DE10032931A1 - Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung - Google Patents
Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver KraftstoffeinspritzungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein zur Steuerung einer mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung, bei dem das Klangbild beim Betrieb der Brennkraftmaschine harmonisiert wird, indem die Schalldruckintensität gemessen und durch Veränderung der Vor- und Haupteinspritzung bei der zylinderselektiven Kraftstoffeinspritzung Unterschiede in der Schalldruckintensität der einzelnen Zylinder ausgeglichen werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Viertakt-
Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung, gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruches 1.
Eine Brennkraftmaschine sollte neben der Anforderung an die Leistungsabgabe, den
Kraftstoffverbrauch und dem Schadstoffausstoß auch ein für die Baureihe charakte
ristisches Klangbild aufweisen. Das Klangbild einer Brennkraftmaschine ist im we
sentlichen von der konstruktiven Gestaltung, den Anbauteilen und der Zündfolge
abhängig. Dabei kann die zylinderspezifisch unterschiedliche Schallentstehung und
Schallausbreitung zu einem unharmonischen Klangbild der Brennkraftmaschine füh
ren.
Bei einer Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung besteht
die Möglichkeit, unabhängig von den anderen Zylindern in jeden Brennraum der
Brennkraftmaschine eine frei wählbare Menge Kraftstoff einzuspritzen. Der Ein
spritzvorgang in den Brennraum eines Zylinders kann dabei in eine Voreinspritzung
und eine Haupteinspritzung unterteilt werden, wie es beispielsweise aus der DE 27 53 953 A1
bekannt ist, wodurch eine Formung des Brennverlaufs erreicht wird.
Aus der DE 196 33 006 C1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen
Viertakt-Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung bekannt,
bei dem aus dem Verlauf der Kurbelwellendrehzahlen Kenngrößen abgeleitet und
daraus zylinderselektiv Korrekturwerte bestimmt werden, die eine zylinderselektive
Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brennkraftmaschine bewir
ken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer mehr
zylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art anzugeben,
bei dem der Baureihe der Brennkraftmaschine ein harmonisches Klangbild aufge
prägt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst. Dabei werden beim Betrieb der Brennkraftmaschine den Zy
lindern zuzuordnende Schalldruckintensitäten gemessen. Aus den Unterschieden
der zylinderspezifischen Schalldruckintensitäten werden für jeden Zylinder der
Brennkraftmaschine Korrekturwerte bestimmt, welche die Kraftstoffeinspritzung zy
linderselektiv variieren und eine Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylin
der bewirken.
Die Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung der Brennkraftmaschine erlaubt die Kraft
stoffeinspritzung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung zu unterteilen.
Die die Kraftstoffeinspritzung variierenden Korrekturwerte beeinflussen zur Anglei
chung der Schalldruckintensitäten der Zylinder den Einspritzverlauf der Voreinsprit
zung und/oder der Haupteinspritzung. Dabei werden der Beginn und das Ende der
Voreinspritzung und der Haupteinspritzung variiert. Zudem wird der zeitliche Verlauf
der eingespritzten Kraftstoffmenge während der Voreinspritzung und der Hauptein
spritzung variiert.
Die Schalldruckintensität beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise
nach der Herstellung des Prototypen der Brennkraftmaschine gemessen und die
ermittelten Korrekturwerte fest in dem die Einspritzung regelnden Steuergeräten der
Brennkraftmaschinen der Serienfertigung abgelegt. Die Messung der Schalldruckin
tensität und die Ermittlung neuer Korrekturwerte kann aber auch bei der Herstellung
jeder einzelnen Brennkraftmaschine, nach einer Reparatur einer Brennkraftmaschi
ne oder nach beliebigen Intervallen wiederholt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine
über Mittel zur Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brennkraft
maschine verfügt Die Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder erfolgt
dabei nach der Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brenn
kraftmaschine. Dabei wird die Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen
der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt.
Durch die Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder durch Variation der
Kraftstoffeinspritzung erhält eine Brennkraftmaschine ein harmonisches Klangbild,
wobei weitere die Kraftstoffeinspritzung betreffende Optimierungen nicht beein
trächtigt werden.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel eines achtzylindrigen
Dieselmotors im Zusammenhang mit drei Figuren beschrieben und erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen typischen Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendreh
zahl über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel einer achtzylindrigen
Brennkraftmaschine,
Fig. 2 ein Campbell-Diagramm, das die Schalldruckintensität vor der An
gleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder zeigt,
Fig. 3 ein Campbell-Diagramm, das die Schalldruckintensität nach der An
gleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder zeigt.
Zur Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder ist eine Brennkraftmaschi
ne mit Mitteln zur zylinderselektiven Kraftstoffeinspritzung ausgestattet, wobei die
Kraftstoffeinspritzung eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung ermöglicht.
