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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines jeweiligen indizierten Moments für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern sowie eine entsprechende Vorrichtung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Regelungsverfahren sowie eine entsprechende Regelungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern.
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Um die zylinderindividuellen Stellglieder einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Benzinmotors oder eines Dieselmotors eines Fahrzeugs, optimal ansteuern zu können, ist die Kenntnis zylinderindividueller Merkmale erforderlich. Die zylinderindividuellen Stellglieder können beispielsweise Zündkerzen oder Kraftstoffinjektoren umfassen. Beispiele von zylinderindividuellen Merkmalen sind beispielsweise eine Verbrennungslage, ein Verbrennungsschwerpunkt oder ein indiziertes Moment. Die Verbrennungslage ist ein den Zeitpunkt der Verbrennung kennzeichnender Kurbelwinkel. Beispielsweise kennzeichnet die Verbrennungslage den Kurbelwinkel, bei dem näherungsweise 50% der gesamten Wärmemenge bei einer Verbrennung eines Gas-/Luftgemisches in dem Zylinder umgesetzt sind. Der Verbrennungsschwerpunkt kann beispielsweise den Punkt bezeichnen, an dem die Hälfte der Frischladung verbrannt ist. Das durch die Verbrennung des Gas-/Luftgemisches entstehende und auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine einwirkende Moment wird als indiziertes Moment bezeichnet. Eine Bestimmung der zylinderindividuellen Merkmale ist daher für eine optimale Einstellung der Brennkraftmaschine zur Reduktion von Emissionen und einer Verringerung eines Kraftstoffverbrauchs von großer Wichtigkeit. Gemäß dem Stand der Technik können zylinderindividuelle Merkmale beispielsweise ermittelt werden, indem jedem Zylinder ein Zylinderdrucksensor zugeordnet wird. Aus der Auswertung der Ausgangssignale der Zylinderdrucksensoren kann für jeden Zylinder individuell ein Verlauf des Verbrennungsvorgangs bestimmt werden und somit können die zylinderindividuellen Merkmale bestimmt werden. Allerdings sind die Kosten für derartige Zylinderdrucksensoren verhältnismäßig hoch und, da die Ausgangssignale der Zylinderdrucksensoren mit hoher zeitlicher Auflösung erfasst und ausgewertet müssen, ist eine entsprechend hohe Rechenleistung erforderlich.
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In der
DE 10 2006 057 688 A1 wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen, in dem eine erste Drehkenngröße an einem ersten Ort längs einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gemessen wird und eine zweite Drehkenngröße an einem zweiten Ort längs einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gemessen wird. Unter Verwendung der ersten Drehkenngröße und der zweiten Drehkenngröße werden zylinderindividuelle Drehkenngrößen mithilfe eines Beobachters bestimmt. Durch den Einsatz eines Beobachters ist es möglich, aus der Differenz der ersten Drehkenngröße und der zweiten Drehkenngröße sowie einer geeigneten Modellierung des Verbrennungsmotors das Verbrennungsgasmoment zylinderindividuell zu bestimmen. Dabei ist es nicht erforderlich, für jeden Zylinder einen Zylinderdrucksensor vorzusehen. Es ist vielmehr auch möglich, das zylinderindividuelle Verbrennungsgasmoment ohne Zylinderdrucksensoren zu bestimmen. Dabei können die erste und die zweite Drehkenngröße jeweils als Winkelgeschwindigkeit oder als Kurbelwellenwinkel ermittelt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist es auch möglich, dass ein Leitzylinder einen Zylinderdrucksensor aufweist und dass das mittlere Moment und/oder der Schwerpunkt des Verbrennungsgasmoments aus der Summe von Verbrennungsgasmoment des Leitzylinders unter Berücksichtigung des Kurbelwellenwinkelversatzes der verschiedenen Zylinder der Brennkraftmaschine und einem Beobachterausgangsmoment abzüglich des Kompressionsmoments ermittelt wird.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2007 000 443 A1 eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher In einem vierten Zylinder ein Zylinderdrucksensor angebracht ist. Eine Einspritzzeitgebung des vierten Zylinder wird so gesteuert, dass die durch den Zylinderdrucksensor erfasste Zündzeitgebung des vierten Zylinders auf eine Sollzündzeitgebung geregelt wird. Die Zündzeitgebungen des ersten Zylinders bis dritten Zylinders werden dadurch indirekt gesteuert, dass die Einspritzzeitgebungen so gesteuert werden, dass die abgegebenen Momente, die durch eine Verbrennung in dem ersten Zylinder bis dritten Zylinder erzeugt werden, mit einem abgegeben Moment in Übereinstimmung gebracht werden, welches durch eine Verbrennung in dem vierten Zylinder erzeugt wird.
