DE4028131C2 - Verfahren zur Aussetzererkennung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Ausset­ zern in einem Verbrennungsmotor. Derartige Verfahren sind insbesondere zur Anwendung bei Verbrennungsmotoren, in deren Abgastrakt ein Katalysator angeordnet ist, von Bedeutung. Treten nämlich Aussetzer auf, gelangt unverbranntes Luft/­ Kraftstoff-Gemisch in den Katalysator und verbrennt dort. Die damit verbundene Erhöhung der Temperatur des Katalysators führt relativ schnell zur Zerstörung desselben. In Extrem­ fällen kann der Katalysator und damit u. U. das gesamte Fahr­ zeug in Brand geraten. Es ist daher von Bedeutung, Aussetzer so schnell wie möglich zu erkennen.

Stand der Technik

Die meisten Verfahren zur Aussetzererkennung benötigen für das Erkennen die Signale von speziellen Sensoren, z. B. sol­ chen, die Zündströme messen, den Druck oder Licht im Brenn­ raum messen oder Klopfsignale erfassen. Man ist jedoch allge­ mein bestrebt, so wenig Sensoren wie möglich einzusetzen. Ein Sensor, der zwingend an jeder modernen Motorsteuerung vorhan­ den ist, ist ein solcher, der den Kurbelwellenwinkel mißt. Es ist daher erstrebenswert, Signale von diesem Sensor für mög­ lichst viele Zwecke einzusetzen, also auch zur Aussetzerer­ kennung.

Bei einem bekannten Verfahren (DE 36 15 547 A1), das die Sig­ nale vom Kurbelwellensensor zur Aussetzererkennung nutzt, wird gegen Ende des Verdichtungssegments eines jeden Zylin­ ders und nahe dem Ende des darauffolgenden Expansionssegmen­ tes jeweils die Kurbelwellengeschwindigkeit gemessen. Wenn Aussetzer auftreten, ist die Differenz zwischen den beiden erfaßten Geschwindigkeiten erheblich kleiner als bei ord­ nungsgemäßem Arbeiten des Motors. Mit Hilfe der Meßwerte las­ sen sich also Aussetzer erkennen, wozu die Meßwerte aller­ dings noch um Drehzahleffekte bereinigt und gemittelt werden müssen.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens zur Aussetzererkennung, das noch zuverlässiger arbeitet, insbesondere unter Ausnutzung der Sig­ nale vom Kurbelwellensensor.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aussetzererkennung in einem Verbrennungsmotor zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

• - für jeden Zylinder i von Z Zylindern werden ein Verdich­ tungssegment und ein Expansionssegment so nach jeweiligem Anfangskurbelwinkel und jeweiliger Kurbelwinkelspanne fest­ gelegt, daß zeitbegzogen bei rundem Lauf des Motors eine zum Verdichtungssegment gehörende Verdichtungszeitspanne TV(i) im wesentlichen gleich einer zum Expansionssegment gehörenden Expansionszeitspanne TE(i) ist, wobei das Ver­ dichtungssegment innerhalb derjenigen Kurbelwinkelspanne für den Zylinder i liegt, in der sich die Drehzahl des Mo­ tors aufgrund von Verdichtungsvorgängen erniedrigt, und wo­ bei das Expansionssegment innerhalb derjenigen Kurbelwin­ kelspanne für den Zylinder i liegt, in der sich die Dreh­ zahl des Motors aufgrund von Expansionsvorgängen erhöht,
• - und Abweichungen zwischen Verdichtungszeitspanne und Ex­ pansionszeitspanne bei mindestens einem Zylinder zur Aus­ setzererkennung genutzt werden.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß zur Aussetzererkennung zwei Zeitspannen herangezogen werden, die so festgelegt sind, daß ihre Differenz bei rundem Motorlauf eigentlich Null sein müßte. Dies ermöglicht es, Abweichungen vom runden Lauf sehr zuverlässig feststellen zu können, da durch Unrundheit verur­ sachte Abweichungen sich prozentual ausgehend von dem kleinen Differenzwert viel stärker auswirken als ausgehend von einem großen Differenzwert, wie er z. B. bei dem oben geschilderten Verfahren vorliegt, bei dem die Differenz zwischen Maximal- und Minimalgeschwindigkeit der Kurbelwelle gebildet wird.

