DE102004020123B4

DE102004020123B4 - Verfahren zur Einstellung des Betriebes einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004020123B4
Application number: DE102004020123.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Burkhardt Dietrich; Roland Oster; Dr.-Ing. Hagel Reinhold; Dipl.-Ing. Roth Herbert
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2004-04-24
Filing date: 2004-04-24
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2024-04-25
Also published as: DE102004020123A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung des Betriebs einer Brennkraftmaschine (1), umfassend: – eine Mehrzahl von Zylindern (2 bis 5), die auf eine Kurbelwelle wirken, – eine Einspritzvorrichtung (12) zur Brennstoffeinspritzung in die Zylinder (2 bis 5), mit folgenden Schritten: – Ermitteln einer vorbestimmten Anzahl von Kennwerten Ki für jeden Zylinder (2 bis 5), wobei die Kennwerte Ki für jeden Zylinder (2 bis 5) an bestimmten Winkelpositionen der Kurbelwelle (7) während des zylinderspezifischen Drehzahlpeaks gemessene Steigungswerte des drehwinkelabhängigen Drehzahlverlaufs (n(φ)) repräsentieren, – Ermitteln der gleichen Anzahl von den einzelnen Zylindern (2 bis 5) zugeordneten Brennverlaufsparametern Pi aus den Kennwerten Ki, über mindestens ein Kennfeld, welches die Abhängigkeit eines bestimmten Brennverlaufsparameters Pi vom zugehörigen Kennwert Ki für jeden Zylinder (2 bis 5) bei einer definierten mittleren Drehzahl und Drehmoment der Brennkraftmaschine wiedergibt und als Brennverlaufsparametersatz Pi die Winkelpositionen, an denen die Vor- bzw. Haupteinspritzung erfolgen, sowie die Vor- und die Haupteinspritzmengen der Brennkraftmaschinen für den jeweiligen Zylinder (2 bis 5) ermittelt werden, – Vergleichen der Ist-Parameterwerte mit vorgegebenen Soll-Parameterwerten sowie Einregeln der Ist-Parameterwerte auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder (2 bis 5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Betriebes einer Brennkraftmaschine.
Ein derartiges Einstellverfahren ist bekannt aus der DE 196 33 066 C2 . Dort wird durch Eingriff in die Einspritzung einer Brennkraftmaschine auf eine zylinderselektive Gleichstellung des Mitteldruckes in den Zylindern der Brennkraftmaschine abgezielt. Hinsichtlich der Optimierung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine besteht auch im Blick auf dieses vorbekannte Verfahren noch Verbesserungsbedarf.
In der DE 100 39 786 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Pro Einspritzzyklus ist wenigstens eine erste Teileinspritzung und eine zweite Teileinspritzung vorgesehen. Eine der beiden Teileinspritzungen wird bei Vorliegen bestimmter Betriebszustände verschoben. Abhängig von der Verschiebung der Teileinspritzung wird ein Korrekturwert für eine die Förderdauer charakterisierende Größe bestimmt. Der Korrekturwert wird dabei ausgehend von wenigstens zwei Wertepaaren, die einen Förderbeginn und eine Förderdauer charakterisieren bestimmt.
Die DE 44 14 727 B4 zeigt ein Steuerverfahren und eine Steuereinheit für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine. Dabei erfolgt die Beurteilung der Verbrennungsstabilität (des Verbrennungszustandes) jedes der Zylinder durch das Vergleichen des Mittelwerts der Verbrennungsstabilitätskennwerte für alle Zylinder mit dem Wert jedes der Zylinder, um bei jedem der Zylinder eine individuelle Korrektur durchzuführen. Weiter wird auch eine Korrektur für alle Zylinder insgesamt durchgeführt, wenn alle Differenzen zwischen dem Mittelwert aller Zylinder und dem Wert jedes der Zylinder unter einem vorgegebenen Wert liegen. Die durch die Abweichung aufgrund der einzelnen, die Drehung erfassenden Sensoren verursachten Fehler bei der Erfassung der Drehinformation können gelernt werden und die Kennwerte, welche die Verbrennungsstabilität anzeigen, auf der Basis der Werte korrigiert werden.
