Verfahren zum Erkennen von irregulären Verbrennungsvorgängen in einer mehrzylindrigen Diesel-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von irregu¬ lären Verbrennungsvorgängen in einer mehrzylindrigen Diesel- Brennkraftmaschine durch Auswerten des Verbrennungsgeräusches mittels eines Körperschallsensors.

Einspritzsysteme bei Diesel-Brennkraftmaschinen haben die Aufgabe, den Kraftstoff in sehr kurzer Zeit möglichst fein zerstäubt in den Brennraum einzubringen. Je höher der Ein- spritzdruck ist, um so besser ist die Gemischbildung und da- mit um so geringer der Kraftstoffverbrauch und die Rauchemis¬ sion. Einspritzsysteme aktuellen Entwicklungsstandes, soge¬ nannte Common-Rail-Systeme, arbeiten mit Einspritzdrücken bis zu 1500 bar und bestehen im wesentlichen aus einer Hochdruck¬ pumpe, dem Druckspeicher, den Injektoren und der elektroni- sehen Steuereinrichtung mit den notwendigen Sensoren.

Ein Problem bei solchen zylinderindividuell angesteuerten Einspritzsystemen besteht darin, daß durch Falschansteuerung zB. zu falschen Zeitpunkten oder durch Nichtansteuerung durch fehlende Bestromung einzelner oder mehrerer Injektoren das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere das Abgasverhalten negativ beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu- geben, mit dessen Hilfe auf einfache und kostengünstige Weise irreguläre Verbrennungen aufgrund von Fehleinspritzungen oder

fehlende Verbrennungen in einer mehrzylindrigen Diesel-Brenn- kraftmaschine detektiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .

Durch Auswerten des Verbrennungsgeräusches in den Brennräumen der einzelnen Zylinder mit Hilfe einer Körperschallanalyse ist sowohl eine Detektion von unzureichenden Verbrennungsvor- gangen z.B. aufgrund von Falschansteuerungen der Injektoren, als auch der vollständige Ausfall eines oder mehrerer Injek¬ toren möglich. Insbesondere können dann bei erkannten Feh¬ leinspritzungen Motorschutzmaßnahmen ergriffen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die qualitativen Verläufe des Druckes und des Ver- brennungsgeräusches innerhalb eines Zylinders in Ab¬ hängigkeit vom Kurbelwinkel, Figur 2 ein Flußdiagramm für den Verfahrensablauf zum Bestim¬ men von irregulären Verbrennngsvorgängen und Figur 3 ein Meßdiagramm für die Zylinderdrücke und die ent- sprechenden Signale des Klopfsensors bei einer 4-

Zylinder- Brennkraftmaschine

_ Die qualitative Darstellung nach Figur 1 zeigt den typischen Verlauf des Druckes Pzyi in einem Zylinder einer Diesel- Brennkraftmaschine abhängig vom Kurbelwinkel. Der obere Tot-

punkt ist dabei mit OT bezeichnet. Als weitere Kurve ist der zugehörige Verlauf des Verbrennungsgeräusches VS in diesem Zylinder eingezeichnet. Das Auftreten dieses Verbrennungsge- räusches wird zur Detektion von fehlerhaften bzw. fehlenden Verbrennungsvorgängen genutzt. Hierzu ist an dem Zylinder¬ block der Brennkraftmaschine an geeigneter Stelle ein Körper¬ schallsensor befestigt, der die charakteristischen Klopf- Schwingungen in den Brennkammern der einzelnen Zylinder er¬ faßt. Der Sensor wandelt diese Schwingungen in elektrische Signale um, die zur weiteren Verarbeitung einer elektroni¬ schen Motorsteuerungseinrichtung zugeführt werden. Als Kör¬ perschallsensor kann dabei in vorteilhafter Weise ein Klopf- sensor, d.h. ein nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten¬ der Beschleunigungssensor eingesetzt werden.

Ein solcher Klopfsensor ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 87 06 781.1 bekannt. Wird nur ein einziger Klopfsensor verwendet, so ist dessen Anbringungsort möglichst zentral am Motorgehäuse zu wählen. Um bei Brennkraftmaschinen mit 6, 8 oder 12 Zylindern die Genauigkeit der Auswertung der KlopfSignale der einzelnen Zylindern zu erhöhen, können 2 oder mehrere KlopfSensoren verwendet werden, die an entspre¬ chenden Stellen des Motorgehäuses angeordnet sind, wobei eine bestimmte Zuordnung zwischen den Sensoren und den Zylindern festgelegt ist.

