Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungεausεetzern in einem Verbrennungs¬ motor, die auf einer Auswertung von Kurbelwellen-Drehzahl¬ schwankungen beruhen. Eine Störung der Kurbelwellendrehzahl kann durch Rückwirkungen des Fahrzeug-Antriebsstrangε zum Beispiel bei extremen Fahrbahnunebenheiten, bei ruckelnde Fahrbetrieb oder bei Wechsel von Reifenεchlupf und Reifenhaf¬ tung auf der Fahrbahn erfolgen. Derartige Störungen werden von den Kurbelwellen-Drehzahlschwankungen bei Verbrennungε- aussetzern, insbesondere auch von Mehrfachaussetzern, un¬ terschieden. Dabei wird unter Mehrfachaussetzern das gleich¬ zeitige Aussetzen der Verbrennung in mehreren Zylindern ver¬ standen.

Stand der Technik

Zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern sind zahlreiche Ver¬ fahren bekannt geworden. Von diesen intereεεieren im folgen¬ den nur diejenigen, die mit εogenannten Laufunruhewerten ar¬ beiten. Derartige Werte εind im weεentlichen ein Maß für εchnelle Änderungen der Kurbelwellendrehzahl deε Motorε. In

der Regel werden Laufunruhewerte vorzeichenmäßig so bestimmt, daß ein εchnelles Absinken der Drehzahl, wie es durch einen Verbrennungsaussetzer hervorgerufen wird, zu einem großen positiven Laufunruhewert für den betroffenen Zylinder führt, während die Laufunruhewerte normaler Verbrennungen deutlich kleiner und ggf. negativ sind. Überschreitet der aktuelle Laufunruhewert für einen Zylinder einen Schwellenwert, der typischerweiεe aus einem Kennfeld abhängig von aktuellen Werten von Betriebεgrößen auεgeleεen wird, so ist dies ein Zeichen für einen Ausεetzer in dem betreffenden Zylinder. Bei der Bildung von Laufunruhewerten kann in äquivalenter Weise auch eine umgekehrte Vorzeichengebung verwendet werden in dem Sinne, daß einem εchnellen Absinken der Drehzahl ein negati¬ ver Laufunruhewert entspricht. In diesem Fall iεt ein Auεεet- zer dadurch zu erkennen, daß der zugehörige Laufunruhewert einen negativen Schwellenwert unterεchreitet.

Eine Überεicht über verεchiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Erkennen von Verbrennungsauεεetzern iεt in DE-A-4009 285 und in DE-A-41 38 765 gegeben. Auf dieεe Überεicht wird der Kürze halber verwieεen. Bei der vorliegenden Erfindung kommt es nicht darauf an, wie Laufunruhewerte gebildet werden, sondern es geht darum, wie mit Hilfe beliebig ermittelter Laufunruhewerte zuverlässig entschieden werden kann, ob Auε- εetzer vorliegen oder nicht.

Problematisch bei der Aussetzererkennung iεt es, daß nicht nur Aussetzer zu Drehzahlschwankungen führen, sondern daß solche auch durch Schwingungen des Fahrzeug-Triebεtrangs auf den Motor übertragen werden. Solche Schwingungen werden ins¬ besondere durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen.

Fahrbahnunebenheiten können mit Hilfe der Signale eines Be- εchleunigungssensors am betroffenen Fahrzeug oder mit Hilfe eines Signals festgeεtellt werden, das Schwankungen der Dreh-

zahl eines Rades überwacht. Überschreiten die ermittelten Werte einen vorgegebenen Schwellenwert, iεt zu befürchten, daß die Aussetzererkennung nachteilig beeinflußt wird, wes¬ wegen dieselbe, zweckmäßigerweiεe bereitε die Berechnung von Laufunruhewerten, unterbrochen wird, bis die genannten Signa¬ le wieder unter den jeweiligen Schwellenwert fallen. Entspre¬ chende Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch mit erhöhtem Aufwand und erhöhten Koεten verbunden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern in einem Verbrennungsmotor anzugeben, das dazu in der Lage ist, alleine mit Hilfe von Laufunruhewerten festzuεtellen, ob die Auεεetzererkennung durch Drehzahlεchwankungen geεtört iεt, die vom Triebεtrang auf den Motor übertragen werden.

