-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist ferner
ein Computerprogramm, ein elektronisches Speichermedium sowie eine
Steuer- und/oder Regeleinrichtung.
-
Aus
der
DE 103 39 251
A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem im Magerbetrieb einer
Brennkraftmaschine eine Zylindergleichstellung und im Homogenbetrieb
einer Brennkraftmaschine eine Einzelzylinder-Lambdaregelung durchgeführt werden.
Bei der Zylindergleichstellung geht es insbesondere um eine Gleichstellung
der Drehmomentbeiträge
der einzelnen Zylinder auf der Basis eines zylinderindividuellen Laufunruhesignals.
Dieses wird beispielsweise aus Segmentzeiten einer Kurbelwelle oder
Nockenwelle ermittelt, die den einzelnen Zylindern zugeordnet sind.
Mit den Laufunruhesignalen werden zylinderindividuelle Korrekturgrößen gebildet,
mit denen auf die Einspritzventile der Zylinder eingewirkt wird.
Auf diese Weise können
die zylinderindividuellen Drehmomentbeiträge über die jeweils eingespritzte
Kraftstoffmenge gleichgestellt werden. Die Zylindergleichstellung
wird während
eines Schichtbetriebs durchgeführt,
der üblicherweise
im unteren Drehzahlbereich und im unteren Drehmomentbereich vorliegt.
-
In
dem oben ebenfalls genannten homogenen Betrieb ist die Zylindergleichstellungsfunktion passiv.
In diesem Betriebszustand wird die besagte Einzelzylinder-Lambdaregelung
durchgeführt,
durch die für
zylinderindividuelle Einspritzventile die Einspritzzeiten so bestimmt
werden, dass alle Zylinder im Wesentlichen ein Abgas mit demselben
Lambdawert liefern, also in allen Zylindern das Kraftstoff-/Luftgemisch
wenigstens in etwa gleich ist. Die besagten Verfahren sind auch
in
DE 198 28 279 A1 und
DE 38 00 176 A1 beschrieben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art bereitzustellen, mit dem die Laufruhe einer Brennkraftmaschine
ebenso wie deren Emissionsverhalten verbessert werden können.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Weitere Lösungsmöglichkeiten
sind in den nebengeordneten Patentansprüchen genannt. Wichtige Merkmale
der Erfindung sind außerdem
in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung erwähnt, wobei
die Merkmale auch in ganz unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung
wesentlich sein können,
ohne dass hierauf im Einzelnen explizit hingewiesen wird.
-
Vorteilhafte Wirkungen
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren werden
zylinderindividuelle Füllungsfehler
und Kraftstofffehler kompensiert. Dies spielt eine Rolle insbesondere
bei solchen Brennkraftmaschinen, bei denen die konventionellen nockenwellengesteuerten Ladungswechselventile
durch elektromagnetisch oder hydraulisch betätigte Ladungswechselventile ersetzt
wurden. Derartige Ladungswechselventile weisen jedoch durch Toleranzen
verursachte regelmäßige Ungenauigkeiten
auf, durch die es zu zylinderindividuellen Füllungsfehlern kommen kann.
Hieraus resultieren zylinderindividuelle Gemischfehler, was wiederum
dazu führt,
dass bei den Verbrennung in den einzelnen Zylindern unterschiedliche
Drehmomente erzeugt werden. Hierzu addieren sich Zumessfehler der
Einspritzventile aufgrund von Fertigungstoleranzen und Verschleiß.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird zum einen die Gemischzusammensetzung verbessert, und es wird
ein ruhigerer Lauf der Brennkraftmaschine ermöglicht. Bei eingeschwungenem
Ergebnis des ersten Schritts des Verfahrens und eingeschwungenem
Ergebnis des zweiten Schritts liegen dann zylinderindividuelle Korrekturgrößen vor,
die die jeweiligen Luft- und/oder Kraftstofffehler richtig wiedergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann dabei entweder regelmäßig beispielsweise
bei einer Werkstattwartung durchgeführt werden, oder es kann sogar
im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine bei weitgehend entdrosselter
Luftzufuhr, also – sofern vorhanden – weit geöffneter
Drosselklappe durchgeführt
werden.
-
Damit
bei dem zweiten Schritt das Kraftstoff-/Luftgemisch nicht in ungünstiger
Weise verändert
wird, wird vorgeschlagen, dass im ersten Schritt erhaltene erste
Korrekturgrößen proportional
zu im zweiten Schritt erhaltenen zweiten Korrekturgrößen verändert werden.
