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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.
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Es sind verschiedene Verfahren zur Zylindergleichstellung mittels einer Auswertung der Laufruhe der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine bekannt, beispielsweise durch eine schrittweise Abmagerung eines einzelnen Zylinders bis zu einem definierten Laufruheschwellwert. Alternative Verfahren beschreiben den Betrieb aller Zylinder in einem Magerbetrieb mit einer Nacheinspritzung und Regelung auf einem gleichmäßigen Laufruhewert. Das Dokument
DE 198 59 018 A1 beschreibt unter anderem, wie eine Laufunruhe über eine Auswertung des Zeitverlaufs einer Kurbel- oder Nockenwellendrehung beurteilt wird. Je weniger Segmentzeiten, welche eine Drehung der Kurbelwelle charakterisieren, voneinander abweichen, desto ruhiger läuft der Motor und desto kleiner ist seine Laufunruhe.
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Im Dokument
DE 10 2007 021 283 A1 wird ein Verfahren beschrieben, durch das ein Lambda-Wert einer Brennkraftmaschine aus einer Laufunruhe der Zylinder bestimmt wird. Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Lambda-Werts aus der Laufunruhe ist aus dem Dokument
DE 10 2009 002 096 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es auf der Bestimmung einer Laufruhe-Differenz zwischen je zwei Zylindern basiert. Daher ist es geeignet, auch bei weniger stabilen Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine eine Zylindergleichstellung herbeizuführen, da ein relatives Maß der Laufruhe zwischen den Zylindern erfasst wird. Gegenüber Verfahren, welche mit einer Nacheinspritzung arbeiten, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung als auch mit Saugrohreinspritzung eingesetzt werden kann. Auf diese Weise wird die Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine verbessert.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es zur Bestimmung einer Laufruhe nicht erforderlich ist, die einzelnen Zylinder in Bezug auf absolute Laufruheschwellwerte zu messen. Stattdessen wird die Laufruhe eines Zylinders relativ zu der Laufruhe eines zweiten Zylinders eines ausgewählten Zylinderpaares bestimmt. Dieses Verfahren wird nacheinander mit sämtlichen Zylindern einer Brennkraftmaschine ausgeführt. In einem ersten Schritt wird dazu das Gemisch mindestens in einem ersten Zylinder abgemagert, wobei gleichzeitig vorzugsweise das Gemisch mindestens eines zweiten Zylinders angefettet wird, so dass sich der mittlere Lambdawert mindestens dieser beiden Zylinder im Wesentlichen nicht verändert. Dann wird in einem zweiten Schritt eine erste Laufruhedifferenz zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder erfasst und gespeichert. In einem dritten Schritt wird umgekehrt vorgegangen, indem das Gemisch des zweiten Zylinders abgemagert wird, wobei gleichzeitig vorzugsweise das Gemisch mindestens in dem ersten Zylinder angefettet wird, so dass sich der mittlere Lambdawert mindestens dieser beiden Zylinder im Wesentlichen nicht verändert. In einem vierten Schritt wird eine zweite Laufruhedifferenz zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder erfasst und gespeichert. In einem fünften Schritt werden die in dem zweiten Schritt und dem vierten Schritt erfassten Laufruhedifferenzen ausgewertet bezüglich ihres Unterschiedes.
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Für eine Auswertung nach dem fünften Schritt wird vorgeschlagen, dass dann, wenn die erste Laufruhedifferenz größer ist als die zweite Laufruhedifferenz, das Gemisch in dem ersten Zylinder in Richtung fett adaptiert wird, und dann, wenn die erste Laufruhedifferenz kleiner ist als die zweite Laufruhedifferenz, das Gemisch in dem ersten Zylinder in Richtung mager adaptiert wird. Eine alternative Vorgehensweise dazu ist, dass dann, wenn die erste Laufruhedifferenz größer ist als die zweite Laufruhedifferenz, das Gemisch in dem ersten Zylinder in Richtung fett adaptiert wird, und dann, wenn die erste Laufruhedifferenz kleiner ist als die zweite Laufruhedifferenz, das Gemisch in dem zweiten Zylinder in Richtung fett adaptiert wird.