Von noch größerer Bedeutung ist aber, was Gegenstand einer vorteilhaften Weiterbildung ist, daß mit den genannten Zeit­ spannen festgestellt werden kann, ob Unrundheit des Motor­ laufs nur durch Aussetzer bedingt ist, oder ob die Unrundheit alleine oder in Überlagerung mit Aussetzern durch Schwin­ gungs- oder Rüttelkräfte bedingt ist, die auf den Motor über­ tragen werden. Die genannten Zeitspannen lassen sich nämlich in unterschiedlichster Weise, z. B. durch Differenzbildung, durch Summenbildung, durch Mittelwertbildung oder durch Maxi­ malwertbildung verarbeiten, wodurch sich Kombinationen von Größen aufstellen lassen, die für unrunden Motorlauf, der nur durch Aussetzer bedingt ist, entweder plausibel oder nicht plausibel sind. Im Fall von Unplausibilität wird die Empfind­ lichkeit der Aussetzererkennung verringert, da ja unter Um­ ständen keine Aussetzer vorliegen, oder solche, denen noch Drehzahländerungen überlagert sind, die durch Schwingungs- oder Rüttelkräfte hervorgerufen sind. Hierbei ist zu beach­ ten, daß langandauernde Schwingungsvorgänge, z. B. hervorge­ rufen durch Resonanzen des Antriebsstrangs, in der Regel bei den erfaßten Werten nicht zu so großer Amplitude führen wie Aussetzer. Daher kann durch Verringern der Empfindlichkeit der Aussetzererkennung ausgeschlossen werden, daß sich derar­ tige Schwingungen auf die Aussetzererkennung auswirken. Große Amplituden können aber insbesondere durch Rüttelkräfte her­ vorgerufen werden, die jedoch in der Regel nicht über längere Zeit mit konstanter Periodendauer auftreten. Vielmehr können die Auswirkungen derartiger Kräfte auf die Auswertung dadurch verringert werden, daß die erfaßten Werte gemittelt werden. Wird festgestellt, daß unrunder Motorlauf nicht nur durch Aussetzer bedingt ist, kann also auch eine Mittelungszeit­ spanne erhöht werden, um den Einfluß der Fremdeffekte zu ver­ ringern. Auch dies entspricht einem Verringern der Empfind­ lichkeit der Aussetzererkennung.

Die abhängigen Ansprüche 3-6 geben vorteilhafte Maßnahmen für das Erkennen und Verarbeiten von Fremdeffekten an.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß Aussetzerer­ kennung, wie jede Fehlererkennung, ein zweistufiger Prozeß ist. Zunächst muß eine Größe erfaßt werden, die ein Maß für den Fehler, hier die Aussetzer, ist. Anschließend ist der er­ faßte Wert mit einer Schwelle zu vergleichen. Übersteigt der erfaßte, und ggf. verarbeitete, Wert den Schwellenwert, wird auf das Vorliegen eines Fehlers erkannt.

Gemäß dem oben angegebenen Verfahren werden Abweichungen zwi­ schen Verdichtungszeitspanne und Expansionszeitspanne bei mindestens einem Zylinder zur Aussetzererkennung genutzt. Dieses Nutzen kann nur in der ersten der eben genannten bei­ den Stufen, nur in der zweiten, oder auch in beiden Stufen erfolgen. Wird die Maßnahme in der ersten Stufe genutzt, wird die Differenz zwischen den beiden Zeitspannen gebildet, die ja so gelegt sind, daß sie bei rundem Motorlauf gleich sind, so daß dann die Differenz Null sein muß. Die Differenz ist also der Wert, der zur Aussetzererkennung gebildet wird. Wer­ den die Abweichungen zwischen den beiden genannten Zeitspan­ nen dagegen im zweiten Schritt genutzt, dienen sie dazu, den Vergleich mit der Schwelle in irgendeiner Art zu beeinflus­ sen, sei es durch Beeinflussen eines Mittelungsverfahrens ab­ hängig von den erfaßten Werten, oder sei es durch Ändern der Schwelle.

Werden die Abweichungen zwischen den genannten Zeitspannen in beiden Stufen verwendet, hat dies den Vorteil, daß in der ersten Stufe Werte verwendet werden können, die in der zwei­ ten Stufe ohnehin benötigt werden.

Es ist jedoch auch möglich, in der ersten Stufe nicht beide genannten Zeitspannen zu verwenden, sondern nur eine der Zeitspannen, insbesondere die Verdichtungszeitspanne. Zeigt nämlich ein Zylinder einen Aussetzer, vergrößert sich nicht nur die Expansionszeitspanne dieses Zylinders gegenüber der davor liegenden Verdichtungszeitspanne, sondern die für den in der Zündfolge sich anschließenden Zylinder gemessene Ver­ dichtungszeitspanne verlängert sich noch weiter. Ohne Zünd­ aussetzer müßten die Verdichtungszeitspannen für zwei sich in der Zündfolge aneinander anschließende Zylinder gleich sein. Im Falle eines Aussetzers des ersten der beiden Zylinder ist jedoch die Differenz der beiden Verdichtungszeitspannen etwa doppelt so groß wie die Differenz zwischen Expansionszeit­ spanne und Verdichtungszeitspanne des ersten der beiden Zy­ linder alleine. Es läßt sich also das Signal/Rausch-Verhält­ nis verbessern, wenn in der ersten der beiden genannten Stu­ fen die Differenz zwischen den Verdichtungszeitspannen zweier in der Zündfolge aufeinanderfolgender Zylinder erfaßt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die so gebildete Differenz beim Erkennen von weiteren Störungen neben Ausset­ zern wenig Aussagekraft hat, so daß diese Größe dort in der Regel nicht benötigt wird, für die erste Stufe also gesondert berechnet werden muß.