-
Zur
zylinderindividuellen Beeinflussung der Luftfüllung im zweiten Schritt ist
insbesondere eine zylinderindividuelle Veränderung der Öffnungszeiten und/oder
der Schließzeiten
von zylinderindividuellen Einlassventileinrichtungen günstig.
-
Die
Angleichung der Kraftstoff-/Luftgemische in dem ersten Schritt wird
vorzugsweise mittels einer "Einzelzylinder-Lambdaregelung" durchgeführt, wie sie
beispielsweise aus der
DE
38 00 176 A1 bekannt ist, deren Offenbarung daher ausdrücklich auch
zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Mittels
einer solchen Einzelzylinder-Lambdaregelung können auf einfache Art und Weise
die Einspritzzeiten der zylinderindividuellen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
so bestimmt werden, dass alle Zylinder im Wesentlichen ein Abgas
mit demselben Lambdawert liefern.
-
Analog
hierzu wird vorgeschlagen, dass die Beeinflussung der zylinderindividuellen
Luftfüllung
im zweiten Schritt die Verwendung zweiter Korrekturgrößen umfasst,
die durch eine zylinderindividuelle Auswertung einer Laufruhe erhalten
werden. Dieses auch als "Zylindergleichstellung" bekannte Verfahren umfasst
beispielsweise die Auswertung eines zylinderindividuellen Laufunruhesignals,
das beispielsweise aus den Segmentzeiten einer Kurbelwelle ermittelt
wird, die dem jeweiligen Zylinder zugeordnet sind. Ein solches Verfahren
ist beispielsweise aus der
DE
198 28 279 A1 bekannt, welche ebenfalls insgesamt auch
zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
-
Da
eine solche Zylindergleichstellung nicht rückwirkungsfrei auf Zylinder
mit korrekter Luftfüllung arbeitet,
können
die zweiten Korrekturgrößen mit
einer aus einem Signal einer Füllungserfassung
gewonnenen Größe abgeglichen
werden. Somit bleibt das Drehmoment insgesamt unbeeinflusst.
-
Zur
Verbesserung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieses
wiederholt durchgeführt
werden, und die erhaltenen ersten Korrekturgrößen und/oder zweiten Korrekturgrößen können dann über die
Anzahl der durchgeführten
Verfahren gemittelt werden.
-
Neben
der Verbesserung der Laufruhe und der Emission der Brennkraftmaschine
kann das Verfahren aber auch zu einer Diagnose von Komponenten der
Brennkraftmaschine verwendet werden: Beim ersten Schritt erhaltene
erste Korrekturgrößen und/oder
beim zweiten Schritt erhaltene zweite Korrekturgrößen können nämlich für eine Diagnose
von Ladungswechselventilen, beispielsweise solchen, die elektromagnetisch
oder hydraulisch betätigt
sind, und/oder von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen verwendet werden.
Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit
im Betrieb der Brennkraftmaschine erhöht.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachfolgend
wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung naher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine; und
-
2 ein
Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine von 1.
-
Ausführungsform(en)
der Erfindung
-
Eine
Brennkraftmaschine trägt
in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie
dient zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welches in 1 jedoch
nicht dargestellt ist.
-
Die
Brennkraftmaschine umfasst einen Motorblock 12 mit im vorliegenden
Ausführungsbeispiel vier
Zylindern 14a bis 14d. Dabei sei bereits an dieser
Stelle darauf hingewiesen, dass dann, wenn bei einer Komponente
die Indices a bis d nicht genannt sind, die entsprechenden Erläuterungen
für alle Komponenten
a bis d gelten.
-
Jeder
Zylinder 14 verfügt über einen
Brennraum 16, in den Kraftstoff direkt mittels einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 eingespritzt
wird. Frischluft gelangt in einen Brennraum 16 über ein
Einlassventil 20 und einen Ansaugkanal 22. In
diesem ist eine Drosselklappe 24 angeordnet. Ein in einem Brennraum 16 befindliches
Kraftstoff-/Luftgemisch wird von einer Zündkerze 26 entflammt.
Verbrennungsabgase werden aus einem Brennraum 16 über ein
Auslassventil 28 in einen Abgaskanal 30 abgeführt, in
dem eine Katalysatoreinrichtung 32 angeordnet ist.
