WO2008009499A1 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose der zylinderselektiven ungleichverteilung eines kraftstoff-luftgemisches, das den zylindern eines verbrennungsmotors zugeführt wird - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur diagnose der zylinderselektiven ungleichverteilung eines kraftstoff-luftgemisches, das den zylindern eines verbrennungsmotors zugeführt wird Download PDF

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internal combustion
combustion engine
cylinder
fuel
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Reza Aliakbarzadeh
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for diagnosing the unequal distribution of a fuel-air mixture, which is supplied to the individual cylinders of an engine formed with a plurality of cylinders, according to the preamble of the independent claims 1 and 8.
  • Internal combustion engines for example, have four or more cylinders, the injected fuel amount and thus the formed fuel-air ratio between the individual cylinders may be different. This is essentially due to the fact that the injection valves used, in particular those which are controlled by a piezoelectric actuator, have different manufacturing tolerances and are also subject to stronger aging influences.
  • lambda probe in gasoline engines for determining the exhaust gas composition, a so-called lambda probe is used.
  • the lambda probe is usually installed in the exhaust pipe close to the engine and upstream of the catalytic converter. With the lambda probe, a residual oxygen content in the exhaust gas is determined. Depending on the level of the remaining oxygen content, more or less fuel is injected into the cylinders of the internal combustion engine or a corresponding control valve for returning the exhaust gas into the combustion chamber is controlled. In this way, only an average exhaust gas value can be set for the internal combustion engine, but not for a single cylinder.
  • Another problem is also that the volume of an exhaust bank due to the small distance between the individual cylinders to the catalyst is relatively low, thus resulting in a smaller mixing distance for the exhaust gas than in a remote engine arrangement of the catalyst. As a result, the influence of an inequality in the supply of the fuel-air mixture to the individual cylinders has a particularly strong effect.
  • a fuel diagnosis (FSD, Fuel System Diagnosis) is carried out on the basis of an adaptation value determined by a lambda controller.
  • FSD Fuel System Diagnosis
  • the adaptation value of each exhaust bank is monitored. If the adaptation value exceeds a predefined limit over a certain period of time, an error is entered for the affected exhaust gas bank. From the error message, however, only recognizable that a fuel or an air error is present at the affected exhaust bank.
  • the actual cause of the detected deviation can not be localized. For example, a defective fuel injector trigger an error entry, but the injector itself could not be clearly detected as a source of error.
  • the object of the invention is to improve the diagnosis of the unequal distribution of a fuel-air ratio with regard to the exhaust emissions in the case of an internal combustion engine.
  • This object is achieved with the features of the independent claims 1 and 8.
  • the inventive method or the device for diagnosing the unequal distribution of a fuel-air mixture which is supplied to the individual cylinders of an internal combustion engine, with the characterizing features of the independent claims 1 and 8, there is the advantage that the unequal distribution of the fuel Air mixture is determined individually for each cylinder of the internal combustion engine. Therefore, it is considered to be particularly advantageous that the determination of the unequal distribution is carried out as a function of the current operating mode of the internal combustion engine. In this case, for example, the ⁇ value of the exhaust gas is detected as a function of the operating mode and used to assess the unequal distribution.
  • a rough running of the internal combustion engine is detected and from this an individual value is determined individually for the individual cylinder.
  • the determined values are compared with a predetermined limit value.
  • a corresponding error message is entered and stored for the cylinder concerned in an error memory of the motor vehicle.
  • Error entry was initiated. For example, it is very easy to detect a defective injection valve in this way if the error is due to e.g. was detected when exceeding the predetermined limit value for the exhaust emission.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claims 1 and 8 method and the device are given. It is considered advantageous that the ⁇ value of the exhaust gas is determined in a homogeneous operation of the internal combustion engine. With the ⁇ value can be easily determined, for example, if the injection valve the affected cylinder works within the specified tolerances.
  • a further advantageous alternative solution is seen in that, in a combustion engine operating in stratified operation, the rough running is analyzed. To determine the uneven running, the segment time is measured on a crankshaft and evaluated accordingly. In this way it can be determined very easily whether, for example, the air supply for the affected cylinder is within the predetermined tolerance limits.
  • the fuel quantity to be injected for the cylinder concerned be corrected so that the predetermined limit value is maintained again during a subsequent injection.
  • a further aspect of the invention consists in that a visual and / or audible error message is output in the case of repeated and unsuccessful correction of the affected cylinder.
  • a visual and / or audible error message is output in the case of repeated and unsuccessful correction of the affected cylinder.
  • both the driver of the vehicle can be informed about the current fault in his internal combustion engine.
  • the specialist workshop obtains reliable information about the current error, so that it can advantageously close directly on the cause of the error and thus can easily fix the error.
  • the fuel supply to this cylinder is limited to a maximum or minimum value. This prevents that, for example, a drastic deterioration of the exhaust emissions can occur and the environment is unnecessarily burdened.
  • an exhaust gas probe (lambda probe), which is already present on the vehicle, analyzes the exhaust gas individually for each cylinder and outputs a corresponding emission value to a corresponding control device. Since today's vehicles are already equipped with an exhaust gas probe, their measurement data can also be used for the use of the invention in an advantageous manner.
  • the segment time is determined and output for each cylinder.
  • the segment time is determined in a very simple way with a tachometer.
  • this may be a Hall sensor.
  • FIG. 1 shows a block diagram with an internal combustion engine operating in homogeneous operation.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an internal combustion engine operating in stratified mode
  • FIG. 3 shows a first flow chart
  • FIG. 4 shows a second flowchart.
