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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Steuergerät zur Zylindergleichstellung einer
Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern
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Bei
aus dem Stand der Technik bekannten Diesel-Brennkraftmaschinen und direkteinspritzenden
Benzin-Brennkraftmaschinen
wird Kraftstoff direkt in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Das in dem Brennraum komprimierte Benzin-Luft-Gemisch
wird anschließend
durch Zünden
eines Zündfunkens
in dem Brennraum entzündet.
Das Volumen des entzündeten
Benzin-Luft-Gemisches dehnt sich explosionsartig aus und versetzt
einen in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben in Bewegung.
Die Hin- und Herbewegung des Kolbens wird auf eine Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine übertragen.
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Bei
mehrzylindrigen, direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen
kommt es aufgrund verschiedener Störeinflüsse trotz gleicher Ansteuerung
zu hohen Varianzen des Massendurchflusses zwischen einzelnen Einspritzdüsen. Die
unterschiedlichen Kraftstoffmengen führen zu unterschiedlichen Drehmomentbeiträgen der
einzelnen Zylinder, was neben einer Steigerung der Laufunruhe durch
Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle auch zu einer erhöhten Emission
führen
kann.
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Aus
dem Stand der Technik sind Verfahren zur Zylindergleichstellung
bezüglich
der Kraftstoff-Einspritzmengen bei einer Brennkraftmaschine bekannt,
bei der die Drehbeschleunigung jedes einzelnen Zylinders erfasst
wird. Die einzelnen Messwerte der Drehbeschleunigung werden miteinander verglichen
und bei Abweichungen zwischen den einzelnen Messwerten werden die
Kraftstoff-Einspritzmengen der einzelnen Zylinder so verändert, dass schließlich Abweichungen
vermieden und damit Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine
eliminiert werden.
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Zur
Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Drehbewegung der Kurbel-
oder Nockenwelle werden bei den bekannten Verfahren Segmentzeiten
erfasst. Segmentzeiten sind die Zeiten, in denen die Kurbel- oder
Nockenwelle einen vorbestimmten Winkelbereich überstreicht, der einem bestimmten
Zylinder zugeordnet ist. Je gleichmäßiger der Motor läuft, desto
geringer fallen die Unterschiede zwischen den Segmentzeiten der
einzelnen Zylinder aus. Aus den genannten Segmentzeiten lässt sich
daher ein Maß für die Laufunruhe
des Motors bilden. Bei den bekannten Verfahren ist jedem Zylinder
des Verbrennungsmotors eine Regelung zugeordnet, der als Eingangssignal
ein zylinderindividueller Laufunruhe-Ist-Wert zugeführt wird.
Ausgangsseitig beeinflusst der Regler die zylinderspezifische Ansteuerung der
Einspritzdüsen
und damit den zylinderindividuellen Drehmomentbeitrag so, dass sich
der zylinderindividuelle Laufunruhe-Ist-Wert dem Soll-Wert annähert.
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Die
Bildung von Laufunruhewerten zur Verbrennungsaussetzererkennung
ist beispielsweise aus der DE-US 19610215 bekannt. Dort werden als Laufunruhewerte
LUT-Quotienten gebildet, in deren Zähler Differenzen von aufeinander
folgenden Segmentzeiten stehen und deren Nenner die dritte Potenz einer
der beteiligten Segmentzeiten enthält. Dieser Quotient kann noch
mit weiteren Faktoren gewichtet sein sowie mit einer Dynamikkorrektur
versehen sein, die Drehzahländerungen
des gesamten Motors berücksichtigt.
Bei gleich bleibender Motordrehzahl ist die über eine Nockenwellenumdrehung
gebildete Summe dieser Laufunruhewerte gleich null. Zwingend erforderlich
ist die Korrektur der mechanischen Fehler des Segmentzeiterfassungssystems
(Geberradtoleranz) bei der Segmentzeiterfassung im Schiebebetrieb,
da diese sonst ausgeregelt würden.