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Die
DE 10 2006 053 255 B3 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Zylinderinnendrucks einer Brennkraftmaschine. Dabei erfolgt die Bestimmung des Zylinderinnendrucks aus einem Zylinderdruckmodel mit wenigstens den Eingangsgrößen Last, Drehzahl und Kurbelwinkel, der mit einem Druckkorrekturwert korrigiert den zu bestimmenden Zylinderinnendruck bildet. Der Druckkorrekturwert wird aus einer Betrachtung der Wechselmomente an der Kurbelwelle bestimmt. Der modellierte Wert des Zylinderinnendrucks aus dem Druckmodell wird dabei als Vorsteuerwert gewonnen und mit einem aus dem Messwert der Drehungleichförmigkeit gebildeten Korrekturwert korrigiert.
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Die
DE 10 2004 053 347 A1 betrifft ein Einspritzsteuersystem für eine Brennkraftmaschine. Dabei misst eine elektronische Steuereinheit eine Kraftmaschinendrehzahl in einer Zeitperiode nach einem Zeitpunkt, bei dem ein Auslassventil geöffnet wird, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem ein oberer Totpunkt des nächsten Zylinders erfasst wird, nachdem eine einzige Einspritzung durchgeführt wurde. Die elektronische Steuereinheit berechnet eine durch die einzige Einspritzung hervorgerufene Drehzahlschwankung auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl. Die Kraftmaschinendrehzahl, die unmittelbar nach der einzigen Einspritzung vorhanden ist, wird gemessen, nachdem ein durch die einzige Einspritzung erhöhter Zylinderdruck im Wesentlichen auf das gleiche Niveau wie jener Zylinderdruck verringert wurde, der in jedem Fall vorgesehen ist, wenn die einzige Einspritzung nicht durchgeführt wird. Daher kann die Drehzahlschwankung entsprechend dem durch die einzige Einspritzung erzeugten Drehmoment genau gemessen werden.
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Fehler des indizierten Moments werden fast ausschließlich durch Zumessfehler des Einspritzsystems verursacht. Erschwerend kommt bei dieser Ausregelung der Zumessfehler hinzu, dass insbesondere bei Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, wie z. B. Personenkraftwagen, häufig schnelle und starke Laständerungen der Brennkraftmaschine auftreten, wodurch eine Bestimmung des indizierten Moments aus dem Drehzahlsignal und den Drehzahlschwankungen an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verhältnismäßig ungenau ist. Dazu tragen insbesondere Schwingungen bei Laständerungen sowie allgemeine statistische Eigenschaften, wie z. B. Rauschen und Schwankungen, bei der Erfassung des Drehzahlsignals an der Kurbelwelle bei. Diese Problematik wird darüber hinaus bei Brennkraftmaschinen, welche mit einem Turbolader aufgeladen werden, aufgrund der unterschiedlichen lastabhängigen Ladedrücke weiter erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein zuverlässiges Verfahren zum Bestimmen des indizierten Moments für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine bereitzustellen. Darüber hinaus soll das Verfahren kostengünstig durchführbar sein und auf Laständerungen der Brennkraftmaschine schnell reagieren, sodass eine Momentenregelung einen Zumessfehler des Einspritzsystems minimiert.