Die Erfindung iεt für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 5 gegeben.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf den eingangs genannten Regelfall, wonach die Laufunruhewerte im Ausεetzer- fall erhöhte poεitive Werte annehmen. Für Laufunruhewerte, die mit umgekehrter Vorzeichengebung gebildet werden, sind in den nachfolgenden Ausführungen gegebenenfalls die Vorzeichen- gebung und die Größer/Kleiner-Relationen sinngemäß umzukeh¬ ren.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß εich der Wertebereich von Laufunruhewerten im Fall von Auεεetzern in mindestens zwei Bänder aufspaltet. Im Fall von über den Triebεtrang angeregten Drehzahlεchwankungen kommt eε dagegen nur zu einer Aufweitung des Wertebereichs ohne Aufspaltung in

solche Bänder. Erfindungsgemäß wird das Ausmaß einer eventu¬ ellen Bandaufspaltung untersucht. Wird eine Aufspaltung fest¬ gestellt und ist diese größer als ein vorgegebener Schwellen¬ abstand zwischen den Bändern von Lauf nruhewerten, wird diese Information als Hinweiε darauf gewertet, daß Aussetzer vor¬ liegen.

Wird keine zu beachtende Bandaufspaltung festgestellt, stellt sich die Frage, ob eventuell Drehzahlschwankungen vorliegen, die es geraten erεcheinen laεsen, die Ausεetzererkennung zu unterbrechen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Er¬ findung wird dann, wenn keine beachtliche Bandaufεpaltung feεtgestellt wird, untersucht, ob eine Auf eitung des Laufun- ruhe-Wertebereichε vorliegt, indem überprüft wird, ob Laufun¬ ruhewerte einen vorgegebenen negativen Laufunruhe-Schwellen¬ wert unterεchreiten. Iεt dieε der Fall, wird auf durch den Triebstrang verursachte Drehzahlεchwankungen geεchlossen, und die Ausεetzererkennung wird unterbrochen.

Wenn im folgenden von Triebεtrangεchwingungen die Rede iεt, εind damit nur εolche Schwingungen gemeint, die nicht durch die Funktion deε Motorε bedingt sind, εondern εolche, die εich, umgekehrt, auf die Momentandrehzahl deε Motorε aus¬ wirken.

Zeichnung

Fig. la bis ld: Diagramme betreffend die zeitliche Verteilung von Laufunruhewerten für folgende Fälle: a) auεεetzerfreier Motorbetrieb ohne Störungen durch Triebεtrangschwingungen; b) Aussetzer in einem Zylinder; c) Mehrfachaussetzer, wobei jede zweite Verbrennung des Motorε auεεetzt; d) ausset- zerfreier Motorbetrieb mit Störung durch Triebstrangεchwin- gungen; Fig. 2: Flußdiagramm zur Überεicht über ein Auεführungsbei-

εpiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3: Flußdiagramm betreffend ein konkretes Beispiel zum

Feεtεtellen, ob Laufunruhewerte in Bänder aufgeεpalten εind;

Fig. 4: Flußdiagramm zum Erläutern einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß der es möglich ist, die

Aussetzererkennung zuverläεεig zu unterbrechen; und

Fig. 5: Blockdiagramm zum Erläutern eineε Ausführungsbei- εpielε einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt für vier verschiedene Fälle den Wertebereich von Laufunruhewerten aufgetragen über der Zeit. Zu Beispielen für die Berechnung von Laufunruhewerten sei auf DE-A-40 09 285 und DE-A-41 38 765 verwiesen. Wenn alle Zylinder eines Ver- brennungεmotorε ordnungεgemäß arbeiten, schwanken die Laufun¬ ruhewerte für die einzelnen Zylinder geringfügig um den Wert Null. Sie sind nicht genau gleich Null, da die Verbrennung nicht in allen Zylindern genau gleich abläuft. Es ergibt εich daher ein gewiεser, jedoch relativ schmaler Wertebereich der Laufunruhewerte mit dem Mittelwert Null, wie dies in Fig. la dargeεtellt iεt.