Zur zylinderselektiven Kraftstoffeinspritzung weist beispielsweise jeder Zylinder eine
separate Kraftstoffpumpe auf, wobei ein Motorsteuergerät für jeden Zylinder durch
Ansteuerung von der Kraftstoffpumpe zugeordneten Magnetventilen die Einspritzung
der vorgesehenen Kraftstoffmenge steuert. Dadurch besteht beispielsweise die
Möglichkeit aus Bauteildifferenzen resultierende Unterschiede im Mitteldruck beim
Verbrennungstakt der Zylinder durch Korrekturwerte der Kraftstoffeinspritzung aus
zugleichen.
Zur Gleichstellung der Mitteldrücke werden aus dem Verlauf der Kurbelwellendreh
zahlen Kenngrößen abgeleitet, die mit dem Brennraumdruck möglichst gut korreliert
sind, wobei aus Schwankungen des Verlaufs der Kurbelwellendrehzahlen die Korrek
turwerte der Kraftstoffeinspritzung bestimmen werden.
Zur Bestimmung des Verlaufs der Kurbelwellendrehzahl ist die Kurbelwelle mit einer
Meßvorrichtung und einem zugehörigen Steuergerät ausgestattet.
Die Meßvorrichtung besteht aus einem mit der Kurbelwelle umlaufenden Geberrad,
das mit 60 Markierungen und einer Zusatzmarkierung versehen ist, die von einem
Induktivsensor abgetastet werden. Aus den Signalen des Induktivsensors ermittelt
das Steuergerät bei einer Kurbelwellenumdrehung 60 momentane Kurbelwellen
drehzahlen. Die Zusatzmarkierung kennzeichnet eine dem Steuergerät bekannte
Winkelposition der Kurbelwelle im Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, z. B. den
oberen Totpunkt des Zylinders.
Durch die Markierungen wird eine Kurbelwellendrehung in 60 gleiche Segmente
aufgeteilt, wobei der Induktivsensor die Zeitspanne zwischen zwei Segmenten er
faßt. Die Kurbelwellendrehzahl ändert sich dadurch für das Steuergerät nur von ei
nem Segment zum nächsten Segment, innerhalb eines Segmentes wird die Kurbel
wellendrehzahl als konstant angenommen. Dem Steuergerät steht damit die Infor
mation über die Kurbelwellendrehzahl und den Kurbelwellendrehwinkel mit einer
Auflösung von 6 Grad zur Verfügung.
Die Nockenwelle der Brennkraftmaschine verfügt über eine weitere Meßvorrichtung,
deren Signalgeber aus einem mit der Nockenwelle umlaufenden Geberrad besteht,
das mit 20 Markierungen und einer Zusatzmarkierung versehen ist, die von einem
lnduktivsensor abgetastet werden. Die Zusatzmarkierung kennzeichnet eine dem
Steuergerät bekannte Winkelposition der Nockenwelle. Aus den Signalen dieses In
duktivsensors kann das Steuergerät den Nockenwellendrehwinkel und die Nocken
wellendrehzahl mit einer Auflösung von 18 Grad ermitteln (analog 36 Grad Kurbel
wellendrehwinkel).
Durch die Meßvorrichtung der Kurbelwelle und die weitere Meßvorrichtung der Noc
kenwelle kann das Steuergerät ein Ereignis im sich periodisch, alle zwei Kurbelwel
lenumdrehungen wiederholenden Arbeitsspiel des Dieselmotors einer Veränderung
der momentanen Kurbelwellendrehzahl eindeutig zuordnen. Beispielsweise kann das
Steuergerät der Expansion des 3. Zylinders eine Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl
zuordnen.
Fig. 1 zeigt den Verlauf der Kurbelwellendrehzahlen einer achtzylindrigen Brenn
kraftmaschine, wobei der dritte Zylinder einen geringeren Mitteldruck aufweist als
die übrigen Zylinder.
Nach der Gleichstellung der Mitteldrücke wird unter Beibehaltung der Korrekturwer
te der Kraftstoffeinspritzung eine Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylin
der durchgeführt. Dazu ist beispielsweise in einem definierten Abstand und Winkel
zur Brennkraftmaschine ein Sensor angebracht, der die Intensität von Schallwellen
im Bereich des menschlichen Hörspektrums sensiert.
Fig. 2 zeigt ein Campbell-Diagramm, bei dem die Frequenz der Schallwellen über
dem Kurbelwellendrehwinkel aufgetragen sind, wie es beispielsweise gemessen
wird, ohne daß eine Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder durchge
führt wurde. Um so höher die Intensitäten einer Frequenz des Schalldruckes gemes
sen wird, desto dunkler ist das Sensorsignal im Diagramm dargestellt. Dabei ist zu
erkennen, daß der 5. Zylinder ein geringe Schalldruckintensität aufweist, während
der 6. und der 3. Zylinder zu hohe Schalldruckintensitäten aufweisen.
