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1. WO2020114775 - METHOD FOR COMPUTER-ASSISTED DETERMINATION OF MULTIPLE ROTATIONAL IRREGULARITIES IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]

Verfahren zur rechnergestützten Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten einer Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnergestützten Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftma schine umfasst eine Anzahl an Brennkammern mit sich bewegenden Kolben, die über eine Kurbelwelle mechanisch miteinander in Verbindung, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen. Die Bestimmung der Drehungleichförmigkeiten erfolgt mit Hilfe von Laufun ruhewerten, die während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine kontinuierlich und aufeinander folgend in der logischen Reihenfolge des Zündens der Brennkammern für jede Brennkammer gemäß einer vorgegebenen Berechnungsvorschrift aus Messgrößen der gerade betrachteten Brennkammer und Messgrößen der unmittelbar zuvor zündenden Brennkammer bestimmt werden, wobei ein jeweiliger Laufunruhewert ein Maß für eine Drehungleichförmigkeit der Kurbellwelle infolge der gerade gezündeten Brennkammer re präsentiert.

Bei Verbrennungskraftmaschinen wird chemische Energie in mechanische Arbeit umge wandelt. Hierzu wird in den Brennkammern eines jeweiligen Zylinders ein zündfähiges Gemisch aus einem Kraftstoff und Luft verbrannt und Verbrennungswärme erzeugt. Die Wärmeausdehnung des so entstehenden Heißgases wird genutzt, um den Kolben zu be wegen. Verbrennungskraftmaschinen, die dieses Prinzip der inneren Verbrennung nutzen, sind Otto- und Dieselmotoren. Dieses Prinzip findet analog bei Wankelmotoren Anwen dung.

Eine Verbrennungskraftmaschine weist somit einen Zyklus auf, während dem ein Kraft stoff-Luft-Gemisch (im Falle eines Ottomotors) bzw. Luft (im Falle eines Dieselmotors) in der jeweiligen Brennkammer verdichtet wird. Dieser Zyklus ist die notwendige Vorberei tung der Verbrennungspartner für die spätere Entflammung. Ist die Kompression, bei spielsweise durch mechanische Defekte der Verbrennungskraftmaschine, gestört, so kann keine ordnungsgemäße Verbrennung und damit keine gleichmäßige Drehmomenter zeugung stattfinden.

Eine Überprüfung, ob eine gleichmäßige Drehmomenterzeugung stattfindet, erfolgt mit Hilfe von Laufunruhewerten, die ein Maß für eine Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle in Folge unterschiedlicher Drehmomenterzeugung der jeweiligen Brennkammern darstel len. Die typische Ermittlung der Laufunruhewerte basiert auf einer Drehzahlermittlung der Kurbelwelle mittels einer Geberrad-Messung. Ein Geberrad, das drehfest mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden ist, ist hierzu in geometrische Segmente unterteilt, um jeder Brennkammer des Verbrennungsmotors einen„Drehmomenten“-Anteil ihrer Verbrennung zuzuordnen. Einer jeweiligen Brennkammer ist dabei ein bestimmtes geometrisches Seg ment als sog. Mess-Segment zugeordnet, das von einer Sensorik erfasst wird, wenn die betreffende Brennkammer ein Drehmoment erzeugt.

Im Rahmen des Erfassens jeweiliger geometrischer Segmente erfolgt für sämtliche Brennkammern über das Geberrad eine Ermittlung jeweiliger Segmentzeiten, wobei aus den Segmentzeiten über einen Vergleich der Segmentzeiten der Brennkammern unterei nander die Laufunruhe ermittelt werden kann. Die Segmentzeit ist dabei diejenige Zeit, die ein einer Brennkammer zugeordnetes geometrisches Segment benötigt, um sich an dem Sensor vorbeizubewegen. Da in einer gegebenen Berechnungsvorschrift eine relative Ab hängigkeit zwischen den Segmentzeiten zweier logisch unmittelbar hintereinander zün dender Brennkammern besteht, ergibt sich eine Beeinflussung der Laufunruhewerte der logisch unmittelbar hintereinander zündenden Brennkammern. Das Verfahren der Laufun ruhebestimmung ermöglicht es somit, zuverlässig einfache Fehler, welche singulär durch eine einzelne Brennkammer hervorgerufen sind, zu bestimmen. Mehrfache Drehungleich förmigkeiten können aufgrund der wechselweisen Beeinflussung der Laufunruhewerte un tereinander jedoch nicht robust detektiert werden.