Wenn ein einziger Zylinder in einem Mehrzylinder-Verbren¬ nungsmotor Aussetzer aufweist, ergeben sich für diesen Zy¬ linder relativ hohe Laufunruhewerte, die wiederum in einem relativ schmalen Band schwanken. Gleichzeitig verlagert sich daε um den Laufunruhewert Null liegende Band im Mittel leicht zu negativen Werten hin, und zwar gerade soweit, daß der Mittelwert aus allen Laufunruhewerten im wesentlichen Null iεt, da die anderen Zylinder verstärkt negative Laufun¬ ruhewerte aufweisen, um die durch die Aussetzer verursachte Verlangsamung der Kurbelwellenumdrehung zum Beibehalten einer konεtanten mittleren Drehzahl zu kompenεieren. Dieεer Fall iεt in Fig. lb dargestellt.

Fig. lc zeigt demgegenüber den Fall von Mehrfachaussetzern. In diesem Beispiel setzt jede zweite Verbrennung des Motorε aus. Die aussetzenden Zylinder weisen positive Laufunruhe¬ werte auf, während die nichtaussetzenden Zylinder negative Laufunruhewerte zeigen. Die beiden Wertebänder liegen symme¬ trisch zum Laufunruhewert Null.

Fig. ld εchließlich zeigt den Fall einer εtarken Verbreite¬ rung des Bandes von Laufunruhewerten gemäß Fig. la. Diese zum Laufunruhewert Null symmetrisch liegende Verbreiterung wird durch Triebstrangschwingungen verursacht, wie sie insbeson¬ dere verursacht durch Unebenheiten der Fahrbahn durch die Räder und den Triebstrang auf den Motor übertragen werden.

In Fig. 1 sind weiterhin drei Laufunruhe-Schwellenwerte SW_P, SW_0 und SW_N eingetragen. Die Schwellenwerte SW_P und SW_N sind im allgemeinen abhängig vom momentanen Betriebszustand deε Motorε. Der Schwellenwert SW_P iεt dabei ein poεitiver Schwellenwert, wie er bei bisherigen Verfahren verwendet wurde, um zu erkennen, ob ein Zylinder Auεsetzer aufweist. Wie aus den Fig. lb und lc erkennbar, wird dieser Schwellen¬ wert im Fall von Aussetzern in einem einzigen Zylinder über¬ schritten, jedoch nicht im Fall von Mehrfachausεetzern. Ange¬ sichts dieser Problematik offenbart DE-A-41 18 580 ein Ver¬ fahren, bei dem die Erkennungsschwelle für Aussetzer abge¬ senkt wird, wenn Mehrfachaussetzer vermutet werden.

Der positive Schwellenwert SW_P kann nicht nur im Fall von Aussetzern überschritten werden, sondern auch dann, wenn sehr starke Störungen durch Triebstrangschwingungen vorliegen. In dem in Fig. ld dargestellten Fall sind diese Störungen aller¬ dings noch nicht so stark, daß der positive Schwellenwert SW_P überschritten wäre. Dagegen ist der im Absolutbetrag kleiner gewählte negative Schwellenwert SW_N bereits unter¬ schritten. Mit Hilfe dieses Schwellenwerteε können bereits

relativ kleine Triebεtrangεchwingungen detektiert werden, die jedoch εchon εo groß sind, daß sie die Ausεetzererkennung unzuverläεεig machen. Jedoch wird die Auεsetzererkennung nur dann unterbrochen, wenn außer dem Unterschreiten des negati¬ ven Schwellenwertes SW_N noch eine andere Bedingung erfüllt ist.

