DE102009000134A1

DE102009000134A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine, Computerprogramm, Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102009000134A1
Application number: DE102009000134A
Authority: DE
Inventors: Guido Porten; Lu Chen; Marc Schott
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-10
Also published as: US8505367B2; US20110302999A1; WO2010079073A1; DE102009000134B4

Abstract

Die Zusammenfassung betrifft eine Vorrichtung ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Diagnose einer Brennkraftmaschine 100, bei der ein erster Zylinder 102 eine Brennkammer 101 umfasst, wobei der Brennkammer 101 eine Kraftstoffmenge und eine Frischluftmenge zur Verbrennung zugeführt werden, wobei ein durch die Verbrennung erzeugter Drehmomentenbeitrag D des ersten Zylinders 102 in einer ersten Betriebsart B1 der Brennkraftmaschine 100 von der zugeführten Frischluftmenge und in einer zweiten Betriebsart B2 und der Brennkraftmaschine 100 im Wesentlichen von der Kraftstoffmenge abhängt, wobei - eine erste eine Laufruhe der Brennkraftmaschine 100 in der ersten Betriebsart B1 charakterisierende Größe L1 ermittelt wird, - eine zweite die Laufruhe der Brennkraftmaschine 100 in der zweiten Betriebsart charakterisierende Größe L2 ermittelt wird, - die erste Größe L1 mit der zweiten Größe L2 verglichen wird, - eine Diagnose der Brennkraftmaschine 100 abhängig vom Ergebnis des Vergleichs durchgeführt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Aus der DE 198 28 279 A1 ist bereits ein Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine bekannt. Um einen abgasarmen Betrieb mit Drei-Wege-Katalysatoren zu ermöglichen, wird die Brennkraftmaschine bei einem mittleren Lambdawert von 1 betrieben. Der mittlere Lambdawert 1 wird durch eine Lambdaregelung eingestellt. Dabei wird zwischen den Betriebsarten Homogenbetrieb und Schichtbetrieb unterschieden. Im Schichtbetrieb hängen der Lambdawert und der Drehmomentenbeitrag eines einzelnen Zylinders im Wesentlichen von der zugeführten Kraftstoffmenge ab. Zunächst wird im Homogenbetrieb durch die Lambdaregelung die zur Erreichung des mittleren Lambdawerts von 1 erforderliche Kraftstoffmenge in jeden Zylinder der Brennkraftmaschine abhängig von einem der dem Zylinder zugeführten Luftmenge eingebracht. Gleichzeitig wird im Schichtbetrieb durch eine Zylindergleichstellungsfunktion der Drehmomentenbeitrag eines einzelnen Zylinders mittels des Laufunruhesignals überwacht. Falls die Drehmomentenbeiträge der einzelnen Zylinder zu sehr voneinander abweichen, werden die Drehmomentenbeiträge der einzelnen Zylinder durch Regeln der Kraftstoffmenge gleichgestellt. Als Ergebnis der Zylindergleichstellungsfunktion im Schichtbetrieb stehen Adaptionswerte für die einzuspritzende Kraftstoff menge bzw. die Ansteuersignale der Einspritzventile zur Verfügung die auch im Homogenbetrieb oder Homogen-Mager-Betrieb der Brennkraftmaschine zur Zylindergleichstellung verwendet werden können.
Ein durch die homogene Verbrennung entstehendes Abgas wird bei kleinen Unterschieden zwischen den zylinderindividuellen Drehmomentenbeiträgen nicht oder nur wenig beeinträchtigt, da ein im Abgasstrang angeordneter 3-Wege-Katalysator das Abgas noch konvertieren kann. Falls der Unterschied zwischen den zylinderindividuellen Drehmomentenbeiträgen zu groß wird, wird nicht nur der Kraftstoffverbrauch erhöht, sondern zusätzlich können die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine liegen außerhalb der gesetzlich vorgeschrieben Grenzen liegen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäßen Verfahren, das erfindungsgemäße Computerprogramm und das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dabei den Vorteil, dass einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine eine Kraftstoffmenge und eine Frischluftmenge zur Verbrennung zugeführt werden, wobei ein durch die Verbrennung erzeugte Drehmomentenbeitrag eines Zylinders in einer ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine im Wesentlichen von der zugeführten Frischluftmenge und in einer zweiten Betriebsart der Brennkraftmaschine im Wesentlichen von der zugeführten Kraftstoffmenge abhängt, wobei eine erste die Laufruhe der Brennkraftmaschine in der ersten Betriebsart charakterisierende Größe ermittelt wird, eine zweite die Laufruhe der Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebart charakterisierende Größe ermittelt wird, die erste Größe mit der zweiten Größe verglichen wird, und eine Diagnose der Brennkraftmaschine abhängig vom Ergebnis des Vergleichs durchgeführt wird. Das heißt, dass durch die Auswertung der Laufruhe der Brennkraftmaschine festgestellt wird, ob die dem jeweiligen Zylinder zugeführte Frischluftmenge beim Betrieb der Brenn kraftmaschine im Homogenbetrieb oder Homogen-mager-Betrieb zu groß ist, also ein zylinderindividueller Luftfehler vorliegt. Dieses Verfahren beruht darauf, dass das Laufruhesignal den Drehmomentenbeitrag der einzelnen Zylinder charakterisiert.