  • the fuel is injected into the combustion chamber of a cylinder in a gasoline engine operated with direct fuel injection in such a way that a complete mixing results.
  • This operating state is set in particular with a high load requirement.
  • the "shift operation" mode is achieved when the fuel is injected into the combustion chamber in such a way that stratification of the fuel-air mixture results.
  • the aim is that the fuel-enriched air layer is formed in the vicinity of the ignition electrode. This operation is aimed especially at low load, idle and overrun.
  • the fuel injectors in part have large manufacturing tolerances and also depend on the aging of the mechanical parts, in particular those of a piezoelectric actuator, results in the fuel-air ratio, a partially large unequal distribution over the individual cylinders.
  • different compensation methods are used, depending on the current engine operating mode. For example, in homogeneous engine operation, an equality function CILC (Cylinder Individual Lambda Control) is used. This equality function is based on measured values of an exhaust gas probe (lambda probe).
  • an internal combustion engine operating in staggered mode uses an equalization function CYBL (cylinder balancing via engine roughness).
  • CYBL cylinder balancing via engine roughness
  • the running function of the internal combustion engine is checked with the aid of this function. Deviations are learned, compensated and stored in a control unit. In the case of a large unequal distribution and no compensation by a suitable function, this would lead to a massive emission deterioration and even to a noticeable driving comfort loss.
  • the quantity of fuel to be injected is corrected in such a way that the predetermined limit value is maintained during a subsequent injection. If this is not the case, then a visual and / or audible error message. In the case of unsuccessful attempts at correction, it is to limit the fuel supply to the cylinder concerned to a maximum or minimum value.
  • Figure 1 shows a block diagram of a device according to the invention, with which a diagnosis can be carried out for the unequal distribution of the fuel-air mixture via the individual cylinders of an internal combustion engine.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1, which is formed with four cylinders 2. The internal combustion engine 1 is formed with a direct injection of the fuel.
  • the number of cylinders 2 is not essential to the invention.
  • the number of cylinders can be arbitrary and depends on the design of the internal combustion engine. 1
  • an Otto engine is preferably used, which can be operated with gasoline or gas.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an injection system in which a separate fuel injector (injection valve) is provided for each cylinder.
  • injection valve injection valve
  • the quantity of fuel to be injected can be metered individually for each cylinder 1, depending on the activation of the corresponding fuel injector.
  • the air supply to form the fuel-air mixture via an intake tract (not shown in Figure 1), which can be controlled by means of a throttle valve depending on the load requirement.
  • the individual cylinders 2 of the internal combustion engine 1 are connected on the exhaust gas side to an exhaust bank 16, so that when the exhaust valve of the individual cylinder 2 is open, the burned fuel-air mixture can be removed as exhaust gas.
  • four cylinders 2 are guided to an exhaust bank 16.
  • a catalytic converter 5 catalytic converter
  • the catalyst 5 is preferably arranged close to the engine.
  • an exhaust gas probe 3 is arranged in front of the catalytic converter 5 in the exhaust gas bank 16.
  • the exhaust gas probe 3 is arranged so that it can detect the exhaust gas flow discharged from the cylinders 2. In this case, the exhaust gas probe 3 measures the residual oxygen content in the exhaust gas and delivers a corresponding lambda value ( ⁇ value) to a program-controlled computing unit 15.
  • a program-controlled computing unit 15 has at least the following devices: a device 7 for detecting the cylinder-selective lambda deviations, a diagnostic device 8 for the diagnosis of the individual cylinder deviations and an error memory 9.
  • the lambda value determined by the exhaust gas probe 3 corresponds to the exhaust gas which is conducted into the exhaust gas bank 16 by the individual cylinders 2. For this exhaust gas flow, an average value is thus measured for the lambda value, which is usually used in the global lambda control for controlling the fuel injection.
  • this global mean value formation of the lambda value does not suffice. Rather, it is proposed according to the invention that for each cylinder 2, a lambda value or a cylinder-specific deviation from the predetermined limit value is selectively determined. This cylinder-specific deviation is then compared with a predetermined limit value. When exceeding the predetermined limit value, a defective fuel injector of the affected cylinder 2 can then be detected in a simple manner as the cause of the error.
  • determining the cylinder-selective lambda value or its deviation it is assumed that each cylinder 2 has a per se known individual deviation, which deviates more or less from the mean value.
  • the deviation of the lambda value from the mean value is thus calculated for each cylinder 2.
  • the open-loop method the previously determined deviations of the lambda value in the diagnostic device 8 are analyzed and compared with a predetermined limit value. If the limit value is exceeded, then a cylinder-specific error entry takes place in the error memory 9.
  • the previously determined deviations from the mean lambda value in the diagnostic device 8 are compensated.
  • the obtained adaptation values are then analyzed and compared with a corresponding adaptation limit value. If the predetermined adaptation limit value is exceeded, an error entry in the error memory 9 is carried out individually for each cylinder 2 if necessary.
  • the specified limit value is dependent on the current operating point of the internal combustion engine 1.
  • the filling differences are of comparable magnitude over the entire characteristic map, so that this influence can be neglected in many cases.
  • FIG 2 shows an embodiment of the invention, in which the internal combustion engine 1 operates in stratified operation.
  • the exhaust gas of an exhaust gas probe is not used.
  • a speed sensor 10 is used, which is formed for example in the form of a Hall sensor.