Dieεe andere Bedingung hängt mit dem Abεtand W der beiden Bänder von Laufunruhewerten in den Fällen der Fig. lb und lc zuεam en. Iεt der Abstand W größer als ein vorgegebener, im allgemeinen vom Betriebszustand des Motors abhängiger Schwel¬ lenabstand, wird auf das Vorliegen von Aussetzern erkannt, unabhängig davon, ob der negative Schwellenwert SW_N unter¬ schritten ist (wie im Fall von Fig. lc) oder nicht (wie im Fall von Fig. lb) . Ist der Abεtand W dagegen kleiner alε der Schwellenabstand oder kann insbeεondere keinerlei Abεtand feεtgeεtellt werden (wie im Fall von Fig. ld) und ist zusätz¬ lich der negative Schwellenwert SW_N unterschritten, wird die Ausεetzererkennung unterbrochen, d.h. eε wird keine Aussage hinsichtlich Aussetzern getroffen.

Der Abstand zwischen einem oberen und einem unteren Band von Laufunruhewerten kann im Fall von Aussetzern in einem ein¬ zelnen Zylinder leicht dadurch festgestellt werden, daß die Differenz zwischen dem kleinsten Wert über der positiven Schwelle SW_P und dem größten Wert unter der positiven Schwelle SW_P festgestellt wird. Überlappt jedoch das obere Band die positive Schwelle SW_P oder liegt ganz unter dieser (wie im Fall von Fig. lc) , versagt diese Art der Bandfest- εtellung. Es kann dann die Differenz zwischen dem kleinsten positiven Wert im oberen Band und dem größten negativen Wert im unteren Band gebildet werden. D.h., daß hier der Laufun¬ ruhewert Null, alεo die in Fig. 1 eingezeichnete Schwelle SW_0, auf ähnliche Weiεe verwendet wird wie die Schwelle SW_P im gerade zuvor genannten Fall.

Eine weitere Möglichkeit zur Feststellung, ob eine Bandlücke vorliegt, besteht darin, eine Bandbreite vorzugeben, die dem vorstehend genannten Schwellenabstand entspricht. Dieses Band wird dann schrittweise über alle Laufunruhewerte verschoben, und es wird jeweilε gezählt, wieviele Laufunruhewerte inner¬ halb der vorgegebenen Bandbreite liegen. Wenn ein Bereich gefunden wird, für den z.B. gilt, daß von 100 über die be¬ trachtete Zeitspanne erfaßten Laufunruhewerten weniger als zwei innerhalb der vorgegebenen Bandbreite liegen, wird davon ausgegangen, daß eine Bandlücke mindestenε mit der Breite des Schwellenabεtandeε vorliegt.

In ähnlicher Weise kann zur Festεtellung, ob die in einer be¬ trachteten Zeitεpanne erfaßten Laufunruhewerte eine Bandlücke aufweisen, εchrittweiεe die Lage der Schwelle auεgehend von dem poεitiven Wert SW_P zu kleineren Werten hin verschoben und jeweils die Differenz zwischen dem kleinsten Laufunruhe¬ wert oberhalb der Schwelle und dem größten Laufunruhewert unterhalb der Schwelle gebildet werden. Findet sich eine Lage der Schwelle, für die diese Differenz den vorgegebenen Schwellenabstand überschreitet, so liegt innerhalb der Lauf¬ unruhewerte eine Bandlücke mit mindestenε der Breite des Schwellenabεtandeε vor.

Um zuverläεεige Werte für den genannten Bandabstand W zu fin¬ den, seien nun zwei Beispiele konkreter erläutert.

Gemäß dem ersten Beispiel wird der minimale Laufunruhewert MINLUi über einem Schwellenwert S (Schwellenwert SW_P oder Schwellenwert SW_0), wie er für eine Verbrennung mit der fortlaufenden Nummer i gilt, wie folgt bestimmt: falls LU[i] > S und LU[i] > MINLU[i-l], dann

MINLU[i] = cl • LU[i] + (1-cl) • MINLU[i-l]; fallε LU[i] > S und LU[i] < MINLU[i-l], dann

MINLU[i] = c2 • LU[i] + (1-C2) • MINLU[i-l];

falls LU[i] < S, dann

MINLU[i] = MINLU[i-l].

