DE19957731A1

DE19957731A1 - Verfahren zum Erkennen von Fehlern bei Doppelfunken-Zündspulen für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19957731A1
Application number: DE1999157731
Authority: DE
Inventors: Anton Angermaier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: DE19957731C2

Abstract

Die Laufunruhewerte (LU) derjenigen Zylinder, die an derselben Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) angeschlossen sind und die die durch Verbrennungsaussetzer in den Zylindern (Zyl1-Zyl4) hervorgerufenen Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle beinhalten, werden addiert und der Summenwert (LU_M) dieser Laufunruhewerte mit einem Schwellenwert (SW) verglichen. Bei Überschreiten des Schwellenwertes (SW) wird auf eine defekte Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) geschlossen und ein Fehlermeldesignal ausgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern bei Doppelfunken-Zündspulen für Brennkraftmaschinen gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Zur Zündung des Luft-/Kraftstoffgemisches im Zylinder einer Brennkraftmaschine werden zunehmend vollelektronische Zünd systeme verwendet, die beispielsweise Einzelfunken-Zündspulen oder Zweifunken-Zündspulen aufweisen. Bei einer Anlage mit Einzelfunken-Zündspulen ist jedem Zylinder eine Zündspule und eine Zündungsendstufe zugeordnet, die entsprechend der Zünd folge von einem Zündsteuergerät angesteuert wird. Bei einer Anlage mit Zweifunken-Zündspulen (Doppelfunken-Zündspulen) ist je eine Zündspule und eine Zündungsendstufe jeweils zwei Zylindern zugeordnet. Die Enden der Sekundärwicklung sind an jeweils eine Zündkerze in unterschiedlichen Zylindern ange schlossen. Die Zylinder sind dabei so gewählt, daß sich im Kompressionstakt des einen Zylinders der zweite gerade im Ausstoßtakt befindet. Im Zündzeitpunkt erfolgt an beiden Zündkerzen ein Funkenüberschlag.

Defekte an der Zündanlage, beispielsweise an den Zündspulen führen zu Verbrennungsaussetzern, die wiederum einerseits zur Erhöhung der Emissionsrate von Schadstoffen führen und ander seits kann dies aufgrund von Nachreaktionen des unverbrannten Luft-/Kraftstoffgemisches zur Zerstörung des im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators oder zumin dest zu einer Beeinträchtigung seiner Konvertierungsfähigkeit führen.

Es sind deshalb bereits eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern mittels einer induktiven Geber-/Sensoranordnung die Segmentzeiten messen, welche die Kurbelwelle während der Arbeitstakte der einzelnen Zylinder zum Durchlaufen vorgegebener Winkelspannen benötigt. Anschließend werden aus den Segmentzeiten Laufunruhewerte be rechnet und diese mit Schwellenwerten verglichen. Bei Über schreiten der Schwellenwerte wird ein Verbrennungsaussetzer erkannt (z. B. EP 0 576 705 B1).

Die Laufunruhewerte im Falle von zwei Verbrennungsaussetzern innerhalb eines Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine, d. h. während zweier Umdrehungen der Kurbelwelle, insbesondere bei Ausfall einer Spule einer Doppelfunken-Zündspule verringern sich gegenüber den Laufunruhewerten bei Ausfall nur eines Zy linders, beispielsweise hervorgerufen durch ein defektes Ein spritzventil in dem entsprechenden Zylinder. Die Gefahr von Nichterkennungen ist besonders dann groß, wenn bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine während zwei Umdrehungen der Kur belwelle in mehreren Zylindern Verbrennungsaussetzer auftre ten. Dies sei im folgenden mit dem Begriff "Mehrzylinderaus setzer" bezeichnet. Um solche Mehrzylinderaussetzer noch zu erkennen, müssen daher die Schwellenwerte erniedrigt werden. Bei der Abstimmung der Schwellenwerte für die Aussetzererken nung verringert sich somit der Sicherheitsabstand zu Fehler erkennungen, wenn die Schwellenwerte nach den Kriterien zur Erkennung von Mehrzylinderaussetzern appliziert werden.