  • the speed sensor 10 is arranged in the region of a flywheel 4 of the internal combustion engine 1, which is mounted on a crankshaft and is driven by the crankshaft.
  • a plurality of teeth 4 a are arranged, which are scanned by the rotational speed sensor 10.
  • the speed sensor 10 thus detects a segment time measured on the rotating flywheel 4 between two adjacent teeth 4a. The segment time thus changes with the speed of the rotating flywheel 4.
  • the segment times determined by the rotational speed sensor 10 are transmitted to a device 11 of the arithmetic unit 15 in a manner similar to that described above with reference to FIG.
  • the device 11 can thus selectively calculate the runtime caused by the individual cylinders 2 over the segment time.
  • the time interval between in each case two adjacent teeth 4a of the shrink disk 4 is measured and compared with subsequent segment times. If the individual segment times vary according to the Belwellen ein the predetermined values or lie within predetermined limits, then the engine runs around and there is no rough running. If, on the other hand, deviating segment times occur, then there is a corresponding uneven running. Since the segment times are influenced by the ignition of the fuel-air mixture in the individual cylinders and the cylinders are ignited sequentially according to a predetermined scheme, a defective cylinder can be detected with the aid of a simple comparison.
  • the signal is sampled and an average for the cylinders of the engine is formed.
  • the values of the cylinders are compared with the mean value and a deviation from the mean value is recorded.
  • Disturbing effects, signal noise, etc. are masked out and the signal is decoupled.
  • the diagnosis takes place in the diagnostic device 8. Only when, after repeated measurements, it is determined that the running noise is still above the specified limit value, is a corresponding error entry made in the fault memory 9 for the cylinder concerned.
  • the determination of the uneven running is used in open or in closed loop mode. In this case, an adaptation function is created or adjusted for the rough running.
  • the further process proceeds analogously to the process indicated in FIG.
  • FIGS. 3 and 4 each show a flowchart for an exemplary embodiment according to the invention.
  • the internal combustion engine is in a homogeneous operation.
  • the program starts in position 20 and checks in position 21 if there is a homogeneous operation. If this is not the case, then in item 22 it is assumed that there is a stratified operation. This process will be explained in more detail later in FIG. If, on the other hand, homogeneous operation has been detected in item 21, then item 23 inquires whether, in the case of closed-loop control, the lambda-based control (CILC, Cylinder Individual Lambda Control) is present or whether an adap- tation with an adaptation function is to be performed. If this is the case, then in position 24 the CILC adaptation values are compared with the preset limit value. If there is an exceeding of the specified limit value for a single cylinder, a corresponding error entry takes place in position 25 for the cylinder concerned.
  • CILC Lambda-based control
  • Figure 4 shows a flow chart for another exemplary embodiment of the invention in which the engine is in the stratified engine mode.
  • the program After it has been determined in position 22 according to FIG. 3 that there is a stratified operation, the program starts in position 30 of FIG. 4 and checks in position 31 whether the smooth running based equalization function CYBL_ER control (cylinder balancing via engine roughness) is used or not whether the adaptation function is in operation in closed-loop mode. If this is the case, then it is queried in position 33 whether the CYBL_ER adaptation values have exceeded the predetermined limit value. If this is the case, then a corresponding error entry is made for the respective cylinder in position 34.
  • CYBL_ER control cylinder balancing via engine roughness
  • the program jumps to position 32 and checks whether the CYBL ER measured variables, ie whether the segment times have exceeded the specified tolerance limits , If this is the case, then in position 35 for the affected cylinder again a corresponding error entry.

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Abstract

Bei einem Verbrennungsmotor (1) besteht das Problem, dass das Kraftstoff-Luftgemisch, das in den Brennraum der Zylinder (2) eingeleitet wird, durch Fertigungstoleranzen und Alterung der Kraftstoffinjektoren wesentlich beeinflusst werden kann und dadurch eine Ungleichverteilung entsteht. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass die Ungleichverteilung je nach der Betriebsart des Verbrennungsmotors (1) (Homogenbetrieb, Schichtbetrieb) für jeden Zylinders (2) individuell ermittelt wird, wobei entweder das Abgas analysiert und daraus ein entsprechender Emissionswert bestimmt wird, oder dass ein Wert für die Laufunruhe des Verbrennungsmotors (1) für jeden Zylinder (2) individuell ermittelt wird. Diese Wert werden mit einem für den Verbrennungsmotor (1) vorgegebenen Grenzwert verglichen und bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes für den betroffenen Zylinder (2) ein Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher (9) durchgeführt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose der zylinderselektiven Ungleichverteilung eines Kraftstoff-Luftgemisches, das den Zylindern eines Verbrennungsmotors zugeführt wird
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose der Ungleichverteilung eines Kraftstoff- Luftgemisches, das den einzelnen Zylindern eines mit mehreren Zylindern ausgebildeten Verbrennungsmotors zugeführt wird, nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8.
Verschärfte gesetzliche Anforderungen fordern für künftige Fahrzeugmodelle niedrigere Emissionsgrenzwerte für das Abgas eines Kraftfahrzeugs. Es ist bereits bekannt, dass bei
Verbrennungsmotoren, die beispielsweise vier oder mehr Zylinder aufweisen, die eingespritzte Kraftstoffmenge und damit das gebildete Kraftstoff-Luft-Verhältnis zwischen den einzelnen Zylindern unterschiedlich sein kann. Das liegt im wesent- liehen darin begründet, das die verwendeten Einspritzventile, insbesondere solche, die von einem piezoelektrischen Aktor gesteuert werden, unterschiedliche Fertigungstoleranzen aufweisen und auch stärkeren Alterungseinflüssen unterliegen.