Hierbei ist LU[i] der Laufunruhewert für die Verbrennung mit der Nummer i. Für die Filterkonstanten cl und c2, deren Werte zwischen Null und 1 liegen, gilt vorzugsweise c2 > cl. Dies hat zur Folge, daß εich der Wert MINLU[i] nur bei einer deut¬ lich auεgeprägten Bandlücke von der Schwelle S wegbewegen kann, während er εich relativ εchnell an die Schwelle annä¬ hert, wenn bei Störungen durch Triebεtrangεchwingungen ein Laufunruhewert dicht bei der Schwelle S erzeugt wird.

Auf völlig entsprechende Weise wird ein Wert MAXLU[i] gebil¬ det, d.h. ein Maß für den höchsten zuverlässig erscheinenden Laufunruhewert unter der Schwelle S.

Auε den Werten MINLU[i] und MAXLU[i] für eine jeweilige Ver¬ brennung i wird der zugehörige Bandabεtand W[i] wie folgt be¬ rechnet:

W[i] = const • (MINLU[i] - MAXLU[i]) Wird für die Konstante conεt der Wert 1 geεetzt und verwendet man alε Startwerte für MINLU[i] und MAXLU[i] jeweils den Wert Null, εo ist bei Auftreten einer Bandaufspaltung gemäß Fig. lb und lc der Bandabstand W[i] zunächst Null, wächst dann aber bald auf den in Fig. 1 eingezeichneten Wert W an. Andere Werte für die Konstante const ermöglichen eine leichte Anpas- εung an unterschiedliche Anwendungsfalle bei jeweils gleichem Berechnungsverfahren.

Gemäß einem zweiten Beispiel wird eine bestimmte Anzahl von Laufunruhewerten gesammelt, z.B. für 100 Verbrennungen (dies kann fortlaufend geschehen oder, einfacher, nach jeweils der vorgegebenen Anzahl von Verbrennungen) . Von allen erfaßten Werten wird der minimale Wert über der Schwelle S als Maß MINLU erfaßt, während der maximale Wert unter der Schwelle S als MAXLU erfaßt wird. Aus den Werten MINLU und MAXLU wird

der Bandabstand W auf dieselbe Weise bestimmt wie beim ersten Beispiel. Bei der jeweiligen Neuberechnung von Abständen W[i] kann noch eine Filterung gemäß

W[i] = c ■ W[i-1] + (1-c) • const • (MINLU[i] - MAXLU[i]) mit einer Filterkonεtanten 0 < c < 1 erfolgen. Hier numeriert der Index i die aufeinanderfolgenden Neuberechnungs-Schritte. Liegen alle Laufunruhewerte auf einer Seite der Schwelle S, so wird der Wert für den Bandabεtand zu Null gesetzt.

Die zuvor anhand der Fig. la biε ld anεchaulich erläuterten Vorgehensweisen seien nun anhand der Flußdiagramme der Fig. 2 bis 4 genauer dargestellt.

Gemäß Fig. 2 werden in einem Schritt S2.1 Laufunruhewerte be¬ rechnet. Nach dem Durchlaufen der Marke A wird in einem Un¬ terprogramm in Schritt S2.2 der Bandabstand zwischen den Laufunruhewerten berechnet. In einem Schritt S2.3 wird unter- εucht, ob der berechnete Abεtand W über einer Schwelle W_SW liegt. Ist dies nicht der Fall, wird über zwei Marken C und D ein Endeschritt S2.5 erreicht. Andernfalls folgt über eine Marke B ein Schritt S2.4, der die Tatsache, daß der Bandab¬ εtand größer iεt alε der Schwellenabεtand W_SW, alε Informa¬ tion verwendet, die ein Hinweiε darauf ist, daß Aussetzer vorliegen. Diese Information kann dann mit weiteren Infor¬ mationen zur endgültigen Aussetzererkennung verknüpft wer¬ den. Auf den Schritt S2.4 folgt der bereits genannte Ende¬ schritt S2.5, in dem untersucht wird, ob die Auεεetzererken- nung beendet werden soll, z.B. bei Stillεtand des Motors. Ist dies nicht der Fall, folgt erneut der Schritt S2.1, während andernfalls das Verfahren beendet wird.