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Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Bestimmung eines jeweiligen indizierten Moments für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, ein Regelungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach Anspruch 6, eine Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach Anspruch 9, eine Regelungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach Anspruch 11 und ein Fahrzeug nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines jeweiligen indizierten Moments für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Die mehreren Zylinder umfassen mindestens einen sogenannten Führungszylinder und mindestens einen weiteren Zylinder. Bei dem Verfahren wird eine Drehzahlinformation der Brennkraftmaschine erfasst. Die Drehzahlinformation umfasst Winkelgeschwindigkeiten einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors bei mehreren verschiedenen Kurbelwellendrehwinkeln. Somit stellt die Drehzahlinformation eine hochaufgelöste Drehzahlinformation bereit, welche Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle innerhalb einer Umdrehung anzeigt. Für jeden Zylinder wird aus dieser Drehzahlinformation ein jeweiliges erstes Moment für jeden Zylinder bestimmt. Mithilfe eines Druckerfassungsmittels, welches in dem Führungszylinder angeordnet ist, wird ein Zylinderinnendruck in dem Leitzylinder erfasst. Auf der Grundlage des erfassten Zylinderinnendrucks des Führungszylinders wird für den Führungszylinder ein zweites Moment bestimmt. Schließlich wird für jeden Zylinder auf der Grundlage des jeweiligen ersten Moments und des zweiten Moments des Führungszylinders das jeweilige indizierte Moment für den jeweiligen Zylinder bestimmt. Das indizierte Moment kann am Führungszylinder mithilfe des Zylinderinnendrucks direkt erfasst und geregelt werden. Ebenso kann die Verbrennungsschwerpunktlage am Führungszylinder direkt erfasst und geregelt werden. Diese Stellgrößen werden auf die weiteren Zylinder angewendet. Hierdurch werden alle Momentenfehler, die alle Zylinder gemeinsam betreffen, ausgeglichen, wie z. B. Raildruckfehler, Verkokung, mangelhafte Wirkungsgradbedatung oder eine normale Injektoralterung. Zylinderindividuelle Momentenabweichungen vom Führungszylinder werden mithilfe des Drehzahlsignals ermittelt und zur Korrektur des vom Führungszylinder erfassten und auf die weiteren Zylinder angewendeten Moments verwendet. Dadurch wird nur ein Druckerfassungsmittel benötigt und trotzdem eine schnelle Bestimmung der jeweiligen indizierten Momente für jeden Zylinder ermöglicht, um beispielsweise Zumessfehler bei der Einspritzmenge für jeden Zylinder schnell und genau ausregeln zu können. Dies ist insbesondere bei schnellen Laständerungen oder Ladedruckänderungen möglich, da diese Änderungen von dem Druckerfassungsmittel in dem Führungszylinder unmittelbar erkannt werden. Bei genauer Kenntnis der indizierten Momente für jeden Zylinder ist eine Momentenregelung möglich, welche es erlaubt, Mengenfehler auf weniger als ein Milligramm pro Hub im gesamten Kennfeldbereich zu begrenzen bzw. zu reduzieren.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das jeweilige indizierte Moment für einen der weiteren Zylinder bestimmt, indem eine Momentendifferenz zwischen dem ersten Moment des Führungszylinders und dem ersten Moment des weiteren Zylinders bestimmt wird und das indizierte Moment des weiteren Zylinders durch Korrigieren des zweiten Moments mithilfe des Differenzmoments bestimmt wird. Da die ersten Momente von sowohl dem Führungszylinder als auch von den weiteren Zylindern auf der Grundlage der Drehzahlinformation bestimmt werden, können aus einem Vergleich der ersten Momente untereinander zylinderindividuelle Abweichungen bestimmt werden. Diese zylinderindividuellen Abweichungen schlagen sich in entsprechenden Momentendifferenzen nieder, welche zur Korrektur des zweiten Moments, welches aus der Druckerfassung in dem Führungszylinder bestimmt wurde, verwendet werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das indizierte Moment für den mindestens einen weiteren Zylinder bestimmt, indem eine Abweichung zwischen dem ersten Moment des Führungszylinders und dem zweiten Moment des Führungszylinders bestimmt wird und das erste Moment des weiteren Zylinders als indiziertes Moment des weiteren Zylinders festgelegt wird, wenn die Abweichung unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Bei dieser Ausführungsform wird durch Vergleichen des mit dem Druckerfassungsmittel bestimmten zweiten Moments des Führungszylinders mit dem aus der Drehzahlinformation bestimmten ersten Moment des Führungszylinders eine Qualitätsaussage bezüglich der Genauigkeit der Momentenbestimmung aus der Drehzahlinformation bestimmt. Wenn die Qualität hoch ist, d. h. die Abweichung zwischen dem Moment auf der Grundlage der Drehzahlinformation und dem Moment auf der Grundlage des Zylinderinnendrucks gering ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Momente der weiteren Zylinder ebenfalls mit entsprechender Qualität aus der Drehzahlinformation bestimmt werden können.