Es ist weiterhin bekannt, dass bei Otto-Motoren zur Bestimmung der Abgaszusammensetzung eine sogenannte Lambda-Sonde eingesetzt wird. Die Lambda-Sonde ist in der Regel im Abgas- rohr motornah und vor dem Katalysator eingebaut. Mit der Lambdasonde wird ein Restsauerstoffanteil im Abgas bestimmt. Je nach der Höhe des restlichen Sauerstoffanteils wird mehr oder weniger Kraftstoff in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt bzw. ein entsprechendes Steuerventil zur Rückführung des Abgases in den Brennraum gesteuert. Auf diese Weise kann lediglich ein durchschnittlicher Abgaswert für den Verbrennungsmotor eingestellt werden, nicht aber für einen einzelnen Zylinder. Ein weiteres Problem besteht auch darin, dass das Volumen einer Abgasbank auf Grund des geringen Abstandes zwischen den einzelnen Zylindern bis zum Katalysator relativ gering ist und sich somit eine kleinere Mischstrecke für das Abgas er- gibt als bei einer motorfernen Anordnung des Katalysators. Dadurch wirkt sich der Einfluss einer Ungleichheit bei der Zufuhrung des Kraftstoff-Luftgemisches zu den einzelnen Zylindern besonders stark aus.
Weiterhin ist bekannt, dass eine Kraftstoffdiagnose (FSD, Fuel System Diagnosis) auf der Basis eines von einem Lambda-Regler ermittelten Adaptionswertes durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise der Adaptionswert von jeder Abgasbank überwacht. Überschreitet der Adaptionswert eine vor- definierte Grenze über eine bestimmte Zeitdauer, so wird ein Fehler für die betroffene Abgasbank eingetragen. Aus der Fehlermeldung ist jedoch lediglich erkennbar, dass an der betroffenen Abgasbank ein Kraftstoff- bzw. ein Luftfehler vorhanden ist. Die eigentliche Ursache für die ermittelte Abwei- chung kann jedoch nicht lokalisiert werden. So wurde z.B. ein defekter Kraftstoffinjektor einen Fehlereintrag auslosen, der Injektor selbst wurde aber nicht als Fehlerquelle eindeutig detektiert werden können.
In den USA wird des weiteren für die nächsten Fahrzeuggenerationen, die auf den Markt kommen werden, gesetzlich gefordert, dass die Ungleichverteilung im Kraftstoff-Luft- Verhaltnis für jeden Zylinder individuell zu detektieren ist. Eine praktikable Losung für die zylinderselektive Ungleich- Verteilung im Kraftstoff-Luft-Verhaltnis, die für kommende Fahrzeuggenerationen angewendet werden kann, ist noch nicht bekannt geworden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbren- nungsmotor die Diagnose der Ungleichverteilung eines Kraft- stoff-Luft-Verhaltnisses im Hinblick auf die Abgasemissionen zu verbessern. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8 gelost. Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren bzw. der Vorrichtung zur Diagnose der Ungleichverteilung eines Kraftstoff-Luft- Gemisches, das den einzelnen Zylindern eines Verbrennungsmo- tors zugeführt wird, mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8 ergibt sich der Vorteil, dass die Ungleichverteilung des Kraftstoff-Luft-Gemisches für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors individuell ermittelt wird. Als besonders vorteilhaft wird daher angesehen, dass die Ermittlung der Ungleichverteilung in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsart des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Dabei wird in Abhängigkeit von der Betriebsart beispielsweise der λ-Wert des Abgases erfasst und zur Beurteilung der Ungleichverteilung verwendet.
Alternativ wird bei einer zweiten Betriebsart eine Laufunruhe des Verbrennungsmotors detektiert und daraus für den einzelnen Zylinder individuell ein entsprechender Wert ermittelt. Die ermittelten Werte werden mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes wird für den betroffenen Zylinder in einem Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Fehlermeldung eingetragen und gespeichert. Daraus ergibt sich der besondere Vorteil, dass nicht nur der fehlerhafte Zylinder festgestellt werden kann, sondern auch die eigentliche Ursache, durch die der
Fehlereintrag veranlasst wurde. Beispielsweise kann auf diese Weise sehr einfach ein defektes Einspritzventil ermittelt werden, wenn der Fehler z.B. bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes für die Abgasemission detektiert wurde.
Durch die in den abhangigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 8 angegebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung gegeben. Als vorteilhaft wird angesehen, dass bei einem homogenen Betrieb des Verbrennungsmotors der λ-Wert des Abgases bestimmt wird. Mit dem λ-Wert kann einfach festgestellt werden, ob beispielsweise das Einspritzventil des betroffenen Zylinders innerhalb der vorgegebenen Toleranzen arbeitet.
Eine weitere vorteilhafte alternative Losung wird darin gese- hen, dass bei einem im Schichtbetrieb arbeitenden Verbrennungsmotor die Laufunruhe analysiert wird. Zur Bestimmung der Laufunruhe wird die Segmentzeit an einer Kurbelwelle gemessen und entsprechend ausgewertet. Auf diese Weise kann sehr einfach festgesellt werden, ob beispielsweise die Luftzufuhrung für den betroffenen Zylinder innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen liegt.