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge erkannt wird, wenn der Unterschied zwischen der ersten Größe und der zweiten Größe größer als ein vorgegebener Wert ist. Das bedeutet, dass der Unterschied zwischen der Laufruhe der Brennkraftmaschine bei homogener Verbrennung und der Laufruhe der Brennkraftmaschine bei magerer Verbrennung klein genug sein muss, um eine fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge in einem Zylinder sicher ausschließen zu können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Größe und die zweite Größe zumindest teilweise während eines Arbeitstakts des Zylinders ermittelt werden. Das heißt, dass die Laufruhe der Brennkraftmaschine genau in dem Takt betrachtet wird, in dem der Drehmomentenbeitrag des Zylinders geleistet wird. Dadurch lassen sich die erste Größe und die zweite Größe eindeutig dem Zylinder der den Drehmomentenbeitrag während des betrachteten Segments liefert, zuordnen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der ersten Betriebsart eine erste Kraftstoffmenge eingespritzt wird, und dass in der zweiten Betriebsart eine zweite Kraftstoffmenge und eine dritte Kraftstoffmenge eingespritzt werden. Dadurch wird die Unterscheidung zwischen einem Füllungsfehler und einem Kraftstofffehler möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Kraftstoffmenge in der zweiten Betriebsart so bestimmt wird, dass ein mageres Gemisch entsteht. Dadurch hängt der Drehmomentenbeitrag in der zweiten Betriebsart mehr von der eingespritzten Kraftstoffmenge ab als von der Luftmasse. Eine Unterscheidung zwischen Füllungsfehler und Kraftstofffehler ist so besonders einfach möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dritte Kraftstoffmenge so bestimmt wird, dass der Lambdawert des Abgases im wesentlichen Eins ist. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren ohne negative Auswirkung auf die Emission und die Lebensdauer des Katalysators ausgeführt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Korrektur der zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt, wenn der Unterschied zwischen der ersten Größe und der zweiten Größe kleiner oder gleich einer vorgegeben Schwelle ist. Das bedeutet, dass die Korrektur der zugeführten Kraftstoffmenge nur dann erfolgt, wenn keine unbeabsichtigte fehlerhafte zugeführte Frischluftmenge ermittelt wurde. Dadurch wird eine fehlerhafte Korrektur vermieden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Korrektur der zugeführten Kraftstoffmenge in der zweiten Betriebsart erfolgt. Die Korrektur wird demnach bei kraftstoffgeführten magerer Verbrennung auf einfache Weise zu Ende geführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Brennkraftmaschine,
2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein erstes Diagramm für eine erste und eine zweite Kennlinie,
4 ein zweites Diagramm für eine dritte und eine vierte Kennlinie,
5 ein drittes Diagramm für eine fünfte und sechste Kennlinie.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Brennkraftmaschine beispielsweise ein Ottomotor oder ein Dieselmotor schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst mehrere Zylinder von denen jedoch der Übersichtlichkeit halber in 1 nur ein erster Zylinder 102 dargestellt ist. Der erste Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 umfasst eine Brennkammer 101, der über eine Drosselklappe 112 und eine zwischen der Drosselklappe 112 und einem Einlassventil 115 angeordnetes Saugrohr 114 Frischluft zugeführt wird. Im Saugrohr ist ein Luftmassensensor 124 angeordnet, der eine Luftmasse F erfasst. Außerdem wird der Brennkammer 101 durch ein Einspritzventil 116 ein Kraftstoff zugeführt. Beispielsweise ist das Einspritzventil 116 so an der Brennkammer 101 angeordnet, dass der Kraftstoff direkt in die Brennkammer 101 eingespritzt wird. Ein dadurch entstehendes Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in der Brennkammer 101 verbrannt. Im Falle eines Ottomotors umfasst die Brennkraftmaschine 100 dazu eine Zündkerze 117 die ebenfalls an der Brennkammer 101 angeordnet ist.
Ein durch die Verbrennung entstehendes Abgas wird durch ein an der Brennkammer 101 angeordnetes Auslassventil 118 durch ein Abgasrohr 119 an einem Lambdasensor 111 vorbeigeführt.
Eine durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer 111 entstehende thermische Energie wird zumindest teilweise über einen Kolben 120 über einen Pleuel 121 an eine Kurbelwelle 122 übertragen. Dadurch wird die Kurbelwelle 122 in einer Drehbewegung versetzt. Die Drehbewegung der Kurbelwelle 122 wird durch einen Sensor 123 erfasst.
In einer ersten Betriebsart B1 der Brennkraftmaschine 100 werden die Drosselklappe 112 und das Einspritzventil 116 in bekannter Weise so angesteuert, dass ein vom Fahrer gewünschtes Drehmoment erzeugt wird. Dazu wird die erste Einspritzmenge K1 mittels eines Kennfelds abhängig von der vom Luftmassensensor 124 ermittelten Luftmasse F bestimmt. Die erste Einspritzung erfolgt in bekannter Weise zu einem für die Verbrennung und Drehmomenterzeugung günstigen Zeitpunkt. Eine erste Soll-Kraftstoffmenge ist passend zur ermittelten Luftmasse F so bemessen, dass nicht nur das vom Fahrer gewünschtes Drehmoment erzeugt wird, sondern die Verbrennung auch mit einem Soll-Lambdawert von 1 erfolgt. Bei der ersten Betriebsart B1 handelt es sich also um ein luftgeführtes Brennverfahren bzw. einen Homogenbetrieb.
Einerseits kann eine tatsächlich in den ersten Zylinder 102 eingebrachte erste Frischluftmenge F1 beispielsweise aufgrund Verschmutzungen oder Ungleichverteilungen im Saugrohr 114 von der gemessenen Gesamtluftmasse F dividiert durch die Zylinderzahl abweichen. Andererseits kann die durch das Einspritzventil 116 eingebrachte erste Kraftstoffmenge K1 aufgrund von Toleranzen des Einspritzventils 116 von einer ersten Soll-Kraftstoffmenge abweichen. Diese Abweichungen führen dazu, dass ein zylinderindividueller erster Lambdawert vom Soll-Lambdawert von 1 abweicht. Daher korrigiert die Lambdaregelung die erste Soll-Kraftstoffmenge in bekannter Weise abgasbankglobal und stellt so in der ersten Betriebsart B1 einen mittleren Lambdawert von 1 ein.
