DE102004059683B3

DE102004059683B3 - Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilerhebungsverläufen

Info

Publication number: DE102004059683B3
Application number: DE102004059683A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Klingseis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-12-11
Also published as: WO2006061297A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilerhebungsverläufen, wobei die Brennkraftmaschine eine Lambda-Regelung, eine Einspritzsteuerung und eine Steuerung für eine Nockenwellenphasenlage aufweist. Um die Ungenauigkeiten bei der Erfassung der Nockenwellenposition auszugleichen, wird diese wie folgt adaptiert: DOLLAR A È in einem stationären Betriebszustand bei einem ersten Ventilerhebungsverlauf wird die Einspritzsteuerung adaptiert, um eine minimale Lambda-Reglerabweichung zu erzielen, DOLLAR A È bei einem zweiten Ventilerhebungsverlauf arbeitet die Einspritzsteuerung in dem vorbestimmten stationären Betriebszustand mit den adaptierten Parametern und die Nockenwellenphase wird adaptiert, um eine minimale Lambda-Reglerabweichung zu erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilerhebungsverläufen.
Bei der Berechnung der in die Zylinder einströmenden Luftmasse während des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit mehreren unterschiedlichen Ventilerhebungsverläufen können sich besonders große Abweichungen ergeben. Bei einem niedrigen Ventilerhebungsverlauf erfolgt ein frühes Schließen des Einlassventils, woraufhin sich die in den Zylindern befindliche Luft durch die weitere Bewegung des Kolbens expandiert. Der frühe Zeitpunkt zum Schließen des Einlassventils erfolgt dann, wenn sich der Luftmassenstrom nahe seiner maximalen Geschwindigkeit in dem Zylinder bewegt. Eine geringe Verschiebung des Zeitpunkts bedeutet hierbei eine große Änderung in der Luftmasse, sodass bei einem niedrigen Signalerhebungsverlauf die berechnete Größe für die Luftmasse besonders sensitiv auf Änderungen der Parameter ist.
Diese Abweichungen der aufgenommenen Luftmasse treten insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderbänken auf. Eine Lambda-bezogene Gleichstellung der Zylinderbänke führt hier nicht zu hinreichend genauen Ergebnissen, da mit der Lambda-bezogenen Gleichstellung lediglich die Auswirkung der Füllungsunterschiede mit Kraftstoff ausgeglichen werden. Die durch Unterschiede in der Luftfüllung entstehenden Abweichungen können bei dem Lambda-bezogenen Ansatz nicht ausgeglichen werden. Wenn die Brennkraftmaschine bei einem niedrigen Signalerhebungsverlauf arbeitet, kann es hier zu deutlichen Abweichungen in der Luftmasse im Zylinder kommen, da das Einlassventil früher schließt.

In der EP 1 188 916 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der zylinderselektiven Füllung der Verbrennungsmotoren mit variablen Ventiltrieb beschrieben. Dabei sind der Ventilhub und/oder die Ventilschließ- und öffnungszeiten der Zylindereinlassventile steuerbar. Um auch bei Motoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung trotz der auftretenden Fertigungstoleranzen eine befriedigende Leerlaufqualität sicherstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Einganggröße ermittelt wird, aufgrund der auf die Befüllung oder Befüllungsunterschiede eines jeden Zylinders geschlossen werden kann, und dass aus dieser Eingangsgröße ein Steuersignal für den variablen Ventiltrieb bestimmt wird, derart, dass unterschiedliche Befüllungen der Zylinder durch eine Ventiltriebverstellung ausgeglichen werden. Die zum Ausgleich der Befüllung durchgeführte Ventiltriebverstellung wird im Bereich um die Leerlaufdrehzahl durchgeführt. Als Eingangsgröße kann die Motordrehzahl, das Motordrehmoment, ein Lambda-Sondensignal, der Ventilhub direkt und/oder eine dem Ventilhub entsprechende Größe verwendet werden.

Aus der DE 101 18 036 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hubadaption von Einlassventilen von Zylindern einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei weist das erste Einlassventil einen vollvariablen Ventiltrieb auf, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Einstellen einer frühen Füllungsstrategie bei dem Zylinder, Erfassen einer ersten Zylinderfüllung des Zylinders bei der frühen Zylinderstrategie, Einstellen einer späten Füllungsstrategie bei dem Zylinder, Erfassen einer zweiten Zylinderfüllung des Zylinders bei der späten Füllungsstrategie, Ermitteln eines Füllungsunterschiedes zwischen der ersten Zylinderfüllung und der zweiten Zylinderfüllung und Steuern des Einlassventilhubes des Einlassventils auf der Grundlage des Füllungsunterschieds. Wenn die erste Zylinderfüllung größer ist als die zweite Zylinderfüllung, wird der Hub des ersten Einlassventils verringert und wenn die erste Zylinderfüllung kleiner als die zweite Zylin derfüllung ist, wird der Hub des ersten Einlassventils vergrößert.