Es sei darauf hingewiesen, daß ein Motor nie mit dauernd völ­ lig konstanter Drehzahl läuft, also auch dann nicht, wenn er ohne Aussetzer und andere Störungen läuft. Es ist vielmehr so, daß in jedem Verdichtungssegment für einen Zylinder die Drehzahl etwas fällt und im darauf folgenden Expansionsseg­ ment wieder steigt. Dieses Schwanken der Drehzahl wiederholt sich für jeden Zylinder. Motorlauf mit diesen geringen Dreh­ zahlschwankungen, die durch die Funktion des Motors bedingt sind, wird in den Ansprüchen und im folgenden als "runder Motorlauf" bezeichnet. Unrunder Motorlauf ist dementsprechend solcher, bei dem noch größere Drehzahlschwankungen auftreten, sei es durch Aussetzer, durch Schwingungen des Antriebs­ strangs oder durch Rüttelkräfte, die von der Straße her über­ tragen werden.

Da, wie eben erwähnt, die Motordrehzahl sich dauernd perio­ disch ändert, lassen sich gleiche Zeitdauern von Verdich­ tungszeitspanne und Expansionszeitspanne auf unterschiedliche Arten einstellen. Es können nämlich die Kurbelwinkelsegmente, innerhalb derer diese Zeitspannen gemessen werden, nach An­ fangskurbelwinkel und/oder Kurbelwinkelspanne variiert wer­ den. Bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor ist es aus Synchro­ nisiergründen am einfachsten, sowohl für das Verdichtungsseg­ ment wie auch für das Expansionssegment jeweils 90° Kurbel­ winkel zu wählen, so daß sich Verdichtungssegmente und Ex­ pansionssegmente in ununterbrochener Reihenfolge jeweils un­ mittelbar aneinander anschließen. Es ist dann lediglich der Anfangskurbelwinkel so festzulegen, daß die Zeitspannen für die beiden Segmente gleich werden. Dieses Festlegen kann in einfacher Weise auf einem Prüfstand erfolgen. Weist der Vier­ taktmotor mehr als vier Zylinder auf, muß das Überlappen der verschiedenen Arbeitssegmente in unterschiedlichen Zylindern beachtet werden. Abhängig vom jeweiligen Motor, an dem das Verfahren ausgeübt werden soll, kann es daher von Vorteil sein, die Segmente nicht mehr unmittelbar aneinander an­ schließen zu lassen, sondern getrennt voneinander festzu­ legen.

Zeichnung

Fig. 1a schematische Darstellung der Drehzahl eines Motors aufgetragen über dem Kurbelwinkel KW;

Fig. 1b Darstellung der fortlaufenden Zählung von Arbeits­ segmenten k, wie sie dem Kurbelwinkel KW in Fig. 1a zugeord­ net sind;

Fig. 1c Darstellung entsprechend Fig. 1b, jedoch für in der Zündfolge aufeinanderfolgende Zylinder i;

Fig. 1d Darstellung entsprechend der von Fig. 1b, jedoch für Arbeitszyklen j;

Fig. 1e schematische Darstellung der Zeitdauer T(k) aufein­ anderfolgender Segmente in der Darstellung gemäß Fig. 1a;

Fig. 2 Blockschaltbild zum Veranschaulichen, wie Differen­ zen von Segmentzeitspannen für weitere Verarbeitung gewonnen werden;

Fig. 3a Blockschaltbild zum Veranschaulichen, wie für wei­ tere Verarbeitung Differenzen aus den Differenzzeitspannen gebildet werden, die mit Hilfe des anhand von Fig. 2 veran­ schaulichten Verfahrens gewonnen wurden;

Fig. 3b Blockschaltbild entsprechend dem von Fig. 3a jedoch mit einer anderen Differenzbildung;

Fig. 4 Blockschaltbild zum Veranschaulichen, wie mit Hilfe von Differenzwerten eine Aussetzererkennung mit Störeffekt­ erkennung ausgeführt wird, wobei die Differenzen nach einem der Verfahren gebildet sind, wie sie durch die Fig. 3a und 3b veranschaulicht sind; und

Fig. 5 schematisches Diagramm zum Veranschaulichen, wie Störeffekte (Schwingungen, Rütteln) neben Aussetzern erkannt werden können.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1a ist der Verlauf der Drehzahl n über dem Kurbel­ wellenwinkel KW über zwei Arbeitszyklen j = 1 und j = 2 (siehe Fig. 1d) aufgetragen. Das Ende eines jeden Arbeitszyklus ist in Fig. 1a durch einen senkrechten durchgezogenen Strich ge­ kennzeichnet. Der Verlauf gemäß Fig. 1a gilt für einen Vier­ zylinder-Viertaktmotor. Jeder Arbeitszyklus j ist daher in vier Zeitspannen für die einzelnen Zylinder i (Fig. 1c) un­ terteilt, was in Fig. 1a durch gestrichelte Linien angezeigt ist. Die Zylindernumerierung erfolgt hier und im folgenden entsprechend der chronologischen Zündungsfolge. Vor jedem Zünden liegt ein Verdichtungssegment V und nach jedem Zünden ein Expansionsseg­ ment E vor. Das Verdichtungssegment und das Expansionssegment für einen jeweiligen Zylinder sind in Fig. 1a durch eine je­ weilige gepunktete Linie voneinander abgetrennt. Für jeweils einen Arbeitszyklus j sind demgemäß insgesamt acht Segmente k = 1-8 (Fig. 1b) vorhanden.