In der DE 198 12 305 C2 ist ein Verfahren zur Zylindergleichstellung bei einer mit Kraftstoffdirekteinspritzung betriebenen Brennkraftmaschine beschrieben. Dabei sind die Kraftstoffeinspritzmengen durch Ändern der Einspritzzeiten steuerbar und die Einspritzzeiten mit zylinderindividuellen Korrekturtermen derart beaufschlagt, dass die Laufruhe der Brennkraftmaschine erhöht ist. Im quasi stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfasst, aus den Drehzahlwerten werden die jeweiligen Werte für die Winkelgeschwindigkeit abgeleitet, daraus die Änderung der kinetischen Energie der Kurbelwelle im Expansionsintervall eines Zylinders berechnet. Daraus wird ein Relativmaß (Residuum) für jeden Zylinder abgeleitet, das die Information über zu viel oder zu wenig eingespritzte Kraftstoffmenge enthält und aus diesem Maß Korrekturterme für die Einspritzzeit gerechnet.
Aus der DE 41 22 139 C2 ist ein Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmengen bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Zur adaptiven Gleichstellung der Zylinder wird die Drehbeschleunigung bei jedem Verbrennungsvorgang zugeordnet zu dem jeweiligen Zylinder erfasst und die einzelnen Messwerte miteinander verglichen und bei Abweichungen der Messwerte voneinander die Kraftstoff-Einspritzmengen entsprechend verändert, bis die Abweichungen ausgeglichen sind. Zur Bestimmung der Drehbeschleunigung wird die Differenz zwischen der Drehzahl in zwei aufeinanderfolgenden Segmenten dividiert, durch die Durchlaufzeit des letzteren der beiden Segmente.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung des Betriebes einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere im Blick auf Wirkungsgrad, Schadstoffausstoß, Laufruhe, Motorvibration, Geräuschemission und Teileverschleiß verbessert wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es über die Messung einer Brennverlaufskenngröße nicht nur möglich ist, zwischen den Zylindern einer Brennkraftmaschine einen Abgleich des Betriebsverhaltens herzustellen, sondern dass, eine entsprechende messtechnische Erfassung der Brennverlaufskenngröße vorausgesetzt, es zudem möglich ist, Einfluss auf den Brennverlauf eines einzelnen Zylinders zu nehmen. Es findet daher nicht nur eine Optimierung des Wechselspiels des Beitrages der Zylinder am Betrieb der Brennkraftmaschine untereinander statt, sondern der Beitrag jedes einzelnen Zylinders wird zusätzlich in sich optimiert. Es ist daher möglich, eine sensiblere Feinabstimmung des Motors vorzunehmen, was zu einer entsprechenden Verbesserung des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine führt.
Eine Kennfeldermittlung geht, eine vorgegebene Rechenleistung eines Motorsteuerrechners der Brennkraftmaschine vorausgesetzt, schnell vor sich. Aufwendige Rechenoperationen müssen bei der Kennfeldermittlung nicht stattfinden. Der Motorzustand ist beispielsweise definiert über die Drehzahl sowie das abgegebene Motormoment. In das Kennfeld kann die Abhängigkeit eines drehzahlabhängigen Kennwertoffsets für jeden Zylinder, der sich maschinenspezifisch aus dem nicht an der Verbrennung beteiligten Momentenüberlagerungen an der Kurbelwelle bildet, eingehen. Dieser Kennwertoffset kann durch Einlernen in einem definierten Motorzustand erfasst werden.
Die Ermittlung der Steigung der Brennverlaufskenngröße als Kennwert ermöglicht ein sehr einfaches Verfahren zur Einstellung des Betriebes der Brennkraftmaschine.
Bei einem Verfahren nach Anspruch 2 werden bei einer Brennkraftmaschine mit Vor- und Haupteinspritzung für jeden Zylinder die Einspritzwinkelpositionen der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzungen für jeden Zylinder sowie die Vor- und Haupteinspritzmengen für jeden Zylinder zylinderselektiv optimiert. Über die resultierende Regelung der Einspritzparameter wird ein optimiertes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine erreicht.