Da der Drehmomentenbeitrag jedes Zylinders in der luftgeführten ersten Betriebsart B1 von der Frischluftmenge abhängt, führen zylinderindividuelle Füllungsunterschiede zu unterschiedlichen Drehmomentenbeiträgen und damit zu einer Laufunruhe der Brennkraftmaschine 100.
Diese durch Füllungsunterschiede verursachte erhöhte Laufunruhe wird in der zweiten Betriebsart B2 durch Einspritzen einer zweiten Kraftstoffmenge (Haupteinspritzung) welche zu einer mageren drehmomentenbestimmenden Grundverbrennung und einer dritten Kraftstoffmenge (Nacheinspritzung) welche zu einem stöchiometrischen Abgaslambda gleich 1 führt anstelle der ersten Kraftstoffmenge reduziert. Die zweite Kraftstoffmenge wird für jeden Zylinder in bekannter Weise so bemessen, dass die Drehmomentenbeiträge aller Zylinder weitgehend gleich sind und die Drehmomentenanforderung des Fahrers umgesetzt wird. Die Haupteinspritzung erfolgt dabei in bekannter Weise zu einem für die Verbrennung und Drehmomentenerzeugung günstigen Zeitpunkt. Die dritte Kraftstoffmenge wird in bekannter Weise so bemessen, dass sich insgesamt ein zylinderindividueller Lambdawert von 1 einstellt. Die Einspritzung der dritten Kraftstoffmenge erfolgt in bekannter Weise zu einem Zeitpunkt zu dem die Verbrennung der dritten Kraftstoffmenge keinen wesentlichen Drehmomentenbeitrag mehr liefert.
Das bedeutet, dass der zylinderindividuelle Lambdawert beispielsweise bei einer zu großen Frischluftmenge oder einer zu geringen zweiten Kraftstoffmenge in einem Magerzylinder beispielsweise auf 1,15 ansteigt. Beispielsweise ist die dritte Kraftstoffmenge so bemessen, dass der Lambdawert des Abgases um 0,15 abnimmt. Damit ergibt sich im Abgas nach Verbrennung der zweiten und der dritten Kraftstoffmenge zylinderindividuell ein Lambdawert gleich 1. Damit wird die Laufunruhe der Brennkraftmaschine 100 beseitigt und gleichzeitig der zylinderindividuelle Lambdawert von 1 eingehalten.
Zur Unterscheidung zwischen unterschiedlicher Frischluftmenge in den Zylindern (Füllungsdifferenz) und zu geringer Kraftstoffmenge (Kraftstofffehler) als Fehlerursache wird der Drehmomentenbeitrag bzw. die Laufunruhe in der ersten Betriebsart B1 mit dem Drehmomentenbeitrag bzw. der Laufruhe in der zweiten Betriebsart B2 miteinander verglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert dabei auf der Erkenntnis, dass der Unterschied im Drehmomentenbeitrag der einzelnen Zylinder im luftgeführten Homogenbetrieb bei einem Füllungsfehler deutlich größer ist als im kraftstoffgeführten Magerbetrieb.
Wenn beispielsweise in einen Zylinder (Magerzylinder) eine zu große Frischluftmenge gelangt, unterscheidet sich sein Drehmomentenbeitrag in der luftgeführten ersten Betriebsart B1 beispielsweise um ca. 15% von den anderen Zylindern (Fettzylindern). Dagegen unterscheidet sich der Drehmomentenbeitrag des Magerzylinders in der zweiten Betriebsart B2 nur um ca. 5% von den Fettzylindern. In diesem Beispiel beträgt also der Momentenunterschied ca. 10%. Dies ist beispielsweise in 3 dargestellt.
In 3 ist ein Drehmomentenbeitrag des Magerzylinders für unterschiedliche Mittelwerte des gesamten Lambdas aller Zylinder dargestellt und mit 301 bezeichnet. Ein Verlauf der Drehmomentenbeiträge mehrerer Fettzylinder ist in 3 dargestellt und mit 302 bezeichnet. Hierbei wird davon ausgegangen das die Einspritzmenge aller Zylinder gleich ist und dem Magerzylinder mehr Frischluft zugeführt wird als den Fettzylindern.
Die Verläufe der Drehmomentenbeiträge des Magerzylinders und der Fettzylinder starten bei einem Lambdawert kleiner 0,9 bei einem positiven von Null verschiedenen Startwert. Dabei ist der Startwert des Drehmomentenbeitrags des Magerzylinders größer als der Startwert des Drehmomentenbeitrags der Fettzylinder. Anschließend nimmt der Drehmomentenbeitrag des Magerzylinders 301 und der Fettzylinder 302 zunächst linear dann mit zunehmender Steigung ab. Der Verlauf des Drehmomentenbeitrags des Magerzylinders 301 ist dabei ab einem Lambdawert von 1 wieder annähernd linear. Der Verlauf des Drehmomentenbeitrags der Fettzylinder 302 ist dabei ab einem Lambdawert von 1,2 wieder annähernd linear.
Der Unterschied zwischen den Drehmomentenbeiträgen des Magerzylinders und der zylinderindividuellen Drehmomentenbeiträge der Fettzylinder ist in 3 für den Wert Lambda = 1 mit ΔM0 und für den Wert Lambda = 1,15 mit ΔM1 bezeichnet.