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Verallgemeinert lässt sich das Verfahren auch so verstehen, dass nach einer erfolgten wechselseitigen Vergleichsmessung zweier Zylinder schließlich der Zylinder mit der schlechteren Laufruhe angefettet wird, um seine Laufruhe zu verbessern.
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Das Ergebnis wird besonders genau, wenn das Verfahren mehrmals wiederholt wird, bis der Unterschied zwischen den beiden Laufruhedifferenzen eine Grenze unterschreitet und/oder eine maximale Anzahl von Iterationen erreicht ist. Somit lassen sich verbleibende Ungenauigkeiten durch eine wiederholte Ausführung des Verfahrens minimieren. Durch das Festlegen einer Grenze und/oder eine maximale Anzahl von Iterationen können unnötige Verfahrenswiederholungen vermieden werden, und Ausführungszeiten eines an diesem Prozess beteiligten Rechners begrenzt werden.
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Eine sinnvolle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren nach dem Ende der Iteration für ein anderes, beliebig zu wählendes, Zylinderpaar durchgeführt wird. Auf diese Weise können in nachfolgenden Zyklen schließlich alle Zylinder der Brennkraftmaschine ausgewertet und eingestellt werden.
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Eine besonders zweckmäßige Auswertung der Laufruhe von Zylindern ergibt sich, wenn die Laufruhe eines Zylinders ermittelt wird, indem die Segmentzeiten eines mit einer Kurbelwelle verbundenen Segmentrades ausgewertet werden. Beispielsweise ist an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Segmentrad angeordnet, das wenigstens eine der Zylinderzahl entsprechende Anzahl von Markierungen aufweist. Dieses Segmentrad wird von einem Sensor abgetastet, der ein Signal abgibt, das aus einer Abfolge von Segmentimpulsen besteht. Dabei definieren jeweils zwei Segmentimpulse ein Segment. Je weniger die Segmentzeiten der beiden Zylinder eines ausgewählten Paares voneinander abweichen, desto ruhiger läuft der Motor und desto größer ist seine Laufruhe.
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Die Anfettung des anderen Zylinders oder der anderen Zylinder derart, dass insgesamt ein Lambdawert von ungefähr 1 vorliegt, hat zunächst den Vorteil, dass dann das Verfahren unter Beibehaltung guter Abgaswerte und in einem guten Betriebspunkt des Katalysators durchgeführt werden kann. Außerdem nimmt bei einem Lambdawert größer 1 die Laufunruhe sehr schnell zu, wohingegen sie bei einem Lambdawert von weniger als 1 in einem weiten Bereich sich kaum ändert. Somit ist das Verfahren unempfindlich, falls der Gesamtlambdawert doch etwas fehlerbehaftet ist.
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Der Umfang des Abmagerns kann unterschiedlich definiert werden: Entweder man nimmt einen festen Zeitwert oder einen drehzahlabhängigen Zeitwert, wobei die Dauer so ausreichend lang sein sollte, dass ein stabiler gefilterter Laufunruhewert für den abgemagerten Zustand erhalten werden kann. Man kann aber auch dynamische Kriterien verwenden, beispielsweise abwarten, bis die Laufunruhe eine bestimmte Konvergenz erreicht hat und sich nur noch innerhalb eines vordefinierten Bandes verändert.
