DE10063457A1

DE10063457A1 - Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern

Info

Publication number: DE10063457A1
Application number: DE2000163457
Authority: DE
Inventors: Werner Hess; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-06-27

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern vorgeschlagen, das bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, die mit einem Starter-Generator zusammenarbeitet, der zur Dämpfung der Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle eingesetzt wird. Diese Dämpfung wird erhalten, indem der Starter-Generator so geregelt wird, daß er bei großem, von der Brennkraftmaschine geliefertem Drehmoment generatorisch arbeitet und ein bremsendes Moment auf die Kurbelwelle ausübt und bei kleinem Drehmomentangebot motorisch arbeitet und der Kurbelwelle ein antreibendes Drehmoment zuführt. Die dabei auftretende alternierende Blindleistung wird mit vorgebbaren Werten verglichen und bei einer signifikanten Abweichung wird auf einen Verbrennungsaussetzer erkannt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern, insbesonders zur Erkennung ausbleibender Verbrennungen in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine und umfaßt die Merkmale des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Beim Betrieb einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine kann es immer wieder vorkommen, daß Verbrennungsaussetzer in wenigstens einem der Zylinder auftreten. Diese Verbrennungsaussetzer können beispielsweise durch fehlende Zündung oder fehlende Einspritzung und so weiter verursacht werden. Da Verbrennungsaussetzer zu einem Anstieg der emittierten Schadstoffe führen können und darüber hinaus zu einer Schädigung des Katalysators im Abgastrakt der Brennkraftmaschine führen können, ist es erforderlich, Verbrennungsaussetzer sicher und zuverlässig zu erkennen.

Eine Möglichkeit, einen Verbrennungsaussetzer zu erkennen besteht darin, Drehzahlschwankungen auszuwerten. Da bei einem Verbrennungsaussetzer ein kurzzeitiger Drehzahleinbruch auftritt, ergibt die Auswertung von Drehzahlschwankungen ein Kriterium, einen Verbrennungsaussetzer zu erkennen. Ein Drehzahlerfassungsverfahren, einschließlich einer zugehörigen Verbrennungsaussetzererkennung, wird beispielsweise in der DE 195 22 448 A1 beschrieben. Bei diesem Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen wird ein Maß für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine zylinderindividuell gebildet und mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen. Das Maß für die Laufunruhe wird dabei auf der Basis von Zeiten gebildet, in denen die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorbestimmte Winkelbereiche überstreicht. Eine Überschreitung des Schwellwertes für die Laufunruhe wird als Aussetzer gewertet. Wesentlich ist dabei, daß die Laufunruhe ein Maß für Drehzahlschwankungen ist.

In zukünftigen Kraftfahrzeugen wird der Generator durch einen speziellen Starter-Generator ersetzt, der beispielsweise direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs verbunden ist. Bei einer bestimmten Regelung des Starter-Generators kann der Starter- Generator die Funktion eines Schwingungstilgers und eines Schwungrades, beispielsweise eines Zweimassenschwungrades, übernehmen. Bei einem Drehzahlüberschwinger, wenn im Verbrennungstakt zuviel Drehmoment an der Kurbelwelle entsteht, wird die Kurbelwelle abgebremst, indem der Starter-Generator entsprechend geregelt wird. Dabei wird jeweils dann, wenn zuviel Drehmoment in Folge von Verbrennungen im Zylinder erzeugt wird, die Erregung des Starter-Generators erhöht, umgekehrt wird zu Zeiten, zu denen keine Verbrennung auftritt, die Erregung des Starter- Generators verringert und so dessen bremsender Einfluß auf die Kurbelwelle vermindert. Mit einer derartigen Regelung des Starter-Generators läßt sich also eine Dämpfung von Drehmoment- bzw. Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine erzielen. Die beim elektrischen Bremsen mit dem Starter- Generator entstehende überschüssige elektrische Energie wird in einem Kondensator zwischengespeichert. Beim nächsten Drehmomentminimum, beispielsweise im Verdichtungstakt, wird diese im Kondensator gespeicherte Energie dazu benutzt, die Kurbelwelle wieder zu beschleunigen. Dazu wird der Starter- Generator dann als Motor betrieben, der ein elektrisches Moment auf die Kurbelwelle bringt. Somit wird zwischen der Kurbelwelle und dem Zwischenkondensator mittels einer entsprechenden Regelung Leistung ausgetauscht. Dieses Prinzip entspricht einer aktiven Dämpfung nach dem Prinzip der alternierenden Blindleistung. Bei Fahrzeugen, die eine Dämpfungsfunktion mit Hilfe eines Starter-Generators aufweisen, kann das aus der DE 196 22 448 bekannte Aussetzererkennungsverfahren über eine Auswertung der Laufunruhe nicht mehr eingesetzt werden, da aufgrund des fehlenden Drehzahleinbruchs die Laufunruhe bei auftretender Fehlzündung, bzw. bei einem Verbrennungsaussetzer, nicht mehr auftritt.

