DE4420290A1 - Verfahren zum Erkennen eines undichten Auslaßventils - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines un­ dichten Auslaßventils, das den Ausstoß verbrannter Gase aus dem Arbeitsvolumen einer Brennkraftmaschine steuert.

Auslaßventile können durch zu kleines Ventilspiel oder durch beschädigte Dichtflächen undicht werden. Als Folge gelangt beim Ansaugen der Frischgasfüllung für den nächsten Arbeits­ takt Abgas aus früheren Arbeitstakten in den Zylinder, be­ einträchtigt die Qualität der nachfolgenden Verbrennung und beeinflußt damit die Abgaszusammensetzung und die Laufruhe der Brennkraftmaschine negativ. Bei stark beeinträchtigter Verbrennung kann der Katalysator der Brennkraftmaschine durch Nachreaktionen überhitzt werden.

Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern sind bei­ spielsweise aus der DE 39 17 978 (US 5,255,560) bekannt. Da Verbrennungsaussetzer bzw. Laufunruheschwankungen auch durch Fehler der Zündanlage oder der Gemischbildung, beispielswei­ se durch defekte Einspritzventile verursacht werden, sind undichte Auslaßventile mit den bekannten Verfahren nicht eindeutig als Fehlerursache identifizierbar. Bisher lassen sich undichte Auslaßventile nur mit verhältnismäßig großem Aufwand und Werkstattmitteln, beispielsweise durch eine De­ montage des Zylinderkopfs identifizieren.

Vor diesem Hinter­ grund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens, mit dem sich undichte Auslaßventile einfacher als bisher identifizieren lassen. Dabei wird von einer mo­ dernen Brennkraftmaschine ausgegangen, deren Systemumfang eine Sekundärluftpumpe einschließt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen An­ spruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung bei einem Kraftfahrzeug anwendbar, das zusätzlich mit einer Vorrichtung zur Erkennung von Ver­ brennungsaussetzern ausgerüstet ist. Bei einem solchen Kraftfahrzeug ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Feststellung undichter Auslaßventile im Betrieb der Brenn­ kraftmaschine. Ist die Undichtigkeit auf falsche Ventil­ spieleinstellung zurückzuführen, kann der Fahrer diesen Feh­ ler rechtzeitig beheben lassen, bevor das betreffende Ventil aufgrund von Überhitzung dauerhaft defekt wird.

Es ist aber auch alternativ dazu möglich, das erfindungsge­ mäße Verfahren bei Fahrzeugen ohne Aussetzererkennung durch Auswertung des Drehzahlsignals mit Werkstattmitteln durchzu­ führen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der Beschreibung erläutert.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 das technische Umfeld der Erfin­ dung in Form einer Brennkraftmaschine und zugehörigen Kompo­ nenten, Fig. 2 die Grundfunktion eines Steuergeräts aus Fig. 1, Fig. 3 ein Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 4 Signalverläufe, wie sie bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens auftreten.

Die 1 in der Fig. 1 bezeichnet das Innere eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, das durch einen Kolben 2 beweglich abgedichtet wird. Die Steuerung des Wechsels der Zylinder­ füllung ergibt sich durch das Zusammenspiel der Kolbenbewe­ gung und der durch Nockenwellen 3 und 4 gesteuerten Bewegung von Einlaßventil 5 und Auslaßventil 6. Bei offenem Einlaß­ ventil wird aus dem Ansaugrohr 7 Frischgas, gebildet aus an­ gesaugter Luftmasse Q und vom Einspritzventil 8 zugemessenem Kraftstoff angesaugt. Bei offenem Auslaßventil verlassen die Abgase den Zylinder durch das Abgasrohr 9 in Richtung Abgas­ sonde 10 und Katalysator 11. Die Einspritzmenge ti wird von einem Steuergerät 12 in Abhängigkeit vom Signal n eines Drehzahlsensors 16, dem Signal Q eines Luftmassenmessers 13 und dem Signal λ der Abgassonde 10 berechnet. Eine Sekundär­ luftpumpe 14 dient zum Einblasen von Luft in einem Bereich hinter dem Auslaßventil 6 zur Nachoxidation der Brennkraft­ maschinenabgase nach der Verbrennung im Zylinder. Die Ziffer 15 bezeichnet ein Mittel zur Anzeige oder Speicherung eines Fehlersignals zur Dichtigkeit des Auslaßventils.