Bei der Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder soll die Gleichstellung
der Mitteldrücke in den Zylindern nicht verändert werden. Als zu variierende Größe
zur Angleichung der Schalldruckintensität der Zylinder wird bei der Kraftstoffein
spritzung das Verhältnis von Voreinspritzung und Haupteinspritzung genutzt, der Be
ginn und das Ende der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung sowie der Verlauf
der Einspritzmenge während der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung. Da
durch wird der Verbrennungsvorgangs und damit die Entstehung und die Ausbrei
tung der Schallwellen geformt. Dabei kann durch die Auswahl des Beginns und des
Endes der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung der Verbrennungsablauf be
einflußt und dadurch die Schalldruckintensitäten der Zylinder angeglichen werden.
Die eingespritzte Kraftstoffmenge während einem Arbeitstakt eines Zylinders bleibt
dabei zur Beibehaltung der aus der Verbrennung resultierenden Mitteldrücke der Zy
linder unverändert.
Bei Zylindern, die hohe Schalldruckintensitäten aufweisen, wird die Zeitspanne für
die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung unter Beibehaltung der eingespritzten
Kraftstoffmenge möglichst ausgedehnt. Zudem wird die für den gewünschten Mitteldruck
erforderliche Kraftstoffmenge gleichmäßiger auf die Voreinspritzung und die
Haupteinspritzung aufgeteilt. Damit wird der Brennverlauf des Kraftstoffes gedehnt,
wodurch auch die Schallentwicklung gedehnt und die Schalldruckintensität ab
nimmt.
Bei Zylinder, die geringe Schalldruckintensitäten aufweisen, wird die Zeitspanne für
die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung unter Beibehaltung der eingespritzten
Kraftstoffmenge möglichst verkürzt. Zudem wird die für den gewünschten Mittel
druck erforderliche Kraftstoffmenge hauptsächlich bei der Haupteinspritzung einge
spritzt. Damit wird der Brennverlauf des Kraftstoffes verkürzt, wodurch auch die
Schallentwicklung komprimiert wird und die Schalldruckintensität zunimmt.
Dieses Verfahren wird auf jeden Zylinder der Brennkraftmaschine angewendet.
Fig. 3 zeigt ein Campbell-Diagramm, wie es beispielsweise nach der Angleichung
der Schalldruckintensitäten der Zylinder gemessen wird. Dabei ist zu erkennen, daß
alle Zylinder der Brennkraftmaschine eine in etwa gleiche Schalldruckintensität auf
weisen.
Gegebenenfalls genügt es die Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder
genau ein mal nach der Herstellung der Brennkraftmaschine durchzuführen und die
ermittelten Werte der Verteilung von Voreinspritzung und Haupteinspritzung für je
den Zylinder im Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine fest abzuspeichern.
Im Idealfall genügt sogar das Durchführen einer Angleichung der Schalldruckintensi
täten der Zylinder bei dem Prototypen der Baureihe der Brennkraftmaschine, und
der Speicherung der ermittelten Werte der Verteilung von Voreinspritzung und
Haupteinspritzung für jeden Zylinder in den Motorsteuergeräten für die Brennkraft
maschinen der Serienfertigung.
Durch die Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder kann der Brenn
kraftmaschine ein harmonisches Klangbild erzeugt werden, wobei die Gleichstellung
der Mitteldrücke der Zylinder der Brennkraftmaschine nicht verändert wird.
Claims (4)
1. Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine mit
zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß beim Be
trieb der Brennkraftmaschine den Zylindern zuzuordnende Schalldruckintensitä
ten gemessen werden, und daß für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine die
Kraftstoffeinspritzung variierende Korrekturwerte bestimmt werden, welche die
Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinsprit
zung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung unterteilt ist, und daß
durch die die Kraftstoffeinspritzung variierenden Korrekturwerte der Einspritzver
lauf der Voreinspritzung und/oder der Haupteinspritzung beeinflußt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schalldruckintensität zur Bestimmung der die Kraftstoffeinspritzung variierenden
Korrekturwerte am Prototyp der Brennkraftmaschine, und/oder bei jeder einzel
nen Brennkraftmaschine, und/oder nach einer Reparatur einer Brennkraftma
schine und/oder nach beliebigen Intervallen gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der Brennkraftmaschine in den Brennräumen die Mitteldrücke gleichgestellt wer
den, und daß die Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder nach der
Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brennkraftmaschine er
folgt, ohne daß die Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der
Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.
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