Hieraus ergibt sich das Problem, dass mehrfache Drehungleichförmigkeiten, d.h. bei meh reren Zylindern gleichzeitig auftretende Fehler, welche eine von einem Sollwert abwei chende Drehmomenterzeugung mittels Geberradermittelter Laufunruhe nach sich ziehen, nur schwer auffindbar sind, wenn entsprechende Zylinder nacheinander feuern. Hierdurch können Fehler entweder nicht einwandfrei lokalisiert werden, oder es sind aufwändige, zum Teil auch kostenintensive und iterative Fehlerbehebungsversuche erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das die Bestimmung von mehrfa chen Drehungleichförmigkeiten einer Verbrennungskraftmaschine auf einfache und zuver lässigere Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspru ches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprü chen.

Es wird ein rechnergestütztes Verfahren zur Bestimmung von mehrfachen Drehungleich förmigkeiten einer gattungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, die eine Anzahl an Brennkammern mit sich bewegenden Kolben umfasst, die über eine Kurbelwelle mecha nisch miteinander in Verbindung stehen, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen, vorgeschlagen. Die rechnergestützte Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmig keiten erfolgt mit Hilfe von Laufun ruhewerten, die während des Betriebs der Verbren nungskraftmaschine kontinuierlich aufeinander folgend in der logischen Reihenfolge des Zündens der Brennkammern für jede Brennkammer gemäß einer vorgegebenen Berech nungsvorschrift aus Messgrößen der gerade betrachteten Brennkammer und Messgrößen der unmittelbar zuvor zündenden Brennkammer bestimmt werden. Dabei repräsentiert ein jeweiliger Laufun ruhewert ein Maß für eine Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle in Folge der gerade gezündeten Brennkammer.

Das Verfahren umfasst den Schritt a) des Bestimmens des Laufunruhewerts einer aktuell gezündeten Brennkammer, die in der logischen Reihenfolge des Zündens der Brennkam mern unmittelbar nach einer logisch vorhergehenden Brennkammer gezündet wird, des sen für die vorhergehende Brennkammer ermittelter Laufunruhewert einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat, wobei das Überschreiten des Schwellwerts einen Fehler der vorhergehenden Brennkammer indiziert. In einem Schritt b) erfolgt das Bestimmen ei nes Kompensationsfaktors, der die Beeinflussung der Laufunruhewerte der aktuell gezün deten Brennkammer und der vorhergehenden Brennkammer untereinander abbildet. In Schritt c) erfolgt das Bestimmen eines kompensierten Lauf unruhewerts der aktuell gezün deten Brennkammer aus dem Laufunruhewert der aktuell gezündeten Brennkammer und dem Kompensationsfaktor mittels einer Offsetaddition. Schließlich erfolgt in Schritt d) ein Vergleich des kompensierten Laufunruhewerts der aktuell gezündeten Brennkammer mit dem vorgegebenen Schwellwert zur Bestimmung, ob die aktuell gezündete Brennkammer einen Fehler aufweist oder nicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer rechnerischen Kompensation der von einander abhängigen Laufunruhewerte, um die Beeinflussung der Laufun ruhewerte unter einander herausrechnen zu können. Dies bedeutet, der Einfluss einer unruhig laufenden Brennkammer wird bei der nächsten zündenden Brennkammer herausgerechnet, so dass dann für alle Brennkammern nur die jeweils eigene Laufunruhe erkennbar wird. Dies er möglicht eine robuste Diagnose von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten, insbesondere von Brennkammern, die unmittelbar logisch hintereinander zünden und die einen Fehler aufweisen. Hierdurch können Reparaturen der Verbrennungskraftmaschine beschleunigt werden, da mehrfache Drehungleichförmigkeiten der Verbrennungskraftmaschine ohne weiteres sofort lokalisierbar sind. Darüber hinaus wird eine Validierung von Reparaturen vereinfacht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass weniger Gewährleistungskosten im Service entstehen. Ferner treten weniger Wiederholreparaturen auf. Ein weiterer Vorteil ist, dass Fahrzeugausfallzeiten kürzer sind.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass ein jeweiliger Laufunruhewert aus ge messenen Segmentzeiten der aktuell gezündeten Brennkammer und der logisch vorher gehend gezündeten Brennkammer mittels eines Geberrades bestimmt wird, das zur Be stimmung einer Kurbelwellendrehzahl drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Dabei ist eine jeweilige Segmentzeit die Zeit, die das Geberrad für die Drehung eines vorgege benen Winkelsegments, das einer jeweiligen Brennkammer zugeordnet ist, benötigt. Die jeweiligen Segmentzeiten werden in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift zur unmit telbaren Bestimmung eines Laufunruhewertes der aktuell gezündeten Brennkammer (in dieser Beschreibung auch als„gemessene Brennkammer“ bezeichnet) verarbeitet.