Bei einem Verfahren nach Anspruch 3 wird eine mögliche Querbeeinflussung zwischen den Brennverlaufsparametern, die einem Zylinder zugeordnet sind, berücksichtigt. Negative Auswirkungen einer derartigen Querbeeinflussung werden daher vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch Komponenten einer Brennkraftmaschine;
2 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit einer Kurbelwellendrehzahl vom Drehwinkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine während eines kompletten Arbeitszyklus von dieser darstellt; und
3 schematisch die Abhängigkeit eines Brennverlaufsparameters der Brennkraftmaschine von einem Kennwert eines Zylinders der Brennkraftmaschine.
In 1 ist schematisch ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Diese umfasst vier Zylinder 2 bis 5, die über angedeutete Pleuel 6 auf eine Kurbelwelle 7 zu deren Drehantrieb wirken. Jeder Zylinder 2 bis 5 weist eine eigene Einspritzeinrichtung 8 bis 11 zur Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinderbrennraum auf. Die Einspritzeinrichtungen 8 bis 11 sind Teil einer Einspritzvorrichtung 12 der Brennkraftmaschine 1 und sind jeweils unterteilt in eine Vor-Einspritzeinheit 13 bis 16 und eine Haupt-Einspritzeinheit 17 bis 20. Über einen Steuerleitungsverbund 21 sind die Einspritzeinheiten 13 bis 20 mit einem zentralen Motorsteuerrechner 22 verbunden. Letzterer ist über eine Signalleitung 23 mit einem Drehzahlsensor 24 verbunden, der die Drehzahl der Kurbelwelle 7 drehwinkelabhängig erfasst.
2 zeigt beispielhaft die vom Drehzahlsensor 24 gemessene Drehzahl n der Kurbelwelle 7 abhängig vom Drehwinkel φ der Kurbelwelle 7. Dargestellt ist die drehwinkelabhängige Drehzahl n während eines vollständigen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 1, also während zweier vollständiger Umdrehungen der Kurbelwelle 7. Der in 2 dargestellte Drehzahlverlauf zeigt insgesamt vier Drehzahlpeaks, die den Anteil der vier Zylinder 2 bis 5 am Antrieb der Kurbelwelle 7 wiederspiegeln.
Der Drehzahlanstieg jedes dieser vier Drehzahlpeaks ist charakteristisch für die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder 2 bis 5, die unterteilt ist in eine Vor- und in eine Haupteinspritzung. Dies wird anhand eines Drehzahlanstiegs 25 des ersten Drehzahlpeaks nach 2 und anhand des Zylinders 2 näher erläutert. An einer Winkelposition φ_V findet die Voreinspritzung in den Zylinder 2 statt. Hierzu steuert der Motorsteuerrechner 22 über den Steuerleitungsverbund 21 die Vor-Einspritzeinheit 13 so an, dass dann, wenn die Kurbelwelle 7 den Drehwinkel φ_V erreicht hat, eine vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge über die Vor-Einspritzeinheit 13 in den Zylinder 2 eingespritzt wird.
Aufgrund der Verbrennung des voreingespritzten Kraftstoffes steigt die Drehzahl der Kurbelwelle 7 im weiteren Drehwinkelverlauf ab dem Drehwinkel φ_V an, wobei dieser Anstieg gegen Ende des Verbrennungsvorgangs der Voreinspritzmenge wieder abflacht. Es ist dann die Winkelposition φ_H erreicht, bei der eine Haupteinspritzung in den Zylinder 2 erfolgt. Hierzu erfolgt eine Ansteuerung der Haupt-Einspritzeinheit 17 über den Steuerleitungsverbund 21 durch den Motorsteuerrechner 22, so dass eine vorgegebene Haupteinspritzmenge in den Zylinder 2 eingespritzt und dort verbrannt wird. Die Drehzahl n steigt dann weiter an, bis der erste Drehzahlpeak erreicht ist, und fällt dann wieder ab, bis eine entsprechende Vor- und Haupteinspritzung in den nächsten Zylinder entsprechend dem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine 1 erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich für jeden der Zylinder 2 bis 5, bis, nach einer 720°-Umdrehung der Kurbelwelle 7, wieder die Ausgangssituation erreicht ist.