Wurde bei den einzelnen Analysen ein Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes festgestellt, dann wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, dass die für den betroffenen Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge so korrigiert wird, dass bei einer Folgeeinspritzung der vorgegebene Grenzwert wieder eingehalten wird. Man erhalt auf diese Weise einen sehr einfachen geschlossenen Regelkreis mit einem Selbstheilungseffekt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass bei wiederholter und erfolgloser Korrektur des betroffenen Zylinders eine optische und/oder akustische Fehlermeldung ausgegeben wird. Auf diese Weise kann sowohl der Fahrer des Fahr- zeugs über den aktuellen Fehler an seinem Verbrennungsmotor informiert werden. Des weiteren erhalt die Fachwerkstatt eine zuverlässige Information über den aktuellen Fehler, so dass sie in vorteilhafter Weise direkt auf die Fehlerursache schließen und damit den Fehler leicht beheben kann.
Des weiteren ist vorgesehen, dass bei wiederholter und erfolgloser Korrektur des betroffenen Zylinders die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder auf einen Maximal oder Minimalwert begrenzt wird. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise eine drastische Verschlechterung der Abgasemissionen auftreten kann und die Umwelt in unnötiger Weise belastetet wird. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass bei einem homogenen Betrieb des Verbrennungsmotors eine ohnehin am Fahrzeug befindliche Abgassonde (Lambda-Sonde) das Abgas für jeden Zylinder individuell analysiert und einen entsprechenden Emissionswert an eine entsprechende Steuereinrichtung ausgibt. Da heutige Fahrzeuge bereits mit einer Abgassonde ausgerüstet sind, können deren Messdaten ebenfalls für die Nutzung der Erfindung in vorteilhafter Weise genutzt werden .
Bei einem Schichtbetrieb des Verbrennungsmotors wird die Segmentzeit für jeden Zylinder ermittelt und ausgegeben. Die Segmentzeit wird in sehr einfacher Weise mit einem Drehzahlmesser ermittelt. Beispielsweise kann dieses ein Hall-Sensor sein.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Verbrennungsmotor, der im homogenen Betrieb arbeitet,
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Verbrennungsmotors, der im Schichtbetrieb arbeitet,
Figur 3 zeigt ein erstes Flussdiagramm und
Figur 4 zeigt ein zweites Flussdiagramm.
Zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen werden heute bei einem Verbrennungsmotor, der mit einem Einspritzsystem ausgerüstet ist, insbesondere zwei Betriebsarten angewandt. Bei der Betriebsart , homogener Betrieb' wird bei einem mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Otto- Motor der Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders so eingespritzt, dass sich eine komplette Durchmischung ergibt. Dieser Betriebszustand wird insbesondere bei einer hohen Lastanforderung eingestellt. Die Betriebsart , Schichtbetrieb' wird dagegen erreicht, wenn der Kraftstoff so in den Brennraum eingespritzt wird, dass sich eine Schichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ergibt. Dabei wird angestrebt, dass die mit Kraftstoff angereicherte Luftschicht in der Nahe der Zundelektrode ausgebildet wird. Dieser Betrieb wird insbesondere bei geringer Last, im Leerlauf und im Schubbetrieb angestrebt.
Da die Kraftstoffinjektoren zum Teil große Fertigungstoleranzen aufweisen und darüber hinaus von der Alterung der mechanischen Teile, insbesondere die eines piezoelektrischen Aktors abhangen, ergibt sich im Kraftstoff-Luft-Verhaltnis eine teilweise große Ungleichverteilung über die einzelnen Zylin- der. Zur Kompensation werden abhangig von der aktuellen Motorbetriebsart verschiedene Kompensationsverfahren angewendet. So wird beispielsweise im homogenen Motorbetrieb eine Gleichstellungsfunktion CILC (Cylinder Individual Lambda- Control) angewandt. Diese Gleichstellungsfunktion basiert auf Messwerte einer Abgassonde (Lambda-Sonde) .
Bei einem im Schichtbetrieb arbeitenden Verbrennungsmotor wird dagegen eine Gleichstellungsfunktion CYBL (Cylinder Ba- lancing via Engine Roughness) eingesetzt. Mit Hilfe der ge- nannten Funktion wird die Laufunruhe des Verbrennungsmotors überprüft. Abweichungen werden gelernt, kompensiert und in einem Steuergerat abgespeichert. Im Falle einer großen Ungleichverteilung und Verzicht auf eine Kompensation durch eine geeignete Funktion wurde dieses zu einer massiven Emissi- onsverschlechterung und sogar zu einem spurbaren Fahrkomfortverlust fuhren.
Daher ist erfindungsgemaß vorgesehen, dass bei Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte die einzuspritzende Kraftstoff- menge so korrigiert wird, dass bei einer Folgeeinspritzung der vorgegebene Grenzwert eingehalten wird. Ist das nicht der Fall, dann erfolgt eine optische und/oder akustische Fehlermeldung. Bei erfolglosen Korrekturversuchen wird vorgeschla- gen, die Kraftstoffzufuhr zu dem betroffenen Zylinder auf einen Maximal- oder Minimalwert zu begrenzen.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit der eine Diagnose zur Ungleichverteilung des Kraftstoff-Luft-Gemisches über die einzelnen Zylinder eines Verbrennungsmotors durchgeführt werden kann. Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor 1, der mit vier Zylindern 2 ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einer Direkteinspritzung des Kraftstoffes ausgebildet.
