DE19540826C2 - Verfahren zur zylinderindividuellen Fehlfunktionserkennung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zylinderindi­ viduellen Erkennung von kraftstoffzufuhrbezogenen Fehlfunktio­ nen bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und ansteuerbarer Kraftstoffzuführung, speziell auf ein solches Verfahren, das von einem Fahrzeugdiagnosesystem ohne messenden Eingriff in den Brennraum der Brennkraftmaschine selbsttätig durchführbar ist.

In der Offenlegungsschrift DT 26 25 971 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung von Störungen bei einzelnen Zylindern von Brennkraftmaschinen beschrieben, bei denen die Störungserkennung auf einer Analyse der Phasenverschiebungen von Signalen beruht, welche die Istdrehzahl der Brennkraftma­ schine im laufenden Betrieb bzw. eine daraus gemittelte kon­ stante Drehzahl repräsentieren.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 43 178 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile bei einer Brennkraft­ maschine bekannt, das während eines Startvorgangs durchgeführt werden kann. Dabei werden alle Zylinder einschließlich derje­ nigen, in die momentan keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, gezündet, während gleichzeitig eine jeweilige Drehzahlmessung vor und nach den ersten Zündungen vorgenommen wird. Wenn sich diese Drehzahlwerte in vorgebbarer Weise unterscheiden, wird auf ein undichtes Einspritzventil geschlossen.

In der Offenlegungsschrift DE 41 06 418 A1 ist eine Einrich­ tung zum Warnen vor Düsenverstopfung bei Kraftstoffeinspritz­ systemen offenbart, die eine Steuereinheit mit einem Rechner voraussetzt, der ein von den Motorbetriebsbedingungen abhän­ giges Kraftstoffeinspritzimpulsbreitensignal erzeugt. Eine Vergleichseinrichtung vergleicht die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors mit der gewünschten Leerlaufgeschwindigkeit und er­ zeugt eine Korrekturimpulsbreite, um die die Kraftstoffein­ spritzimpulsbreite korrigiert wird. Mittels einer weiteren Vergleichseinrichtung wird diese Korrekturimpulsbreite mit ei­ ner Bezugsimpulsbreite verglichen. Wenn die Korrekturimpuls­ breite größer ist als die Bezugsimpulsbreite, wird ein vor ei­ ner Düsenverstopfung warnendes Signal erzeugt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 39 33 826 A1 ist eine Motor­ regelvorrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine bekannt, die eine Erfassungseinrichtung, welche anhand des Wertes eines Motorbetriebsparameters, speziell der Abgastempe­ ratur, die Anzahl nichtzündender Zylinder im Motor erfaßt, ei­ ne Kraftstoff-Steuereinrichtung, die vorübergehend die Kraft­ stoffzufuhr nacheinander zu jedem Zylinder des Motors unter­ bricht, wenn ein nichtzündender Zylinder festgestellt wurde, sowie eine Erkennungseinrichtung aufweist, welche einen fehl­ zündenden Zylinder anhand einer Veränderung in der Anzahl der­ jenigen Zylinder erkennt, welche die Erfassungseinrichtung bei Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder jeweils als einen solchen erfaßt, in dem eine Zündung stattfindet. Speziell wird hierbei die Tatsache ausgenutzt, daß bei Zünd­ aussetzern die Abgastemperatur um so stärker abfällt, je grö­ ßer die Anzahl der fehlzündenden Zylinder ist. Wird die Kraft­ stoffzufuhr zu einem Zylinder unterbrochen, in welchem keine Fehlzündung vorliegt, so steigt die Abgastemperatur an, wäh­ rend keine Veränderung der Abgastemperatur eintritt, wenn die Kraftstoffzufuhr zu einem fehlzündenden Zylinder unterbrochen wird, so daß sich durch die sequentielle Kraftstoffzufuhrun­ terbrechung individuell der oder die fehlzündenden Zylinder erkennen lassen.