Der Kompensationsfaktor ist zweckmäßigerweise ein proportionaler Faktor, der sich aus dem Verhältnis der Segmentzeit der fehlerhaften Brennkammer zu der Segmentzeit der selben, nicht fehlerhaften Brennkammer, theoretisch ergibt. Da der Kompensationsfaktor für eine gerade betrachtete Brennkammer nicht aus den beiden genannten Segmentzei ten messtechnisch ermittelt werden kann, da die Brennkammer entweder einen Fehler aufweist oder auch nicht, erfolgt die Ermittlung des Kompensationsfaktors auf indirekte Weise.

Zweckmäßigerweise wird der Kompensationsfaktor ermittelt aus einer rechnerisch ermit telten Segmentzeit der angenommenen, nicht fehlerhaften vorhergehenden Brennkammer und einem Laufunruhe-Unterschiedswert. Der Laufunruhe-Unterschiedswert ergibt sich aus der Differenz des gemessenen Laufunruhewerts der angenommenen, nicht fehlerhaf ten vorhergehenden Brennkammer und einem Laufunruhewert der angenommenen, feh lerhaften vorhergehenden Brennkammer, d.h. mit anderen Worten durch die Beeinflus sung durch die fehlerhafte unmittelbar zuvor zündende Brennkammer.

Sämtliche angegebenen Werte bzw. Parameter können messtechnisch bzw. rechnerisch unmittelbar während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden. Die Ermittlung des Kompensationsfaktors kann somit zur Laufzeit des Betriebs der Verbren nungskraftmaschine erfolgen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn zur Bestimmung des kompensierten Laufunruhewerts aus dem Kompensationsfaktor und dem zuvor für die vorhergehende Brennkammer ermit telten Laufunruhe-Unterschiedswert ein Laufunruhe-Unterschiedswert für die (aktuell ge zündete) Brennkammer ermittelt wird, wobei der errechnete Laufunruhe-Unterschiedswert als Offset und der zuletzt gemessene Laufunruhewert addiert werden. Im Ergebnis ergibt sich der kompensierte Laufunruhewert, wie wenn die unmittelbar vorhergehend gezün dete Brennkammer keinerlei Fehler aufweisen würde.

Der Kompensationsfaktor wird für jedes Paar an Brennkammern, die in der logischen Rei henfolge des Zündens der Brennkammern unmittelbar aufeinander folgen, neu berechnet. Hierdurch ist es möglich, für jede Brennkammer einen kompensierten Laufun ruhewert zu ermitteln.

Es ist weiterhin zweckmäßig, den Kompensationsfaktor, ebenso wie die Laufunruhewerte, zur Laufzeit des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine kontinuierlich zu bestimmen.

Auf diese Weise ist es möglich, in Echtzeit mehrfache Drehungleichförmigkeiten der Ver brennungskraftmaschine zu ermitteln.