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Eine sinnvolle Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass während des Abmagerns des Gemisches in dem einen Zylinder die Gemische in allen anderen Zylindern angefettet werden, und der mittlere Lambdawert über alle Zylinder gebildet wird. Damit wird erreicht, dass während das Gemisch in dem einen Zylinder eines jeweiligen Paares abgemagert wird, nicht der zweite Zylinder des Paares in einem stärkeren Maße angefettet wird, sondern dass alle übrigen Zylinder der Brennkraftmaschine um einen vergleichsweise geringen Wert angefettet werden, so dass sich in der Summe wieder ein gewünschter mittlerer Lambdawert über alle Zylinder einstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vereinfacht, wenn es anstelle mit einzelnen Zylinderpaaren mit Zylindergruppen durchgeführt wird. Beispielsweise können anstelle eines Paares von Zylindern Vierergruppen von Zylindern ausgewertet werden, wobei jeweils zwei Zylinder einer Vierergruppe abgemagert werden und die beiden übrigen Zylinder einer Vierergruppe entsprechend angefettet werden. Dabei werden die für Paare von Zylindern gültigen Zyklen und Prozeduren sinngemäß auf Vierergruppen übertragen, entsprechend einer vorliegenden Zylinderzahl der Brennkraftmaschine.
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Besonders sinnvoll ist die Erfindung anzuwenden, wenn das Gemisch der Brennkraftmaschine mittels einer Lambdasonde geregelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommenen Auswertungen und Einstellungen so in ihrer Summe zu regeln, dass ein insgesamt erforderliches Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine beibehalten werden kann. Insbesondere wird erreicht, dass die Brennkraftmaschine in der Summe ihrer Zylinder weder zu fett noch zu mager betrieben wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Schema einer Brennkraftmaschine;
- 2 ein erstes Zeitdiagramm für ein Paar von gleich gestellten Zylindern;
- 3 ein zweites Zeitdiagramm für ein Paar von nicht gleich gestellten Zylindern; und
- 4 ein Flussdiagramm zur Anwendung des Verfahrens.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt ein Schema einer Brennkraftmaschine 100 mit vorliegend vier Zylindern 102a, 102b, 102c und 102d und zugehörigen Injektoren 104a, 104b, 104c und 104d zur Einspritzung von Kraftstoff. Die Brennkraftmaschine 100 ist entweder als ein Benzinmotor oder als ein Dieselmotor ausgeführt. Die vier Zylinder 102a, 102b, 102c und 102d arbeiten auf eine unterhalb davon gezeichnete Kurbelwelle 106, wobei ein Sensor 108 eines nicht dargestellten Geberrads einen aktuellen Drehwinkel der Kurbelwelle 106 erfasst. Ein Abgasrohr 110 leitet die Abgase der vier Zylinder 102a, 102b, 102c und 102d ab, deren Lambdawert von einer Lambdasonde 112 erfasst wird. Im rechten oberen Teil der 1 ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 114 zusammen mit angedeuteten abgehenden und ankommenden Steuerleitungen dargestellt, sowie ein darin enthaltenes elektrisches Speichermedium 116 und ein Computerprogramm 118.
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Die 2 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens, bei dem die Zylinder 102a-d durch eine Auswertung der Laufruhe bei zylinderindividueller Abmagerung des Gemischs gleichgestellt werden, und zwar für den Fall, dass ein ausgewähltes Zylinderpaar zueinander gleich eingestellt ist. Das obere Schema beschreibt ein wechselseitiges Anfetten bzw. Abmagern beispielsweise der Zylinders 102a und 102c. Dieses Abmagern oder Anfetten wird vorliegend um einen Betrag von 10% für beide Zylinder 102a und 102c durchgeführt. Dabei bedeutet die durchgehende Linie 12 die Veränderungen für den ersten Zylinder 102a und die gestrichelte Linie 14 die Veränderungen für den zweiten Zylinder 102c. In dem unterhalb davon aufgetragenen Zeitdiagramm ist zeitgleich zu dem oberen Diagramm eine Kurve 24 dargestellt, welche eine Differenz der Laufruhe der Zylinder 102a und 102c charakterisiert.