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird das erste Moment für einen der mehreren Zylinder bestimmt, indem mehrere Momente für den Zylinder bei einer vorbestimmten Anzahl von vorzugsweise aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen des Zylinders aus der Drehzahlinformation bestimmt werden und durch Mitteln der mehreren Momente für den Zylinder das erste Moment bestimmt wird. Da die aus der Drehzahlinformation ermittelten Momente häufig mit statistisch verteilten Fehlern, wie z. B. Rauschen oder Schwankungen, behaftet sind, können diese Fehler durch Mitteln mehrerer aufeinanderfolgender Bestimmungen weitestgehend ausgeglichen werden. Das so bestimmte erste Moment für den entsprechenden Zylinder stellt somit zylinderspezifische Merkmale entsprechend genau dar. Die Mittelung über mehrere Momente von aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen kann beispielsweise in Form eines gleitenden Mittelwerts gebildet werden, indem eine vorbestimmte Anzahl von zuletzt durchgeführten aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen zur Mittelung herangezogen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Überprüfen einer Funktionstüchtigkeit des Druckerfassungsmittels des Führungszylinders. Dazu wird ein mittleres erstes Moment für den Führungszylinder bestimmt, indem mehrere Momente, welche während einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen des Führungszylinders aus der Drehzahlinformation bestimmt werden, ermittelt und durch Vergleichen des so bestimmten mittleren ersten Moments mit dem zweiten Moment des Führungszylinders, welches mit dem Druckerfassungsmittel bestimmt wurde, die Funktionstüchtigkeit des Druckerfassungsmittels bestimmt. Auf diese Art und Weise wird eine einfache Diagnosemöglichkeit für das Druckerfassungsmittel des Führungszylinders bereitgestellt, welche während eines Betriebs der Brennkraftmaschine kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden kann. Im Falles eines Fehlers des Druckerfassungsmittels kann dann beispielsweise die Regelung der Brennkraftmaschine allein auf der Grundlage der Drehzahlinformation mit gegebenenfalls entsprechend geringerer Genauigkeit weiter fortgesetzt werden und ein entsprechender Hinweis zur Behebung des Fehlers des Druckerfassungsmittels an beispielsweise einen Fahrer des Fahrzeugs oder einen elektronischen Fehlerspeicher ausgegeben werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Regelungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Die mehreren Zylinder umfassen mindestens einen Führungszylinder und mindestens einen weiteren Zylinder. Bei dem Regelungsverfahren wird für jeden Zylinder jeweils ein indiziertes Moment bestimmt. Auf der Grundlage des indizierten Moments des Führungszylinders wird eine aktuelle Verbrennungsschwerpunktlage für den Führungszylinder bestimmt. In Abhängigkeit von der aktuellen Verbrennungsschwerpunktlage des Führungszylinders werden für jeden Zylinder eine jeweilige zukünftige Verbrennungsschwerpunktlage für beispielsweise den nächsten Arbeitszyklus eingestellt. Das indizierte Moment für jeden der Zylinder kann beispielsweise mit dem zuvor beschriebenen Verfahren oder einer seiner Ausführungsformen bestimmt werden. Zusätzlich kann für jeden Zylinder in Abhängigkeit von dem bestimmten jeweiligen indizierten Moment des jeweiligen Zylinders eine jeweilige Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt werden. Da aktuelle Zustandsänderungen der Brennkraftmaschine, wie z. B. eine aktuelle Laständerung oder eine aktuelle Änderung eines Ladedruck eines Turboladers der Brennkraftmaschine, und zylinderindividuelle Eigenschaften bei der Bestimmung des indizierten Moments für jeden Zylinder gleichermaßen berücksichtigt werden, können die Schwerpunktslage und die Kraftstoffeinspritzmenge für jeden Zylinder mit hoher Genauigkeit eingestellt werden, wodurch Emissionen und ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringert werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Die mehreren Zylinder umfassen mindestens einen Führungszylinder und mindestens einen weiteren Zylinder. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Eingang für eine Kopplung mit einem Druckerfassungsmittel, welches zur Erfassung eines Zylinderinnendrucks in dem Führungszylinder geeignet ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen zweiten Eingang für eine Kopplung mit einem Drehwinkelgeber, welcher zur Erfassung einer Drehzahlinformation der Brennkraftmaschine geeignet ist. Die Drehzahlinformation ist eine hochaufgelöste Drehzahlinformation, welche Winkelgeschwindigkeiten einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bei mehreren verschiedenen Kurbelwellendrehwinkeln umfasst. Dadurch können Drehzahlschwankungen, beispielsweise aufgrund von Verbrennungsvorgängen in den einzelnen Zylindern, mithilfe des Drehwinkelgebers an der Kurbelwelle erfasst werden. Schließlich umfasst die Vorrichtung einer Verarbeitungseinheit, welche ausgestaltet ist, aus der Drehzahlinformation für jeden Zylinder jeweils ein erstes Moment zu bestimmen und aus dem erfassten Zylinderinnendruck ein zweites Moment für den Führungszylinder zu bestimmen. Auf der Grundlage des jeweiligen ersten Moments und des zweiten Moments wird für jeden Zylinder jeweils ein indiziertes Moment bestimmt. Die Vorrichtung ist daher in der Lage, das zuvor beschriebene Verfahren zur Bestimmung des jeweiligen indizierten Moments für jeden Zylinder durchzuführen und umfasst daher auch die Vorteile des zuvor beschriebenen Verfahrens.
