine weitere Teilmenge der Zylinder steuert und in

dem zusätzlich die Aussetzererkennung für die erste und weitere Teilmenge der Zylinder erfolgt, wobei die Steuergeräte ein Motorsteuerungsprogramm verwenden, welches phasensynchron zur Drehbewegung der Kurbelwelle durch Interruptroutinen unterbro- chen wird, in denen wenigstens die fur Einspritzung und Zündung erforderlichen Daten verarbeitet wer- den, und bei welchem Verfahren die Aussetzerkennung auf der Bildung und Auswertung von Kurbelwellensegment- zeiten basiert, in der die Kurbelwelle einen zuge- hörigen Kreissegmentwinkelbereich überstreicht, und wobei die Bildung und Auswertung der Kurbelwellen- segmentzeiten ebenfalls in bestimmten Interruptrou- tinen stattfindet, wobei die Bildung und Auswertung der Kurbelwellen- segmentzeiten für die weitere Teilmenge von Zylin- dern in den Interuptroutinen erfolgt, in denen ihre Zündung gesteuert wird und wobei die Bildung und Auswertung der Kurbelwel- lensegmentzeiten für die ersten Zylinder in be- stimmten zusätzlich erzeugten Interruptroutinen er- folgt.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfolgt dann, wenn die Kurbelwellensegmentzeit eines der ersten Zylinder phasensynchron zur Motordrehung er- fasst werden muß und die Interruptroutine des in der Zündfolge vorhergehenden weiteren Zylinders noch nicht zu Ende ist, eine Unterbrechung der noch nicht abgelaufenen Interruptroutine des in der Zündfolge vorhergehenden weiteren Zylinders, eine

Erfassung und Speicherung der Kurbelwellensegment- zeit des einen der ersten Zylinder, eine Abarbei- tung der noch nicht abgelaufenen Interrruptroutine des in der Zündfolge vorangehenden weiteren Zylin- ders und erst dann eine Verarbeitung der Kurbelwel- lensegmentzeit des einen der ersten Zylinder für die Aussetzererkennung.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbrennungs- aussetzerkennung bei mehrzylindrigen Verbrennungs- motoren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet gegenüber dem vorbenannten Stand der Technik den Vorteil, daß auch bei Verwendung von mindestens zwei die für jeweils eine Teilmenge der Zylinder anfallenden Daten für Zündung und Einspritzung beim Betrieb des Verbrennungsmotors verarbeitenden Mo- torsteuergeräten eine zuverlässige Erkennung von Verbrennungsaussetzern sichergestellt werden kann, ohne daß eine komplizierte Datenermittelung und Da- tenauswertung in verschiedenen Steuergeräten not- wendig ist. Dadurch, daß in einem der Motorsteuer- geräte für alle Zylinder des Verbrennungsmotors die zur Aussetzerkennung notwendigen Kurbelwellenseg- mentzeiten erfasst, gespeichert und ausgewertet werden, ist kein Datentransfer zwischen einzelnen Motorsteuergeräten mehr notwendig. Die Erfassung, Speicherung und Auswertung der Kurbelwellensegmen zeiten erfolgt in dem maßgeblichen Steuergerät hierbei zum einem durch Generierung von Zündinter- rupts der an das Steuergerät angeschlossenen Zylin-

der und andererseits durch Generierung von zeitlich zwischen diesen Zündinterrupts liegenden rechner- schen Interrupts für diejenigen Zylinder, welche einem oder mehreren anderen Motorsteuergeräten zu- geordnet sind. Durch diese Maßnahme stehen für den Algorithmus der Verbrennungsaussetzererkennung durch Auswertung der Laufunruhe einzelner Zylinder die Segmentzeiten aufeinanderfolgender Zündungen in einem Steuergerät zur Verfügung und können auf die- se Weise problemlos ausgewertet werden.