Die Anzahl der Zylinder 2 ist nicht wesentlich für die Erfindung. Die Zylinderanzahl kann beliebig sein und richtet sich nach der Konstruktion des Verbrennungsmotors 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise ein Otto-Motor verwendet, der mit Benzin oder Gas betrieben werden kann. Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Einspritzsystem versehen, bei dem für jeden Zylinder ein separater Kraftstoffinjektor (Einspritzventil) vorgesehen ist. Dadurch kann für jeden Zy- linder 1 individuell die einzuspritzende Kraftstoffmenge je nach Ansteuerung des entsprechenden Kraftstoffinjektors dosiert werden. Die Luftzufuhr zur Bildung des Kraftstoff-Luft- Gemisches erfolgt über einen Ansaugtrakt (in Figur 1 nicht dargestellt), der mit Hilfe einer Drosselklappe je nach Last- anforderung gesteuert werden kann.
Die einzelnen Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1 sind abgas- seitig mit einer Abgasbank 16 verbunden, so dass bei geöffnetem Auslassventil der einzelnen Zylinder 2 das verbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch als Abgas abgeführt werden kann. Gemäß des Ausführungsbeispiels sind vier Zylinder 2 zu einer Abgasbank 16 geführt. In der Abgasbank 16 ist des Weiteren ein Katalysator 5 (Abgaskatalysator) angeordnet, über den das Abgas (in Figur 1 als Pfeil dargestellt) in ein nachgeschal- tetes Abgasrohr 6 geführt wird. Der Katalysator 5 ist vorzugsweise motornah angeordnet. Wie der Figur 1 weiter entnehmbar ist, ist des weiteren in der Abgasbank 16 vor dem Katalysator 5 eine Abgassonde 3 angeordnet. Die Abgassonde 3 ist so angeordnet, dass sie den von den Zylindern 2 ausgestoßenen Abgasstrom erfassen kann. Dabei misst die Abgassonde 3 den im Abgas befindlichen Rest- Sauerstoffanteil und liefert einen entsprechenden Lambda- Wert (λ-Wert) an eine programmgesteuerte Recheneinheit 15.
Eine programmgesteuerte Recheneinheit 15 weist wenigstens folgende Einrichtungen auf: eine Einrichtung 7 zur Erfassung der zylinderselektiven Lambda-Abweichungen, eine Diagnose- Einrichtung 8 für die Diagnose der einzelnen Zylinderabweichungen und einen Fehlerspeicher 9.
Anhand der Figur 1 wird nachfolgend das erfindungsgemaße Verfahren beschrieben, mit dem für jeden Zylinder 2 selektiv eine aktuellere Lambda-Abweichung diagnostiziert werden kann, wenn sich der Verbrennungsmotor 1 im homogenen Betrieb befindet.
Bekannt ist bereits, dass der von der Abgassonde 3 ermittelte Lambda-Wert dem Abgas entspricht, das von den einzelnen Zylindern 2 in die Abgasbank 16 geleitet wird. Für diesen Abgasstrom wird somit für den Lambda-Wert ein Mittelwert gemes- sen, der bei der globalen Lambda-Regelung üblicherweise zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung verwendet wird.
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren genügt jedoch diese globale Mittelwertbildung des Lambda-Wertes nicht. Vielmehr wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, dass für jeden Zylinder 2 selektiv ein Lambda-Wert beziehungsweise eine zylinderindividuelle Abweichung zum vorgegebenen Grenzwert ermittelt wird. Diese zylinderindividuelle Abweichung wird dann mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Bei Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes kann dann auf einfache Weise ein defekter Kraftstoffinj ektor des betroffenen Zylinders 2 als Fehlerursache detektiert werden. Bei der Ermittlung des zylinderselektiven Lambda-Wertes beziehungsweise seiner Abweichung wird davon ausgegangen, dass jeder Zylinder 2 eine per se bekannte individuelle Abweichung aufweist, die vom Mittelwert mehr oder weniger stark ab- weicht. Mit Hilfe eines Algorithmus (Modells) wird somit für jeden Zylinder 2 die Abweichung des Lambda-Wertes vom Mittelwert berechnet. Man unterscheidet die beiden folgenden Adap- tierungsverfahren . Beim Open-Loop-Verfahren werden die zuvor ermittelten Abweichungen des Lambda-Wertes in der Diagnose- einrichtung 8 analysiert und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert überschritten, dann erfolgt ein zylinderindividueller Fehlereintrag im Fehlerspeicher 9.
Bei einer Closed-Loop-Regelung werden die zuvor ermittelten Abweichungen vom Lambda-Mittelwert in der Diagnoseeinrichtung 8 kompensiert. Die erhaltenen Adaptionswerte werden dann analysiert und mit einem entsprechenden Adaptions-Grenzwert verglichen. Bei Überschreiten des vorgegebenen Adaptions- Grenzwertes wird individuell für jeden Zylinder 2 gegebenen- falls ein Fehlereintrag in dem Fehlerspeicher 9 ausgeführt.
Der vorgegebene Grenzwert ist allerdings abhangig vom aktuellen Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors 1. Die Fullungsunter- schiede liegen jedoch über das ganze Kennfeld in vergleichbarer Größenordnung, so dass dieser Einfluss in vielen Fallen vernachlässigt werden kann.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass bei der Messung des Lambda-Wertes und bei der Ermittlung der Abweichungen bzw. der Adaptions-Werte mögliche Storeinflusse durch Storef- fekte, Signalrauschen usw. entstehen können. Daher wird das
Signal zeitlich entprellt und geprüft, ob die Werte nach einer applizierbaren Zeit, beispielsweise nach ca. 30 Sekunden immer noch fehlerhaft sind. Erst dann erfolgt ein Fehlereintrag im Fehlerspeicher 9.