Es wird ferner ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Rechners geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte um fasst, mit denen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf dem Rechner läuft. Der Rechner kann beispielsweise eine Steuer-und Recheneinheit des Fahrzeugs sein. Der Rechner kann auch eine fahrzeugexterne Recheneinheit, insbesondere ein Motortester, sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem tragbaren Datenträger, z.B. einer DVD, einer CD-ROM oder einem USB-Spei-cherstick, verkörpert sein. Ebenso kann das Computerprogrammprodukt als ein über ein drahtloses oder leitungsgebundenes Netzwerk ladbares Signal vorliegen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von nicht kompensierten Laufunruhewerten ei ner beispielhaft vier Brennkammern aufweisenden Verbrennungskraftma schine, wobei einer der Zylinder eine Drehungleichförmigkeit aufweist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung von nicht kompensierten Laufunruhewerten der vier Brennkammern aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, wobei zwei Brennkammern, die in einer logischen Zündreihenfolge unmittelbar hin tereinander gezündet werden, eine Drehungleichförmigkeit aufweisen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung von erfindungsgemäß kompensierten Laufun ruhewerten der vier Brennkammern aufweisenden Verbrennungskraftma schine, wobei zwei Brennkammern, die in einer logischen Zündreihenfolge un mittelbar hintereinander gezündet werden, eine Drehungleichförmigkeit auf weisen; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das das Vorgehen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur rechnergestützten Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten illustriert.

Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur rechner gestützten Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten von zwei in logischer Reihenfolge des Zündens unmittelbar aufeinanderfolgender Brennkammern einer Ver brennungskraftmaschine. Das Verfahren kann unabhängig von der Anzahl der Brennkam mern, nachfolgend auch Zylinder genannt, der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Die Anzahl an Zylindern kann beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, acht, zehn o-der zwölf betragen. Das Verfahren kann bei Ottomotoren oder bei Dieselmotoren zum

Einsatz kommen. Das Verfahren könnte auch in einem Wankelmotor zur Anwendung ge langen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Prüfung, ob zwei in logischer Reihen folge unmittelbar hintereinander zündende Zylinder einen Drehmomentbeitrag erzeugen, der von einem erwarteten Drehmomentbeitrag abweicht. Dies könnte beispielsweise auf grund von einer nicht ordnungsgemäßen Verbrennung, z.B. aufgrund einer späteren Ent flammung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs der Fall sein. Bei gestörter Kompression kann keine ordnungsgemäße Verbrennung und damit keine gleichmäßige Drehmomenterzeu gung durch die Verbrennungskraftmaschine stattfinden. Drehungleichförmigkeiten können auch durch mechanische Defekte hervorgerufen sein, beispielsweise bei einer fehlerhaf ten Installation einer Zylinderkopfdichtung, Defekten an Kolbenringen oder einer fehlerhaf ten Installation von Einlass- oder Auslassventilen während der Produktion der Verbren nungskraftmaschine. Die Folgen derartiger Fehler können aufgrund der unsteten Kom pression bzw. Verbrennung eine unruhige Motordrehzahl, ein lautes Motorgeräusch, ver ringerte Leistungsabgabe und Fehlzündungen sein.

Während die Bestimmung einer Drehungleichförmigkeit aufgrund eines einzelnen fehler haften Zylinders im Stand der Technik zuverlässig gelöst ist, ermöglicht es das vorlie gende Verfahren, derartige Fehler robust aufzufinden, bei denen mehrfache Drehun gleichförmigkeiten von Zylindern, die in logischer Reihenfolge des Zündens unmittelbar aufeinander folgen, auftreten. Das Verfahren kann beispielsweise bei der Endmontage der Verbrennungskraftmaschine, aber auch im Rahmen einer Wartung in der Werkstatt und sogar im regulären Fährbetrieb durchgeführt werden.

Die rechnergestützte Bestimmung von mehrfachen Drehungleichförmigkeiten der Ver brennungskraftmaschine basiert auf der Erkennung von Drehzahlschwankungen (sog. En gine Speed Roughness) im Falle eines ausbleibenden oder reduzierten Verbrennungsmo ments, wobei die Drehzahlschwankungen z.B. eine Folge von Kompressions- oder Fül lungsabweichungen sind.

In der nachfolgenden Beschreibung wird beispielhaft von einem 4-Zylinder-Verbrennungs-motor als Verbrennungskraftmaschine ausgegangen, dessen Zylinder in einer logischen

Reihenfolge nacheinander gezündet werden, um eine Kurbelwelle des Verbrennungsmo tors, die mit sich hin- und her bewegenden Kolben in den Zylindern in Verbindung steht, in Drehung zu versetzen.