Wenn der Motor rund läuft, wie dies bis zum zweiten Zylinder von links herkommend in Fig. 1a gilt, steigt und fällt die Drehzahl periodisch in engen Grenzen. Während jedem Verdich­ tungssegment V verringert sich die Drehzahl, während sie im folgenden Expansionssegment E ansteigt. Beim Ausführungsbei­ spiel sind beide Kurbelwinkelsegmente gleich lang und er­ strecken sich jeweils über 90° Kurbelwinkel. Der Anfangswin­ kel ist so gelegt, daß zeitbezogen die beiden Segmente eben­ falls gleich lang sind, daß also die zu einem Verdichtungs­ segment V gehörende Verdichtungszeitspanne TV(i) im wesent­ lichen gleich einer zu einem Expansionssegment E gehörenden Expansionszeitspanne TE(i) ist. Diese Zeitspannen T(k) für die einzelnen Segmente sind in Fig. 1e dargestellt, und zwar fortlaufend für die einzelnen Segmente k.

In Fig. 1 ist angenommen, daß der Zylinder i = 3 Aussetzer aufweist. Dies hat zur Folge, daß nach dem Abnehmen der Dreh­ zahl n während der Verdichtungszeitspanne dieses Zylinders die Drehzahl in der folgenden Expansionszeitspanne nicht mehr auf den alten Maximalwert ansteigt, sondern daß sie sich nur geringfügig gegenüber dem Minimum zum Ende der Verdichtungs­ zeitspanne erhöht. Ein Erhöhen findet noch statt, da sich das verdichtete Kraftstoff/Luft-Gemisch entspannt. Da jedoch die alte Maximaldrehzahl nicht mehr erreicht wird, wird nun für das Expansionssegment E des dritten Zylinders nicht mehr die­ selbe Zeitspanne benötigt wie für das Verdichtungssegment V, sondern die Zeitspanne ist größer. Dies ist aus Fig. 1e deut­ lich erkennbar, wo die Expansionsspanne TE(3) höher liegt als die Verdichtungszeitspanne TV(3). Im folgenden Verdichtungs­ segment für den vierten Zylinder nimmt die Drehzahl noch wei­ ter ab, weswegen die Verdichtungszeitspanne TV(4) für diesen Zylinder besonders lang ist. Erst im Expansionssegment des vierten Zylinders findet wieder eine Beschleunigung statt, weswegen die Expansionszeitspanne TE(4) kürzer ist als die Verdichtungszeitspanne TV(4). Die folgende Verdichtungszeit­ spanne TV(1) für den ersten Zylinder entspricht wieder in etwa der vorausfolgenden Expansionszeitspanne, also der Zeit­ spanne TE(4). Mit der Expansionszeitspanne TE(2) für den zweiten Zylinder wird wieder der Gleichgewichtswert erreicht, wie er für runden Motorlauf gilt. Dieselbe Zeitperiode gilt auch für die folgende Verdichtungszeitspanne TV(3) des drit­ ten Zylinders, da sich in dieser der Aussetzer im dritten Zy­ linder noch nicht auswirkt. Erst in der nächsten Expansions­ zeitspanne TE(3) wirkt sich der Aussetzer wieder aus, worauf­ hin sich der hier beschriebene Ablauf wiederholt.

Mit den genannten Zeitspannen lassen sich folgende Differen­ zen bilden:

DTE(i)V(i) = TE(i) - TV(i) (A)

DTV(i + 1)E(i) = TV(i + 1) - TE(i) (B)

Als Differenz DIFF(i) kann entweder die Größe gemäß Gleichung (A) verwendet werden, also

DIFF(i) = DTE(i)V(i) (C1)

Noch größer ist aber die Summe aus zwei aufeinanderfolgenden Differenzzeitspannen, also folgender Wert für DIFF(i):

DIFF(i) = DTE(i)V(i) + DTV(i + 1)E(i) = TV(i + 1) - TV(i) (C2)

Aus Fig. 1 fällt unmittelbar folgendes auf:

• - der Wert DIFF(i) gemäß Gleichung (C1) ist Null, wenn keine Aussetzer vorliegen, dagegen größer Null im Fall von Aus­ setzern;
• - der Wert DIFF(i) gemäß Gleichung (C2) ist gleich Null, wenn keine Aussetzer vorliegen, dagegen größer Null im Fall von Aussetzern, und zwar noch größer als der Wert DIFF(i) gemäß Gleichung (C1), weswegen dieser Wert ein besseres Signal/­ Rauschverhältnis bei der Aussetzererkennung erwarten läßt;
• - wenn die Differenz DTE(i)V(i) < 0 ist, muß, falls diese Ab­ weichung von Null durch einen Aussetzer bedingt ist, auch der Wert DTV(i + 1)E(i) < 0 sein. Ist dies nicht der Fall, liegt entweder gar kein Aussetzer vor oder einer, dem wei­ tere Störungen überlagert sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Empfindlichkeit der Aussetzererkennung herab­ zusetzen.