Es ist bekannt, dass Hersteller von piezoelektrischen Kraftstoffinjektoren eine herstellungsbedingte Streuung dieser Kraftstoffinj ektoren angeben. Diese herstellerbedingte Streuung kann bei der Vorgabe des Grenzwertes berücksichtigt werden, so dass erst dann ein Fehlereintrag erfolgt, wenn die vorgegebene Grenze oder ein entsprechender Adaptions-Wert ü- berschritten wird.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Verbrennungsmotor 1 im Schichtbetrieb arbeitet. In diesem Fall wird nicht das Abgas einer Abgassonde verwendet. Vielmehr wird ein Drehzahlsensor 10 verwendet, der beispielsweise in Form eines Hall-Sensors ausgebildet ist. Der Drehzahlsensor 10 ist im Bereich eines Schwungrades 4 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet, die auf einer Kurbelwelle aufgebracht ist und von der Kurbelwelle angetrieben wird. Am Umfang des Schwungrades 4 ist eine Vielzahl von Zähnen 4a angeordnet, die von dem Drehzahlsensor 10 abgetastet werden. Der Drehzahlsensor 10 erfasst auf diese Weise eine Segmentzeit, die an dem sich drehenden Schwungrad 4 zwischen zwei benachbarten Zähnen 4a gemessen wird. Die Segmentzeit ändert sich somit mit der Geschwindigkeit des sich drehenden Schwungrades 4.
Besteht eine Ungleichverteilung des zugeführten Kraftstoff- Luftverhältnisses für die einzelnen Zylinder 2 des Verbrennungsmotors 1, dann bewirkt die Ungleichverteilung auch unterschiedliche Segmentzeiten. Die Folge ist ein unruhiger Lauf des Verbrennungsmotors 1, der sich durch Vibrationen und/oder gegebenenfalls durch Schütteln bemerkbar macht. Diese Laufunruhe wird somit auf sehr einfache Weise mit Hilfe des Drehzahlsensors 10 erfasst, wenn sich der Motor im Schichtbetrieb befindet.
Die vom Drehzahlsensor 10 ermittelten Segmentzeiten werden ähnlich wie zuvor zu Figur 1 beschrieben an eine Einrichtung 11 der Recheneinheit 15 übertragen. Die Einrichtung 11 kann somit die durch die einzelnen Zylinder 2 verursachte Laufun- ruhe über die Segmentzeit selektiv berechnen. Dabei wird die Zeitspanne zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen 4a der Schwundscheibe 4 gemessen und mit nachfolgenden Segmentzeiten verglichen. Wenn die einzelnen Segmentzeiten je nach der Kur- belwellenstellung den vorgegebenen Werten entsprechen beziehungsweise innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen, dann läuft der Motor rund und es liegt keine Laufunruhe vor. Treten dagegen abweichende Segmentzeiten auf, dann liegt eine entsprechende Laufunruhe vor. Da die Segmentzeiten durch die Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches in den einzelnen Zylindern beeinflusst werden und die Zylinder nach einem vorgegebenen Schema nacheinander gezündet werden, kann mit Hilfe eines einfachen Vergleichs ein defekter Zylinder detektiert werden.
Beispielsweise wird nach jedem Segment das Signal abgetastet und es wird ein Mittelwert für die Zylinder des Motors gebildet. Die Werte der Zylinder werden mit dem Mittelwert vergli- chen und es wird eine Abweichung vom Mittelwert erfasst.
Störeffekte, Signalrauschen usw. werden ausgeblendet und das Signal entprellt. Die Diagnose erfolgt in der Diagnoseeinrichtung 8. Erst dann, wenn nach wiederholten Messungen festgestellt wird, dass die Laufunruhe weiterhin über dem vorge- gebenen Grenzwert liegt, erfolgt für den betroffenen Zylinder ein entsprechender Fehlereintrag im Fehlerspeicher 9.
Die Bestimmung der Laufunruhe wird im Open- oder im Closed- Loop-Modus angewendet. In diesem Fall wird für die Laufunruhe eine Adaptionsfunktion erstellt bzw. angepasst. Das weitere Verfahren läuft analog zu dem in Figur 1 angegebenen Verfahren ab.
Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils ein Flussdiagramm für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Bei dem Flussdiagramm der Figur 3 befindet sich der Verbrennungsmotor in einem homogenen Betrieb. Das Programm startet in Position 20 und prüft in Position 21, ob ein homogener Betrieb vorliegt. Ist dies nicht der Fall, dann wird in Position 22 davon ausgegan- gen, dass ein geschichteter Betrieb vorliegt. Dieser Ablauf wird später in Figur 4 näher erläutert. Wurde dagegen in Position 21 ein homogener Betrieb festgestellt, dann wird in Position 23 abgefragt, ob im Falle einer Closed-Loop-Regelung die Lambda-basierte Regelung (CILC, Cy- linder individual Lambda Control) vorliegt bzw. ob eine Adap- tierung mit einer Adaptionsfunktion durchzufuhren ist. Ist das der Fall, dann werden in Position 24 die CILC- Adaptionswerte mit dem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Liegt bei einem einzelnen Zylinder eine Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes vor, dann erfolgt in Position 25 für den betroffenen Zylinder ein entsprechender Fehlereintrag.