Die unterschiedlichen Drehmomentenbeiträge der einzelnen Zylinder führen dabei zu einer unterschiedlichen Beschleunigung der Kurbelwelle 122 die sich durch unterschiedliche Segmentzeiten während der die Drehmomentenbeiträge der einzelnen Zylinder geleistet werden äußert. Der Drehmomentenbeitrag des ersten Zylinders 102 erfolgt beispielsweise in einem Winkelbereich zwischen 180° und 360° Kurbelwellenwinkel. Die Segmentzeit in der der Drehmomentenbeitrag des ersten Zylinders 102 erfolgt, ist beispielsweise die Zeitdauer, die die Kurbelwelle zum Durchlaufen des Winkelbereichs von 180° bis 360° Kurbelwellenwinkel benötigt. Aus dem Vergleich der Segmentzeiten der einzelnen Zylinder untereinander wird dann in bekannter Weise eine Größe ermittelt, die die Laufunruhe der Brennkraftmaschine charakterisiert. Beispielsweise wird die zylinderindividuelle Segmentzeit mit dem Mittelwert aller Segmentzeiten verglichen. Die Abweichung der zylinderindividuellen Segmentzeit vom Mittelwert entspricht der Laufruhe.
Unter der Annahme, dass in alle Zylinder gleich viel Kraftstoff eingespritzt wird, erzeugt der Magerzylinder in der ersten Betriebsart B1 wie in 3 ersichtlich einen leicht höheren Drehmomentenbeitrag als die Fettzylinder. Wird nun beispielsweise von der ersten Betriebsart B1 in die zweite Betriebsart B2 umge schaltet, entspricht dies im fehlerfreien Fall bezüglich der Verbrennung der Kraftstoffmenge, die einen Drehmomentenbeitrag leistet einer Verschiebung von Lambda gleich 1 (erste Kraftstoffmenge in erster Betriebsart B1) zu einem magereren Lambda beispielsweise gleich 1,15 (zweite Kraftstoffmenge in zweiter Betriebsart B2). Bei Füllungsdifferenz wird der Lambdawert des Magerzylinders von beispielsweise 1,2 auf 1,35 verschoben wohingegen die Fettzylinder von beispielsweise 0,93 auf 1,08 verschoben werden. Wie in 3 ersichtlich, ändert sich der Drehmomentenbeitrag des Magerzylinders dabei um beispielsweise 15% während der Drehmomentenbeitrag der Fettzylinder sich nur um 5% ändert.
In 4 ist ein korrigierter Verlauf des Drehmomentenbeitrags des Magerzylinders mit 401 bezeichnet. Der korrigierte Verlauf des Drehmomentenbeitrags der Fettzylinder ist in 4 mit 402 bezeichnet. Der korrigierte Verlauf des Magerzylinders 401 entspricht dem nach rechts verschobenen Verlauf des Drehmomentenbeitrags des Magerzylinders 301 aus 3. Der korrigierte Verlauf der Fettzylinder 401 entspricht dem nach links verschobenen Verlauf der Drehmomentenbeiträge der Fettzylinder 302 aus 3.
Die Verschiebung wird durch die Adaptionsparameter so bestimmt, dass sich der korrigierte Verlauf der Drehmomentenbeiträge des Magerzylinders 401 und der korrigierte Verlauf der Drehmomentenbeiträge der Fettzylinder 402 für Lambdawerte größer 1,15, weitestgehend überdecken. Dadurch wird der Unterschied zwischen den Drehmomentenbeiträgen des Magerzylinders und der Fettzylinder beispielsweise für ein gesamtes Lambda für 1,15 zu 0.
Durch die Ermittlung von Adaptionsparametern in der zweiten Betriebsart B2, werden die zweite Kraftstoffmenge und die dritte Kraftstoffmenge in bekannter Weise so bestimmt, dass die Laufruhe der Brennkraftmaschine bei mittlerem Lambda von 1 ausreichend ruhig ist. Die Drosselklappenstellung und die erste Kraftstoffmenge werden dabei zunächst so bestimmt, dass in allen Zylindern eine mageren Verbrennung mit einem Lambdawert stattfindet, bei dem der Drehmomentenbeitrag für alle Zylinder gleich ist. Wie in 4 dargestellt, bedeutet dies, dass die Verbrennung in dem Magerzylinder beispielsweise bei einem Lambda von 1,125 und in den Fettzylindern beispielsweise bei einem Lambda von 0,955 stattfindet. Dabei ist der Momentenbeitrag der Mager- und Fettzylinder wie in 4 dargestellt nur für einen bestimmten Bereich von Lambda größer als eine erste Bereichsgrenze gleich. Beispielsweise ist der Drehmomentenbeitrag für Lambda größer 1,15 für den Magerzylinder und die Fettzylinder gleich. Für Lambdawerte außerhalb dieses Bereichs, beispielsweise kleiner gleich 1,15 divergieren die korrigierten Verläufe.
Die Drehmomentenunterschiede sind also durch die Anpassung der zweiten und dritten Kraftstoffmenge für den bestimmten Bereich von Lambda größer als die erste Bereichsgrenze, beispielsweise größer als 1,15 weitgehend ausgeglichen. Der mittlere Lambdawert von 1 ist weitgehend eingeregelt.
Falls andere Lambdawerte für die Verbrennung außerhalb des genannten Bereichs beispielsweise Lambda kleiner gleich 1,15 verwendet werden sollten, verschlechtert sich die Laufruhe durch zunehmende Drehmomentenunterschiede zwischen dem Magerzylinder und den Fettzylindern deutlich. Dies ist ebenfalls auf die Verschiebung der Verläufe der Drehmomentenbeiträge des Magerzylinders 301 und der Fettzylinder 302 zurückzuführen.