Wenn die gemessenen Zeitspannen noch in anderer Weise verar­ beitet werden, lassen sich weitere Größen bilden, die auf Plausibilität dahingehend geprüft werden können, ob nur Aus­ setzer oder Störungen, unter Umständen überlagert mit Aus­ setzern, vorhanden sind. Dies wird weiter unten anhand von Fig. 5 beschrieben. Im folgenden werden gesamte Verfahrens­ abläufe, die die bisher beschriebenen Erkenntnisse nutzen, anhand der Blockschaltbilder der Fig. 2-4 erläutert. Die Blöcke gemäß den Fig. 2-4 werden aufeinanderfolgend abge­ arbeitet, wobei der mittlere Teil des Verfahrens entweder durch die Variante gemäß Fig. 3a oder durch die Variante ge­ mäß Fig. 3b gebildet sein kann.

Fig. 2 veranschaulicht das Bilden der Werte gemäß den oben angegebenen Gleichungen (A) und (B). Einem Summationsglied 10 werden jeweils ein Zeitspannenwert T(k) (siehe Fig. 1e) und der gegen diesen Wert um ein Segment durch ein Verzögerungs­ glied 11 verzögerter Segmentzeitspannenwert T(k - 1) zugeführt. Diese Differenz DT(k, k - 1) ist entweder der Wert gemäß Glei­ chung (A) oder der gemäß Gleichung (B), abhängig davon, ob k gerade ist oder ungerade ist. Durch einen Multiplexer 12 werden die Werte an acht Ausgangsanschlüsse gegeben, also jeweils einen Ausgangsanschluß für jeweils ein Segment.

Die Fig. 3a und 3b veranschaulichen Vorgänge, wie sie beim Ausführen obiger Gleichung (C1) bzw. (C2) ablaufen. Gemäß Gleichung (C1) werden die Differenzwerte DT(i)V(i) unverän­ dert als Differenzwerte DIFF(i) ausgegeben (Fig. 3a). Zum Auswerten von Gleichung (C2) weist das Blockschaltbild gemäß Fig. 3b vier Summationsstellen 13.1 bis 13.4, also jeweils eine für jeden der vier Zylinder auf. Dort wird aus den im Blockschaltbild gemäß Fig. 2 berechneten Werten DTE(i)V(i) und DTV(i + 1)E(i) die Summe berechnet, um die jeweiligen Dif­ ferenzwerte DIFF(i) zu erhalten. Stattdessen könnten die Dif­ ferenzwerte auch unmittelbar als TV(i + 1) - TV(i) berechnet werden. Dies könnte entsprechend erfolgen wie das Berechnen des Wertes DT(k, k - 1) in Fig. 2, jedoch mit einem Verzöge­ rungsglied, das um zwei Segmente verzögert. Dies, weil jedes übernächste Segment ein Verdichtungssegment ist.

Die Werte DIFF(i) könnten direkt mit einem Schwellenwert SW(n, L) verglichen werden, dessen aktueller Wert von den jeweils aktuellen Werten der Drehzahl n und einer beliebigen lastabhängigen Größe L abhängt. Vorteilhafterweise sollte dieser Schwellenwert noch Beschleunigungs- und Verzögerungs­ effekte erfassen. Sobald einer der Differenzwerte DIFF(i) den Schwellenwert SW(n, L) überschreitet, wäre dies das Zeichen dafür, daß Aussetzer im betreffenden Zylinder i vorliegen.

Vorteilhafter ist es jedoch, die Differenzwerte DIFF(i) wei­ terzubearbeiten, bevor der Schwellenwertvergleich erfolgt. Unter welchen Gesichtspunkten das Modifizieren erfolgen kann, wird mit Hilfe des Blockschaltbildes von Fig. 4 veranschau­ licht.

Es ist unmittelbar erkennbar, daß die Differenzen zwischen den Zeitspannen benachbarter Segmente nicht nur im Falle von Aussetzern, Schwingungen oder Rüttelvorgängen ungleich Null werden, sondern auch im Fall von Beschleunigungen und Verzö­ gerungen. Um die letztgenannten Effekte zu kompensieren, ist es von Vorteil, vom berechneten Differenzwert eine Korrektur­ größe BVK abzuziehen, die von Beschleunigungen und Verzöge­ rung in gleicher Weise abhängt wie einer der genannten Diffe­ renzwerte. Es kann z. B. die durch Vier geteilte Summe der Differenzen DIFF(i) = TV(i + 1) - TV(i) für die vier Zylinder in einem Arbeitszyklus j arbeitenden Zylinder berechnet wer­ den. Somit wird die mittlere Drehzahländerung über einen gesamten Arbeitszyklus zur Korrektur verwendet und momentane Änderungen z. B. durch Aussetzer oder Rütteln bestmöglich unterdrückt. Im Falle bloßer Aussetzer ist diese Größe Null, dagegen positiv bei Beschleunigungen und negativ bei Verzö­ gerungen. Die Berechnung lautet:

Die Korrekturgröße BVK zum Korrigieren von Effekten, die durch Beschleunigungen oder Verzögerungen hervorgerufen sind, wird von den Differenzen DIFF(i) abgezogen, was in einer je­ weiligen Summationsstelle 14.1 bis 14.4 für die Werte der vier verschiedenen Zylinder erfolgt.