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Etwa in der Mitte der 2 sind zwei Intervalle dargestellt, welche ein erstes Auswertefenster 16 und ein zweites Auswertefenster 18 bezeichnen. Der Vorgang weist die dargestellte Periodizität auf, so dass weitere Auswertefenster der Übersicht wegen nicht eingetragen sind. Eine Ordinate 20 des oberen Zeitdiagramms gibt eine Abweichung von einem Gesamtlambdawert an. Positive Werte bedeuten ein abgemagertes Gemisch und eine entsprechend verminderte Laufruhe. Negative Werte bedeuten ein angefettetes Gemisch und eine entsprechend vergrößerte Laufruhe. Das untere Zeitdiagramm weist an einer Ordinate 22 die Kurve 24 aus, welche - wie gesagt - die Laufruhedifferenz des Zylinders 102a zum Zylinder 102c charakterisiert. Dabei eilt die im unteren Zeitdiagramm dargestellte Kurve 24 leicht gegenüber den im oberen Zeitdiagramm dargestellten Linien 12 und 14 nach.
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Für das erste Auswertefenster 16 ergibt sich eine folgende Charakterisierung der Größen: der erste Zylinder 102a, befindet sich aktuell in einem abgemagerten Zustand, während der zweite Zylinder 102c im selben Auswertefenster 16 sich in einem entsprechend angefetteten Zustand befindet. Der Zylinder 102c weist eine höhere Laufruhe auf als der Zylinder 102a, es ergibt sich eine erste Laufruhedifferenz 28 zwischen den beiden Zylindern 102a und 102c. In dem zeitlich nachfolgenden Auswertefenster 18 sind die Verhältnisse umgekehrt. Hier ist der Zylinder 102c, abgemagert, wogegen der Zylinder 102a, angefettet ist. Es ergibt sich eine zweite Laufruhedifferenz 30 zwischen den beiden Zylindern 102a und 102c. Die Laufruhedifferenzen 28 und 30 sind betragsmäßig gleich. Die beiden Zylinder 102a und 102c erweisen sich als gleichgestellt.
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Die 3 zeigt ein im Prinzip gleiches Paar von Zeitdiagrammen wie die 2. Im Unterschied zur 2 sind in der 3 die Gemische der Zylinder 102a und 102c um 2% relativ zueinander ungleichgestellt, beispielsweise aufgrund von Alterung, Verschleiß, Fertigungstoleranzen, etc. Ändert man nun in der 3 gezielt das Gemisch ebenfalls um einen Betrag von jeweils 10%, analog zu 2, so ergibt sich während des Auswertefensters 16 für den Zylinder 102a eine Abmagerung in der Summe von lediglich 9%, und für den Zylinder 102c in der Summe eine Anfettung von ebenfalls lediglich 9%. Im Bereich des Auswertefensters 18 sind die Verhältnisse umgekehrt. Hier ist der Zylinder 102c in der Summe um einen Betrag von 11% abgemagert, wogegen der Zylinder 102a in der Summe um einen Betrag von 11% angefettet ist. Entsprechend einer vorliegenden Unsymmetrie zwischen Anfettung und Abmagerung in den beiden Auswertefenstern 16 und 18 ergibt sich im Bereich des Auswertefensters 16 eine Laufruhedifferenz 28 und im Bereich des Auswertefensters 18 eine Laufruhedifferenz 30. Die Laufruhedifferenz 30 ist betragsmäßig größer als die Laufruhedifferenz 28. Die beiden Zylinder 102a und 102c sind also nicht gleichgestellt. Aus dem Verhalten der Kurve 24 lässt sich ableiten, dass der Zylinder 102c angefettet werden muss.
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Die 4 gibt die aus den 2 und 3 bekannten Ergebnisse in einem Flussdiagramm wieder. Dargestellt ist eine Abfolge von Verfahrensschritten, welche abgearbeitet werden, wenn ein Computerprogramm 118 einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 114 zum Betreiben der Brennkraftmaschine 100 abläuft. Die Abarbeitung des Flussdiagramms erfolgt in der Hauptsache von oben nach unten.