Zum Vergleich ist in 4 der ursprüngliche Unterschied zwischen den Drehmomentenbeiträgen des Magerzylinders und der Fettzylinder ΔM0 und ΔM1 aus 3 eingetragen.
Für den Fall, dass einem Zylinder zu wenig Frischluft zugeführt wird, ergibt sich bezüglich des Unterschieds der Drehmomentenbeiträge des Zylinders dem zu wenig Frischluft zugeführt wurde und der übrigen Zylinder die gleiche Problematik.
In 5 ist der Verlauf des Drehmomentenbeitrags des Fettzylinders also des Zylinders dem unbeabsichtigt zu wenig Frischluft zugeführt wird, dargestellt und mit 501 bezeichnet. Der Verlauf der übrigen Zylinder (Magerzylinder) ist in 5 mit 502 bezeichnet. Der Verlauf des Drehmomentenbeitrags der Magerzylinder 512 startet beispielsweise für Lambda kleiner 0,9 bei einem von Null verschiedenen positiven Wert und fällt danach zunächst linear und dann mit steigendem Gradienten ab, um für Lambdawerte größer 1,15 wieder linear zu fallen. Der Verlauf der Drehmomentenbeiträge des Fettzylinders 501 beginnt für Lambdawerte kleiner 0,9 bei einem positiven von 0 verschiedenen Startwert, der jedoch kleiner als der Startwert des Verlaufs der Drehmomentenbeiträge der Magerzylinder 502 ist. Anschließend fällt der Verlauf 501 zunächst annähernd linear dann mit steigendem Gradienten um für große Lambdawerte wieder linear zu fallen. Der Verlauf der Drehmomentenbeiträge des Fettzylinders schneidet den Verlauf der Drehmomentenbeiträge der Magerzylinder bei einem Lambdawert von 1,15.
Der Unterschied zwischen den Drehmomentenbeiträgen des Fettzylinders und der Magerzylinder für Lambda = 1 sind in 5 mit AM0 bezeichnet. Der Unterschied zwischen den Drehmomentenbeiträgen des Fettzylinders und der Magerzylinder für Lambda gleich 1,15 ist in 5 mit ΔM1 bezeichnet.
Auch in dem in 5 dargestellten Falle, das ein Zylinder zu wenig Frischluft zugeführt wird, führt eine Korrektur der Einspritzmengen in der zweiten Betriebsart B2 dazu, dass nach der Unterschied zwischen den Drehmomentenbeiträgen des Fettzylinders und der Magerzylinder nach der Korrektur in einem Bereich für Lambda kleiner einer zweiten Bereichsgrenze, beispielsweise kleiner als 1,15 deutlich zunimmt.
Der aufgezeigte Einfluss der Füllungsdifferenzen zwischen den einzelnen Zylindern auf die Qualität der Zylindergleichstellung macht es erforderlich, zuverlässig erkennen zu können, ob eine fehlerhafte Versorgung eines Zylinders mit einer zu großen und zu kleinen Frischluftmenge vorliegt, bevor Adaptionsparameter zur Korrektur der Kraftstoffmenge in der Zylindergleichstellungsfunktion ermittelt werden. Dazu wird die Brennkraftmaschine zunächst in der ersten Betriebsart B1 betrieben und die Laufruhe ermittelt. Anschließend wird die Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebsart B2 betrieben und wieder die Laufruhe ermittelt. Anschließend werden die beiden ermittelten Laufruhewerte verglichen und damit geprüft, ob ein Füllungsfehler vorliegt. Die Adaptionsparameter werden nur dann bestimmt und abgespeichert wenn kein unzulässig großer Füllungsfehler vorliegt. Anschließend können die Adaptionsparameter im Betrieb in der zweiten Betriebsart für alle mageren Lambdawerte bzw. Lambda größer gleich 1 verwendet.
Während eines Arbeitsspiels beispielsweise eines Viertaktottomotors bewegt sich der Kolben 120 während eines Ansaugtakts zunächst bei einem Kurbelwellen winkel von 0° von einem oberen Totpunkt nach unten. Im unteren Totpunkt, also bei einem Kurbelwellenwinkel von 180° beginnt ein an den Ansaugtakt anschließender Kompressionstakt. Der Kompressionstakt dauert vom Kurbelwellenwinkel 180° bis zum Kurbelwellenwinkel 360°. Anschließend folgt ein Arbeitstakt der dem Kurbelwellenwinkelbereich von 360° bis 540° zugeordnet ist. An den Arbeitstakt schließt sich ein Ausschiebetakt an, dem der Kurbelwellenwinkelbereich 540° bis 720° zugeordnet ist. Der Sensor 123 ermittelt beispielsweise die Segmentzeiten, das heißt die Zeitdauer, die zum Durchlaufen der den Takten des Arbeitsspiels zugeordneten Kurbelwellenwinkelbereichen (Segmenten) erforderlich ist. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Art der Ermittlung der Segmentzeiten beschränkt, sondern kann auch für jede andere Art der Ermittlung analog angewandt werden.
Die so ermittelten Segmentzeiten werden über eine Umschalteinrichtung 107 einer ersten Erfassungseinrichtung 103 oder einer zweiten Erfassungseinrichtung 104 übermittelt.
Die erste Erfassungseinrichtung 103 und die zweite Erfassungseinrichtung 104 ermitteln aus den Segmentzeiten ein Laufunruhesignal. Die erste Erfassungseinrichtung 103 ermittelt eine erste Größe L1, die die Laufruhe der Brennkraftmaschine in der ersten Betriebsart B1 charakterisiert.