In der Offenlegungsschrift DE 40 02 210 A1 ist ein Verfahren zum Trennen eines Zylinders mit Verbrennungsaussetzern von der Kraftstoffzufuhr beschrieben, bei dem der Wert einer Aus­ setzerinformation, die aus der Winkelgeschwindigkeit der Kur­ belwelle bestehen kann, vor und nach dem Abschalten der Kraft­ stoffzufuhr zu einem Zylinder miteinander verglichen wird. Wird durch das Abschalten keine wesentliche Änderung der Win­ kelgeschwindigkeit festgestellt, wird eine Fehlfunktion des Zylinders vermutet und die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder bleibt abgeschaltet. Verringert sich dagegen die Winkelge­ schwindigkeit durch das Abschalten der Kraftstoffzufuhr zu dem Zylinder, wird angenommen, daß keine Fehlfunktion des Zylin­ ders vorliegt und der Schritt des Abschaltens der Kraftstoff­ zufuhr auf einer Fehlentscheidung beruht, woraufhin dieser rückgängig gemacht wird.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 32 261 A1 ist eine Fehlzün­ dungs-Meßvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die im laufenden Motorbetrieb während Leerlaufphasen oder einem sonstigen stabilen Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Auftreten einer Fehlzündung in irgendeinem Motorzylinder regi­ striert und die weiterhin ermitteln kann, in welchem Zylinder die Fehlzündung auftritt. Hierbei wird die Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine erfaßt und nachfolgend die Einspritzmenge in ei­ nen Zylinder verringert. Nach einer erneuten Drehzahlerfassung werden die Drehzahlen vor und nach der Einspritzmengenreduzie­ rung miteinander verglichen. Unterschreitet der Differenz­ betrag der erfaßten Drehzahlen einen bestimmten vorgegebenen Betrag, wird auf eine Fehlzündung in dem betroffenen Zylinder geschlossen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zugrunde, das auf verhältnismäßig einfache Weise eine zuverlässige zylinderindividuelle Erkennung von kraftstoffzufuhrbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraft­ maschine mit mehreren Zylindern erlaubt.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses Verfahren benötigt als Meßgrößen lediglich die Motordrehzahl, eine Information, die häufig oh­ nehin bereits zu anderweitigen Zwecken von einer entsprechen­ den Motorsteuerung erfaßt wird, und die Kühlmitteltemperatur, die zum Einstellen des vorgebbaren aktiven Betriebszustandes herangezogen wird, eine Information, die üblicherweise ohnehin im Kraftfahrzeug vorliegt. Weitere Messungen, z. B. der Abgas­ temperatur, sind ebensowenig erforderlich wie Eingriffe in die Zylinderbrennräume. Das Verfahren kann problemlos in ein Fahr­ zeugdiagnosesystem, beispielsweise in Form eines wissensba­ sierten Fahrzeugdiagnosesystems, implementiert werden. Für die Erkennung einer kraftstoffzufuhrbezogenen Zylinderfehlfunktion wird die Tatsache ausgenutzt, daß ausgehend von einem laufen­ den Motorbetrieb auf die Deaktivierung der Kraftstoffzuführung für einen ordnungsgemäß arbeitenden Zylinder hin die Motor­ drehzahl um einen bestimmten Wert absinkt, während die Dreh­ zahl im wesentlichen konstant bleibt, wenn für den entspre­ chenden Zylinder bereits vor der Deaktivierung der Kraftstoff­ zuführung eine Fehlfunktion vorliegt. Insbesondere läßt sich damit zylinderindividuell erkennen, daß ein zugehöriges Ein­ spritzventil verstopft ist oder in geschlossener Stellung klemmt. Des weiteren ist je nach Anwendungsfall auch die Er­ kennung weitergehenderer mechanischer Defekte, wie z. B. eines gebrochenen Kolbenrings, möglich.

Weiterhin ist vorgesehen, zur Verfahrensdurchführung einen Ausgangszustand des Motorbetriebs einzustellen, bei dem die Drosselklappe über die Leerlaufstellung hinaus geöffnet ist. Zum einen verhindert dies ein Abwürgen des Motors durch die Deaktivierung der Kraftstoffzuführung für den jeweiligen Zy­ linder, und zum anderen ergeben sich größere und damit leich­ ter erfaßbare Drehzahldifferenzen, wenn die jeweilige Deakti­ vierung der Kraftstoffzuführung ausgehend von einer erhöhten Motordrehzahl erfolgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Programmablaufplan eines Verfah­ rens zur zylinderindividuellen Erkennung von kraftstoffein­ spritzbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren, jeweils mit einem zugeordneten, individuell an­ steuerbaren Kraftstoffeinspritzventil versehenen Zylindern.