Aus der EP 0 632 260 B1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bekannt, bei dem die für jeden Zylinder nach einem beliebigen Verfahren berechneten Laufunruhewerte jeweils ge trennt mit einem normal großen Schwellenwert, wie er zur Ein zelzylinderverbrennungsaussetzererkennung verwendet wird und einem gegenüber diesem Schwellenwert verminderten Schwellen wert, wie er zur Mehrzylinderverbrennungsaussetzererkennung verwendet wird, verglichen wird. Bei Überschreitung der je weiligen Schwellenwerte werden zugehörige Summenzähler er höht. Dies geschieht über einen längeren Beobachtungszeit raum, beispielsweise über 2000 Verbrennungen. Am Ende des Be obachtungszeitraums wird, sofern die Gesamtsummen einen vor gebbaren Grenzwert überschreiten, durch Vergleich der einzel nen Summen festgestellt, ob ein Mehrzylinderaussetzer oder ein Einzelzylinderaussetzer vorliegt und welcher oder welche Zylinder von dem oder den Aussetzern betroffen sind.

Dazu werden die Zylinder zu Gruppen erhöhter Aussetzerwahr scheinlichkeit zusammengefaßt, d. h. zu Gruppen, die funktional zusammengehören, beispielsweise bei einer Bankeinspritzung, die Zylinder, die von einer gemeinsamen Einspritzvorrichtung mit Kraftstoff versorgt werden, oder bei einer Doppelfunken- Zündspule die Zylinder, die von dieser Zündspule mit Zünd energie versorgt werden. Bei einem Mehrzylinderaussetzer, d. h. wenn alle Zylinder dieser Gruppe einen Verbrennungsaus setzer aufweisen, ist die Gesamtsumme der dieser Gruppe zuge hörigen Verbrennungsaussetzerzähler wesentlich größer als die Gesamtsumme der Verbrennungsaussetzerzähler bei einer anderen Zylindergruppe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an zugeben, das eine sichere Erkennung von Fehlern bei Doppel funken-Zündspulen für Brennkraftmaschinen bei gleichzeitig reduziertem Risiko von Fehlerkennungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch Auswerten von Laufunruhewerten derjenigen Zylinder, die an der selben Doppelfunken-Zündspule angeschlossen sind und die, die durch Verbrennungsaussetzer in den Zylindern hervor gerufenen Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle beinhalten, kann auf einfache Weise ein Defekt an der entsprechenden Dop pelfunken-Zündspulen erkannt werden. Hierzu werden die Laufunruhewerte derjenigen Zylinder addiert, welche an der selben Doppelfunken-Zündspule angeschlossen sind und der Summenwert dieser Laufunruhewerte mit einem Schwellenwert verglichen. Auf eine defekte Doppelfunken-Zündspule wird ge schlossen wird, wenn der Schwellenwert überschritten wird.

Um das mögliche Risiko einer Fehldetektion zu verringern, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Ergebnis des Schwellenwertvergleiches einer statistischen Auswertung zugeführt wird. Erst wenn die statistische Häufig keit solcher Verbrennungsaussetzer einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit eine sichere Er kennung von Fehlern an Doppelfunken-Zündspulen bei gleichzei tig reduziertem Risiko von Fehlerkennungen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zündanlage einer mit Doppelfunken-Zündspulen ausgestatteten Brennkraft maschine,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Zuordnung der Zylinder zu den Doppelfunken-Zündspulen zeigt und

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens.

Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine zwei Doppelfunken-Zündspulen DZ1 und DZ2 aufweisende Zündan lage für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung 2. Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen, die in der Regel einen Mikrocomputer beinhalten und neben der Zündungsregelung und der Kraftstoff einspritzung eine Vielzahl weiterer Steuer- und Regelaufgaben übernehmen, sind an sich bekannt, so daß im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktion eingegangen wird. Der Steuerungseinrichtung 2 werden die Signale der verschiedensten Sensoren zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Insbesondere sind dies die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1, sowie ein die Last der Brennkraft maschine repräsentierender Parameter, beispielsweise die an gesaugte Luftmasse LM oder der Saugrohrdruck, sowie die Tem peratur T des Kühlmittels. Der Steuerungseinrichtung 2 ist eine Speichereinrichtung 7 zugeordnet, in der verschiedene Kennfelder und Schwellenwerte abgespeichert sind und deren Bedeutung später anhand der Beschreibung der Fig. 2 näher erläutert wird.

Der Mikrocomputer in der Steuerungseinrichtung 2 berechnet u. a. aus den Eingangsgrößen Drehzahl, Last und verschiedenen Korrekturgrößen einen Zündwinkel und aus den jeweiligen Be triebsdaten der Brennkraftmaschine den notwendigen Schließ winkel. Mit diesen Signalen werden zwei Zündungsendstufen ZE1, ZE2 angesteuert. Die Zündungsendstufe ZE1 ist mit einem Anschluß der Primärwicklung 3 der ersten Doppelfunken- Zündspule DZ1, die Zündungsendstufe ZE2 ist mit einem Anschluß der Primärwicklung 4 der zweiten Doppelfunken- Zündspule DZ2 verbunden. Die jeweils anderen Anschlüsse der Primärwicklungen 3, 4 sind mit der Betriebsspannung U_B (Klem me 15) verbunden. Die beiden Zündungsendstufen ZE1, ZE2 kön nen auch in die elektronische Steuerungseinrichtung 2 integ riert sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Regelung der Zündung betreffenden Komponenten und Programmteile, sowie die Zündungsendstufen in einem separaten Zündsteuergerät un terzubringen, das mit der elektronischen Steuerungseinrich tung in elektrischer Verbindung steht, beispielsweise über ein Bussystem.

Die erste Doppelfunken-Zündspule DZ1 weist eine Sekundärwick lung 5 auf, an deren jeweiligem Ende je eine Zündkerze eines Zylinders angeschlossen ist. Die Zylinder sind so gewählt, daß sich im Kompressionstakt des einen Zylinders der zweite gerade im Ausstoßtakt befindet. Die Sekundärwicklung 5 der Doppelfunken-Zündspule DZ1 liefert in diesem Ausführungsbei spiel die Zündenergie für die Zündkerzen des Zylinders ZYL1 und Zyl4. Die zweite Doppelfunken-Zündspule DZ2 weist eine Sekundärwicklung 6, an deren Ende die Zündkerzen für die Zy linder ZYL2 und Zyl3 angeschlossen sind.

Bei diesem Beispiel der 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ist so mit zu erkennen, daß immer die Zylinder ZYL1 und ZYL4 sowie die Zylinder Zyl2 und Zyl3 gleichzeitig zünden. In der Fig. 2 ist dieser Zusammenhang grafisch dargestellt, wobei mit n eine Laufvariable bezeichnet ist.

Fig. 3 zeigt schematisch den Verfahrensablauf des erfin dungsgemäßen Verfahrens am Beispiel der oben erwähnten 4- Zylinder-Brennkraftmaschine.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden Laufunruhewerte für zwei zusammengehörige Zylinder nach einem beliebigen, be kannten Verfahren, wie es z. B. in der EP 0 576 705 B1 angege ben ist, berechnet. In diesem Beispiel werden die Laufunruhe werte LU_n, LU_n-2 für die Zylinder Zyl1 und Zyl4 (Fig. 2) be rechnet, die beide an die Doppelfunken-Zündspule DZ1 ange schlossen sind. Anschließend werden die so berechneten Lau funruhewerte LU_n, LU_n-2 in einem Verfahrensschritt S2 zu ei nem Laufunruhewert LU_M für Mehrzylinderaussetzererkennung addiert. In einem Verfahrensschritt S3 wird der Laufunruhe wert LU_M mit einem Schwellenwert SW verglichen. Der Schwel lenwert SW wird abhängig von der Last LM und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 experimentell auf dem Prüfstand und/oder durch Fahrversuche ermittelt und ist in einem Kenn feld KF in der Speichereinrichtung 7 abgelegt. Bei Brenn kraftmaschinen, die eine drehmomentenbasierende Steuerungs einrichtung 2 aufweisen, ist der Schwellenwert SW anhängig vom Drehmoment und der Drehzahl abgelegt.