Die zweite Erfassungseinrichtung ermittelt die zweite Größe L2, die die Laufruhe der Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebsart B2 charakterisiert. Die ermittelte erste Größe L1 und die ermittelte zweite Größe L2 werden dabei in bekannter Weise durch einen Vergleich der Segmentzeiten der einzelnen in der Brennkraftmaschine 100 angeordneten Zylinder ermittelt. Dazu wird jedem der Zylinder die Segmentzeit zugeordnet, während der sich der jeweilige Zylinder im Arbeitstakt befindet. Im Beispiel des Viertaktottomotors wird also beispielsweise für den ersten Zylinder 102 die Segmentzeit in einem Kurbelwellenwinkelbereich von 360° bis 540° betrachtet. Die Betrachtung der Segmentzeit muss dabei nicht zwingender Weise den gesamten Bereich von 360° bis 540° Kurbelwinkel umfassen, sondern kann auch einen kleineren Kurbelwellenwinkelbereich zwischen 360° und 540° umfassen. Genauso kann der betrachtete Kurbelwellenwinkelbereich schon vor dem Erreichen des Kurbelwellenwinkels von 360° beginnen, bzw. erst nach dem Überschreiten des Kurbelwellenwinkels von 540° enden. Wichtig ist hierbei, dass ein Kurbelwellenwinkelbereich betrachtet wird, in dem der erste Zylinder 102 seinen Drehmomentenbeitrag D an die Kurbelwelle 122 liefert. Die Erfindung ist dabei nicht auf diese Art der Ermittlung der Laufruhe beschränkt. Auch auf andere Arten ermittelte Laufruhegrößen können analog verwendet werden.
Die erste Größe L1 wird dabei berechnet, wenn die Umschalteinrichtung 107 die Segmentzeiten vom Sensor 123 an die erste Erfassungseinrichtung 103 weitergibt. In diesem Falle gibt die Umschalteinrichtung 107 die Segmentzeiten nur an die erste Erfassungseinrichtung 103 und nicht an die zweite Erfassungseinrichtung 104 weiter. Die zweite Größe L2 wird berechnet, wenn die Umschalteinrichtung 107 die Segmentzeiten vom Sensor 123 an die zweite Erfassungseinrichtung 104 weiter gibt. In diesem Fall werden die Segmentzeiten von der Umschalteinrichtung 107 nur an die zweite Erfassungseinrichtung 104 und nicht an die erste Erfassungseinrichtung 103 weitergegeben.
Die Umschalteinrichtung 107 schaltet dabei abhängig von der durch eine Vorgabeeinrichtung 108 vorgegebene Betriebsart der Brennkraftmaschine um. Beispielsweise gibt die Vorgabeeinrichtung 108 die erste Betriebsart B1 oder die zweite Betriebsart B2 an die Umschalteinrichtung 107 und an eine Ansteuereinrichtung 109 aus.
Die Vorgabeeinrichtung 109 liest die vorgegebene Betriebsart von der Vorgabeeinrichtung 108 ein. Zusätzlich empfängt die Vorgabeeinrichtung 109 ein Lambdasignal, dass den Sauerstoffanteil in dem Abgas der Brennkraftmaschine wiedergibt. Das Lambdasignal wird dabei von einer dritten Erfassungseinrichtung 113 ermittelt, welche ein Signal vom Lambdasensor 111 beispielsweise ein Stromsignal erfasst und in bekannter Weise auswertet. Zusätzlich empfängt die Vorgabeeinrichtung 109 einen aktuellen Drosselklappenwinkel α_I von der Drosselklappe 112 als Ist-Wert. Außerdem empfängt die Vorgabeeinrichtung 109 die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100. Die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 wird beispielsweise von einer in 1 nicht dargestellten Erfassungseinrichtung aus dem Signal des Sensors 123 in bekannter Weise ermittelt. Die Vor gabeeinrichtung 109 erfasst zudem die den Zylindern zugeführte Luftmasse F, die vom Luftmassensensor 124 gemessen wird.
Die Vorgabeeinrichtung 109 ermittelt einen Soll-Wert für den Drosselklappenwinkel α_S und sendet diesen an die Drosselklappe 112. Außerdem ermittelt die Vorgabeeinrichtung 109 Ansteuersignale für das Einlassventil 115, das Auslassventil 118, das Einspritzventil 116 und die Zündkerze 117. Diese Ansteuergrößen werden in bekannter Weise beispielsweise aus einem von der Drehzahl n dem Ist-Wert des Drosselklappenwinkels α_I und der zugeführten Frischluftmenge F ermittelt. Die Wahl des jeweiligen Soll-Werts hängt dabei beispielsweise von der von der Vorgabeeinrichtung 108 vorgegebenen Betriebsart ab. Durch eine in der Vorgabeeinrichtung 109 vorgesehene Lambdaregelung wird zusätzlich ein von der vorgegebenen Betriebsart abhängiger gemeinsamer Lambdasollwert für alle Zylinder geregelt. Dazu werden beispielsweise die Ansteuergrößen für die Drosselklappe 112, das Einlassventil 115, das Auslassventil 118, das Einspritzventil 116 und die Zündkerze 117 abhängig von einem Wunschmoment der Brennkraftmaschine 100, der Differenz des Lambdawerts im Abgas und des gemeinsamen Lambdasollwertes beispielsweise 1 geregelt. Das Wunschmoment wird in bekannter Weise beispielsweise mittels eines Fahrpedals vorgegeben.
