In Verbrennungsmotoren treten gelegentlich Verbrennungsaussetzer auf. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln, in wel¬ chem Zylinder die Verbrennungsaussetzer auftreten. Es können auch mehrere Zylinder betroffen sein, was dann entsprechend fest¬ gestellt wird.

Treten Verbrennungsaussetzer auf, führt dies dazu, daß unver¬ branntes Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Katalysator gelangt, mit dem das Abgassystem von Verbrennungsmotoren heutzutage üblicher¬ weise ausgestattet ist. Im Katalysator verbrennt das Gemisch, was aufgrund der dadurch erzielten Temperaturerhöhung zum Zer¬ stören des Katalysators und sogar zu einem Fahrzeugbrand führen kann. Man ist daher bemüht, einen Zylinder mit Verbrennungsaus¬ setzern zu erkennen, um diesen Zylinder von der Kraftstoffzufuhr abtrennen zu können.

Wenn im folgenden verkürzt von "Aussetzern" die Rede ist, sind dabei Verbrennungsaussetzer gemeint. Solche können durch ver¬ schiedene Ursachen begründet sein, z. B. durch Zündaussetzer oder durch eine zu starke Abmagerung oder Überfettung des Gemisches.

Stand der Technik

Es sind ausgesprochen zylinderselektive Aussetzererkennungsver¬ fahren ^" bekannt, wie auch ausgesprochen unselektiYe Verfahren mit beliebigen Zwischenstufen. Wird der Verbrennungsdruck in jedem Zylinder gemessen, läßt sich mit hoher Aussagewahrscheinlichkeit eine Entscheidung treffen, in welchem Zylinder Verbrennugnsaus- setzer auftreten. Diesem Vorteil steht der Nachteil entgegen, daß gesonderte Drucksensoren erforderlich sind. Im Gegensatz hierzu stehen z. B. Verfahren, die die Temperatur des Katalysa¬ tors messen und untersuchen, ob die Temperatur über einem be¬ triebspunktabhängigen Schwellenwert liegt. Solche Verfahren ha¬ ben den Vorteil, daß nur ein sehr billiger und einziger Tempera¬ tursensor erforderlich ist, der darüber hinaus oft serienmäßig vorliegt. Der Nachteil liegt darin, daß völlig unklar ist, wel¬ cher Zylinder Aussetzer aufweist.

Es sind auch Aussetzererkennungsverfahren -bekannt, -die Winkel¬ geschwindigkeitswerte der Kurbelwelle miteinander vergleichen, die innerhalb vorgegebener Winkelbereichε gemessen werden. Diese Verfahren haben den Vorteil, daß kein gesonderter Sensor benötigt ^■ wird, jedoch besteht das Problem, daß Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle nicht nur YOΠ Verbrennugnsabläufen abhängen, sondern auch insbesondere von Kräften, die von der Fahrbahn her über die Räder und den Antriebsstrang auf die Kurbelwelle übertragen wer¬ den. Um durch fremde Einflüsse nicht zu häufig fälschlicherweise auf Aussetzer in einem Zylinder zu erkennen, ist es bekannt (DE-A-36 15 547), erst dann auf Aussetzer in einem Zylinder zu erkennen, wenn die Aussetzererkenπungsbedingungeπ mehrfach hin¬ tereinander erfüllt wurden.

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß allgemein das Problem besteht, ein Verfahren zum Ermitteln eines Zylinders mit Ausset¬ zern in einem Verbrennungsmotor anzugeben, das so ausgebildet ist, daß mit möglichst einfachen Mitteln, aber auf möglichst si¬ chere Weise erkannt werden kann, welcher von Z Zylindern Aus¬ setzer aufweist.

Darstellung der Erfindung

Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines Zylin¬ ders mit Aussetzern in einem Verbrennungsmotor mit Z Zylindern ist dadurch gekennzeichnet, daß

- für jeden Zylinder z (z von 1 - Z) eine Zeitspanne T(z) ge¬ messen wird, innerhalb der sich die Kurbelwelle um einen vor¬ gegebenen Kurbelwinkel im Verbrennungstakt des Zylinders dreht, und für jeden Zylinder der Zeit-Differenzwert DT(z) =

T(z) - T(z - 1) gebildet wird,

- nach einem beliebigen zylinderunselektiven Verfahren ermittelt wird, ob Aussetzer auftreten,

- und dann, wenn Aussetzer während des Ablaufs des Verfahrens erstmals auftreten, wird für jeden Zylinder eine Diffεrenz- wert-Mittelwertbildung mit Schwellenwert-Vergleich ausgeführt, und dann, wenn _. ein vorgegebenes Mittelwert-Schwellenwert- Kriterium für einen Zylinder erfüllt wird, wird entschieden, daß dieser Zylinder Aussetzer aufweist.