In einem ersten Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt während des Dre-hens der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine das Erfassen von Laufunruhewer ten LUR der Anzahl an Zylindern. Die Erfassung der Laufunruhewerte erfolgt dabei in der logischen Reihenfolge des Zündens der Zylinder (sog. Zündfolge ZF), welche in den Figu ren 1 bis 3 jeweils in der ersten Zeile mit Zyl[ZF] angegeben ist, wobei ZF für die Zünd folge 0, 1 , 2 oder 3 des beispielhaft angenommenen 4-Zylinder-Verbrennungsmotors steht. Die Laufunruhewerte LUR werden in bekannter Weise durch ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine, der sog. Motorsteuerung, zur Auswertung der Drehungleich förmigkeit zwischen den einzelnen Zylindern Zyl erfasst. Die Laufunruhewerte LUR wer den im vorliegenden Verfahren genutzt.

Eine robuste Erfassung der Laufunruhe erfolgt zumeist im quasistationären Betrieb, d.h. in einem Betrieb, in dem keine oder nur minimale Beschleunigung oder Verzögerung der Kurbelwelle angefordert wird. Die Erfassung der Laufun ruhewerte LUR erfolgt wie nach folgend beschrieben.

Die Erfassung der Laufunruhewerte LUR erfolgt beispielsweise gemäß der Formel

LURn = t"~t"-1~tc, (1 )

ln

die darauf basiert, dass durch einen Fehler eines Zylinders, z.B. durch einen Kompressi onsverlust eine Drehzahlschwankung hervorgerufen wird, die proportional zur Verände rung einer Winkelbeschleunigung ist. In Formel (1 ) bezeichnen tn und tn-i sog. Segment zeiten eines aktuell gezündeten Zylinders n sowie des unmittelbar logisch zuvor gezünde ten Zylinders n-1. Der Index n bezeichnet somit die Nummer der logischen Zündfolge ZF. In Formel (1 ) ist tc eine konstante Zeit, welche für eine optionale Kalibration genutzt wird. Der Laufunruhewert LURn des aktuell gezündeten (oder gemessenen) Zylinders korreliert damit eine aktuelle Segmentzeit tn des aktuell gezündeten Zylinders mit der Segmentzeit

tn-i des vorhergehend gezündeten Zylinders n-1. Somit können mittels der Laufunruhe werte LUR Relativanstiege der Zeitmessungen erfasst werden. Weist die Verbrennungs kraftmaschine keine Fehler auf, so sind die Unterschiede zwischen den Winkelbeschleuni gungen der einzelnen Zylinder nahezu 0. Hieraus ergibt sich - abhängig von der gewähl ten Kompensationszeit - ein Laufunruhewert LUR von etwa 0, d.h. LUR « 0.

Liegt demgegenüber z.B. bei dem Zylinder mit der Zündfolge ZF = n-1 ein Fehler, z.B. ein Kompressionsverlust, vor, so verlängert sich dessen Segmentzeit tn-i. Dies macht sich in einem Anstieg des Laufunruhewert LURn-i bemerkbar, d.h. LURn-i » 0. Übersteigt der Laufunruhewert LURn-i einen vorgegebenen Schwellwert SW1 (siehe Figuren 1 bis 3), in diziert dies das Vorliegen eines Fehlers, z.B. einen Kompressionsverlust und dergleichen. Der vorgegebene Schwellwert SW1 kann z.B. vorab durch Versuche oder eine numeri sche Bestimmung ermittelt worden sein. Da die Segmentzeit tn-i auch in die Berechnung des logisch darauffolgenden Zylinders (ZF = n) einfließt, wird dessen Laufunruhewert LURn kleiner als 0, d.h. LURn < 0. Allerdings kann der absolute Laufunruhewert LURn des logisch darauffolgenden Zylinders (ZF = n) nicht für eine Aussage über den Zustand des Zylinders n verwendet werden.