Anhand des Ablaufdiagramms nach Figur 2 wird das Verfahren erläutert, das für jeden Zylinder einzeln abläuft.

Das Verbrennungsgeräusch und das davon abgeleitete Klopfsi¬ gnal wird zylinderindividuell innerhalb eines vorgebbaren

Meßfensters MF, beispielsweise innerhalb des Bereiches von 45° Kurbelwinkel vor OT bis 15° Kurbelwinkel nach OT, gemes¬ sen und ausgewertet.

In einem ersten Verfahrensschritt SI wird deshalb ein Meßfen- ster MF]_ _ _ _ ₂ als Funktion der Drehzahl n, der Last der Brenn¬ kraftmaschine und der Zylindernummer z festgelegt. Wegen der Laufzeit des Verbrennungsgeräusches vom Entstehungsort in dem jeweiligen Zylinder bis zum Ort der Detektion durch den Sen- sor werden die Meßfenster in zylinderindividuellen Kennfel¬ dern innerhalb eines Speichers der Motorsteuerungseinrichtung abgelegt .

Für jeden Zylinder Zyl _{lι > >z} wird drehzahl- und lastabhängig

ein Schwellenwert SW ₁ _ _ _ ₂ festgelegt {Verfahrensschritt S2) und diese Werte werden ebenfalls in einem Speicher abgelegt. Im Verfahrensschritt S3 wird das Geräuschsignal des Körper¬ schallsensors erfaßt, anschließend aufbereitet {gleichgerich¬ tet) und mittels eines zylinderindividuellen Signalverstär- kers verstärkt {Verfahrensschritt S4) . Die Verstärkung kann dabei entweder in Stufen oder stufenlos verändert werden. Dies stellt sicher, daß unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein auswertbarer Signalverlauf innerhalb eines vorgegebenen Bereiches vorliegt.

Im Verfahrensschritt S5 wird das zylinderindividuelle Körper¬ schallsignal mit dem jeweiligen zugeordneten Schwellenwert ^sw l z {Figur 1) verglichen. Wird der Schwellenwert über¬ schritten, wird anschließend überprüft, ob das Signal des

Sensors auch innerhalb des ^{^} festgelegten Meßfensters MF _j _ _ _ _z liegt (Verfahrenschritt S6 ) . Ist dies nicht der Fall, so wird im Verfahrensschritt S7 auf eine Fehleinspritzung geschlossen und es können MotorSchutzmaßnahmen, wie beispielsweise eine 5 Verringerung der Ansteuerzeit oder das Unterdrücken des An- steuerimpulses für diesen Injektor eingeleitet werden (Ver¬ fahrensschritt S8) .

Überschreitet das vom Klopfsensor erfaßte Signal KS^ _ _ _z den

Schwellenwert SW- _] _ _ _ _z innerhalb des Meßfensters MFι_ _{> > >2} , so

0 wird in diesem Zylinder Zyl _{1> > >z} auf eine ordnungsgemäße Ver¬ brennung geschlossen (Verfahrensschritt S9) . Das auf diese Weise erhaltene Signal KS _] __ _# _ _z des KlopfSensors kann zur Be¬ stimmung des Brennbeginns in dem jeweiligen Zylinder herange¬ zogen und für weitere Steuermaßnahmen, zB. für eine Brennbe-

15 ginnregelung benutzt werden.

Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt S5, daß das Signal ^κs l .z ^c * ^es Sensors unterhalb des Schwellenwertes SW _] _ _ _ _z liegt, so wird im Verfahrensschritt S10 überprüft, ob die ma- 20 ximale Verstärkung des Sensorsignals bereits überschritten ist. Ist dies der Fall, so wird im Verfahrensschritt Sll auf eine fehlende Verbrennung und damit auf eine Nichteinsprit- zung geschlossen. Andernfalls werden die Verfahrensschritte S4 , S5 und S10 solange wiederholt, bis entweder der Schwel- 25._ lenwert überschritten wird oder die Abfrage in Verfahrens- schritt S10 ein positives Ergebnis liefert.

In Figur 3 ist ein durch Messungen an einer Brennkraftmaschi¬ ne mit 4 Zylindern Zyl _{1 - ι} 4 bei 1500 1/min erhaltenes Dia¬ gramm gezeigt. Entsprechend der Zündfolge 1-3-4-2 sind die Verläufe der Zylinderdrücke Pzyll...4 ^un< ^ die zugehörigen Si-

gnale KS^ _{^ 4} des Klopfsensors dargestellt.