^' Dieses Verfahren wirkt insbesondere aus dem Grund sehr selektiv, da mit einem Differenzwert-Mittelwert gearbeitet wird. Diese Differenzwert-Mittelwertbildung trägt dazu bei, daß einzelne Aus¬ reißer in den Zeitmeßwerten nicht für Fehlsignale sorgen. Trotz der Mittelwertbildung werden aufgrund der Differenzwertbildung deutliche Unterscheidungssignale erhalten. Dies gilt jedoch nur für solche Zeiträume, in denen sich die Differenzwerte än¬ dern, also nur dann, wenn nach zuvor aussetzerfreiem Motorlauf plötzlich und dauernd Aussetzer auftreten. Liegen Aussetzer ab Beginn des Verfahrens, also z. B. ab dem Start eines Motors vor, ist das Verfahren nicht anwendbar, da in diesem Fall die Diffe¬ renzwerte dauernd im wesentlichen Null bleiben. Das Verfahren wird daher nur dann ganz ausgeführt, wenn im Verfahrensablauf festgestellt wird, daß Aussetzer erstmals auftreten.

- k -

Wird bei der eb;π angesprochenen Prüfung festgestellt, daß Aus¬ setzer bereits seit Start des Verfahrens bestehen, kann ein her¬ kömmliches Winkelbeschleunigungsverfahren zum Ermitteln eines Zylinders mit Aussetzern herangezogen werden. Bevorzugt ist es jedoch, im eben genannten Fall so zu verfahren, daß

- dann, wenn festgestellt wird, daß Aussetzer seit Beginn des Verfahrens vorliegen, zum Ermitteln des Zylinders oder der Zylinder mit Aussetzern so verfahren wird, daß

-- dann, wenn der Zeit-Differenzwert DT(a) oder der gemittelte Zeitdifferenzwert MW_DT(a) (a innerhalb 1 - Z) einen vorgege¬ benen Schwellenwert SW überschreitet, entschieden wird, daß dieser Zylinder a Aussetzer aufweist.

Dieses Verfahren nutzt unmittelbar Signale, die auch für dasje¬ nige Verfahren verwendet werden, das besonders genaue Ergebnisse liefert, wenn Aussetzer erst während des Ablaufs des Verfahrens erstmals auftreten und ist daher in besonders vorteilhafter Weise gemeinsam mit diesem anwendbar. Es kann jedoch auch alleine oder mit ^" einem anderen Verfahren zusammen eingesetzt werden.

Bei den im vorigen Absatz angesprochenen Verfahren, sm i es ein bekanntes Verfahren oder das bevorzugte Verfahren, besteht das Problem, daß die Entscheidungssicherheit nicht allzu hoch ist. Wie bereits- erwähnt, wird im Stand der Technik daher erst dann eine endgültige Entscheidung getroffen, wenπ ^' die Aussetzererken¬ nungsbedingung für einen Zylinder mehrfach erfüllt wurde. Vor¬ teilhafter ist es jedoch, das Verfahren gemäß Anspruch 3 auszu¬ führen, nämlich

- dann, wenn entschieden ist, welcher Zylinder Aussetzer aufweist diesen Zylinder von der Kraftstoffzufuhr zu trennen,

- anschließend zu überprüfen, ob das Verfahren zur Aussetzerer¬ kennung ein im wesentlichen unverändertes Aussetzererkennuπgs- signal liefert, und

-- dann, wenn das Aussetzererkennungssignal im wesentlichen un¬ verändert ist, zu entscheiden, daß richtigerweise der tat¬ sächlich mit Aussetzern behaftete Zylinder von der Kraftstoff¬ zufuhr getrennt wurde,

-- dagegen dann, wenn sich das Aussetzererkennungssignal wesent¬ lich ändert, dem betroffenen Zylinder wieder Kraftstoff zuzu¬ führen und erneut zu überprüfen, welcher Zylinder die Ausset- zεrerkennung auslöste.

Dieses Verfahren ist auch zusammen mit dem Verfahren von An¬ spruch 1 einsetzbar, jedoch wird es in Zusammenhang mit diesem Verfahren nur sehr selten zu einer Revision der getroffenen Ent¬ scheidung führen.