Dies wird anhand der Figuren 1 und 2 nochmals veranschaulicht. Wie oben ausgeführt, ergibt sich aufgrund der Bestimmung der Laufun ruhewerte LUR gemäß Formel (1 ), dass der Zylinder, der auf einen fehlerhaften Zylinder in der logischen Reihenfolge unmittelbar danach zündet, einen wesentlich kleineren, insbesondere einen deutlich negativen Laufunruhewert, aufweist. Dies ist eine Folge der gegenseitigen Beeinflussung der Laufunruhewerte zweier in logischer Reihenfolge unmittelbar aufeinanderfolgend zünden der Zylinder gemäß Formel (1 ).

Dies kann beispielsweise in der Darstellung gemäß Fig. 1 erkannt werden. In Fig. 1 sind nicht kompensierte Laufunruhewerte LUR für den beispielhaft angenommenen 4-Zylinder-motor in der logischen Zündreihenfolge Zyl[ZF] dargestellt. Es wird dabei davon ausge gangen, dass der logisch zündende Zylinder [1] einen Defekt aufweist (Defekt =„J“), wäh rend die anderen Zylinder der Zündfolge ZF = 0, 2, 3 keinen Defekt (Defekt =„N“) aufwei sen. Die Berechnung der Laufunruhewerte LUR erfolgt gemäß Formel (1 ), so dass auf grund der größeren Segmentzeit des logischen Zylinders [1] sich ein deutlich erhöhter Laufunruhewert LUR[1] ergibt, der den vorgegebenen Schwellwert SW1 übersteigt. Auf grund der größeren Segmentzeit ti für den logisch zündenden Zylinder [1] ergibt sich ein deutlich negativer Laufunruhewert LUR[2] für den unmittelbar darauf zündenden Zylinder [2] Erst der sich daran anschließende zündende Zylinder [3] weist dann wiederum einen stabilen Laufunruhewert LUR[3] nahe 0 auf.

Aufgrund der Kenntnis der Bestimmung der Laufunruhewerte LUR ist ohne weiteres rech nergestützt bestimmbar, dass der logisch zündende Zylinder [1] einen Fehler aufweist.

Fig. 2 zeigt den Fall, in dem sowohl der logisch zündende Zylinder [1] und der unmittelbar darauf zündende logische Zylinder [2] einen Defekt (Defekt =„J“) aufweisen. Da nunmehr auch der logisch zündende Zylinder [2] eine vergrößerte Segmentzeit t2 aufweist, ergibt sich ein gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Fall erhöhter Laufunruhewert LUR[2], der le diglich beispielhaft nahezu 0 gewählt ist. Eine eindeutige Erkennung des Fehlers des lo gisch zündenden Zylinders [2] ist daher nicht möglich, da der Absolutwert des Laufunru hewerts LUR[2] des Zylinders der Zündfolge [2] nicht aussagefähig ist, da LUR[2] « 0 auf keinen Defekt hindeutet.

Dieses aus dem Stand der Technik soweit bekannte Vorgehen erlaubt daher lediglich die sichere Feststellung einer Drehungleichförmigkeit, die von einem einzelnen fehlerhaften Zylinder der Anzahl an Zylindern der Verbrennungskraftmaschine verursacht ist. Das ge schilderte Problem geht auf den relativen Vergleichscharakter der Detektionsmethode zu rück und soll mit obliegendem Verfahren in Richtung einer absoluten Auswertung einzel ner Zylinder gelöst werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweitert dieses Vorgehen um eine Kompensation, um auch für den Zylinder, der in der logischen Zündreihenfolge auf einen fehlerhaften Zylin der folgt, eine Aussage über seinen Zustand treffen zu können.

In dem ersten Schritt S1 wird als aktuell gezündeter Zylinder derjenige Zylinder betrachtet, der in der logischen Reihenfolge des Zündens der Zylinder unmittelbar nach einem lo gisch vorhergehenden Zylinder gezündet wird, dessen für die vorhergehenden Zylinder ermittelter Laufunruhewert LURn-i den vorgegebenen Schwellwert SW1 (siehe Figuren 1 bis 3) überschritten hat. Mit anderen Worten würde im vorangegangen Beispiel davon

ausgegangen werden, dass der Zylinder der Zündfolge ZF = n-1 einen Fehler aufweist, der zu einer verringerten Drehmomenterzeugung führt. Im vorher beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel wäre der aktuell zündende Zylinder der Zylinder der Zündfolge [2], der nach dem logisch vorhergehenden Zylinder [1], der einen Fehler aufweist, gezündet wird.