Folge wäre
eine echte physikalische Laufunruhe, die in Verbindung mit den mechanischen
Fehlern ein Signal perfekter Laufruhe erzeugen würde. Ziel der Zylinder gleichstellung
ist, die realen zylinderindividuellen Winkelbeschleunigungen, also
die Laufunruhewerte, mit einem Regelkonzept zu minimieren. Dann
sind die Drehmomentanteile der Zylinder gleich groß.
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Die
Segmentzeiterfassung im Schiebebetrieb wird auch als „fuel-off-Korrektur" bezeichnet. Im Schiebebetrieb
der Brennkraftmaschine sind die Drehmomentanteile aller Zylinder
gleich null (bzw. leicht negativ), so dass Drehmomentschwankungen nicht
auf eingespritzte Kraftstoffmengen zurückzuführen sind. Unter Schiebebetrieb
wird ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine verstanden, bei dem
an der Kurbelwelle ein negatives Antriebsmoment anliegt, die Brennkraftmaschine
also kein Drehmoment abgibt und stattdessen durch das Getriebe angetrieben
wird. Schwankungen der Segmentzeiten können daher unmittelbar auf
Toleranzen des Geberrades zurückgeführt werden.
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Zusätzlich zur
fuel-off-Korrektur können
zylinderindividuelle Korrekturwerte im homogenen Betrieb als so
genannte „fuel-on-Korrektur" ermittelt werden.
Dabei werden z.B. in einem stationären Betriebszustand im homogenen
Betrieb weitere Laufunruheterme ermittelt. Wenn keine Fehler im
Einspritzsystem vorliegen (z.B. Aussetzer, Einspritzausblendung
etc.) stellen die systematischen Abweichungen der Laufunruheterme
zu null sonstige Fehler dar, die nicht auf Zumessunterschiede des
Einspritzsystems zurückgeführt werden
können.
Diese Fuel-On-Korrektur wird bisher im Homogenbetrieb dazu verwendet,
die Anzeigegenauigkeit der Aussetzererkennung zu verbessern.
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Probleme des
Standes der Technik
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Eine
Zylindergleichstellung im Schichtbetrieb verwendet derzeit nur Laufunruheterme,
die mit der Fuel-Off-Korrektur versehen sind. Dies kann dazu führen, dass
keine Drehmomentgleichstellung im Schichtbetrieb erreicht werden
kann. Grund sind verbliebene systematische Fehler in den Laufunruhetermen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein
Steuergerät
anzugeben, mit denen eine Drehmomentgleichstellung im Schichtbetrieb
erreicht werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Dieses
Problem wird gelöst
durch ein Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine
mit mehreren Zylindern, wobei zur Zylindergleichstellung im Schichtbetrieb
Laufunruheterme ermittelt werden, die eine Verknüpfung von im Schichtbetrieb
unter Berücksichtigung
der Korrektur von Geberradtoleranzen ermittelten Laufunruhetermen
sowie im Homogenbetrieb in Form von systematischen Abweichungen
ermittelten Laufunruhetermen umfassen. Unter Verknüpfung wird
hier eine mathematische Verknüpfung,
beispielsweise Addition oder Subtraktion der Laufunruheterme verstanden.
In die Laufunruheterme ermittelt im Schichtbetrieb unter Berücksichtigung
der Korrektur von Geberradtoleranzen gehen Toleranzen des Geberrades
wie z.B. Fertigungstoleranzen ein, die im Homogenbetrieb ermittelten
Laufunruheterme berücksichtigen
systematische Abweichungen.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Laufunruheterme
im Schichtbetrieb als Differenz der Laufunruhetermen ermittelt im Schichtbetrieb
unter Berücksichtigung
der Korrektur von Geberradtoleranzen sowie im Homogenbetrieb ermittelten
Laufunruheterme in Form von systematischen Abweichungen ermittelt
werden.
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In
einer Weiterbildung ist folgender Ablauf des Verfahrens vorgesehen:
- – Ermittlung
von Laufunruhetermen ermittelt im Schichtbetrieb unter Berücksichtigung
der Korrektur von Geberradtoleranzen;
- – Ermittlung
von Laufunruhetermen im Homogenbetrieb;
- – Ermittlung
von Laufunruhetermen im Schichtbetrieb durch Verknüpfung der
Laufunruheterme ermittelt im Schichtbetrieb unter Berücksichtigung der
Korrektur von Geberradtoleranzen mit den Laufunruhetermen im Homogenbetrieb.