Zeichnung

Fig. 1 Flußdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Ermit¬ teln eines Zylinders mit Aussetzern in einem Verbren¬ nungsmotor;

Fig. 2 Diagramm betreffend den zeitlichen Verlauf des klein¬ sten Mittelwertes von Zeit-Differenzwerten für einen Zylinder a mit Aussetzern;

Fig. 3 Diagramm, das mit dem Diagramm von Fig. 2 zeitk-orre- liert ist und den zeitlichen Verlauf eines Mittelwert-. Differenzwertes und einεs Gesamtmittelwertes darstellt; und

Fig. 4 Flußdiagramm zum Erläutern -eines Tei 1Verfahrens, mit dem eine getroffene Entscheidung betreffend einen Zy¬ linder mit Aussetzern überprüft wird.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Der Ablauf gemäß Fig. 1 findet innerhalb eines Hauptprogramms wiederholt während der Betriebsdauer eines Verbrennungsmotors statt. In einem Schritt s1 wird für jeden Zylinder z (z von 1 - Z) alle 720° Kurbelwinkel eine Zeitspanne T(z) gemessen, innerhalb der sich die Kurbelwelle um einen vorgegeenen Kurbelwinkel im Verbrennuπgstakt des Zylinders dreht. Gemessen wird z. B. zwi¬ schen OT des Kolbens im Verbrennungstakt und 720 ^β /Z nach OT, also über einen Bereich von 180° ab OT bei einem Vierzylindermotor oder von 120° ab OT bei einem Sechszylindermotor. Die Messung findet alle 720 ^β /Z Kurbelwinkel fü r jeweils einen Zylinder statt. Sogleich nach jeder Messung für einen Zylinder wird für diesen Zylinder der Zeit-Differenzwert DT(z). = T(z) - T(z - 1} gebildet. Ist dieser Wert klεiner Null, bedeutet dies, daß die Kurbelwelle im Verbrennungstakt des aktuellen Zylinders schneller läuft als im Verbrennungstakt des Zylinders, in dem zuvor Verbrennung stattfand. Es ist dann sehr unwahrscheinlich, daß ein Aussetzer im aktuellen Zylinder vorliegt. Jeder negative Zeit-Differenzwert kann deshalb auch auf Null gesetzt werden.

In einem Schritt s2 wird ein Aussetzererkennungssignal abgeru¬ fen, wie es von einem beliebigen zyliπderunselektiven Aussetzer¬ erkennungsverfahren geliefert wird. Ob Aussetzer vorliegen, wird in einem Schritt s3 überprüft. Läuft der Motor aussetzerfrei, wird mit dem Abarbeiten anderer Routinen des Hauptprogramms wei¬ tergefahren.

Ergibt sich in Schritt s3 dagegen, daß Aussetzer vorliegen, wird in einem Schritt s4 zunächst der gleitende Mittelwert MW_DT(z) der Zeit-Differenzwerte DT(z) nach folgender Gleichung gebildet:

MWJ)T(z) * k x MW_DT(z)_alt + (1 - k)DT(z)

Hierbei ist k ein Filterfaktor < 1, der vorzugsweise über 0,9 liegt, insbesondere zwischen 0,93 und 0,95.

Es wird darauf hingewiesen, daß der gleitende Mittelwert auch anders gebildet werden kann, z. B. dadurch, daß jeweils der äl¬ teste Wert in einer Reihe von Werten gestrichen wird und der neue Wert hinzugenommen wird.

Anschließend (Schritt s5) wird überprüft, ob die Aussetzer ab Beginn des Verfahrens vorliegen. Dieses überprüfen kann z. B. da¬ durch erfolgen, daß mit Start des Verbrennungsmotors eine Beginn¬ erkennungsflagge auf Null gesetzt wird. Bei Rückkehr des durch Fig. 1 veranschaulichten Verfahrens wird diese Flagge auf Eins gesetzt. Wird nun Schritt s5 schon beim ersten Durchlauf des Ver¬ fahrens nach dem Start des Motors- erreicht, weil Aussetzer vor¬ liegen, steht die Flagge noch auf Null. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt sδ entschieden, daß derjenige Zylinder a Ausset¬ zer aufweist, für den der ge itteltε Zeitdifferenzwert MW-DT(a) über einem Schwellenwert SW liegt. In einem Schritt s7 wird der Zylinder a von der Kraftstoffzufuhr abgetrennt.