Vor diesem Hintergrund besteht das Bedürfnis, ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, das auch unterschiedliches Lufteinlassverhalten einzelner Zylinder und/oder Zylinderbänke adaptieren kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilerhebungsverläufen. Die Brennkraftmaschine ist mit einer Lambda-Regelung, einer Einspritzsteuerung und einer Steuerung für eine Nockenwellenphasenlage versehen. Das erfindungsgemäße Verfahren adaptiert in einem stationären Betriebszustand bei einem ersten Ventilerhebungsverlauf die Einspritzsteuerung, um eine minimale Lambda-Reglerabweichung zu erzielen. Es wird also bei einer feststehenden Nockenwellenphasenlage die Lambda-Reglerabweichung minimiert. Hierbei arbeitet die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebszustand. Bei einem zweiten Ventilerhebungsverlauf arbeitet die Einspritzsteuerung in dem stationären Betriebszustand mit den adaptierten Parametern für die Einspritzsteuerung. Hier wird die Nockenwellenphasenlage adaptiert, um eine minimale Lambda-Reglerabweichung zu erzielen. Für den Betrieb mit dem zweiten Ventilerhebungsverlauf wird also eine Adaption der Nockenwellenphasenlage vorgenommen, mit den zuvor bestimmten Parametern für die Einspritzung. Hiermit wird ein Aufschaukeln oder ein instabiles Reglerverhalten durch eine wechselseitige Beeinflussung der Regler vermieden. Auch stellt das erfindungsgemäße Verfahren sicher, dass mit einfachen Mitteln eine Adaption erfolgen kann, bei der mit einem einfachen und stabilen Adaptionsverfahren eine sehr genaue Einstellung erzielt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei dem ersten Ventilerhebungsverlauf ein größerer Ventilhub als bei dem zweiten Ventilerhebungsverlauf (Patentanspruch 2). Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird also die Einspritzsteuerung während der weniger sensitiven Ventilbefüllung adaptiert, während die Nockenwellenphasenlage dem sensitiveren Verlauf angepasst wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Adaption der Einspritzsteuerung für mehrere stationäre Betriebszustände wiederholt (Patentanspruch 3). Zweckmäßigerweise wird dann für jeden Betriebszustand ein gesonderter Satz von Steuerparametern für die Einspritzsteuerung angelegt und die Nockenwellenphasenlage jeweils für die unterschiedlichen Betriebszustände adaptiert (Patentanspruch 4). Diesem Verfahrensschritt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei adaptierter Einspritzsteuerung die Parameter für den Betriebszustand jeweils die zugeführte Kraftstoffmenge in diesem Betriebszustand genau wiederspiegeln. Vor diesem Hintergrund kann dann die Nockenwellenphasenlage jeweils für eine Anzahl von Betriebszuständen mit der entsprechenden Einspritzsteuerung adaptiert werden.