Erfindungsgemäß erfolgt gemäß Schritt S2 die Bestimmung eines Kompensationsfaktors f, der die Beeinflussung der Laufunruhewerte des aktuell gezündeten Zylinders (hier [2]) und des vorhergehenden Zylinders (d.h. des in logischer Reihenfolge des Zündens unmit telbar vorhergehenden Zylinders, hier [1]) untereinander abbildet. In Schritt S3 erfolgt dann die Bestimmung eines kompensierten & absoluten Laufunruhewertes cLUR[2] (siehe Fig. 3) des aktuell gezündeten Zylinders (hier: [2]) aus dem (nicht kompensierten & relati ven) Laufunruhewert LUR[2] des aktuell gezündeten Zylinders und dem Kompensations faktor f. Schließlich erfolgt dann in Schritt S4 ein Vergleich des kompensierten & absolu ten Laufunruhewerts cLUR des aktuell gezündeten Zylinders (hier: [2]) mit dem vorgege benen Schwellwert SW1 zur Bestimmung, ob der aktuell gezündete Zylinder (der unmittel bar auf einem fehlerhaften logisch vorhergehend gezündeten Zylinder zündet) einen Feh ler aufweist oder nicht.

Nachfolgend wird die Bestimmung des Kompensationsfaktors f im Detail erläutert.

Im Falle eines Defekts im Zylinder 1 erhöht sich die neue Segmentzeit t-T des Zylinders [1] gegenüber einem fehlerfrei arbeitenden Zylinder [1] um den Faktor f, der den gesuchten Kompensationsfaktor darstellt:

* = h * f (2),

wobei der Kompensationsfaktor f größer als 1 ist, d.h. f > 1. Für den aktuell zündenden Zylinder [1] ergibt sich dann ein Laufunruhewert

tl—t —tc

LURt

tl

wenn kein Defekt vorliegt und ein Laufunruhewert


wenn im Zylinder [1] ein Defekt vorliegt. Der hochgestellte Index * kennzeichnet das Vor liegen eines Defekts. Die durch den Defekt hervorgerufene Differenz in den Werten der Laufunruhewerte LUR1 und LUR- für den aktuell zündenden Zylinder [1] wird als Laufun ruhe-Unterschiedswert ALURi bezeichnet und ergibt sich dann zu


Für den darauffolgenden zündenden Zylinder [2] (der den nachfolgenden Zylinder dar stellt), ergibt sich ohne jeglichen Defekt


und mit Defekt des Zylinders [1]


Der Laufunruhe-Unterschiedswert ALUR2 für den Zylinder [2] ergibt sich dann zu


Für den Fall, dass kein Fehler vorliegt, kann angenommen werden, dass alle Segmentzei ten ti, t2 in etwa gleich groß sind und der Laufun ruhewert des ersten Zylinders [1] in etwa 0 entspricht, d.h. t2 « ti und LUR1 « 0, da bei einem Zylinder, der keinen Fehler aufweist, der Laufunruhewert gemäß Formel (1 ) etwa 0 ergibt. Hieraus ergeben sich Laufunruhe-Unterschiedswerte ALURi für den ersten zündenden Zylinder [1] und ALUR2 für den da rauffolgenden zündenden Zylinder [2] gemäß


ALUR2 * f- - (6).

Die relative Veränderung der Laufunruhewerte zwischen zwei in logischer Reihenfolge un mittelbar aufeinanderfolgend zündenden Zylinder ergibt sich daher durch die Verrechnung der Formeln (5) und (6) zu


Hieraus ergibt sich für den zweiten Laufunruhe-Unterschiedswert ALUR2

ALUR2 * -f3 * ALUR1.

Ein erhöhter Laufunruhewert eines Zylinders beeinflusst somit den darauffolgenden Zylin der der logischen Zündreihenfolge in proportionaler Weise mit dem Kompensationsein fluss von -f3.