Nach dem Abtrennen der Kraftstoffzufuhr kann zwischen zwei Mar¬ ken A und B eine Entscheidungsüberprüfung erfolgen, was weiter unten anhand von Fig. 4 erläutert wird. Anschließend wird mit der nächstanstehenden Routine im Hauptprogramm fortgefahren.

Ergibt sich in Schritt sδ, daß Aussetzer erst während des Ablaufs des Verfahrens erstmals auftreten, folgt ein Schritt s8, der alle 720°/Z Kurbelwinkel für jeweils einen der Z Zylinder ausgeführt wird. Es wird die Änderung des in Schritt s4 gebildeten gleiten¬ den Mittelwertes untersucht. Der gleitende Mittelwert wird nur relativ schwach schwanken, solange keine Aussetzer im betreffen¬ den Zylinder auftreten. Treten jedoch Aussetzer auf, läuft der Mittelwert zunächst schnell und dann immer langsamer auf einen neuen Wert. Die Änderung, die, wie eben erwähnt, anfangs einen großen Wert aufweist, wird wie folgt rechnerisch ermittelt:

DMW_DT(z) = MW_DT(z) - MW_DT(z)_alt

Wenn ein Mϊttelwert-Differenzwert DMW_DT(z) < 0 ist, wird er auf Null gesetzt.

Nachdem diese Schritte ausgeführt sind, erhält der alte Mittel¬ wert den Wert des neuen Mittelwerts.

In einem Schritt s9, der nur alle 720° Kurbelwinkel ausgeführt wird, wird der Mittelwert der Mittelwert-Differenzwerte gebil¬ det, was durch Summenbildung der letztgenannten Werte und Teilen der Summe durch die Anzahl Z der Zylinder erfolgt. Es gilt dem¬ gemäß für den Gesamtmittelwert:

Z MW DMW = (2 DMW_DT(Z))/Z z - 1

Dieser Gesamtmittelwert bildet die Grundlage für die Entschei¬ dung, welcher Zylinder a Aussetzer aufweist. Es ist nämlich der¬ jenige Zylinder, für den gilt:

DMW_DT(a) > MW_DMW

Ist diese Bedingung für mehrere Zylinder erfüllt, ist dies das Zeichen dafür, daß in allen diesen Zylindern Aussetzer ^' auftre¬ ten. Für all diese Zylinder schließen sich die bereits genannten Schritte ab Schritts7 an.

Aus den Fig. 2 und 3 ist der zeitliche Verlauf verschiedener der eben genannten Signale in zeitkorreliεrter Weise erkennbar. Bis zu einem Zeitpunkt ZP__A sollen keine Aussetzer auftreten. Der Mittelwert-Differenzwert MW__DT für einen einzelnen Zylinder a, in dem dann aber ab dem Zeitpunkt ZP_A Aussetzer auftreten, ist dann sehr niedrig. Ab dem genannten Zeitpunkt steigt der Mittel¬ wert an, was jedoch erst ab einem Zeitpunkt ZP_E untersucht wird, zu dem das Vorliegen von Aussetzern mit Hilfe eines anderen Ver¬ fahrens erkannt wird. Der Erkeπnungszeitpunkt ZP_E darf nicht so weit hinter dem Auftret-Zeitpunkt ZP_A liegen, daß der Mit¬ telwert MW_DT(A) bereits weitgehend auf seinen neuen Wert ein-

geschwungen ist. Dann könnte nämlich keine wesentliche zeitliche Änderung des eben genannten Mittelwertes mehr festgestellt wer¬ den.

Fig. 3 zeigt die zeitliche Änderung des Mittelwertes MW_DT(a), also den zeitlichen Verlauf des Wertes DMW_DT(a). Außerdem ist der gesamte Mittelwert MW_DMW dargestellt. Während des Ein¬ schwingvorgangs όes gleitenden Mittelwertes gemäß Fig. 2 liegt der Mittelwert-Differenzwert DMW_DT(a) deutlich über dem Gesamt¬ mittelwert MW_DMW. Dies ist das Zeichen dafür, daß Aussetzer im Zylinder a vorliegen.

Als Schwellenwert für den Vergleich mit den Mittelwert-Differenz¬ werten kann statt des erläuterten Gesamtmittelwertes MW_DMW be¬ nutzt werden, ∑. B. ein fest vorgegebener Schwellenwert. Jedoch hat die Vorgεhεnsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß der Schwellenwert dauernd an Betriebsverhältnisse angepaßt wird und daß er sich nach dem Auftreten von Aussetzern zeitlich ähnlich ändert, wie sich ein zu vergleichender Mittelwert-Diffe¬ renzwert ändert.