Von Vorteil ist es, auch den Einfluß der Drehzahl auf die Differenzwerte vor dem Schwellenwertvergleich zu berücksich­ tigen. Dies, weil es sich empfiehlt, noch Mittelungen auszu­ führen. Werden aber die Meßwerte gemittelt, dagegen Schwel­ lenwerte verwendet, die vom jeweils aktuellen Wert der Dreh­ zahl n abhängen, ändert sich der Schwellenwert bei einer Drehzahländerung schneller als der gemittelte Vergleichswert, wenn dieser nicht bereits eine Drehzahlkorrektur erfahren hat. Zur Drehzahlkorrektur reicht es aus, den mit dem Wert BVK korrigierten Differenzwert durch eine der erfaßten Zeit­ spannen zu teilen, z. B. durch die jeweilige Verzögerungs­ zeitspanne TV(i). Für den Drehzahlkorrekturwert nK gilt dann:

nK = TV(i) (E)

In den Divisionsstellen 15.1 bis 15.4 im Blockschaltbild gemäß Fig. 4 wird jeweils folgender Aussetzererkennungswert DTAE(i) berechnet:

DTAE(i) = (DIFF(i) - BVK)/nK (F)

Noch besser wäre die Korrektur des Drehzahlfehlers, wenn durch eine mit der zweiten oder dritten Potenz von der Zeit abhängige Größe dividiert würde, also z. B. durch TV² oder TV³(i). Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß dieser Rechenauf­ wand nicht erforderlich erscheint.

Mit den in dieser Weise korrigierten Differenzwerten könnte unmittelbar eine Mittelwertbildung mit Schwellenwertvergleich erfolgen, was bereits sehr zuverlässige Werte für die Aussetzererkennung liefern würde. Die Mittelwertbildung mit Schwellenwerterkennung könnte entweder dadurch erfolgen, daß die Werte DTAE(i) unmittelbar mit einem Schwellenwert vergli­ chen werden und auf Aussetzer erkannt wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Winkelspanne die Schwelle öfter über­ schritten wird, als es einer vorgegebenen Anzahl entspricht, oder dadurch, daß die Werte DTAE(i) gleitend gemittelt werden und der so gebildete Mittelwert mit einem Schwellenwert ver­ glichen wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erfolgt jedoch noch eine sogenannte Rüttelkorrektur vor dem Schwellenwertver­ gleich mit Mittelwertbildung. Ein Rüttelkorrektur-Gesamtwert RKG wird in einem Rüttelkorrekturblock 16 geliefert und an Summationsstellen 17.1 bis 17.4 geliefert, wo der Rüttelkor­ rektur-Gesamtwert RKG von den Aussetzererkennungswerten DTAE(i) jeweils abgezogen wird.

Wie der Rüttelkorrektur-Gesamtwert RKG beim Ausführungsbei­ spiel gebildet wird, wird nun anhand von Fig. 5 erläutert.

Fig. 5 zeigt, entsprechend wie Fig. 1e, Werte von Zeitspannen aufgetragen über der fortlaufenden Nummer aufeinanderfolgen­ der Segmente, also jeweils eines Verdichtungssegments und eines Expansionssegments für jeden der vier Zylinder. Die Arbeitszyklen j sind wiederum mit durchgezogenen Strichen voneinander abgetrennt, die Werte für aufeinanderfolgende Zylinder sind durch gestrichelte Linien voneinander abge­ trennt, und die beiden Zeitspannen für jeweils einen Zylinder sind durch gepunktete Linien voneinander getrennt. Es ist an­ genommen, daß eine Schwingung vorliegt, deren Periodendauer das Eineinhalbfache der Dauer eines Arbeitszyklus j ist. Die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Segmentzeitspannen wird in beliebigen Einheiten gemessen. Der größten Differenz ist der Wert 1 zugeordnet. Beim Ausführungsbeispiel sind den aufeinanderfolgenden Differenzen die Werte 1/4, 1/2, 1, 1, 1/2, 1/4, -1/4, -1/2, -1, -1, -1/2, -1/4 und dann wieder 1/4, 1/2 usw. zugeordnet. Es ist erkennbar, daß beim Ansteigen der Zeitspannen ähnlich aufeinanderfolgende Differenzwerte auf­ treten wie im Fall eines Aussetzers gemäß Fig. 1e, jedoch treten deutliche Unterschiede beim sich Verkürzen der Zeit­ spannen auf. Während nämlich im Fall eines Aussetzers die Differenz DTE(i)V(i) für den aussetzenden Zylinder und die Differenz DTV(i + 1)E(i) für den folgenden Zylinder in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen oder im wesentlichen gleich sind (siehe z. B. in Fig. 1: DTE(3)V(3) und DTV(4)E(3), können im Fall einer Schwingung, oder auch bei Rütteln, an­ dere Unterschiede zwischen diesen Zeitspannen bestehen. Die Differenzen DTR(i) dieser Zeitspannen werden gemäß Glei­ chung (J) von Fig. 5 gebildet. Gemäß Gleichung (K) wird für jeden Arbeitszyklus j die Summe der Beträge der ne­ gativen Differenzwerte gebildet, wodurch ein erster Rüt­ telkorrekturfaktor RK1 erhalten wird. Dieser erste Rüt­ telkorrekturwert RK1 kann nur dann einen Wert größer Null aufweisen, wenn Schwingungs- oder Rütteleffekte alleine oder zusammen mit Aussetzereffekten Vorliegen. Werden auf diese Art und Weise Fremdeffekte festgestellt, kann die Aussetzer­ erkennung ganz verboten werden. Beim Ausführungsbeispiel geht der Wert der Größe RK1 jedoch in den Rüttelkorrektur-Gesamt­ wert RKG ein, der von den Aussetzererkennungswerten DTAE(i) abgezogen wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß der jeweils aktuelle Wert von RK1 nicht zwingend am Ende eines jeden Arbeitszyklus j be­ rechnet werden muß, sondern daß er auch fortlaufend für jeden Zylinder aus den Werten von den jeweils letzten Z Zylindern (Z = Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors) berechnet werden kann. Es ist auch möglich, den Wert zu mitteln oder ihn über eine größere Anzahl von Zylindern oder Arbeitszyklen hinweg zu ermitteln, damit nicht mit jedem Zyklus unterschiedliche Werte abgezogen werden, was der Fall wäre, wenn der Wert RK1 gemäß Fig. 5 jeweils als solcher für jeden Arbeitszyklus j verwendet würde. Solche Unterschiede werden jedoch automa­ tisch durch weiter unten beschriebene Filterglieder 18.1-4 gemittelt. Wie ersichtlich, weist die Größe RK1 am Ende des ersten Arbeitszyklus den Wert -1/2, am Ende des zweiten Arbeitszyklus dagegen den Wert Null auf. Dies zeigt, daß sich eine Mittelwertbildung empfiehlt.