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Ausgehend von einem Startblock 32 wird in einem Block 34 abgefragt, ob alle Zylinder 102a, 102b, 102c und 102d bereits gleichgestellt sind. Falls zutreffend, verzweigt das Diagramm auf einen Endeblock 36. Falls unzutreffend, beginnt das eigentliche Verfahren, In einem Block 38 wird ein erstes Zylinderpaar ausgewählt, in den 2 und 3 beispielsweise die Zylinder 102a und 102c. Daraufhin wird in einem Block 40 der erste Zylinder 102a vorübergehend abgemagert, wogegen der zweite Zylinder 102c vorübergehend angefettet wird. Ein folgender Block 42 beinhaltet eine Verzögerung, um einen stationären Zustand mit wenigstens in etwa stabiler Laufruhe der Brennkraftmaschine 100 abzuwarten. Darauf folgend wird eine Differenz 28 der Laufruhe des ersten Zylinders 102a zur Laufruhe des zweiten Zylinders 102c berechnet, und das Ergebnis gespeichert. Der Sensor 108 des Segmentrads der Kurbelwelle 106 der Brennkraftmaschine 100 liefert dazu Signale, aus denen ein Maß für die Laufruhe der Zylinder 102a und 102c berechnet werden kann.
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In einem folgenden Verfahrensschritt, Block 44, werden die Verhältnisse umgekehrt. Hier wird der erste Zylinder 102a angefettet und der zweite Zylinder 102c abgemagert. Wiederum schließt sich in einem Block 46 eine Verzögerung an, um eine stabile Laufruhe der Brennkraftmaschine 100 abzuwarten. Wiederum wird eine Differenz 30 der Laufruhe des ersten Zylinders 102a zur Laufruhe des zweiten Zylinders 102c berechnet und abgespeichert. Ein folgender Block 48 vergleicht den so erhaltenen Wert 28 mit dem Wert 30. Ist die Summe von 28 und 30 größer als null (Block 50), so wird durch eine Adaption der Gemischeinstellungen im Block 52 der erste Zylinder 102a um eine Stufe angefettet. Daraufhin wird das Verfahren, beginnend am Block 40, wiederholt. Ist die Summe von 28 und 30 dagegen kleiner als null (Block 54), so wird im Block 56 der zweite Zylinder 102c um eine Stufe angefettet. Nachfolgend wird das Verfahren, beginnend am Block 40, ebenfalls wiederholt.
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Für einen dritten Fall, dass der Vergleich der Werte im Block 48 eine Summe von in etwa null ergibt, nimmt das Verfahren im Block 58 an, dass das vorliegende Zylinderpaar 102a, 102c bereits gleichgestellt ist, und verzweigt zurück zum Block 34. Im Block 34 wird nun geprüft, ob sämtliche Zylinder 102a-d der Brennkraftmaschine 100 in derselben Weise bereits paarweise ausgewertet wurden. Daraufhin endet die in dem Diagramm der 4 beschriebene Prozedur entweder in dem Endeblock 36, oder es wird die Prozedur im Block 38, durch Auswahl eines weiteren Zylinderpaares (beispielsweise 102a und 102b) fortgesetzt.
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Weiterhin können im Block 48 Schwellwerte vorgegeben sein, mit denen eine Genauigkeit des Verfahren für die Zylindergleichstellung festgelegt wird. Ergänzend kann im Block 48 ein Schwellwert für eine maximale Zahl von Iterationsschritten vorgegeben sein, so dass unabhängig von Ergebnissen des durch die 4 beschriebenen Verfahrens die Prozedur abgekürzt und Rechenzeit gespart werden kann. Sinngemäß kann das in der 4 beschriebene Flussdiagramm auch angewendet werden für ein Verfahren, welches an Stelle eines einzelnen Zylinderpaares mit Zylindergruppen durchgeführt wird.
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Außerdem können in den Blöcken 40 und 44 Anweisungen enthalten sein, um alternativ nicht den jeweils anderen Zylinder eines Zylinderpaares anzufetten, sondern die Anfettung summarisch auf die übrigen Zylinder zu verteilen.