Das Steuergerät 110 umfasst zudem eine Vergleichseinrichtung 105 die die erste Größe L1 mit der zweiten Größe L2 vergleichen. Dazu werden die erste Größe L1 und die zweite Größe L2 beispielsweise in einem Speicher in einem Steuergerät 110 abgespeichert und erst dann verglichen, wenn für die erste Größe L1 und die zweite Größe L2 ein gültiger Wert vorliegt. Beispielsweise bildet die Vergleichseinheit 105 den Betrag der Differenz der ersten Größe L1 und der zweiten Größe L2. Anschließend wird diese Differenz mit einem vorgegebenen Wert W verglichen. Wenn der Betrag der Differenz der ersten Größe L1 und der zweiten Größe L2 größer als der vorgegebene Wert W ist, wird ein Zustand „fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge” an eine Berechnungseinrichtung 106 übermittelt. Andernfalls wird ein Zustand „kein Fehler” an die Berechungseinrichtung 106 übermittelt.
Die Berechungsseinrichtung 106 ließ das Ergebnis des Vergleichs von der Vergleichseinrichtung 105 und den Lambdawert von der dritten Erfassungseinrich tung 113. Die Berechnungseinrichtung 106 prüft, ob das Lambda in einem für die Durchführung der Diagnose gültigen Bereich, beispielsweise von Lambda = 1 ±5% ist. Sobald der Zustand „fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge” von der Vergleichseinrichtung 105 an die Berechnungseinrichtung 106 übermittelt wird, speichert die Berechnungseinheit 106 diese Information in einem in dem Steuergerät 110 vorgesehenen Speicher.
Die Berechnungseinrichtung 106 ermittelt im Falle, dass der Zustand „kein Fehler” von der Vergleichseinrichtung 105 an die Berechnungseinheit 106 übermittelt wird, mindestens einen Adaptionswert A. Dazu prüft die Berechnungseinrichtung 106, ob die zweite Größe L2 kleiner als eine vorgegebene Schwelle S ist. Die vorgegebene Schwelle S ist beispielsweise abhängig vom Mittelwert der Segmentzeiten aller in der Brennkraftmaschine 100 verbauten Zylinder in ihrem Arbeitstakt. Beispielsweise wird die vorgegebene Schwelle S um 2% größer gewählt als der Mittelwert der Segmentzeiten. Falls die zweite Größe L2, also die Segmentzeit des ersten Zylinders größer oder gleich der vorgegebenen Schwelle S ist, wird der mindestens eine Adaptionswert A ermittelt.
Falls die zweite Größe L2 kleiner als die vorgegebene Schwelle S ist, wird der aktuell ermittelte Adaptionswert A als Korrekturwert, beispielsweise in dem Speicher im Steuergerät 110 abgespeichert.
In der Ansteuereinrichtung 109 ist dazu vorgesehen, den Adaptionswert A bei der Ansteuerung des Einspritzventils 116 zu berücksichtigen. Dazu wird eine Haupteinspritzmenge in bekannter Weise abhängig vom Adaptionswert ermittelt. Bei der Ansteuerung des Einspritzventils 116 wird dann zuerst die Haupteinspritzmenge eingespritzt und erst zu einem späteren Zeitpunkt die Nacheinspritzmenge. Der Zeitpunkt der Haupteinspritzung entspricht dabei dem Zeitpunkt der Einspritzung der Kraftstoffmenge im unkorrigierten Betriebsfall. Der Zeitpunkt der Einspritzung der Nacheinspritzmenge wird so spät gewählt, dass durch die Verbrennung der Nacheinspritzmenge kein Drehmomentenbeitrag erzeugt wird.
In 2 ist ein Ablaufplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren wird beispielsweise gestartet sobald eine Laufunruhe erkannt wurde, wenn also die Segmentzeit mindestens eines der Zylin der der Brennkraftmaschine 100 von dem Mittelwert der Segmentzeiten aller Zylinder zu stark abweicht. Anschließend wird das Verfahren bei einem Schritt 205 fortgesetzt.
Beim Schritt 205 wird die erste Betriebsart B1 vorgegeben. Anschließend wird das Verfahren bei einem Schritt 206 fortgesetzt.
Beim Schritt 206 wird der Lambdawert erfasst. Anschließend wird der Schritt 207 ausgeführt.
Beim Schritt 207 wird die Brennkraftmaschine 100 mit den Sollwerten für die erste Betriebsart B1 angesteuert. Anschließend wird das Verfahren bei einem Schritt 208 fortgesetzt.
Beim Schritt 208 wird geprüft, ob der Ist-Wert von Lambda im gültigen Bereich, beispielsweise im Bereich von Lambda = 1 ±5% liegt. Falls „ja” wird zu einem Schritt 209 verzweigt. Falls „nein” wird das Verfahren beendet.
Bei einem Schritt 209 wird die erste Größe L1 ermittelt. Anschließend wird ein Schritt 210 ausgeführt, beim Schritt 210 wird die zweite Betriebsart B2 vorgegeben. Anschließend wird ein Schritt 211 ausgeführt.
Beim Schritt 212 wird die Brennkraftmaschine mit den Sollwerten für die zweite Betriebart B2 angesteuert. Anschließend wird ein Schritt 212 ausgeführt.
Beim Schritt 212 wird die zweite Größe L2 ermittelt. Anschließend wird ein Schritt 213 ausgeführt.
Beim Schritt 213 wird der Unterschied zwischen der ersten Größe L1 und der zweiten Größe L2 beispielsweise als Betrag der Differenz L1 und der zweiten Größe L2 ermittelt. Anschließend wird ein Schritt 214 ausgeführt.