Für eine Brennkraftmaschine mit zwei oder mehr Zylinderbänken sind jeweils getrennte Sätze von Steuerparametern in der Einspritzsteuerung abgelegt (Patentanspruch 5). Die Steuerparameter können für die Einspritzsteuerung auf Zylinder individuell adaptiert werden (Patentanspruch 6).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Flussdiagramm zu den Hauptverfahrensschritten,
2 den Luftmassenstrom durch das Einlassventil bei unterschiedlicher Drehzahl und Ventilerhebungsverläufen,
3 den beispielhaften Verlauf einer Ventilerhebung und
4 beispielhaft den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Blockdiagramm.
1 zeigt schematisch die wesentlichen Verfahrensschritte. In einem ersten Schritt 10 werden die Voraussetzungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geprüft und es erfolgt eine Initialisierung der bei dem Verfahren eingesetzten Daten. In einer ersten Abfrage 12 erfolgt die Abfrage, ob sich die Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten stationären Betrieb befindet. Für den vorbestimmten Betriebszustand ist es wichtig, dass dieser sowohl mit großer Ventilerhebungskurve als auch mit kleiner Ventilerhebungskurve stationär gehalten wird. Bezogen auf die Drehzahl bedeutet dies, dass der vorbestimmte Betriebszustand eine nicht zu hohe Drehzahl besitzen darf, sodass dieser noch durch beide Ventilerhebungskurven erreicht werden kann. Um dies sicherzustellen, wird in Abfrage 14 noch einmal explizit überprüft, ob ein Betrieb der Brennkraftmaschine in dem Betriebszustand auch in dem empfindlicheren Ventilhubbereich möglich ist. Der empfindlichere Ventilhubbereich ist derjenige Ventilhubbereich, bei dem das Einlassventil früher schließt.
Wenn der Betrieb im empfindlicheren Ventilhub möglich ist, dann erfolgt in Schritt 16 eine Adaption des Kraftstoffsystems, wobei während dieser Adaption die Brennkraftmaschine mit dem unempfindlicheren Ventilhub arbeitet. Mit dem adaptierten Kraftstoffsystem 16 erfolgt in einem nachfolgenden Schritt 18 die Adaption der Nockenwellenphasenlage.
2 verdeutlicht die unterschiedlich aufgenommene Luftmasse pro Arbeitsspiel bei großer Ventilerhebung (VVL_H) und bei kleiner Ventilerhebung (VVL_L). Die große Ventilerhebung 20 zeigt abhängig von der Drehzahl die in den Zylinder aufgenommene Luftmasse. Deutlich zu erkennen an 2 ist, dass im unteren Drehzahlbereich die der Verbrennung zugeführte Luftmasse mit der Drehzahl zunimmt und ab einem mittleren Drehzahlbereich ungefähr konstant läuft.
Im Gegensatz hierzu nimmt die pro Arbeitsspiel aufgenommene Luftmasse bei einer kleinen Ventilerhebungskurve mit zunehmender Drehzahl ab. Der Verlauf der Luftmasse bei der kleinen Ventilerhebungskurve ist beispielhaft mit einer Kurve 22 dargestellt. Mit dem frühen Schließen des Einlassventils nimmt die Menge an in den Zylinder strömende Luft ab, je stärker die Drehzahl sich erhöht.
Als Größe für die Sensitivität des Systems bei der Adaption lässt sich die Änderung der Luftmasse pro Arbeitsspiel (Δ MAF_CYL) zu der Änderung des Ist-Werts der Nockenwellenphasenlage (Δ CAM_IN_AV) betrachten. Ist der Quotient groß, führt also eine kleine Änderung in der Nockenwellenphasenlage zu einer großen Änderung der aufgenommenen Luft, so liegt ein besonders sensitiver Bereich vor.
3 zeigt beispielhaft den Ventilhub für das Auslassventil und das Einlassventil. Der Ventilhub 24 des Auslassventils erstreckt sich im Wesentlichen über den ersten Bereich, sodass das Auslassventil im unteren Totpunkt 26 bereits einen Ventilhub besitzt, der im ersten Bereich zunimmt und nach dem Lastwechsel im oberen Totpunkt 28 gegen null geht. In einem zweiten Bereich sind unterschiedliche Ventilhübe für das oder die Einlassventile dargestellt. Der Ventilhub 30 zeigt den maximalen Hub für das Einlassventil. Kurve 32 zeigt beispielhaft eine Ventilerhebungskurve für das Einlassventil mit einem niedrigeren Ventilhub. In Kurve 32 erfolgt das Schließen des Einlassventils ungefähr zum unteren Totpunkt 36.
4 zeigt die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Blockdiagramm. In dem Verfahren liegt ein bankselektiver Lambda-Sollwert (LAMB_SP_FIL_HOM) an, von dem ein bankselektiver Lambda-Istwert 38 subtrahiert wird. Die so gebildete bankselektive Lambda-Regelgröße liegt an einem Lambda-Regler 40 an. Die von dem Lambda-Regler 40 ermittelte Korrekturgröße FAC_LAM_COR für die betrachtete Ventilbank liegt an einem Regler 44 an, der im Wesentlichen kurzfristige Schwankungen aus dem Signal herausfiltert. Der Lambda-Korrekturwert FAC_LAM_COR 42 wird in dem Regler 44 in eine Änderung der Nockenwellenphasenlage CAM_OFS_LAM_AD_LOAD 46 umgerechnet, um den Reglereingriff sichtbar zu machen. Die Nockenwellenphasenlage wird additiv eingerechnet.