Das nachfolgend beschriebene Verfahrensbeispiel bezieht sich auf die zylinderindividuelle Erkennung von Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschine mit einer Anzahl m, m<1, von Zylindern, denen jeweils ein elektronisch angesteuertes Ein­ spritzventil zugeordnet ist, und zwar von solchen Fehlfunk­ tionen, die auf eine fehlerhafte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum oder eine fehlerhafte Kraftstoffausnutzung in demselben zurückgehen. Speziell können damit Fehlfunktionen aufgrund eines verstopften oder in Schließstellung klemmen­ den Einspritzventils oder aufgrund eines gebrochenen Kolben­ rings erkannt werden. Selbst moderne Motorsteuergeräte kön­ nen solche Fehler wegen der hierzu fehlenden Sensorik nicht direkt erkennen. Eine indirekte Erkennung über eine Gemisch­ beanstandung, z. B. Feststellung eines zu mageren Gemischs, gibt noch keinen Hinweis auf die Fehlerursache. Das nachfol­ gend näher beschriebene Verfahren dient dazu, eine weiterge­ hende Fehlerdiagnose an der Brennkraftmaschine innerhalb ei­ nes gegebenenfalls noch andere Diagnoseprogrammpunkte umfas­ senden Fahrzeugdiagnoseprogramms zu erlauben. Dabei wird ausgenutzt, daß die Einspritzventile heutiger, moderner Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, elektronisch angesteuert werden. Das Diagnoseverfahren benö­ tigt darüber hinaus lediglich eine meist ohnehin bereits vorhandene Information einer Motordrehzahlsensorik, während ein öffnender Eingriff in das System Brennkraftmaschine, z. B. zwecks Anschluß bestimmter Meß­ geräte, nicht erforderlich ist.

An Hardware setzt das Verfahren ein Motorsteuergerät für die Brennkraftmaschine voraus, das für einen Kommunikationsaufbau mit einem externen Gerät, z. B. über geeignete Kommunikationspro­ tokolle mit einem PC, zur Übermittlung der Motordrehzahlinforma­ tion an das angeschlossene externe Gerät, zum gezielten Ein- und Ausschalten der einzelnen Einspritzventile sowie zur Verstellung der Drosselklappe eingerichtet ist. Motorsteuergeräte mit diesen Basisfunktionalitäten sind bekannt und werden beispielweise be­ reits in Kraftfahrzeugen der Anmelderin eingesetzt, so daß sich eine nähere Beschreibung hierzu erübrigt. Als externes Kommuni­ kationsgerät eignet sich ein handelsüblicher PC mit entsprechen­ der Einsteckkarte und spezieller Kommunikationssoftware, wodurch ein Diagnosedatenerfassungssystem gebildet werden kann, das An­ forderungen von anderen Systemen, z. B. eine Anforderung zur Übermittlung der Motordrehzahl, zur Weitergabe an das ange­ schlossene Motorsteuergerät umsetzt. Des weiteren kann als ver­ fahrensleitende Komponente ein wissensbasiertes Diagnosesystem verwendet werden, das in der Lage ist, umfangreiche Prüfvorgänge automatisch durchzuführen und die Prüfungsergebnisse selbständig zu interpretieren. Auf den vom System durchgeführten Ablauf des Verfahrens zur zylinderindividuellen Erkennung von Kraftstoffzu­ fuhrbezogenen Fehlfunktionen, wie er im Programmablaufplan ge­ zeigt ist, wird nun näher eingegangen.