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Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Regelungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bereitgestellt. Die mehreren Zylinder umfassen mindestens einen Führungszylinder und mindestens einen weiteren Zylinder. Die Regelungsvorrichtung umfasst einen ersten Eingang für eine Kopplung mit einem Druckerfassungsmittel zur Erfassung eines Zylinderinnendrucks in dem Führungszylinder, einen zweiten Eingang für eine Kopplung mit einem Drehwinkelgeber zur Erfassung einer Drehzahlinformation der Brennkraftmaschine, einen Ausgang für eine Kopplung mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine, und eine Verarbeitungseinheit. Die Drehzahlinformation ist eine hochauflösende Drehzahlinformation und umfasst Winkelgeschwindigkeiten einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bei mehreren verschiedenen Kurbelwellendrehwinkeln, beispielsweise für Drehwinkel im Abstand von 1°, 6°, 10° oder 20°. Die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, für jeden Zylinder jeweils ein indiziertes Moment zu bestimmen und aus dem indizierten Moment des Führungszylinders eine aktuelle Verbrennungsschwerpunktlage für den Führungszylinder zu bestimmen. In Abhängigkeit von der aktuellen Verbrennungsschwerpunktlage des Führungszylinders wird für jeden Zylinder jeweils eine zukünftige Verbrennungsschwerpunktlage durch entsprechendes Ansteuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingestellt. Die Regelungsvorrichtung ist daher zur Durchführung des zuvor beschriebenen Regelungsverfahrens geeignet und umfasst die Vorteile, welche im Zusammenhang mit dem Regelungsverfahren zuvor beschrieben wurden.
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Schließlich stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung oder der zuvor beschriebenen Regelungsvorrichtung bereit.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden.
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Die einzige Figur zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer Regelungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Hubkolbenmotor 2, welcher vier Zylinder 3–6 umfasst. Der Motor 2 ist beispielsweise ein Dieselmotor. In den Zylindern 3–6 befindet sich jeweils ein Kolben, welcher eine Verbrennungsenergie, die beim Verbrennen von Kraftstoff in dem Zylinder frei wird, auf eine gemeinsame Kurbelwelle 7 überträgt. Die Zylinder 3–6 werden von einer Einspritzvorrichtung 8 mit Kraftstoff versorgt. Weitere Einzelheiten des Motors 2, wie beispielsweise eine Frischluftzufuhr, eine Abgasanlage, Ventile zum Be- und Entladen der Zylinder 3–6 und ein eventuell vorhandener Abgasturbolader sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht dargestellt.