Beim Schritt 214 wird geprüft, ob der Unterschied zwischen der ersten Größe L1 und der zweiten Größe L2 einen vorgegebenen Wert W überschreitet, beispielsweise wird dazu geprüft, ob der Betrag der Differenz der ersten Größe L1 und der zweiten Größe L2 größer als der vorgegebene Wert W ist. Der vorgegebene Wert W wird beispielsweise zu 5% von der ersten Größe L1 gewählt, falls der Unterschied zwischen der ersten Größe L1 und der zweiten Größe L2 größer als der vorgegebene Wert W ist, wird ein Schritt 215 ausgeführt. Andernfalls wird ein Schritt 216 ausgeführt.
Beim Schritt 215 wird der Status „fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge” in dem Speicher in dem Steuergerät 110 abgespeichert. Alternativ ergänzend dazu kann die Information „fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge” auch an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden, oder anderen Funktionen die sie beispielsweise in einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Anschließend wird das Verfahren beendet.
Beim Schritt 216 wird die Haupteinspritzmenge abhängig vom aktuellen Lambda sowie der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 100 mittels eines Reglers so ermittelt, dass der Drehmomentenbeitrag D, der durch die Verbrennung der Haupteinspritzmenge in der Brennkammer 101 des ersten Zylinders 102 erzeugt wird, dem Drehmomentenbeitrag D der übrigen Zylinder entspricht. Anschließend wird der Adaptionswert A ermittelt. Anschließend wird das Verfahren bei einem Schritt 217 fortgesetzt.
Beim Schritt 217 wird die zweite Größe L2 erfasst. Anschließend wird ein Schritt 218 ausgeführt.
Beim Schritt 218 wird geprüft, ob die zweite Größe L2 kleiner als die vorgegebene Größe S ist, falls „ja” wird zu einem Schritt 219 verzweigt, falls „nein”, wird zum Schritt 216 verzweigt.
Beim Schritt 219 wird der Adaptionswert A beispielsweise in dem Speicher in dem Steuergerät 219 abgespeichert. Anschließend wird das Verfahren beendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19828279 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine (100), bei der ein erster Zylinder (102) eine Brennkammer (101) umfasst, wobei der Brennkammer (101) eine Kraftstoffmenge und eine Frischluftmenge zur Verbrennung zugeführt werden, wobei ein durch die Verbrennung erzeugter Drehmomentenbeitrag (D) des ersten Zylinders (102) in einer ersten Betriebsart (B1) der Brennkraftmaschine (100) im Wesentlichen von der zugeführten Frischluftmenge und in einer zweiten Betriebsart (B2) der Brennkraftmaschine (100) im Wesentlichen von der zugeführten Kraftstoffmenge abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass – eine erste eine Laufruhe der Brennkraftmaschine (100) in der ersten Betriebsart (B1) charakterisierende Größe (L1) ermittelt wird, – eine zweite die Laufruhe der Brennkraftmaschine (100) in der zweiten Betriebsart (B2) charakterisierende Größe (L2) ermittelt wird, – die erste Größe (L1) mit der zweiten Größe (L2) verglichen wird, – eine Diagnose der Brennkraftmaschine (100) abhängig vom Ergebnis des Vergleichs durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine fehlerhaft zugeführte Frischluftmenge erkannt wird, wenn eine vom Betrag der Differenz zwischen der ersten Größe (L1) und der zweiten Größe (L2) abhängige dritte Größe größer als ein vorgegebener Wert (W) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Größe (L1) und die zweite Größe (L2) zumindest teilweise während eines Arbeitstakts des ersten Zylinders (102) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart (B1) eine erste Kraftstoffmenge eingespritzt wird, und dass in der zweiten Betriebsart (B2) eine zweite Kraftstoffmenge und eine dritte Kraftstoffmenge eingespritzt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffmenge in der zweiten Betriebsart (B2) so bestimmt wird, dass ein mageres Gemisch entsteht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kraftstoffmenge so bestimmt wird, dass der Lambdawert des Abgases im wesentlichen Eins ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur der zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt, wenn die vom Betrag der Differenz zwischen der ersten Größe (L1) und der zweiten Größe (L2) abhängige dritte Größe kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schwelle (S) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Korrekturwerts der zugeführten Kraftstoffmenge in der zweiten Betriebsart (B2) erfolgt.
Vorrichtung zur Diagnose einer Brennkraftmaschine (100), bei der ein ersten Zylinder (102) eine Brennkammer (101) umfasst, wobei der Brennkammer (101) eine Kraftstoffmenge und eine Frischluftmenge zur Verbrennung zugeführt werden, wobei ein durch die Verbrennung erzeugter Drehmomentenbeitrag (D) des ersten Zylinders (102) in einer ersten Betriebsart (B1) der Brennkraftmaschine (100) im Wesentlichen von der zugeführten Frischluftmenge und in einer zweiten Betriebsart (B2) der Brennkraftmaschine (100) im Wesentlichen von der zugeführten Kraftstoffmenge abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass – eine erste Ermittlungseinrichtung (103) eine erste die Laufruhe der Brennkraftmaschine (100) in der ersten Betriebsart (B1) charakterisierende Größe (L1) ermittelt, – eine zweite Ermittlungseinrichtung (104) eine zweite die Laufruhe der Brennkraftmaschine (100) in der zweiten Betriebsart (B2) charakterisierende Größe (L2) ermittelt, – eine Vergleichseinrichtung (105) die erste Größe (L1) mit der zweiten Größe (L2) vergleicht, – eine Berechnungseinrichtung (106) eine Diagnose der Brennkraftmaschine (100) abhängig vom Ergebnis des Vergleichs durchführt.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.