Vorteile der Erfindung

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine zuverlässige Erkennung von Verbrennungsaussetzern auch bei Fahrzeugen, die einen Starter-Generator, insbesonders einen integrierten Starter-Generator mit Dämpfungsfunktion zur Verringerung der Laufunruhe, aufweisen, durchgeführt werden kann. Erzielt wird dieser Vorteil durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Verfahren besteht in seinem Kern darin, durch Messung der alternierenden Blindleistung des Starter-Generators mit Dämpfungsfunktion auf einen eigentlich kompensierten Drehzahleinbruch und somit auf einen Verbrennungsaussetzer zu schließen. Dazu wird erkannt, ob dem Starter-Generator zu Zeiten, zu denen ohne Verbrennungsausetzer keine elektrische Leistung zugeführt werden müßte doch relektrische Leistung zugeführt werden muß, um die Drehzahl konstant zu halten. Ist dies der Fall, wird auf einen Verbrennungsaussetzter geschlossen.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch ein Fahrzeug mit einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbaren Starter-Generator, der mit Hilfe eines speziellen Regelverfahrens zur Drehmomentkompensation eingesetzt wird. In Fig. 2 ist das Prinzip der alternierenden Blindleistung dargestellt.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine Steuervorrichtung 11a für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine 10 mit den Zylindern 10a, 10b, . . . dargestellt. Die Steuervorrichtung 11a umfaßt ein elektronisches Steuergerät 11, welches aus wenigstens einem Mikrocomputer 12 einschließlich zugehöriger Speicher und Rechenmittel, einer Eingabeeinheit 13 und einer Ausgabeeinheit 14 besteht. Die Eingabeeinheit 13, die Ausgabeeinheit 14 und der Mikrocomputer 12 sind über einen Kommunikationsbus 15 zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander verknüpft. Zur Eingabeeinheit 13 führen die Eingangsleitungen 16 und 17 sowie gegebenenfalls weitere nicht dargestellte Eingangsleitungen. Über diese Leitungen 16, 17 werden der Eingabeeiheit 13 Signale von Meßeinrichtungen 18 und 19 zugeführt. Die Meßeinrichtung 18 ist dabei eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die Meßeinrichtung 19 symbolisiert eine Vielzahl weiterer Meßeinrichtungen, die für die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine benötigt werden. Beispiele für die Meßeinrichtung 19 sind, je nach Ausführungsbeispiel, Luftmassen-, Luftmengenmesser oder Drucksensoren zur Erfassung des Saugrohr- oder des Brennraumdrucks, Temperatursensoren zur Erfassung der Motortemperatur oder der Kühltemperatur oder der Außentemperatur, Fahrgeschwindigkeitsmeßeinrichtungen, Meßeinrichtungen zur Klopferkennung und so weiter. Über eine Eigangsleitung 20 wird der Eingabeeinheit 13 noch das von einer Meßeinrichtung 21 ermittelte Drehmoment auf die Kurbelwelle 22 zugeführt.