Zur Optimierung von Wirkungsgrad, Schadstoffausstoß, Laufruhe, Motorvibrationen, Geräusch und Teileverschleiß werden die Winkelpositionen φ_V, φ_H der Kurbelwelle 7, an denen bei den Zylindern 2 bis 5 die Vor- bzw. Haupteinspritzung erfolgt, ständig unter Berücksichtigung von Soll-Vorgaben nachgeregelt. Diese Winkelpositionen, an denen die Vor- bzw. Haupteinspritzung erfolgt, sowie die Vor- und die Haupteinspritzmengen stellen Brennverlaufsparameter P der Brennkraftmaschine 1 dar, die während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 geregelt eingestellt werden.
Diese Einstellung geschieht folgendermaßen: Anhand des gemessenen Drehzahlverlaufes nach 2 werden für jeden der Zylinder 2 bis 5 vier Kennwerte K ermittelt. Vier Kennwerte sind deshalb erforderlich, da insgesamt pro Zylinder 2 bis 5 vier Kennwerte einzustellen sind, nämlich die beiden Winkelpositionen für die Vor- und die Haupteinspritzung sowie die beiden Einspritzmengen für die Vor- und Haupteinspritzung. Diese vier Kennwerte sind im Ausführungsbeispiel für den Zylinder 2 vier an bestimmten Winkelpositionen der Kurbelwelle 7 gemessene Steigungswerte des Drehzahlverlaufes, der dem Zylinder 2 zugeordnet ist, also des Drehzahlverlaufes während des ersten Drehzahlpeaks. Zum Ermitteln der vier dem Zylinder 2 zugeordneten Brennverlaufsparameter aus diesen vier ermittelten Steigungs-Kennwerten wird ein Kennfeld herangezogen, welches die Abhängigkeit jedes der vier Brennverlaufsparameter P_i (i = 1 bis 4) vom zugeordneten Kennwert K_i (i = 1 bis 4) für jeden der Zylinder 2 bis 5 bei einem definierten Motorzustand wiedergibt. Einen derartigen P_i/K_i-Kennfeldverlauf für einen definierten Motorzustand zeigt schematisch 3. Der Motorzustand ergibt sich hierbei über eine konstante Drehzahl (n = konst.) sowie ein konstantes Drehmoment (M = konst.).
Die P_i/K_i-Kennfelder werden mit Hilfe eines Kalibrierprozesses bestimmt. In die Abhängigkeit der Brennverlaufsparameter P_i von den Kennwerten K_i entsprechend den Kennfeldern nach 3 geht ein drehzahlabhängiger und zylinderindividueller Kennwertoffset ein, der sich brennkraftmaschinenspezifisch aus den nicht an der Verbrennung beteiligten Momentenüberlagerungen an der Kurbelwelle 7 bildet. Dieser Kennwertoffset kann in einem definierten Motorzustand eingelernt werden.
Über die vier dem Zylinder 2 bei der gegebenen Drehzahl und dem gegebenen Drehmoment zugeordneten P_i/K_i-Kennfelder sind nun aus den Steigungs-Kennwerten K_i die Brennverlaufsparameter P_i als Ist-Parameterwerte bestimmt. Diese Ist-Parameterwerte werden nun im Motorsteuerrechner 22 mit vorgegebenen Soll-Parameterwerten verglichen. Durch Anpassung des jeweiligen Brennverlaufsparameters erfolgt ein Regeln des Ist-Parameterwertes auf den vorgegebenen Soll-Parameterwert. Dabei erfolgt zunächst ein Soll-Ist-Vergleich der Einspritzwinkelpositionen für die Vor- und die Haupteinspritzung des Zylinders 2. Nach dem Einregeln dieser Einspritzwinkelpositionen wird zunächst die berechnete Ist-Voreinspritzmenge mit dem vorgegebenen Soll-Voreinspritzmengenwert verglichen und eingeregelt. Anschließend erfolgt ein Vergleich der bestimmten Ist-Haupteinspritzmenge mit dem vorgegebenen Soll-Haupteinspritzmengenwert sowie ein Einregeln von diesem. Diese Reihenfolge, bei der zunächst die Voreinspritzmenge und dann die Haupteinspritzmenge geregelt wird, vermindert Querbeeinflussungen zwischen den Brennverlaufsparametern.
