DE10063457A1 - Detecting combustion misfires involves comparing reactive power occurring during damping regulation of starter-generator with predefinable values to detect significant differences - Google Patents
Detecting combustion misfires involves comparing reactive power occurring during damping regulation of starter-generator with predefinable values to detect significant differencesInfo
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Abstract
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.The invention is based on a method for the detection of Misfires, especially for detection lack of burns in a cylinder one Internal combustion engine and comprises the features of claim 1.
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.When operating a multi-cylinder internal combustion engine it happens again and again that misfires in at least one of the cylinders occur. This Misfires can occur, for example, due to missing Ignition or missing injection and so on caused become. Because misfires lead to an increase in emitted pollutants can lead and beyond damage to the catalyst in the exhaust tract Internal combustion engine, it is necessary Detect misfires safely and reliably.
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.One way to detect a misfire consists in evaluating speed fluctuations. There with a short-term combustion misfire Speed drop occurs, the evaluation of Speed fluctuations one criterion, one Detect misfires. On Speed detection method, including one associated misfire detection described for example in DE 195 22 448 A1. at this method for the detection of misfires in multi-cylinder internal combustion engines is a measure of the Uneven running of the internal combustion engine for each cylinder formed and with a predetermined reference value compared. The measure for the uneven running is on the Base formed from times when the crankshaft of the Internal combustion engine sweeps over predetermined angle ranges. Exceeding the threshold for uneven running is considered a dropout. It is essential that the Uneven running is a measure of speed fluctuations.
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.In future motor vehicles, the generator will run through replaced a special starter generator that for example directly with the crankshaft Internal combustion engine of the vehicle is connected. At a certain regulation of the starter generator, the starter Generator the function of a vibration absorber and one Flywheel, for example a dual mass flywheel, take. With a speed overshoot if in Combustion cycle too much torque on the crankshaft arises, the crankshaft is braked by the Starter generator is regulated accordingly. Doing so each time too much torque in a row from Burns generated in the cylinder, the excitation of the Starter generator increases, conversely at times, too who do not experience combustion, excitation of the starter Generator is reduced and so its braking influence the crankshaft is reduced. With such a scheme the starter generator can be damped by Torque or speed fluctuations of the internal combustion engine achieve. The electric braking with the starter Excess electrical energy is generated cached in a capacitor. At the next Torque minimum, for example in the compression stroke uses this energy stored in the capacitor to Accelerate crankshaft again. The starter Generator then operated as a motor using an electrical Moment on the crankshaft. Thus, between the Crankshaft and the intermediate capacitor by means of a corresponding control power exchanged. This The principle corresponds to an active damping according to the principle the alternating reactive power. For vehicles that have a Damping function with the help of a starter generator can have that known from DE 196 22 448 Misfire detection process via an evaluation of the Uneven running can no longer be used because of the missing speed drop the uneven running when occurring Misfire, or in the event of a misfire, not more occurs.
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.The advantages of the invention are that a Reliable detection of misfires even with Vehicles that have a starter generator, especially one integrated starter generator with damping function Reduce uneven running, have to be performed can. This advantage is achieved through a Method according to the invention for the detection of Misfires with the features of claim 1. The essence of this method is through measurement the alternating reactive power of the starter generator Damping function on an actually compensated Drop in speed and thus to a misfire close. For this purpose, it is recognized whether the starter generator is too Times when there is no electrical misfire without combustion Power would have to be supplied after all, dielectric power must be supplied in order to keep the speed constant. If this is the case, there is a combustion misfire closed.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.Further advantages of the invention are shown in the Measures specified in subclaims achieved.
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.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. In particular, FIG. 1 shows schematically a vehicle with a drivable by the crankshaft of the engine starter-generator, which is used by means of a special control procedure for the torque compensation. In FIG. 2, the principle of alternating reactive power is shown.
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.In Fig. 1 is a control device 11 a for a multi-cylinder internal combustion engine 10 with the cylinders 10 a, 10 b,. , , shown. The control device 11 a comprises an electronic control unit 11 , which consists of at least one microcomputer 12 including associated memory and computing means, an input unit 13 and an output unit 14 . The input unit 13 , the output unit 14 and the microcomputer 12 are linked to one another via a communication bus 15 for mutual data exchange. The input lines 16 and 17 and possibly further input lines, not shown, lead to the input unit 13 . Via these lines 16 , 17 , the input unit 13 is supplied with signals from measuring devices 18 and 19 . The measuring device 18 is a measuring device for detecting the speed of the crankshaft of the internal combustion engine. The measuring device 19 symbolizes a large number of further measuring devices which are required for the control and / or regulation of the internal combustion engine. Examples of the measuring device 19 are, depending on the embodiment, air mass, air flow meter or pressure sensors for detecting the intake manifold or combustion chamber pressure, temperature sensors for detecting the engine temperature or the cooling temperature or the outside temperature, vehicle speed measuring devices, measuring devices for knock detection and so on. The torque determined by a measuring device 21 is fed to the crankshaft 22 via an input line 20 to the input unit 13 .