Nicht nur Aussetzer liegen auch dann ganz sicher vor, wenn, wie weiter oben erläutert, der Wert DTV(i + 1)E(i) kleiner Null ist, obwohl der Wert DTE(i)V(i) größer Null war. Auch das Verletzen dieser Plausibilitätsbedingung kann dazu genutzt werden, die Aussetzererkennung abzuschalten oder in ihrer Em­ pfindlichkeit zu verringern. Wenn hierzu kein Korrekturwert berechnet wird, kann ein fester Korrekturwert von den Ausset­ zererkennungsgrößen DTAE(i) abgezogen werden, oder der Schwellenwert SW kann erhöht werden.

In Fig. 5 sind noch drei weitere Größen N, P und RK2 einge­ zeichnet, die gemäß in Fig. 5 ebenfalls aufgelisteten Glei­ chungen (G), (H) bzw. (I) berechnet werden. N ist dabei die Summe der negativen Werte von DTV(i + 1)E(i), während P die Summe der entsprechenden positiven Werte jeweils für die vier Zylinder in einem Arbeitszyklus ist. Auch hier kann die Sum­ mierung wieder fortlaufend für jeden Zylinder aus den Werten für die jeweils letzten Z Zylinder erfolgen. Wird als Wert für N ein Wert kleiner Null oder kleiner als ein negativer Schwellenwert erhalten, und ist P größer Null, ist dies das Zeichen dafür, daß entweder keine Aussetzer oder Aussetzer vorliegen, denen andere Störungen überlagert sind.

Durch Aufzeichnen zahlreicher Zeitspannenmuster, entsprechend dem Schwingungsmuster von Fig. 5, für Schwingungen mit unter­ schiedlichen Perioden, für unterschiedliche Rüttelmuster, auch überlagert mit unterschiedlichen Aussetzermustern, für Aussetzer in nur einem Zylinder oder in mehreren Zylindern, entweder in aufeinanderfolgenden oder voneinander getrennten Zylindern, wurde festgestellt, daß eine weitere Größe, mit der das Ausmaß von Rütteln oder von Schwingungen erfaßt wer­ den kann, die Größe RK2 gemäß Gleichung (I) von Fig. 5 ist. Es ist dies der Maximalwert der Beträge der Werte von N und P.

Wie im Rüttelkorrekturblock 16 in Fig. 4 angegeben, ist der Wert RKG ein Wert proportional zur Summe aus den Werten RK1 und RK2.

Auf jede der Additionsstellen 17.1 bis 17.4, in denen der Wert der Größe RKG vom jeweiligen Aussetzererkennungswert DTAE(i) abgezogen wird, folgt ein Tiefpaß 18.1 bis 18.4, in dem die korrigierte Erkennungsgröße mit der üblichen Filter­ gleichung erster Ordnung gefiltert wird, wie sie in Gleichung (L) in Fig. 4 angegeben ist. Stattdessen kann aber eine be­ liebige andere Mittelwertbildung erfolgen. Die Mittelwert­ bildung mit Hilfe der Tiefpaßgleichung erster Ordnung läßt sich rechnerisch jedoch besonders einfach ausführen; sie mit­ telt ferner automatisch Schwankungen der Rüttelkorrekturwerte aus. Die hierbei für die vier Zylinder gewonnenen Mittelwerte MDTAE(i) werden mit dem weiter oben erläuterten Schwellenwert SW(n, L) in Vergleichern 19.1 bis 19.4 verglichen. Für jeden Zylinder i, für den der zugehörige Mittelwert MDTAE(i) den Schwellen­ wert SW(n, L) überschreitet, wird angenommen, daß Aussetzer vorliegen. Es wird dann das Einspritzen von Kraftstoff in diesen Zylinder eingestellt.