Die Fig. 2 verdeutlicht die Funktionsweise des Steuergeräts 12 aus der Fig. 1. Danach vermittelt eine zentrale Steuer­ einheit 17 zwischen einer Eingabeeinheit 18 und einer Ausga­ beeinheit 19 unter Verwendung von Daten und Programmen, die im Speicher 20 abgelegt sind.

Diese an sich bekannte Vorrichtung dient zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in Fig. 3 als Flußdia­ gramm dargestellt ist.

Die Schrittfolge dieses Ausführungsbeispiels kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine als Unterprogramm eines übergeordneten Hauptprogramms zur Steuerung der Brennkraft­ maschinenfunktion aufgerufen werden. Nach dem Start des Pro­ gramms wird dann in einem Schritt S1 geprüft, ob bestimmte Bedingungen erfüllt sind, die den weiteren Verfahrensablauf sinnvoll erscheinen lassen. Beispiele solcher Bedingungen sind: Ablauf einer Mindestbetriebsdauer seit einer vorherge­ henden Durchführung des Verfahrens, Vorliegen einer Brenn­ kraftmaschinentemperatur zwischen einer Mindest- und einer Höchsttemperatur, Vorliegen nahezu konstanter Betriebsbedin­ gungen über eine Mindestzeitspanne usw.

Sind diese Bedingungen erfüllt und ist durch den Schritt S2 zusätzlich sichergestellt, daß die Sekundärluftpumpe nicht aktiviert ist, wird im Schritt S3 ein erster Laufunruhewert LU1 bestimmt. Daran schließt sich mit Schritt S4 das Ein­ schalten der Sekundärluftpumpe, oder alternativ dazu, das Einschalten der Sekundärluftpumpe in Verbindung mit einer gesteuerten Gemischanreicherung an (Schritt S4a). Die Ge­ mischanfettung kann aber auch durch die Lambdaregelung be­ wirkt werden, die auf die Sekundärluftzufuhr mit einer An­ fettung reagiert.

Eine Brennkraftmaschine mit einem undichten Auslaßventil rea­ giert auf diese Maßnahme mit einem ruhigeren Laufverhalten, da über die Undichtigkeit kein Abgas, sondern frische Luft in den Zylinder gesaugt wird, die insbesondere in Verbindung mit der gesteuerten Gemischanfettung der gewünschten Ge­ mischzusammensetzung nahekommt. Der in einem Schritt S5 bei eingeschalteter Sekundärluftpumpe erfaßte Laufunruhewert LU2 wird sich daher im Fall eines defekten Auslaßventils vom ohne Sekundärluftpumpenbetrieb erfaßten Wert LU1 unterschei­ den. Überschreitet die im Schritt S6 gebildete Differenz dLU = LU2 - LU1 im Schritt S7 den empirisch zu bestimmenden Schwellwert SW, gilt das Auslaßventil als defekt. Der ent­ sprechende Schritt S8 aktiviert in diesem Fall das Mittel 15, das den festgestellten Defekt anzeigt. Wird der Schwell­ wert SW dagegen nicht überschritten, gelten die Auslaßven­ tile als intakt, was durch Schritt S9 symbolisiert wird. An den Schritt S9 oder S10 schließt sich das Ausschalten der Sekundärluftpumpe an, bevor im Schritt S11 das Hauptprogramm wieder erreicht wird.