Die Bestimmung des Kompensationsfaktors f ist nun wie folgt: der Lauf unruhe- Unter schiedswert ALURi des einen Fehler aufweisenden Zylinders [1 ] kann durch eine Analyse der Messungen der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden, indem sein Verhalten der Laufunruhewerte bei keinem Defekt im Verhältnis zur gegenwärtigen Situation, in der ein Fehler vorliegt, vorgenommen wird. Die Segmentzeit ti für den Fall, dass kein Fehler vorliegt, kann durch Formel (8) ermittelt werden:

(8),


worin ti die gemessene Segmentzeit des zündenden Zylinders [1 ], cu eine vordefinierte Segmentbreite für eine Fehlzündungserkennung und nmot die mittlere Motor- bzw. Kurbel wellendrehzahl ist, insbesondere die anliegende mittlere Drehzahl für das vorhandene Segment [1] Der Kompensationsfaktor f kann dann mit Hilfe der Formeln (3) unter An nahme von LUR[1]=0 ohne Defekt und Gleichung (8) ermittelt werden.

Damit erlaubt es der Kompensationsfaktor f, die Laufunruhe-Unterschiedswerte ALURn und ALURn+i für zwei logisch aufeinander folgend zündende Zylinder entsprechend der Gleichung (7) zu ermitteln. Durch die Kenntnis des Kompensationsfaktors f kann ein kom pensierter Laufunruhewert cLUR[2] für den Zylinder [2] ermittelt werden, indem der Laufunruhe-Unterschiedswert ALUR2 auf den gemessenen Laufunruhewert LUR2 aufad diert wird. Hieraus ergibt sich ein im Vergleich zu Fig. 2 absolut erhöhter Laufun ruhewert, der im Falle eines Fehlers oberhalb der vorgegebenen Schwelle SW1 zum Liegen kommt und damit eindeutig einen Fehler indiziert. Liegt im Zylinder [2] hingegen kein Fehler vor, wird der kompensierte Laufun ruhewert CLUR2 in etwa 0, jedoch wesentlich unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts SW1 liegen. Ausgewertet wird dann der kompensierte Laufunruhewert CLUR2 indem dieser mit dem vorgegebenen Schwellwert SW1 verglichen wird.

Das oben beschriebene Verfahren kann zur Laufzeit der Verbrennungskraftmaschine am Ende eines Produktionsvorgangs der Verbrennungskraftmaschine, im Rahmen einer Werkstattprüfung oder auch im Fährbetrieb durchgeführt werden. Durch das beschriebene Verfahren ist keine Zerlegung oder Teilzerlegung der Verbrennungskraftmaschine erfor derlich, bevor man das komplette Fehlerausmaß verstehen konnte.

Das Verfahren lässt sich auf Basis vorhandener Steuergerätefunktionen in der Verbren nungskraftmaschine durchführen, da hierzu die Erkennung von Verbrennungsaussetzern, die gesetzlich gefordert ist, genutzt werden kann. Diese benötigt die Auswertung der Dre hungleichförmigkeit zwischen einzelnen Zylindern, welche der Ermittlung der Laufunruhe werte entspricht.

Es ist unerheblich, mit welchem Drehzahlbasiertem Verfahren die relativen Laufunruhe werte ermittelt werden. Ein wesentliches Kennzeichen des hier vorliegenden Verfahrens besteht darin, eine Kompensation der erfassten Laufunruhewerte zu ermitteln und in Kenntnis eines Kompensationswerts den Einfluss eines unruhig laufenden Zylinders beim nächstzündenden Zylinder herauszurechnen. Dadurch wird für den nächstzündenden Zy linder jeweils der eigene Anteil der Laufunruhe erkennbar.

Bezugszeichenliste

LURn-1, LURn Laufunruhewerte

LUR nicht kompensierte Laufun ruhewerte

cLUR kompensierte Laufunruhewerte

ALURn-i, ALURn Laufunruhe-Unterschiedswerte

SW1 Schwellenwert

f Kompensationsfaktor

51 Bestimmen der relativen Laufunruhewerte

52 Bestimmen eines Kompensationsfaktors

53 Bestimmen eines kompensierten und absoluten Lauf unruhewerts

54 Vergleich eines kompensierten Laufunruhewerts

tn-i, tn Segmentzeiten