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.The microcomputer 12 of the electronic control unit 11 calculates the control signals required for the control and / or regulation of the internal combustion engine from the supplied measurement signals. These control signals are emitted via the output unit 14 and output lines 23 , 24 , 25 , 26 and 27 connected to it , for example at injection or ignition output stages. Another output signal is fed to the throttle valve of the internal combustion engine and adjusts the air supply for the internal combustion engine by adjusting the throttle valve.
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.The internal combustion engine 10 drives an electrical machine 31 via the crankshaft 22 and, if appropriate, a transmission 30 , which generates the electrical energy required in the vehicle. The electric machine 31 is preferably designed as a starter generator and takes over the drive of the crankshaft when the internal combustion engine is started until the starting speed is reached. The starter generator includes a conventional inverter bridge 32 , for example a pulse inverter bridge, via which the starter generator is connected to the vehicle battery 33 . In addition, an intermediate circuit capacitor 34 is provided, which temporarily stores electrical power.
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.The starter generator is controlled with the aid of its own control device 35 , which may also be connected to the electronic control unit 11 . The control device 35 usually comprises a power stage and a control stage with its own microprocessor for influencing the current, for. B. the excitation current of the starter generator and for controlling the inverter bridge. The control device 35 is intended on the one hand to regulate the starter-generator so that its output voltage assumes predeterminable values in generator operation and on the other hand delivers the required additional torque to the crankshaft in motor operation. Regulation of the starter generator 31 can in principle also be carried out by the electronic control unit itself without a control device 35 . To measure the electrical reactive power, a sensor 36 is provided, which is arranged between the inverter and the intermediate circuit capacitor 34 .
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.In any case, the starter-generator 31 is controlled in such a way that the regulated output voltage is essentially constant in generator operation. At the same time, a suitable regulation of the excitation current of the starter-generator 31 generates an accelerating and / or braking torque which acts on the crankshaft of the internal combustion engine 10 and which supplies an additional torque when the torque is too low and reduces the torque when the torque is too high. In such a control, the reactive power is set quasi-synchronously with the ignition by means of a fast controller, which can be part of the control device 12 or the control device 35 . The manipulated variable corresponds to the change in torque to be compensated.
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.The additionally required torque M or the alternating reactive power B is plotted for the normal case, that is to say without misfire in FIG. 2, over the crankshaft angle KW. The hatched areas correspond to positive or negative electrical outputs. When the starter generator is operated in generator mode when the torque available is too large, electrical power is generated, which is stored in the intermediate circuit capacitor 34 and is fed back to the starter generator when the motor is operated when the torque available is too small. By measuring the alternating reactive power, a misfire can be detected if an inherent speed drop does not occur due to the compensation measures, but leads to a change in the electrical reactive power. If the measured electrical reactive power or the course of the measured electrical reactive power as a function of the crankshaft angle deviates from the expected electrical reactive power or the expected course of the electrical reactive power in a predeterminable manner, a misfire is detected and the control unit then initiates the measures required.
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.By measuring the alternating reactive power, can in principle also on that of the internal combustion engine output torque can be closed, and thus it can in addition to misfire detection, continuous Torque measurement done. The detection of In this case, misfires would correspond to Detection of a sharp drop in torque. in principle can both torque and misfire can be determined independently of one another.
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.In normal operation, the above described System and linking starter generator and Internal combustion engine an active damping of Rotational irregularities of the crankshaft achieved. After one detected misfires can be extended in a Embodiment the active damping by the starter Generator are switched off. The regulation of the Starter generator changed so that the alternating Torque compensation no longer takes place. With that the speed fluctuations when occurring Misfires are greater and there is Possibility of evaluating the speed fluctuations Confirm or safeguard misfire detection. The Evaluation of the speed fluctuations takes place in the control unit, for example via the already known Uneven running evaluation, in which a misfire occurs is detected when the uneven running has a threshold exceeds.
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