In der Praxis können auch Fälle auftreten, in denen die Rüt­ telkorrektur relativ stark ausfällt, was dann dazu führt, daß der Schwellenwert nicht überschritten wird, obwohl Aussetzer vorliegen. Es ist dann empfehlenswert, die Rüttelkorrektur­ werte für die verschiedenen Zylinder miteinander zu verglei­ chen. Sind alle Rüttelkorrekturwerte gleich hoch, spricht dies dafür, daß die hohen Werte ausschließlich durch zündaus­ setzerfremde Störungen bedingt sind. Ist dagegen ein einzel­ ner Wert besonders hoch, kann versuchsweise das Einspritzen von Kraftstoff in den betreffenden Zylinder unterbunden wer­ den. Stellt sich dann heraus, daß alle Wert im wesentlichen unverändert bleiben, ist dies das Zeichen dafür, daß in die­ sem Zylinder tatsächlich Aussetzer auftraten. Ändern sich die Werte, wird das Einspritzen wieder aufgenommen.

Abschließend sei nochmals hervorgehoben, daß es wesentlich für die beschriebenen Verfahren ist, daß ein Verdichtungs­ segment und ein Expansionssegment für jeden Zylinder so fest­ gelegt werden, daß die zugehörigen Zeitspannen bei rundem Motorlauf einander gleich sind. Treten Abweichungen in den Zeitspannen auf, können diese Differenzen unmittelbar zum Be­ rechnen von Erkennungswerten für Aussetzer verwendet werden und/oder Erkennungswerte können mit Rüttelkorrekturwerten korrigiert werden, die mit Hilfe der Differenzen bestimmt wurden. Im letzteren Fall geht es immer darum, Plausibili­ tätskriterien in bezug auf Aussetzer zu nutzen. In der vor­ liegenden Beschreibung sind grundlegende, einfache Plausibi­ litätskriterien genannt. Die Plausibilitätskriterien können jedoch sehr komplex ausgestaltet werden, auch z. B. unter Nutzen von Autokorrelationsverfahren.

Claims (10)

1. Verfahren zur Aussetzererkennung in einem Verbrennungs­ motor, dadurch gekennzeichnet, daß

• - für jeden Zylinder i von Z Zylindern ein Verdichtungsseg­ ment und ein Expansionssegment so nach jeweiligem Anfangs­ kurbelwinkel und jeweiliger Kurbelwinkelsumme festgelegt werden, daß zeitbezogen bei rundem Lauf des Motors eine zum Verdichtungssegment gehörende Verdichtungszeitspanne TV(i) annähernd gleich einer zum Expansionssegment gehören­ den Expansionszeitspanne TE(i) ist, wobei das Verdichtungs­ segment innerhalb derjenigen Kurbelwinkelspanne für den Zy­ linder i liegt, in der sich die Drehzahl des Motors auf­ grund von Verdichtungsvorgängen erniedrigt, und wobei das Expansionssegment innerhalb derjenigen Kurbelwinkelspanne für den Zylinder i liegt, in der sich die Drehzahl des Motors aufgrund von Expansionsvorgängen erhöht,
• - und Abweichungen zwischen Verdichtungszeitspanne und Ex­ pansionszeitspanne bei mindestens einem Zylinder zur Aus­ setzererkennung genutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Zeitspannen jeweils eine Korrekturzeitspanne BVK zum Berücksichtigen von Zeitspannenänderungen wegen Beschleuni­ gungen oder Verzögerungen abgezogen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspannen durch eine drehzahlabhän­ gige Korrekturgröße nK zum Berücksichtigen des Drehzahl­ bereichs auf die Zeitspannen dividiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für mehrere Zylinder untersucht wird, ob die voneinander abweichenden Werte von Verdichtungszeitspan­ nen und Expansionszeitspannen für unrunden Motorlauf, der nur durch Aussetzer bedingt ist, plausibel sind und, falls dies nicht der Fall ist, die Empfindlichkeit der Aussetzererken­ nung verringert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Wert DTV(i + 1)E(i) = TV(i + 1) - TE(i) < 0 ist, obwohl der Wert DTE(i)V(i) = TE(i) - TV(i) < 0 war, verneint wird, daß nur durch Aussetzer beeinflußter Motorlauf vor­ liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nutzen beim Verringern der Empfindlichkeit der Aussetzer­ erkennung der Wert
wenn diese Differenz < 0| gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Größe
wenn < 0 gebildet wird, und dann, wenn dieser Wert kleiner als ein ne­ gativer Schwellenwert oder der Wert Null ist, verneint wird, daß nur durch Aussetzer beeinflußter Motorlauf vorliegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nutzen beim Vorliegen der Empfindlichkeit der Aussetzer­ erkennung der Wert
gebildet wird, wobei
wenn < 0.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für jeden Zylinder wiederholt die Diffe­ renzwerte DIFF(i) = TE(i) - TV(i) gebildet werden und auf Aussetzer erkannt wird, wenn eine mit diesen Differenzwerten gebildete Größe eine Schwellenbedingung erfüllt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für jeden Zylinder wiederholt die Diffe­ renzwerte DIFF(i) = TV(i + 1) - TV(i) gebildet werden und auf Aussetzer erkannt wird, wenn eine mit diesen Differenzwerten gebildete Größe eine Schwellenbedingung erfüllt.