Aus den zugeführten Meßsignalen berechnet der Mikrocomputer 12 des elektronischen Steuergerätes 11 die für die Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine erforderlichen Ansteuersignale. Diese Ansteuersignale werden über die Ausgabeeinheit 14 sowie mit dieser in Verbindung stehende Ausgangsleitungen 23, 24, 25, 26 und 27 abgegeben, beispielsweise an Einspritz- oder Zündungsendstufen. Ein weiteres Ausgangssignal wird der Drosselklappe der Brennkraftmaschine zugeführt und stellt durch Einstellung der Drosselklape die Luftzufuhr für die Brennkraftmaschine ein.

Die Brennkraftmaschine 10 treibt über die Kurbelwelle 22 sowie gegebenenfalls ein Getriebe 30 eine elektrische Maschine 31 an, die die im Fahrzeug benötigte elektrische Energie erzeugt. Die elektrische Maschine 31 ist vorzugsweise als Starter-Generator ausgebildet und übernimmt beim Start der Brennkraftmaschine den Antrieb der Kurbelwelle bis zur Erreichung der Startdrehzahl. Zum Starter-Generator gehört eine übliche Wechselrichterbrücke 32, beispielsweise eine Pulswechselrichterbrücke über die der Starter-Generator mit der Fahrzeugbatterie 33 in Verbindung steht. Zusätzlich ist ein Zwischenkreiskondensator 34 vorhanden, der elektrische Leistung zwischenspeichert.

Die Regelung des Starter-Generators erfolgt mit Hilfe einer eigenen Regeleinrichtung 35, die gegebenenfalls auch mit dem elektronischen Steuergerät 11 in Verbindung steht. Die Regeleinrichtung 35 umfaßt dabei üblicherweise eine Leistungsstufe sowie eine Steuerstufe mit eigenem Mikroprozessor zur Beeinflussung des Stromes, z. B. des Erregerstromes des Starter-Generators und zur Ansteuerung der Wechselrichterbrücke. Die Regeleinrichtung 35 soll dabei einerseits den Starter-Generator so regeln, dass seine Ausgangsspannung im generatorischen Betrieb vorgebbare Werte einnimmt und andererseits im motorischen Betrieb das erforderliche Zusatzdrehmoment an die Kurbelwelle abgibt. Regelung des Starter-Generators 31 kann aber grundsätzlich auch vom elektronischen Steuergerät selbst ohne Regeleinrichtung 35 durchgeführt werden. Zur Messung der elektrischen Blindleistung ist ein Sensor 36 vorgesehen, der zwischen dem Werchselrichter und dem Zwischenkreiskondensator 34 angeordnet ist.

In jedem Fall erfolgt die Regelung des Starter-Generators 31 so, daß im Generatorbetrieb die geregelte Ausgangsspannung im wesentlichen konstant ist. Gleichzeitig wird durch geeignete Regelung des Erregerstroms des Starter-Generators 31 ein beschleunigendes und/oder bremsendes Drehmoment erzeugt, das auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 wirkt und dieser bei zu geringem Drehmoment ein zusätzliches Moment zuführt und bei zu hohem Drehmoment eine Momentenverringerung bewirkt. Bei einer solchen Regelung wird die Blindleistung mittels eines schnellen Reglers, der Bestandteil des Steuergerätes 12 oder der Regeleinrichtung 35 sein kann, quasi zündungssynchron eingestellt. Die Stellgröße entspricht dabei der zu kompensierenden Drehmomentenänderung.