An einer zentralen Steuerung 48 liegen die Ist-Werte für die Luftmasse pro Arbeitsspiel (MAF) 50, die Drehzahl (N) 52 sowie eine Bestätigungsfahne (NR_CYL_VLL_H_ACK) 54 an, ob ein Betriebsmodus mit erhöhtem Ventilhub bestätigt wurde. Ferner liegen an der zentralen Steuerung 48 Größen zur Einspritzsteuerung (CILC_DATA) 56 an. Die Daten 56 enthalten die Größen zylinderselektive Einspritzzeit TI_CYL_LAM 58, zylinderselektiver Lambda-Korrekturfaktor LAM_CYL_SEL_ADJ_FAC 60 sowie eine logische Variable LV_LAM_CYL_ACT 62, ob die zylinderselektive Lambda- bzw. Einspritzkorrektur aktiv ist.
Die zentrale Steuerung berechnet dann ein Aktivierungssignal LV_LAM_AD_LOAD_ACT 64, das an einer Schalteinheit 66 anliegt. Wenn an der Schalteinheit 66 das Signal anliegt, das eine Adaption der Nockenwellenphasenlage erfolgen soll, wird – wie in 4 dargestellt – das Ausgangssignal des Reglers 44 weitergeleitet und zu diesem der Ist-Wert 68 für die Nockenwellenphasenlage addiert. Die Summe beider Werte ergeben den Ist-Wert für die Nockenwellenphasenlage (CAM_AV_IN_LAM_AD_LOAD). Liegt kein Aktivierungssignal 64 an der Schalteinheit 66 an, so wird der Wert null aus Speicher 70 weitergeleitet und es erfolgt keine zusätzliche Adaption der Nockenwellenphasenlage.
Während der Adaption der Nockenwellenphasenlage ist Signal 72 gesetzt, das eine Adaption der Kraftstoffeinspritzung sperrt. Signal 74 löst in der zentralen Betriebssteuerung der Brennkraftanlage ein Umschalten vom kleinen Ventilhub auf den großen Ventilhub aus.
Für die Größen aus 4 ergibt sich die folgende Zuordnung:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Tatsache genutzt, dass die Änderung der Luftmasse pro Arbeitsspiel bei einer Änderung der Nockenwellenphasenlage bei einem späten Zeitpunkt für das Schließen des Einlassventils sehr viel geringer ist, als bei einer Ventilhubkurve mit einem frühen Schließzeitpunkt für das Einlassventil. Hiervon ausgehend werden zunächst Ungenauigkeiten bei der Einspritzung adaptiert. Die so gewonnenen Erkenntnisse über die Füllungsgenauigkeit der Zylinder mit Kraftstoff werden dann beibehalten, wenn die Brennkraftmaschine in demselben Betriebspunkt betrieben wird und eine empfindlichere Ventilerhebungskurve vorliegt. Bei möglichst identischem Betriebspunkt wird dann die Nockenwellenphasenlage adaptiert, wobei auch hier der Betriebspunkt stationär ist. Nicht-Linearitäten des Injektors fallen bei diesem Verfahren nicht ins Gewicht und auch Einflüsse von Kraftstoffdruck und Temperatur können weitgehend vernachlässigt werden, da sie in den ca. 20 – 30 Sekunden, die der Adaptionsalgorithmus dauert, konstant sind oder als konstant angenommen werden können. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, ohne einen Mehraufwand an Sensorik eine wesentlich exaktere Positionierung des Nockenwellentriebs zu realisieren.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ventilerhebungsverläufen, wobei die Brennkraftmaschine eine Lambda-Regelung, eine Einspritzsteuerung und eine Steuerung für eine Nockenwellenphasenlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrenschritte ausgeführt werden: • in einem stationären Betriebszustand bei einem ersten Ventilerhebungsverlauf (30) wird die Einspritzsteuerung adaptiert, um eine minimale Lambda-Reglerabweichung zu erzielen, • bei einem zweiten Ventilerhebungsverlauf (32, 34) arbeitet die Einspritzsteuerung in dem vorbestimmten stationären Betriebszustand mit den adaptierten Parametern und die Nockenwellenphasenlage wird adaptiert, um eine minimale Lambda-Reglerabweichung zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Ventilerhebungsverlauf ein größerer Ventilhub als bei dem zweiten Ventilerhebungsverlauf erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Einspritzsteuerung für mehrere stationäre Betriebszustände wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Betriebszustand ein geänderter Satz von Steuerparametern für die Einspritzsteuerung angelegt und die Nockenwellenphasenlage jeweils für die unterschiedlichen Betriebszustände adaptiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zylinderbänke vorgesehen sind, für die jeweils getrennte Sätze von Steuerparametern an der Einspritzsteuerung angelegt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerparameter für die Einspritzsteuerung der Zylinder individuell adaptiert werden.