Des Weiteren wird zur Bestimmung des Schwellenwertes SW die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine zu einem Zeit punkt herangezogen, der genau zwischen den Zündzeitpunkten der beiden zu untersuchenden Zylindern liegt. Werden also ge mäß oben genanntem Beispiel die Laufunruhewerte LU_n, LU_n-2 für die Zylinder Zyl1 und Zyl4 berechnet, so werden bei der angegebenen Zündfolge 1-3-4-2 die Drehzahl N_n-1 und die Last größe LM_n-1 zum Zeitpunkt herangezogen, bei dem Zylinder Zyl2 zündet (Fig. 2).

Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt S3, daß der Laufunru hewert LU_M für Mehrzylinderaussetzererkennung kleiner ist als der Schwellenwert SW, so wird zum Verfahrensanfang (Ver fahrensschritt S1) verzweigt und die Überprüfung wird wieder holt. Liefert die Abfrage im Verfahrensschritt S3 ein positi ves Ergebnis, ist also der Laufunruhewert LU_M für Mehrzylin deraussetzererkennung größer als der Schwellenwert (SW), wird dieses Ergebnis einer statistischen Auswertung (Verfahrens schritt S4) zugeführt. Erst wenn die statistische Häufigkeit einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird die entspre chende Doppelfunken-Zündspule, im Ausführungsbeispiel die Doppelfunken-Zündspule DZ1 als defekt eingestuft und ein Feh lermeldesignal, beispielsweise ein optisches Signal am Arma turenbrett des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges ausgegeben (Verfahrensschritt S5).

Claims

1. Verfahren zum Erkennen von Fehlern bei Doppelfunken- Zündspulen für Brennkraftmaschinen, bei dem

- eine Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) jeweils zwei Zylindern (Zyl1, Zyl4; Zyl2, Zyl3) zugeordnet ist,
- Laufunruhewerte (LU), welche die durch Verbrennungsaussetzer in den Zylindern (Zyl1-Zyl4) hervorgerufenen Drehzahlschwan kungen der Kurbelwelle beinhalten, zylinderindividuell be rechnet werden,
- die Laufunruhewerte (LU) derjenigen Zylinder (Zyl1, Zyl4; Zyl2, Zyl3) addiert werden, welche an der selben Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) angeschlossen sind,
- der Summenwert (LU_M) dieser Laufunruhewerte (LU_M) mit ei nem Schwellenwert (SW) verglichen wird und
- das Überschreiten des Schwellenwertes (SW) als Indikator für eine defekte Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine defekte Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) geschlossen wird, wenn der Schwellenwert (SW) erstmalig überschritten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine defekte Doppelfunken-Zündspule (DZ1; DZ2) geschlossen wird, wenn die Anzahl der Schwellenwertüberschreitungen ei nen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (SW) experimentell ermittelt wird und abhängig von der Drehzahl (N) und einer Lastgröße (LM) der Brennkraft maschine in einem Kennfeld (KF) einer Speichereinrichtung (7) abgelegt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (SW) experimentell ermittelt wird und abhängig von der Drehzahl (N) und dem Drehmoment der Brennkraftmaschi ne in einem Kennfeld (KF) einer Speichereinrichtung (7) abge legt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Schwellenwertes (SW) die Drehzahl (N) und die Last (LM) der Brennkraftmaschine (1) zu einem Zeitpunkt herangezogen wird, der genau zwischen den Zündzeitpunkten der beiden zu untersuchenden Zylindern liegt.