Fig. 3 veranschaulicht ein konkreteres Beispiel für den Ab¬ lauf des Verfahrens zwischen den Marken A, B und C. In einem Schritt S3.1 nach der Marke A wird die positive Schwelle SW_P gesetzt. In einem folgenden Schritt S3.2 wird der Abstand W_P

zwiεchen dem tiefεten Laufunruhewert über SW_P und dem höch- εten Wert unter SW_P berechnet. In einem Schritt S3.3 wird unterεucht, ob der berechnete Abεtand W_P über einem Schwel- lenabεtand W_SW_P liegt. Iεt dieε der Fall, wird εofort die Marke B erreicht. Andernfallε wird in einem Schritt S3.4 die Schwelle SW_0 gesetzt. In einem Schritt S3.5 wird der Abstand W_0 zwischen dem kleinsten positiven und dem betragsmäßig kleinsten, also höchsten, negativen Laufunruhewert berechnet. In einem Schritt S3.6 wird abgefragt, ob der berechnete Ab¬ stand W_0 über einem vorgegebenen Schwellenabstand W_SW_0 liegt. Ist dies der Fall, wird die Marke B erreicht, andern¬ fallε die Marke C.

Fig. 4 betrifft den Detailablauf, wie er sich an die Marke C anschließt, d.h., wie er dann folgt, wenn zwischen den Lauf¬ unruhewerten kein Bandabεtand größer alε ein Schwellenabεtand feεtgestellt wird. Der Ablauf dient dazu, zu entscheiden, ob die Ausεetzererkennung wegen störender Triebstrangεchwingun- gen unterbrochen werden εoll. In einem Schritt S4.1 wird unterεucht, ob Laufunruhewerte unter dem negativen Laufun¬ ruhe-Schwellenwert SW_N liegen. Ist dies nicht der Fall, wird εofort die Marke D in Fig. 2 erreicht. Andernfallε wird in einem Schritt S4.2 die Aussetzererkennung unterbrochen. Sie wird bei Eintritt einer vorgegebenen Bedingung wieder aufge¬ nommen, z.B. dann, wenn kein Laufunruhewert mehr unter dem negativen Schwellenwert SW_N liegt oder wenn eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen oder eine vorgebene Anzahl von Kurbel¬ wellenumdrehungen erreicht ist.

Fig. 5 veranschaulicht ein Ausführungεbeiεpiel für eine er¬ findungsgemäße Ausεetzererkennungsvorrichtung 10. Sie verfügt über eine Berechnungseinrichtung 11 für Laufunruhewerte, die von einem Taktgeber 12 ein festes Taktsignal sowie von einem Winkelgeber 13 an einem Verbrennungsmotor 14 ein Kurbelwin¬ kelsignal θ erhält. Sie gibt die berechneten Laufunruhewerte

an eine Einrichtung 15 zum Berechnen des Abεtandes W zwiεchen Bändern von Laufunruhewerten auε. Dieεe erhält von einem Speicher 17 einen Laufunruhe-Schwellenwert und führt ihr Ausgangεsignal einer Vergleichseinrichtung 16 zu, die einen von dem Speicher 17 vorgegebenen Schwellenabstand zugeführt bekommt, mit dem sie den von der Abstandsberechnungseinheit

15 erhaltenen Wert vergleicht. Ergibt sich, daß zwischen den Laufunruhewerten keine signifikante Bandlücke vorliegt, so überprüft die Vergleichseinrichtung 16, ob die von der Ein¬ richtung 11 berechneten Laufunruhewerte einen von dem Spei¬ cher 17 vorgegebenen negativen Schwellenwert unterschreiten. Treten negative Laufunruhewerte unterhalb dieser Schwelle auf, ohne daß eine Bandaufspaltung innerhalb der Laufun¬ ruhewerte festgestellt wird, gibt die Vergleichseinrichtung

16 eine Information über das Vorliegen von Störungen durch Triebstrangεchwingungen auε, mit der die Aussetzererkennung unterbrochen wird. Die vom Speicher 17 gelieferten Schwellen sind im allgemeinen abhängig vom momentanen Motorbetriebszu- εtand.