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere einen direkteinspritzenden Ottomotor, umfassend Mittel
zur Bestimmung von Laufunruhetermen ermittelt im Schichtbetrieb
unter Berücksichtigung
der Korrektur von Geberradtoleranzen sowie Mittel zur Bestimmung
von Laufunruhetermen im Homogenbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät
Mittel zur Verknüpfung
der Laufunruheterme ermittelt im Schichtbetrieb unter Berücksichtigung
der Korrektur von Geberradtoleranzen sowie der Laufunruheterme im
Homogenbetrieb zu Laufunruhetermen im Schichtbetrieb umfasst. Die Mittel
zur Verknüpfung
der Laufunruheterme in der Zylinderabschaltung im Schichtbetrieb
sowie der Laufunruheterme im Homogenbetrieb können vorzugsweise ein Subtrahierer
oder ein Addierer sein, kann aber ebenso eine andere beliebige mathematische
Verknüpfung
sein.
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In
einer Weiterbildung des Steuergerätes ist vorgesehen, dass dieses
eine Umschaltvorrichtung umfasst, die wahlweise die Laufunruheterme
ermittelt im Schichtbetrieb unter Berücksichtigung der Korrektur
von Geberradtoleranzen oder die Laufunruheterme im Schichtbetrieb
auf einen Ausgang aufschalten kann. Dadurch kann von dem erfindungsgemäßen Verfahren
auf ein Verfahren nach Stand der Technik umgeschaltet werden, falls
dies in einem Betriebszustand vorteilhaft sein sollte.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung als Teil eines
Steuergerätes.
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2 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine Schaltskizze eines Teils eines Steuergerätes für eine Brennkraftmaschine.
Dargestellt ist die logische Verknüpfung verschiedener Ein- und
Ausgangsgrößen. Mit
luts_w ist dabei ein Laufunruheterm nur mit fuel-off-Korrektur LUTS_S_ZA
bezeichnet. Der Eingang fse_w bezeichnet einen Eingang, an dem eine
fuel-on-Korrektur, mithin ein Laufunruheterm LUT_H, der im Homogenbetrieb
ermittelt wurde, anliegt. Mittels eines Subtrahierers S werden beide
voneinander abgezogen, es wird die Differenz luts_w – fse_w
= lutszg_w als LUT_S = LUT_S_ZA – LUT_H gebildet. lutszg_w führt nun
also einen Laufunruheterm LUT_S, der sich durch die subtraktive
Verknüpfung
des Laufunruheterms nur mit fuel-off-Korrektur LUT_S_ZA mit fuel-on-Korrektur
LUT_H, ergibt. Dieses Signal lutszg_w wird nun auf einen ersten
Eingang US_1 eines Umschalters US gelegt, wobei an dem zweiten Eingang
US_2 direkt der den Laufunruheterm nur mit fuel-off-Korrektur LUT_S_ZA
führende
Eingang luts_w angelegt ist. Am Ausgang US_A liegt der entsprechende
Laufunruheterm LUT_S oder LUT_S_ZA zur Weiterverarbeitung für die Zylindergleichstellung an.
Der Umschalter US wird entsprechend einem Bit B_fonuse geschaltet,
hier liegt entweder der Wert 0 oder ein Wert 1 gemäß z.B. einem
aufgeschalteten Parameter oder anderen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine,
z.B. nmot > Schwelle
etc., an. Die Umschaltung ist durch einen gestrichelten Pfeil zwischen
B_fonuse und dem Umschalter US dargestellt. Das am Ausgang US_A
des Umschalters US anliegende Signal wird gemäß Stand der Technik für die Zylindergleichstellung
weiterverarbeitet.
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Direkteinspritzende
Brennkraftmaschinen können
in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Als eine erste
Betriebsart ist ein sog. Schichtbetrieb bekannt, der insbesondere
bei kleineren Lasten verwendet wird. Als eine zweite Betriebsart
ist ein sog. Homogenbetrieb bekannt, der bei größeren an der Brennkraftmaschine
anliegenden Lasten zur Anwendung kommt. Die verschiedenen Betriebsarten
unterscheiden sich insbesondere in dem Einspritzzeitpunkt und der
Einspritzdauer sowie in dem Zündzeitpunkt.