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In einem der Zylinder 3–6, dem sogenannten Führungszylinder 3, ist ein Drucksensor 9 derart angebracht, dass er einen Druck im Innenraum des Zylinder 3 messen kann. Der Drucksensor 9 ist insbesondere in der Lage, einen Druck zu messen, welcher während einer Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 3 entsteht. Auf der Grundlage von geometrischen Daten des Zylinders 3 und dem von dem Drucksensor 9 ermittelten Innendruck in dem Zylinder 3 kann ein indiziertes Moment während eines Arbeitstaktes des Zylinders 3 direkt bestimmt werden. Dazu verfügt die Brennkraftmaschine 1 über eine Regelungsvorrichtung 10 mit einer Verarbeitungseinheit 11. Die Regelungsvorrichtung 10 ist über einen Eingang 12 mit dem Drucksensor 9 gekoppelt. Die Verarbeitungseinheit 11 kann beispielsweise eine elektronische Verarbeitungseinheit mit einem Prozessor und einer geeigneten Steuersoftware umfassen.
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An der Kurbelwelle 7 des Motors 2 ist ein hochauflösender Drehwinkelgeber 13 angeordnet. Um eine entsprechend hohe Auflösung des Drehwinkelgeber 13 zu erreichen, kann an der Kurbelwelle 7 ein entsprechendes Geberrad, welches in der Figur nicht gezeigt ist, angebracht sein. Alternativ kann der Drehwinkelgeber auch an einem Schwungrad, welches an der Kurbelwelle 7 angebracht ist, angeordnet sein, um eine Drehwinkelinformation zu bestimmen. Derartige Drehwinkelgeber 13 sind dem Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben werden. Der Drehwinkelgeber 13 ist mit einem weiteren Eingang 14 der Regelungsvorrichtung 10 verbunden. Über einen Ausgang 15 der Regelungsvorrichtung 10 steuert die Verarbeitungseinheit 11 die Einspritzvorrichtung 8 an, um Einspritzzeitpunkte und Einspritzmengen für jeden der Zylinder 3–6 individuell einzustellen, wie nachfolgend beschrieben werden wird.
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Eine Verbrennungsschwerpunktlage wird am Führungszylinder 3 mithilfe des Drucksensors 9 erfasst und geregelt. Die Stellgröße dieser Regelung wird auf alle weiteren Zylinder 4–6 angewendet, da alle wesentlichen Einflüsse, welche die Verbrennungsschwerpunktlage beeinflussen, nicht zylinderindividuell sind. Weiterhin wird das innere Moment am Führungszylinder 3 mithilfe des Drucksensors 9 bestimmt und geregelt. Auch diese Stellgröße wird auf die weiteren Zylinder 4–6 ausgegeben. Hierdurch werden alle Momentenfehler, die alle Zylinder gemeinsam betreffen, ausgeglichen, wie z. B. Raildruckfehler, eine Verkokung, eine mangelhafte Wirkungsgradbedatung oder eine normale Injektoralterung. Die zylinderindividuellen Momentenabweichungen vom Führungszylinder 3 werden mithilfe des Drehzahlsignals von dem Drehwinkelgeber 13 ermittelt. Die Drehzahlinformation des Drehwinkelgebers 13 kann beispielsweise zyklussynchron im gesamten Kennfeld zur Ausregelung der Differenzmomente der einzelnen Zylinder verwendet werden. Alternativ kann davon ausgegangen werden, dass die wesentlichen Momentenfehler alle Injektoren der Zylinder 3–6 betreffen und lediglich tatsächliche Fehler zu Einzelzylinderfehlern führen. In diesem Fall wird das Signal des Drehwinkelgebers 13 lediglich zu Diagnosezwecken verwendet und muss nicht zyklussynchron berechnet werden und nicht im gesamten Kennfeld zur Verfügung stehen. Die Fehler des indizierten Momentes werden bei geregeltem Verbrennungsschwerpunkt fast ausschließlich durch Zumessfehler des Einspritzsystems 8 verursacht. Durch die Momentenregelung ist es möglich, den Mengenfehler auf weniger als 1 Milligramm pro Hub im gesamten Kennfeldbereich zu begrenzen.
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Durch den Einsatz des Drucksensors 9 in dem Führungszylinder 3 können somit in Verbindung mit dem Drehzahlsignal von dem Drehwinkelgeber 13 für alle Zylinder die absoluten indizierten Momente sowie die Differenzmomente im Führungszylinder bestimmt werden. Diese Differenzmoment können sowohl für Diagnosezwecke als auch für Regelungszwecke im gesamten Kennfeld verwendet werden.
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Für die Regelung ergeben sich je nach Qualität der aus dem Drehzahlsignal abgeleiteten Informationen im Wesentlichen zwei verschiedene Möglichkeiten zur Nutzung des Drehzahlsignals.