Das Verfahren beginnt nach dem Start (Schritt 1) zunächst mit der Einstellung eines definierten Betriebszustands bei laufendem Motor. Dafür wird zum einen durch Leerlaufbetrieb die Motortem­ peratur, die über eine Kühlmitteltemperatur (T_ist) erfaßt wird, in einer Aufheizphase auf Betriebstemperatur gebracht. Genauer wird dabei ein Zeitzähler (t_ist) anfangs auf null gesetzt (Schritt 13) und dann vom Motorsteuergerät abgefragt, ob die Kühlmitteltemperatur (T_ist) bereits ihren Solltemperaturwert (T₀) erreicht hat (Schritt 14). Ist dies nicht der Fall, wird der Zeitzähler (t_ist) um die seit der letzten Temperaturmessung ver­ strichene Zeitdauer (dt) erhöht (Schritt 15) und anschließend daraufhin abgefragt, ob er bereits größer als eine vorgegebene Wartezeitdauer (t_max) ist (Schritt 16) . Wenn nicht, wird rekursiv vor den Abfrageschritt (14) bezüglich der Kühlmitteltemperatur (T_ist) zurückgesprungen. Wenn hingegen die Wartezeitdauer (t_max) überschritten wird, wird dies als Systemfehler dahingehend in­ terpretiert, daß der Motor seine Betriebstemperatur nicht inner­ halb der hierfür vorgesehenen Zeitdauer erreicht hat (Schritt 17), und das Verfahren wird angehalten (Schritt 18). Erreicht hingegen die Kühlmitteltemperatur (T_ist) innerhalb der vorgesehe­ nen Zeitdauer ihren Solltemperaturwert (T₀), so wird anschließend der Drosselklappenwinkel auf einen vorbestimmten Wert (α) größer als der minimale Drosselklappenwinkel (α₀) eingestellt, so daß der Motor mit einer gegenüber der Leerlaufdrehzahl erhöhten Drehzahl läuft (Schritt 2). Anschließend wird im gleichen Schritt (2) vom System die in diesem Zustand vorliegende Motor­ drehzahl (n_v) erfaßt. Dies kann durch eine Drehzahlmessung oder dadurch geschehen, daß der einzustellende Wert (α) des Drossel­ klappenwinkels so gewählt wird, daß sich eine vorbestimmte Dreh­ zahl ergibt. Dem System ist in diesem Ausgangszustand des weite­ ren die Anzahl (m) der vorhandenen Zylinder bekannt, und ein diesbezüglicher Zählindex (i) wird anfänglich auf eins gesetzt.

Im nächsten Schritt (3) wird ein elektronischer Steuerbefehl zum Schließen des einem ersten Zylinder zugeordneten Einspritzven­ tils (EV₁) an letzteres abgegeben. Daraufhin wird einige Sekunden gewartet, bis sich ein quasistationärer Betriebszustand einge­ stellt hat, wonach die dann vorliegende Motordrehzahl (n_n1) ge­ messen und dem auswertenden Systemteil übermittelt wird (Schritt 4) . Dort wird als nächstes die Differenz (dn₁=n_v-n_n1) zwischen der Motordrehzahl (n_v) im Ausgangszustand und der nach Abgabe des Schließbefehls für das Einspritzventil (EV₁) des ersten Zylinders gemessenen Motordrehzahl (n_n1) bestimmt (Schritt 5).

Anschließend wird in einem Abfrageschritt (6) festgestellt, ob diese ermittelte Drehzahldifferenz (dn₁) kleiner als ein vorgege­ bener Grenzwert (dg) ist. Wenn dies der Fall ist, wird eine Warn­ information erzeugt, die eine Fehlfunktion des gerade überprüf­ ten Zylinders anzeigt (Schritt 7). Eine derartige Fehlerinforma­ tionsanzeige erfolgt nicht, wenn der Abfrageschritt (6) ergibt, daß die ermittelte Drehzahldifferenz (dn_i) nicht kleiner als der vorgegebene Grenzwert (dg) ist. Den Grund für diese Maßnahme bildet die Tatsache, daß durch das Abstellen eines Einspritzven­ tils die Motordrehzahl um ein bestimmtes Maß absinkt, wenn der zugehörige Zylinder samt dem entsprechenden Einspritzventil ord­ nungsgemäß funktionieren. Ist letzteres hingegen nicht der Fall, z. B. wegen Klemmen des Einspritzventils in seiner Schließstel­ lung oder Verstopfen desselben oder wegen eines gebrochenen Kol­ benrings, so hat der Befehl zum Schließen des Einspritzventils keine merkliche Auswirkung auf die Motordrehzahl. Mittels geeig­ neter Festlegung des Grenzwertes (dg) kann daher durch den Ab­ frageschritt (6) eindeutig erkannt werden, ob eine solche kraft­ stoffzufuhrbezogene Fehlfunktion des geprüften Zylinders vor­ liegt.