Wurde dagegen in Position 23 keine Closed-Loop-Regelung festgestellt, sondern eine Open-Loop-Regelung, dann springt das Programm auf Position 26 und prüft, ob die CILC-
Beobachtungsgroßen bzw. die von der Abgassonde gemessenen Lambda-Werte den vorgegebenen Grenzwert überschritten haben. Ist das der Fall, dann erfolgt in Position 27 für den betroffenen Zylinder ein entsprechender Fehlereintrag. Im anderen Fall springt das Programm auf Position 20 zurück, so dass ein neuer Programmstart gestartet wird.
Bild 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein weiteres erfindungsge- maßes Ausfuhrungsbeispiel, bei dem sich der Motor im ge- schichteten Motorbetrieb befindet. Nachdem in Position 22 entsprechend der Figur 3 festgestellt wurde, dass ein geschichteter Betrieb vorliegt, startet das Programm in Position 30 der Figur 4 und überprüft in Position 31, ob die Laufunruhe basierte Gleichstellungsfunktion CYBL_ER-Regelung (Cylinder Balancing via Engine Roughness) angewandt wird bzw. ob im Closed-Loop-Verfahren die Adaptionsfunktion in Betrieb ist. Ist das der Fall, dann wird in Position 33 abgefragt, ob die CYBL_ER-Adaptionswerte den vorgegebenen Grenzwert überschritten haben. Wenn dies der Fall ist, dann erfolgt für den betreffenden Zylinder in Position 34 ein entsprechender Fehlereintrag. Wurde dagegen in Position 31 festgestellt, dass keine Closed- Loop-Regelung bzw. keine Adaptionsfunktion in Betrieb ist, dann springt das Programm auf Position 32 und prüft, ob die CYBL ER-Messgrößen, d.h. ob die Segmentzeiten die vorgegebe- nen Toleranzgrenzwerte überschritten haben. Ist das der Fall, dann erfolgt in Position 35 für den betroffenen Zylinder wieder ein entsprechender Fehlereintrag.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Zylinder individuellen Speicherung des Fehlereintrags nicht nur der betroffene Zylinder, sondern auch Betriebsarten und Regelungen des Verbrennungsmotors wie open-loop, closed- loop, CILC, CYBL_ER und die zugeordneten Messwerte beziehungsweise Adaptionswerte gespeichert werden. Dadurch kann zum Beispiel in der Fachwerkstatt sehr leicht auf die tatsächliche Fehlerursache und den Fehlerort geschlossen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose der Ungleichverteilung eines Kraftstoff-Luftgemisches, das den einzelnen Zylindern (2) eines mit mehreren Zylindern (2) ausgebildeten Verbrennungsmotors (1) zugeführt wird, wobei die Luft über eine Drosselklappe und der Kraftstoff für jeden Zylinder (2) über ein Einspritzventil zugeführt wird, und wobei nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches ein Lambda- Wert des entstandenen Abgases erfasst wird, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ungleichverteilung je nach der Betriebsart des Verbrennungsmotors (1) für jeden Zylinder (2) individuell ermittelt wird,
- wobei der Lambda-Wert für jeden Zylinder (2) bestimmt wird,
- und/oder dass ein Wert für eine Laufunruhe des Verbrennungsmotors (1) ermittelt wird, - dass die für die einzelnen Zylinder (2) individuell ermittelten Werte mit einem für den Verbrennungsmotor (1) vorgegebenen Grenzwert verglichen werden und
- dass bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes für den betroffenen Zylinder (2) ein Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher (9) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im homogenen Betrieb arbeitenden Verbrennungsmotor (1) ein Lambda-Wert ermittelt und ausgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im Schichtbetrieb arbeitenden Verbrennungsmotor
(1) die Laufunruhe des Verbrennungsmotors (1) analysiert und ein entsprechender Wert ausgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufunruhe durch Messung einer Segmentzeit an einer Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (1) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes die für den betroffenen Zylinder (2) einzuspritzende Kraftstoffmenge so korrigiert wird, das bei einer Folgeeinspritzung der vorgegebene Grenzwert eingehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei wiederholter, erfolgloser Korrektur des betroffenen Zylinders (2) eine optische und/oder akustische Fehlermeldung ausgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei erfolgloser Korrektur des betroffenen Zylinders (2) die Kraftstoffzufuhr zu dem betroffenen Zylinder (2) auf einen Maximal- oder Minimalwert be- grenzt wird.
8. Vorrichtung zur Diagnose der Ungleichverteilung eines Kraftstoff-Luftgemisches bei einem Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Dros- seiklappe, die in einem Ansaugtrakt angeordnet ist, mit einem steuerbaren Einspritzventil, mit einer Abgassonde (3), die an einer Abgasbank (16) angeordnet ist, mit einem Sensor (10) zur Erfassung einer Laufunruhe des Verbrennungsmotors (1), mit einem Fehlerspeicher (9) und mit einer Programm gesteuerten Recheneinheit (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (15) einen Algorithmus aufweist, mit dem die Ungleichverteilung des Kraftstoff-Luftgemisches in Abhängigkeit von der Betriebsart für jeden Zylinders (2) individuell ermittelt wird und
- dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes (G) ein Fehlereintrag in dem Fehlerspeicher (9) erfolgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgassonde (3) ausgebildet ist, bei homogenem Betrieb des Verbrennungsmotors (1) einen Lambda-Wert des Abgases zu erfassen und auszugeben.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) einen Drehzahlsensor (10) für die Kurbelwelle aufweist und dass der Drehzahlsensor (10) ausgebildet ist, bei Schichtbetrieb des Verbrennungsmo- tors (1) die Segmentzeit zu erfassen und einen entsprechenden Wert auszugeben.
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