Fig. 4 verdeutlicht ein Beispiel für die Gewinnung von Laufunruhewerten aus dem Drehzahlsignal der Brennkraftma­ schine. Trägt man dieses über dem Drehwinkel KW der Kurbel­ welle auf, so spiegeln sich die Arbeitszyklen der Brenn­ kraftmaschine in Verbindung mit der oszillierenden Kolbenbe­ wegung in einer periodischen Schwingung des Drehzahlsignals wider. Jede Verbrennung führt zu einem Anstieg und jede Ver­ dichtung zu einem Abfall des Drehzahlsignals. Entsprechend sind die Drehzahlunterschiede, die sich als Folge der Minima und Maxima des Drehzahlsignals ergeben, als Maß für die Laufruhe auswertbar. Die durchgezogene Kurve in der Fig. 4a zeigt einen kleinen Unterschied LU1, wie er infolge einer schlechten Verbrennung aufgrund eines defekten Auslaßventils auftreten kann. Bei eingeschalteter Sekundärluftpumpe ver­ bessert sich die Verbrennungsqualität und die Kurve zeigt den in Fig. 4a gestrichelt gezeichneten Verlauf. Fig. 4b zeigt das Drehzahlsignal eines Vierzylindermotors über den Winkelbereich von zwei Kurbelwellenumdrehungen. Die Zahlen über den Maxima der Kurve geben dabei den Zylinder an, des­ sen Arbeitstakt zu dem jeweiligen Drehzahlmaximum geführt hat. Hier ist der Fall dargestellt, bei dem das Auslaßventil des zweiten Zylinders defekt ist, während die Auslaßventile der anderen Zylinder intakt sind. Aus dieser Darstellung wird deutlich, wie einzelne defekte Auslaßventile einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine durch eine mit der Zünd­ folge korrelierte Auswertung des Drehzahlsignals im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens identifiziert werden kön­ nen. Dabei schließt der hier gebrauchte Begriff Drehzahl­ signal alle Signale mit ein, die an der Brennkraftmaschine abnehmbar sind und die ihrerseits ein Maß für die Drehzahl der Kurbelwelle sind, also die Drehzahl der Kurbelwelle wi­ derspiegeln. Insbesondere ist die Gewinnung der Laufunruhe- Werte nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt.

Laufunruhewerte können bspw. dadurch gewonnen werden, daß für jeweils vorgegebene Winkelbereiche einer Kurbelwellenum­ drehung die jeweils benötigten Zeitspannen gemessen und diese Zeitspannen in vorgegebener Weise miteinander verknüpft werden. Algorithmen für solche Verknüpfungen sind z. B. in der US 5 044 195 angegeben, die auch umfangreichen Stand der Technik zum Bestimmen der Laufunruhe auflistet. Die Erfassung und Auswertung der Laufunruhe kann sowohl im Steuergerät der Brennkraftmaschine als auch in Werkstattest­ geräten erfolgen, die so ausgerüstet sind, daß sie bspw. ein Drehzahlsignal in der Weise verarbeiten können, wie es in Fig. 3 angegeben ist. Dabei ist es unerheblich, ob die Schaltzustände der Sekundärluftpumpe ebenfalls durch das Werkstattestgerät oder ggf. manuell oder durch das Brenn­ kraftmaschinensteuergerät bestimmt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Überprüfen der Dichtheit von Auslaßventilen einer Brennkraftmaschine, mit Hilfe einer Vorrichtung, die Mittel zum Bilden eines Maßes für die Laufunruhe und Mittel zur Zufuhr von Luft in einen in Strömungsrichtung der Abgase hinter den Auslaßventilen liegenden Bereich umfaßt, bei wel­ chem Verfahren ein erstes Maß LU1 für die Laufruhe ohne Zu­ fuhr von Luft in den genannten Bereich und ein zweites Maß LU2 mit Zufuhr von Luft in den genannten Bereich gebildet wird und bei dem ein Auslaßventil dann als undicht gilt, wenn das erste und das zweite Maß für die Laufruhe sich um mehr als einen vorbestimmten Betrag unterscheiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Brennkraftmaschine, die mit Mitteln zur Bildung eines Maßes für Laufunruhe und mit Mitteln zur Zufuhr von Luft in den genannten Bereich ausgerüstet ist, in vorbe­ stimmten Betriebszuständen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Hilfe von Werkstattmitteln zum Bilden eines Maßes LU für die Laufruhe der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Maß LU für die Laufruhe der Brennkraftmaschine aus einer Größe abgeleitet wird, die die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine widerspie­ gelt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten einer Sekundärluftpumpe eine gesteuerte Ge­ mischanfettung erfolgt.