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Im
Schichtbetrieb wird das Benzin während der
Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum derart
eingespritzt, dass sich im Zeitpunkt der Zündung eine Kraftstoffwolke
in unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze befindet. Diese Einspritzung
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, dass
die eingespritzte Kraftstoffwolke sich bereits während bzw. unmittelbar nach
der Einspritzung bei der Zündkerze
befindet und von dieser entzündet
wird. Ebenfalls ist es möglich,
dass die eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine Ladungsbewegung
zu der Zündkerze
geführt
und dann erst entzündet
wird. Bei beiden Brennverfahren liegt keine gleichmäßige Kraftstoffverteilung
in dem Brennraum vor, sondern eine Schichtladung.
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Der
Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, dass mit einer sehr geringen
Kraftstoffmenge die anliegenden kleineren Lasten von der Brennkraftmaschine
ausgeführt
werden können.
Größere Lasten können allerdings
nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden.
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In
dem für
größere Lasten
benutzten Homogenbetrieb wird das Benzin während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine
eingespritzt, so dass eine Verwirbelung und damit eine Verteilung
des Benzins in dem Brennraum noch vor der Zündung noch ohne Weiteres erfolgen
kann. Insoweit entspricht der Homogenbetrieb in etwa der Betriebsweise
von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher Weise Kraftstoff in
das Ansaugrohr eingespritzt wird. Bei Bedarf kann auch bei kleineren
Lasten der Homogenbetrieb eingesetzt werden.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit Start des
Verfahrens in Schritt 101 erfolgt in Schritt 102 die
Ermittlung der fuel-off-Korrektur im Schubbetrieb mit Zylinderabschaltung
zur Korrektur der Fertigungstoleranzen des Geberrades. Daran schließt sich
in Schritt 103 die Ermittlung von Laufunruhetermen im Homogenbetrieb
LUT_H_ZA an. In Schritt 104 schließt sich die Ermittlung der
systematischen Abweichung der Laufunruheterme im Homogenbetrieb
als fuel-on-Korrektur
wie zuvor beschrieben in Form der Laufunruheterme im Homogenbetrieb
LUT_H an. Systematische Abweichungen im Homogenbetrieb hängen nicht
von Zumessfehlern ab, die Laufunruheterme werden in diesem Schritt
also von sonstigen Fehlern bereinigt. In Schritt 105 wird
geprüft,
ob die fuel-on-Korrektur aus dem Homogenbetrieb auch im Schichtbetrieb
benutzt werden soll. Ist dies der Fall, bezeichnet durch den Buchstaben
J, so erfolgt in Schritt 106 die Ermittlung der Laufunruheterme
LUT_S inklusive fuel-off und fuel-on-Korrektur im Schichtbetrieb
wie zuvor anhand 1 beschrieben. In Schritt 107 folgt
darauf die Zylindergleichstellung durch Ausregeln bzw. Adaptieren
der Abweichungen der Laufunruheterme durch Veränderung der zugemessenen Kraftstoffmenge.
Verzweigt die Prüfung
in Schritt 105 auf Nein, dieses ist durch den Buchstaben
N bezeichnet, erfolgt in Schritt 108 die Ermittlung der
Laufunruheterme inklusive fuel-off-Korrektur
LUT_ZA_S im Schichtbetrieb. Daran schließt sich in Schritt 109 die Zylindergleichstellung
durch Ausregeln bzw. Adaptieren der Abweichungen der Laufunruheterme
durch Veränderung
der zugemessenen Kraftstoffmenge an. Sind keine sonstigen Fehler
vorhanden, so kann auf die Benutzung der fuel-on-Korrektur aus dem Homogenbetrieb im
Schichtbetrieb verzichtet werden. In diesem Fall erfolgt also die
Verzweigung in Schritt 105 zu N wie Nein, so dass die Benutzung
der fuel-on-Korrektur aus dem Homogenbetrieb im Schichtbetrieb entfällt.