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Wenn die aus dem Drehzahlsignal ermittelten Informationen von der zeitlichen und absoluten Genauigkeit und ihren statistischen Eigenschaften mit denen aus dem Zylinderdrucksignal des Führungszylinders 3 vergleichbar sind, kann die Information aus der Drehzahl für eine direkte Regelung des indizierten Moments des jeweiligen Zylinders verwendet werden. Unterschiede zwischen den Injektoren können bei dieser Regelung mit einer hohen Dynamik direkt kompensiert werden. Die Qualität des Drehzahlsignals kann für den Führungszylinder 3 mithilfe des Drucksensors 9 bestimmt werden.
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Wenn die aus dem Drehzahlsignal ermittelten Informationen eine geringere Qualität aufweisen, beispielsweise Rauschen und Schwankungen, können sie nicht für eine direkte Regelung des indizierten Moments des jeweiligen Zylinders verwendet werden. In diesem Fall wird die Information des Führungszylinders 3, insbesondere die Messung des Zylinderinnendrucks auf alle weiteren Zylinder 4–6 gleichzeitig angewendet. Sofern sich alle Injektoren gleich verhalten, kompensiert diese Regelung die globalen Störeinflüsse auf die Zumessgenauigkeit mit einer hohen Dynamik. Unterschiede zwischen den Injektoren können durch eine langsamere statistische Bewertung der Drehzahlinformationen berücksichtigt werden, beispielsweise durch eine zeitliche Mittelung der Drehzahlinformationen. So werden Injektorunterschiede langsam adaptiert.
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Um die Qualität der aus dem Drehzahlsignal abgeleiteten Informationen zu beurteilen, können beispielsweise einzelne Segmente einer Verbrennung, insbesondere Segmente mit Maximalwerten, betrachtet werden, welche dann mit dem erfassten Zylinderinnendruck des Führungszylinders 3 verglichen werden.
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Zusätzlich zur Regelung der Gesamteinspritzmenge kann die Regelungsvorrichtung 10 zur Diagnose des Zylinderdrucksensors 9 in dem Führungszylinder 3 verwendet werden. Da der Zylinderdrucksensor 9 sehr hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist und darüber hinaus maßgeblich für die Regelung von Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt verantwortlich ist, ist eine zuverlässige Überwachung des Zylinderdrucksensor 9 erforderlich. Dazu wird das absolute indizierte Moment des Führungszylinders 3 gleichzeitig sowohl aus der Drehzahlinformation mithilfe des Drehwinkelgebers 13 als auch aus dem Zylinderdrucksignal des Drucksensors 9 bestimmt und diese Werte werden miteinander verglichen. Der Vergleich ermöglicht die Sicherstellung, dass eine Korrektur der Einspritzmenge des Führungszylinders 3 nicht auf einem fehlerhaften Zylinderdrucksignal basiert. Dadurch kann verhindert werden, dass die weiteren Zylinder 4–6 aufgrund einer fehlerhaften Signalerfassung physikalisch falsch eingestellt werden. Eine statistische Sicherheit der Trennung fehlerhafter Drucksensoren und fehlerhafter Injektoren, d. h. ein Drucksensor oder ein Injektor haben ein Fehlverhalten, das nur lokal für den Zylinder gilt und nicht auf die anderen Zylinder übertragen werden soll, kann erhöht werden, indem mehr als ein Zylinder, als der Führungszylinder 3 mit einem Zylinderdrucksensor ausgerüstet wird, beispielsweise zwei Zylinderdrucksensoren bei einem Vierzylindermotor oder Sechszylindermotor.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in der vorhergehenden Beschreibung und in der Figur im Zusammenhang mit einem Vierzylindermotor beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auf Motoren mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern, beispielsweise 3, 5, 6 oder 8 Zylindern, in gleicher Art und Weise anwendbar. Je nach Bedarf und Erwartung verschiedener Fehler, z. B. Fehlern bei den Injektoren, den Drucksensoren und der Qualität der Drehzahlerfassung mithilfe des Drehwinkelgebers 13, können mehr oder weniger Drucksensoren 9 eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057688 A1 [0003]
- DE 102007000443 A1 [0004]
- DE 102006053255 B3 [0005]
- DE 102004053347 A1 [0006]