-
Im
Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird eine Kurbelwelle 34 in
Drehung versetzt. Über
eine Nockenwelle verfügt
die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 jedoch
nicht. Stattdessen werden die Einlassventile 20 und die
Auslassventile 28 elektromagnetisch angesteuert, sie sind
also vollkommen unabhängig
von der Stellung der Kurbelwelle 34 öffenbar und schließbar. Alternativ
könnten
die Einlassventile 20 und Auslassventile 28 beispielsweise
auch hydraulisch angesteuert werden. Außerdem versteht sich, dass,
auch wenn nur ein Einlassventil 20 und ein Auslassventil 28 pro
Zylinder 14 dargestellt und beschrieben sind, zur Reduzierung
von Füllungsverlusten
pro Zylinder 14 mehrere Einlassventile 20 und Auslassventile 28 vorgesehen
sein können.
Ferner ist denkbar, dass nur die Einlassventile 20 frei
angesteuert werden können,
die Auslassventile 28 jedoch über eine Nockenwelle angetrieben
sind.
-
Der
Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer-
und Regeleinrichtung 36 gesteuert und geregelt. Letztere
erhält
hierzu Signale von verschiedenen Sensoren, beispielsweise von einem HFM-Sensor 38,
der stromaufwärts
von der Drosselklappe 24 im Ansaugkanal 22 angeordnet
ist. Ferner werden der Steuer- und Regeleinrichtung 36 Signale von
einem Kurbelwellensensor 40 bereitgestellt, der die Winkelstellung
und Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 34 zeitlich hochaufgelöst erfasst.
Eine Lambdasensor 42 stromaufwärts von der Katalysatoreinrichtung 32 stellt
ein Signal bereit, welches die zylinderindividuelle Bestimmung des
bei einer Verbrennung in einem Brennraum 16 vorliegenden
Kraftstoff-/Luftgemisches
gestattet. Angesteuert werden von der Steuer- und Regeleinrichtung 36 u.
a. die Drosselklappe 24, die Zündkerzen 26, die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18,
sowie die Einlassventile 20 und die Auslassventile 28,
bzw. deren elektromagnetische Betätigungseinrichtungen.
-
Die
in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 10 wird
vorzugsweise mit weit geöffneter
Drosselklappe 24 betrieben. Nur in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise
wenn eine Abgasrückführung realisiert
werden soll oder zur Unterstützung
einer Tankentlüftung,
wird die angesaugte Luft gedrosselt. Die gewünschte Luftfüllung in
den Brennräumen 16 der
Zylinder 14 wird durch den frei wählbaren Beginn des Öffnens und
den ebenfalls frei wählbaren Beginn
des Schließens
der jeweiligen Einlassventile 20 bestimmt. Das Kraftstoff-/Luftgemisch
in den Brennräumen 16 ist
in der Regel homogen, es sind aber auch magere Betriebsarten vorstellbar.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die nachfolgenden
Ausführungen
ebenso für
solche Brennkraftmaschinen gelten, bei denen der Kraftstoff nicht direkt
in die Brennräume
der Zylinder eingespritzt wird, sondern in denen er über einen
Injektor in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine gelangt. Wichtig für das nachfolgend
beschriebene Verfahren ist lediglich, dass der Kraftstoff ebenso
wie die Frischluft den Brennräumen
der Zylinder jeweils einzeln zugemessen werden können.
-
Das
angesprochene Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf 2 im
Detail erläutert.
Nach dem Start in 44 wird in 46, bei weit geöffneter
Drosselklappe 24 und somit weitgehend entdrosselter Luftzufuhr,
in einem ersten Schritt die von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18 in
die Brennräume 16 der
einzelnen Zylinder 14 eingespritzte Kraftstoffmenge zylinderindividuell
so beeinflusst, dass das Kraftstoff-/Luftgemisch in den einzelnen
Zylindern 14 wenigstens in etwa gleich ist. Hierzu wird
eine bereits bekannte Einzelzylinder-Lambdaregelung verwendet, bei der das
Signal des Lambdasensors 42 zylinderindividuell ausgewertet
wird. Die entsprechenden ersten Korrekturgrößen KEZLR_i,
die von der Steuer- und Regeleinrichtung 36 für jeden
Zylinder 14 mit i = a ... d ermittelt werden, werden dabei
ausschließlich für eine Korrektur
der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendet. Zwar werden hierdurch
auch solche Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18a-d verstellt,
die die Soll-Kraftstoffmenge
an sich fehlerfrei einspritzen, dies ist jedoch zunächst unerheblich,
wichtig ist lediglich, dass am Ende dieses ersten Schrittes, nach einem
gewissen Einschwingvorgang, entsprechend Block 46 die Lambdawerte
der einzelnen Zylinder 14 in etwa gleich sind.