Das zusätzlich benötigte Drehmoment M bzw. die alternierende Blindleistung B ist für den Normalfall, also ohne Verbrennungsaussetzer in Fig. 2 über dem Kurbelwellenwinkel KW aufgetragen. Die schraffierten Bereiche entsprechen positiven oder negativen elektrischen Leistungen. Bei generatorischem Betrieb des Starter-Generators bei zu großem Momentenangebot wird elektrische Leistung erzeugt, die im Zwischenkreiskondensator 34 gespeichert wird und bei motorischem Betrieb bei zu kleinem Drehmomentangebot dem Starter-Generator wieder zugeführt wird. Durch Messung der alternierenden Blindleistung kann ein Verbrennungsaussetzer erkannt werden, wenn ein an sich auftretender Drehzahleinbruch aufgrund der Kompensationsmaßnahmen nicht auftritt, jedoch zu einer Veränderung der elektrischen Blindleistung führt. Weicht die gemessene elektrische Blindleistung bzw. der Verlauf der gemessenen elektrischen Blindleistung in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel in vorgebbarer Weise von der erwarteten elektrischen Blindleistung bzw. vom erwarteten Verlauf der elektrischen Blindleistung ab wird ein Verbrennungsaussetzer erkannt und das Steuergerät leitet die dann erforderlichen Maßnahmen ein.

Durch Messung der alternierenden Blindleistung, kann prinzipiell auch auf das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment geschlossen werden, und es kann somit zusätzlich zur Aussetzererkennung auch eine kontinuierliche Drehmomentenmessung erfolgen. Die Erkennung von Verbrennungsaussetzern entspräche in diesem Fall der Erkennung eines starken Momenteneinbruchs. Prinzipiell können sowohl Drehmoment als auch Verbrennungsaussetzer unabhängig voneinander ermittelt werden.

Im normalen Betrieb wird durch das vorstehend beschriebene System und die Verknüpfung von Starter-Generator und Brennkraftmaschine eine aktive Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle erzielt. Nach einem erkannten Verbrennungsaussetzer kann in einer erweiterten Ausführungsform die aktive Dämpfung durch den Starter- Generator ausgeschaltet werden. Dazu wird die Regelung des Starter-Generators so verändert, dass die alternierende Drehmomentkompensation nicht mehr stattfindet. Damit werden die Drehzahlschwankungen bei auftretenden Verbrennungsaussetzern größer und es besteht die Möglichkeit, durch Auswertung der Drehzahlschwankungen die Aussetzererkennung zu bestätigen bzw. abzusichern. Die Auswertung der Drehzahlschwankungen läuft im Steuergerät ab, beispielsweise über die bereits bekannte Laufunruheauswertung, bei der ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird, wenn die Laufunruhe einen Schwellwert überschreitet.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern bei Fahrzeugen, die von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden, die wenigstens eine Kurbelwelle aufweist, die mit einem Starter-Generator in Verbindung steht und der Starter-Generator so geregelt wird, daß das von ihm bewirkte, auf die Kurbelwelle wirkende Moment zur aktiven Dämpfung von Schwingungen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Regelung auftretende alternierende Blindleistung mit vorgebbaren Werten verglichen wird und bei einer signifikanten Abweichung auf einen Verbrennungsaussetzer erkannt wird.

2. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Messung der alternierenden Blindleistung ein kompensierter Drehzahleinbruch erkannt wird und damit auf einen Verbrennungsaussetzer geschlossen wird.

3. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierende Blindleistung in einem Zwischenkreiskondensator zwischengespeichert wird und mittels einer Meßeinrichtung bestimmt wird.

4. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Aussetzererkennung eine kontinuierliche Messung des von der Brennkraftmaschine auf die Kurbelwelle ausgeübten Drehmomente durchgeführt wird.

5. Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem erkannten Verbrennungsaussetzer die aktive Dämpfung des Starter- Generators ausgeschaltet wird um die Aussetzererkennung durch Auswertung von Drehzahlschwankungen zu bestätigen bzw. abzusichern.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (35) vorhanden ist, die mit dem Steuergerät (12) und dem Starter-Generator sowie einer Wechselrichterbrücke (32) in Verbindung steht, die ihrerseits über einen Zwischenkreiskondensator (34) mit der Batterie (33) verbunden ist und weiterhin eine Meßeinrichtung, insbesondere ein Sensor (36) vorhanden ist, die die Blindleistung des Starter-Generators mißt.