Anhand von Fig. 4 wird nun das beim Beschreiben von Fig. 1 be¬ reits erwähnte Entscheidungsüberprüfungsverfahren zwischen den Marken A und B erläutert. In einem Schritt sll wird das Ausset- zererkennungssigπal von dem beliebigen zylinderunsεlektiven Aus- setzererkeππungsverfahren abgerufen, das bereits oben anhand von Schritt s2 erwähnt wurde. War die Maßnahme in Schritt s7 betref¬ fend das Trennen des Zylinders a von der Kraftstoffzufuhr rich¬ tig, darf sich am Aussetzererkennungssignal nichts geändert ha¬ ben. Wurde jedoch der falsche Zylinder nicht mehr mit Kraft¬ stoff versorgt, zeigt nun auch dieser Zylinder Aussetzer, zusätz¬ lich zu demjenigen Zylinder, der das Ermittlungsverfahren ausge¬ löst hat. Ein wesentliches Ändern des Aπsteuererkennungssigπals, was ggf. in einem Schritt s12 festgestellt wird, ist somit ein Zeichen dafür, daß der falsche Zylinder abgeschaltet wurde. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt s13 die Kraftstoffzufuhr

für den Zylinder a wieder freigegeben. An die folgendε Marke B schließen sich Routinen des Hauptprogramms an, innerhalb derer auch das beschriebene Ermittlungsverfahren wieder aufgerufen wird.

Fehlentscheidungen können auch dadurch in gewissen Grenzen um¬ gangen werden, daß ein Zylinder a erst dann von der Kraftstoff¬ zufuhr getrennt wird, wenn sich in mehreren Durchlaufen des Er¬ mittlungsverfahrens gemäß Fig. I bis zum Schritt s10 herausge¬ stellt hat, daß dieser Zylinder Aussetzer aufweist. Dieses Ver¬ fahren arbeitet jedoch nicht so schnell wie das anhand von Fig. 4 beschriebene, und es besteht darüber hinaus das Problem, daß eine vorgegebene Anzahl von Aussetzererkennuπgen für einen Zylinder innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes auch zufällig erreicht werden kann, wenn nämlich z. B. Störungen von der Fahrbahn zu¬ fällig in solcher Stärke und Zeitfolge übertragen werden, daß diese Störungen schnell aufeinanderfolgend einem einzelnen Zylin¬ der zugeordnet werden. Fehlentscheidungen aufgrund einer solchen Sachlage sind durch das Verfahren gemäß Fig. 4 praktisch ausge¬ schlossen.

Nachdem ein Zylinder von der Kraftstoffzufuhr getrennt ist, kann in bekannter Weise von Zeit zu Zeit ein Heiluπgsvεrsucn unter¬ nommen werden, d. h. der Zylinder wird wieder mit Kraftstoff versorgt, und es wird untersucht, ob noch Aussetzer auftreten.

Die Maßnahme, die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder mit Aus¬ setzern zu unterbrechen, ist nicht die einzige Maßnahme, die in einem solchen Fall ergriffen werden kann. Beispielsweise kann der Zylinder auch noch von der Luftzufuhr getrennt werden und/ oder von einer Lambdaregelung kann auf Steuerung umgeschaltet werden.

Bei dem anhand von Fig. 1 erläuterten Verfahren wurde davon aus¬ gegangen, daß zunächst ein Mittelwert von Zeit-Differenzwerten gebildet wird, aus diesen Mittelwerten ein Mittelwert-Differenz¬ wert berechnet wird und dann dieser Mittelwert-Differenzwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Es kann jedoch auch so vorgegangen werden, daß aus den Zeit-Differenzwerten Differenzen gebildet werden, diese Differenzen mit einem Schwel¬ lenwert verglichen werden und dann erst eine Mittelwertbildung vorgenommen wird, die in diesem Fall dadurch erfolgt, daß ge¬ zählt wird, wie oft innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Ver¬ brennungstakten für einen jeweiligen Zylinder eine Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, übersteigt die so ermittelte Zahl eine Schwellenzahl, ist dies das Zeichen für Aussetzer im betreffenden Zylinder. Es handelt sich hier also letzteπdlich im Ergebnis um denselben Ablauf wie bei dem anhand von Fig. 1 erläuterten Verfahren, jedoch mit anderer Reihenfolge der Rεchenschritte und daher auch abweichenden Details der Re¬ chenschritte.