Nach dieser Drehzahlanalyse und der eventuellen Fehlfunktions­ meldung wird dann ein Befehl zum Öffnen des zum gerade überprüf­ ten Zylinder gehörigen Einspritzventils (EV_i) an letzteres abge­ geben, wodurch wieder der anfängliche Ausgangszustand eines nor­ malen Motorbetriebs mit erhöhter Drehzahl hergestellt wird (Schritt 8). Im nächsten Schritt (9) wird der Zylinderzählindex (i) um eins erhöht. Daran schließt sich eine Abfrage (Schritt 10) an, ob der Zählindex (i) größer als die Anzahl (m) vorhande­ ner Zylinder ist. Solange dies nicht der Fall ist, kehrt das Verfahren in einer Programmschleife vor den Schritt (3) zur Ab­ gabe eines Schließbefehls für das Einspritzventil (EV_i) des zu überprüfenden Zylinders zurück, mit der Folge, daß nun der nach­ folgende, oben beschriebene Programmteil für den nächsten zu prüfenden Zylinder durchgeführt wird. Wenn alle Zylinder über­ prüft wurden und der Zählindex (i) folglich die Zahl (m) vorhan­ dener Zylinder im diesbezüglichen Abfrageschritt (10) über­ schritten hat, wird der Betriebszustand des Motors durch Ein­ stellen des Drosselklappenwinkels (α) auf den Minimalwert (α₀) in den Leerlaufzustand zurückgesetzt (Schritt 11), wonach der Ver­ fahrensablauf beendet ist (Schritt 12).

Nach dem Verfahrensende liegt für jeden Zylinder die gewünschte Information darüber vor, ob er hinsichtlich Kraftstoffeinsprit­ zung und Kraftstoffverwertung ordnungsgemäß funktioniert. Er­ sichtlich eignet sich dieses Verfahren mit sequentieller Über­ prüfung der einzelnen Zylinder mittels temporärer Anforderung einer Kraftstoffzufuhrunterbrechung sequentiell für die einzel­ nen Zylinder für Brennkraftmaschinen mit einer beliebigen Anzahl (m) von Zylindern.

Claims (1)

1. Verfahren zur zylinderindividuellen Erkennung von kraft­ stoffzufuhrbezogenen Fehlfunktionen bei einer Brennkraftmaschi­ ne mit folgenden Schritten:

   • a) Einstellen eines vorgebbaren aktiven Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, indem zunächst eine Aufheizphase durch Leerlaufbetrieb durchgeführt wird, wobei die Motorkühlmit­ teltemperatur erfaßt und das Verfahren nur dann weiterge­ führt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur innerhalb einer vorgebbaren Wartezeitdauer (t_max) einen vorgebbaren Sollwert (T₀) erreicht hat (Schritte 13 bis 18), und bei Weiterfüh­ rung des Verfahrens ein vorgegebener Drosselklappenwinkel (α) eingestellt wird, der größer als der minimale Drossel­ klappenwinkel (α₀ ist (Schritt 2),
   • b) Erfassen der Drehzahl (n_v) der Brennkraftmaschine (Schritt 2),
   • c) Abgeben eines Befehls zur Unterbrechung der Kraftstoffzu­ fuhr für einen zu überprüfenden Zylinder (Schritt 3),
   • d) Erfassen der Drehzahl (n_vi) der Brennkraftmaschine (Schritt 4),
   • e) Ermitteln, ob die Differenz (dn_i=n_v-n_ni) der Drehzahl (n_v) der Brennkraftmaschine vor Ausführung des Schrittes c ab­ züglich der Drehzahl (n_ni) der Brennkraftmaschine nach Aus­ führung des Schrittes c geringer als ein vorgebbarer Grenz­ wert (dg) ist (Schritte 5 und 6), und bejahendenfalls Er­ zeugen einer Fehlfunktionsinformation bezüglich dieses Zy­ linders (Schritt 7),
   • f) Aufheben des Befehls zur Unterbrechung der Kraftstoffzufüh­ rung für den überprüften Zylinder (Schritt 8) und
   • g) Wiederholen wenigstens der Schritte c bis f für alle weite­ ren Zylinder der Brennkraftmaschine.