Der oder die rechnerisch ermittelten Interrupts er- folgen bei der Generierung in dem für die Verbren- nungsaussetzerkennung genutzten Steuergerät zeit- gleich mit den Zündinterrupts desjenigen Steuerge- rätes, welches für die Ansteuerung des aktuell zün- denden Zylinders zuständig ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich in Zusammen- schau mit der technischen Lehre des Anspruches 1 aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Um bei der Unterbrechung des Zündinterrupts durch die rechnerisch zusätzlich erzeugten Interrupts die Berechnungsreihenfolge der Verbrennungsaussetzerer- kennung nicht zu vertauschen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die rechnerisch generier- ten Interrupts den eigentlichen Zündinterrupt nur zur Bildung und Speicherung der Segmentzeit unter- brechen. Die Abarbeitung der Daten des rechnerisch erzeugten Interrupts erfolgt erst nach der voll-

ständigen Abarbeitung der Datenmenge des normalen Zündinterrupts. Das erfindungsgemäße Verfahren er- möglicht es somit, unabhängig von der Anzahl der für die Steuerung eines Verbrennungsmotors verwen- deten Motorsteuergeräte in einem der Motorsteuerge- räte die Berechnungsfolge für die Verbrennungs- aussetzererkennung durchzuführen, so daß das erfin- dungsgemäße Verfahren somit universell einsetzbar ist.

Zeichnung Im folgenden werden die Abläufe des erfindungsgemä- ßen Verfahrens, insbesondere in Bezug auf die Gene- rierung von Zündinterrupts und rechnerisch erzeug- ten Interrupts sowie die Zeitabfolge der für die Verbrennungsaussetzererkennung notwendigen Segment- zeiten anhand eines schematischen Ablaufdiagramms erläutert. Die Abfolge ist in der beigefügten Zeichnung am Beispiel eines Zwei-Steuergeräte- Konzeptes dargestellt.

Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens In der beigefügten Zeichnung ist waagerecht eine mit"t"bezeichnete Zeitschiene aufgetragen. Ober- halb dieser Zeitschiene t sind durch die senkrech- ten Markierungen 1, 2 und 3 drei innerhalb eines Motorsteuergerätes erzeugte Zündinterrupts aufge- zeichnet, wobei jeder der Zündinterrupts 1, 2 und 3 einem der durch das betreffende Steuergerät gesteu- erten Zündimpuls eines diesem Steuergerät zugeord-

neten Zylinders entspricht. Zwischen den Zundinter- rupts 1, 2 und 3 sind innerhalb der Zeichnung Mar- kierungen 4 und 5 zu sehen, die den Zeitpunkt von rechnerischen Interrupts kennzeichnen, wobei die Zeitpunkte der rechnerischen Interrupts mit den gleichzeitig im anderen Steuergerät für die betref- fenden dort angeschlossenen Zylinder generierten Zündinterrupts übereinstimmen. Sowohl nach den Zün- dinterrupts als auch nach den dazwischen generier- ten rechnerischen Interrupts ist aus der Figur eine Zeitspanne t6 ersichtlich, in der die für die zur Verbrennungsaussetzerkennung als Basiswert notwen- dige Kurbelwellensegmentzeit ermittelt und gespei- chert wird. Betrachtet man die Zeitspanne zwischen dem Zündinterrupt 1 und dem Zündinterrupt 2, so wird aus der Figur ersichtlich, daß zunächst nach Ermittlung und Speicherung der Segmentzeit während der Zeitspanne t6 innerhalb einer anschließenden Zeitspanne t7 die Datenverarbeitung des zündsyn- chronen Interrupts erfolgt. Die Zeitspanne t7 wird während ihres Ablaufes einmal zur Erfassung und Speicherung der Segmentzeit des rechnerisch ermit- telten Interrupts 4 unterbrochen.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Zeit- spanne zwischen zwei aufeinander folgenden Zündin- terrupts 1 und 2 länger als die eigentliche Daten- bearbeitungszeitspanne t7. Zwischen dem Ende der Bearbeitungszeit t7 und dem nächsten Zündinterrupt bleibt somit eine Zeitspanne t8, in der die Auswer- tung der zum rechnerischen Interrupt 4 gehörenden Segmentzeit erfolgen kann. Somit ist durch den rechnerisch ermittelten Interrupt zwar die Zeit-

spanne des Zündinterrupts unterbrochen, jedoch nur zur Bildung und Speicherung der Segmentzeit. Die Abarbeitung des rechnerisch ermittelten Interrupts erfolgt erst nach der vollständigen Abarbeitung des eigentlichen Zündinterrupts.