-
Das
Einschwingen dieser Einzelzylinder-Lambdaregelung wird in 48 überwacht.
Solange ein eingeschwungener Zustand mit wenigstens näherungsweise
konstanten ersten Korrekturgrößen KEZLR_i nicht festgestellt werden kann, erfolgt
ein Rücksprung
vor den Block 46. Andernfalls wird als nächstes in 50 geprüft, ob eine
Aussetzererkennung betriebsbereit ist. Ist die Antwort in 50 nein,
erfolgt ein Rücksprung
vor den Block 50, andernfalls wird das Verfahren in einem
Block 52 fortgesetzt. Bei einer solchen Aussetzererkennung,
die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird das Signal
des Kurbelwellensensors 40 zeitlich hochaufgelöst ausgewertet.
Bei dieser Auswertung werden die Drehgeschwindigkeiten und Drehbeschleunigungen
der Kurbelwelle 34 bezogen auf die Verbrennungen in den einzelnen
Zylindern 14 erfasst. Hierdurch kann eine Größe ermittelt
werden, die das Drehmoment charakterisiert, das bei einer Verbrennung
während
eines Arbeitstaktes eines Zylinders 14 erzeugt wird.
-
Im
Block 52 werden die Öffnungs-
und Schließzeiten
der Einlassventile 20 und hierdurch die in die Brennräume 16 der
Zylinder 14 gelangende Luftfüllung zylinderindividuell beeinflusst,
bis die einzelnen Zylinder 14 wenigstens in etwa das gleiche Drehmoment
liefern. Die hierzu ermittelten zweiten Korrekturgrößen KZGST_i werden dabei mit einer aus dem Signal
des HFM-Sensors 38 gewonnenen
Größe abgeglichen,
so dass das insgesamt von der Brennkraftmaschine 10 erzeugte
Drehmoment gleich bleibt. In diesem zweiten Schritt des Verfahrens
im Block 52 werden darüber
hinaus die in 46 ermittelten ersten Korrekturgrößen KEZLR_i proportional zur Füllungsänderung bzw. zu den zweiten
Korrekturgrößen KZGST_i ebenfalls verändert, damit die Zusammensetzung
der Kraftstoff-/Luftgemische, also letztlich der Lambdawert, möglichst
unverändert
bleibt und die im ersten Schritt durchgeführte Optimierung der Lambdawerte
nicht verloren geht. Sobald die in 52 durchgeführte Zylindergleichstellung
eingeschwungen ist, die zweiten Korrekturgrößen KZGST_i also
im Wesentlichen stationär
sind, endet das Verfahren in 54.
-
Wenn
die Einzelzylinder-Lambdaregelung in 46 und die Zylindergleichstellung
in 52 jeweils eingeschwungen sind, liegen für jeden
Zylinder 14a bis 14d zylinderindividuelle Korrekturgrößen KZGST_i und KEZLR_i vor,
die die jeweiligen Luftfehler aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften
der Einlassventile 20i mit i = a ... d und Kraftstofffehler
aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18i mit
i = a ... d richtig wiedergeben. Die ermittelten Korrekturgrößen KEZLR_i und KZGST_i können dann
im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine 10 auf die normalen
Ansteuerungen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18 und
der Einlassventile 20 angewendet werden, wodurch die Präzision der Kraftstoffeinspritzung
bzw. der Zumessung des eingespritzten Kraftstoffes in die jeweiligen
Brennräume 16 und
die Präzision
der Zumessung der entsprechenden Frischluft in die einzelnen Brennräume 16 verbessert
wird. Das in 2 dargestellte Verfahren sollte
möglichst
wiederholt durchgeführt
werden, beispielsweise zyklisch, um die Genauigkeit zu verbessern.
In diesem Fall werden die im ersten Schritt 46 und im zweiten
Schritt 52 erhaltenen Korrekturgrößen KEZLR_i und
KZGST_i über
die Anzahl der durchgeführten
Verfahren gemittelt.
-
Ferner
können
die ermittelten Korrekturgrößen KEZLR_i und KZGST_i auch
zur Diagnose der Einlassventile 20 und der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18 verwendet
werden. Beispielsweise kann dann, wenn die Korrekturgrößen KEZLR_i und KZGST_i einen
jeweiligen Grenzwert überschreiten,
ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgen, der bei der nächsten Wartung
ausgelesen werden kann und einen Hinweis auf einen Verschleiß der entsprechenden
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 oder des entsprechenden
Einlassventils 20 liefert.