Dieses Einstellverfahren für die Brennverlaufsparameter findet für alle vier Zylinder 2 bis 5 statt.

Claims

Verfahren zur Einstellung des Betriebs einer Brennkraftmaschine (1), umfassend: – eine Mehrzahl von Zylindern (2 bis 5), die auf eine Kurbelwelle wirken, – eine Einspritzvorrichtung (12) zur Brennstoffeinspritzung in die Zylinder (2 bis 5), mit folgenden Schritten: – Ermitteln einer vorbestimmten Anzahl von Kennwerten K_i für jeden Zylinder (2 bis 5), wobei die Kennwerte K_i für jeden Zylinder (2 bis 5) an bestimmten Winkelpositionen der Kurbelwelle (7) während des zylinderspezifischen Drehzahlpeaks gemessene Steigungswerte des drehwinkelabhängigen Drehzahlverlaufs (n(φ)) repräsentieren, – Ermitteln der gleichen Anzahl von den einzelnen Zylindern (2 bis 5) zugeordneten Brennverlaufsparametern P_i aus den Kennwerten K_i, über mindestens ein Kennfeld, welches die Abhängigkeit eines bestimmten Brennverlaufsparameters P_i vom zugehörigen Kennwert K_i für jeden Zylinder (2 bis 5) bei einer definierten mittleren Drehzahl und Drehmoment der Brennkraftmaschine wiedergibt und als Brennverlaufsparametersatz P_i die Winkelpositionen, an denen die Vor- bzw. Haupteinspritzung erfolgen, sowie die Vor- und die Haupteinspritzmengen der Brennkraftmaschinen für den jeweiligen Zylinder (2 bis 5) ermittelt werden, – Vergleichen der Ist-Parameterwerte mit vorgegebenen Soll-Parameterwerten sowie Einregeln der Ist-Parameterwerte auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder (2 bis 5).
Verfahren zur Einstellung des Betriebes einer Brennkraftmaschine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einspritzvorrichtung (12) pro Verbrennung für jeden Zylinder (2 bis 5) eine Vor- und eine Haupteinspritzung abgibt, – das Messen der Brennverlaufskenngröße über ein drehwinkelaufgelöstes Messen der Drehzahl n der Kurbelwelle (7) erfolgt, – das Ermitteln der Brennverlaufsparameter aus den Kennwerten erfolgt durch Errechnen des Brennbeginns sowie der Ist-Einspritzwinkelposition der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzungen für jeden Zylinder (2 bis 5) aus der gemessenen Brennverlaufskenngröße, – das Vergleichen der Ist-Parameterwerte mit vorgegebenen Soll-Parameterwerten sowie das Einregeln der Ist-Parameterwerte auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder (2 bis 5) erfolgt durch: – Vergleichen der Ist-Einspritzwinkelpositionen (φ_V, φ_H) mit vorgegebenen Soll-Einspritzwinkelpositionen (φ_V, φ_H) sowie Einregeln der Ist-Einspritzwinkelpositionen auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder (2 bis 5), – Errechnen der Ist-Einspritzmengen der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzungen für jeden Zylinder (2 bis 5) aus der gemessenen Brennverlaufskenngröße, – Vergleichen der Ist-Voreinspritzmengen mit den vorgegebenen Soll-Voreinspritzmengen sowie Einregeln der Ist-Voreinspritzmengen auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder, – Vergleichen der Ist-Haupteinspritzmengen mit vorgegebenen Soll-Haupteinspritzmengen sowie Einregeln der Ist-Haupteinspritzmengen auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder (2 bis 5).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen der Ist-Haupteinspritzmengen mit vorgegebenen Soll-Haupteinspritzmengen sowie das Einregeln der Ist-Haupteinspritzmengen auf die jeweiligen Sollwerte für jeden Zylinder (2 bis 5) nach dem Einregeln der Ist-Voreinspritzmengen erfolgt.