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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Einrichtung zur Gleichstellung der zylinderindividuellen Drehmomentenbeiträge beim mehrzylindrigen Verbrennungsmotor geht beispielsweise aus der
DE 198 28 279 A1 hervor. Bei dieser Einrichtung wird eine Zylinder-Gleichstellung bezogen auf das Gesamtdrehmoment vorgenommen. Aus einzelnen zylinderindividuellen Laufunruhewerten werden Sollwerte bestimmt. Die Gleichstellung findet nur im Magerbetrieb statt. Aufgabe der hieraus bekannten Vorrichtung ist vorrangig die Laufruhe zu optimieren.
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Das Luft-Kraftstoffverhältnis wird bei einem Ottomotor im Homogenbetrieb durch die Lambdaregelung derart geregelt, dass der Mittelwert aller Zylinder Lambda = 1,0 beträgt und so einen abgasarmen Betrieb mit 3-Wege-Katalysatoren ermöglicht. Zumesstoleranzen der Einspritzventile und zylinderindividuelle Luft-/Füllungsunterschiede, die beispielsweise durch Systemtoleranzen bedingt sind, können nun in den einzelnen Zylindern zu unterschiedlichen Lambdawerten führen, obwohl das globale Summenlambda über alle Zylinder den Wert 1,0 annimmt. So kann beispielsweise bei einem Vierzylindermotor das Lambda des ersten Zylinders λZyl1 = 1,1, der Lambdawert des zweiten Zylinders λZyl2 = 0,9, der Lambdawert des dritten Zylinders λZyl3 = 1,2 und der Lambdawert des vierten Zylinders λZyl4 = 0,8 sein. Dies führt zu einem Summenlambda von 1,0. Die sogenannte „Vertrimmung“ des zylinderindividuellen Lambdas führt nun unmittelbar zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Übersteigt diese Vertrimmung einen bestimmten Schwellenwert, dann verändert sich auch die Emission ins Negative, das heißt es verschlechtern sich die Abgaswerte. Aufgrund gesetzlicher Vorschriften, insbesondere in den Vereinigten Staaten von Amerika, müssen nun derartige Abgasverschlechterungen erkannt und/oder durch geeignete Regelstrategien beseitigt werden.
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Eine solche Regelstrategie geht aus der
DE 10 2006 026 390 A1 hervor, die eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einer Laufunruheermittlungseinheit und mit einer Einspritzmengenkorrektureinheit offenbart, wobei eine definierte Gruppe von Zylindern einer Lambdasonde zugeordnet ist. Bei dieser Regeleinrichtung wird die Einspritzmenge eines zu untersuchenden Zylinders der definierten Gruppe um einen einem Laufunruhedifferenzwert zugeordneten Differenzverstellwert in Richtung mager verstellt und die Einspritzmenge mindestens eines der übrigen Zylinder, die derselben Lambdasonde zugeordnet sind, entsprechend in Richtung fett verstellt, sodass insgesamt ein vorgegebener Lambdawert dieser Gruppe von zumindest nahezu 1 erreicht wird. Auf diese Weise wird ein homogener Betrieb sichergestellt. Die Differenzverstellwerte können sich beispielsweise auf die Einspritzmenge selbst, den Injektorhub oder die Einspritzzeit beziehen. Auf dieselbe Weise wird bei dieser Regeleinrichtung ein zylinderindividueller Differenzverstellwert für jeden Zylinder der definierten Gruppe eingestellt. Anschließend werden zylinderindividuelle Korrekturwerte bestimmt, indem die zylinderindividuellen Differenzverstellwerte zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Durch diese Magerverstellung zur Fehlererkennung und Korrekturwertermittlung soll ein homogener Motorbetrieb und ein geregeltes Katalysatorkonzept, insbesondere für „Lambda 1“ nicht verlassen werden. Die zuvor beschriebenen Emissionsgrenzen sollen sicher eingehalten werden. Die vorgegebenen Laufunruhedifferenzwerte zum Erreichen eines definierten Ziel-Lambdawerts werden unter fehlerfreien Bedingungen empirisch ermittelt und abgespeichert, sie können betriebspunktabhängig variabel vorgebbar sein.
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Ein Zylinder, bei dem ein Aussetzer erkannt worden ist, wird bei dieser Regeleinrichtung künstlich angefettet, um anschießend das Erkennungsverfahren, die sogenannte Abmagerungsrampe, dieses Zylinders neu zu starten.
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Dieses Regelverfahren und die Regeleinrichtung weisen bei Magerfehlern eine unbefriedigende Erkennungsgüte auf. Die Ursache liegt in der abnehmenden Krümmung der Kennlinie η(λ) mit steigendem Lambda. In 1 ist schematisch der Wirkungsgrad η über der Luftzahl λ eines Zylinders dargestellt. In dem hervorgehobenen Bereich 10, der zwischen λ = 0,7 und λ = 1,2 liegt, ist noch keine Abgasüberschreitung festzustellen. In 2 ist der Abmagerungsbedarf Δλ über λ dargestellt, der erforderlich ist, um eine Laufunruhedifferenz von 12% zu erreichen. Um eine Laufunruhedifferenz von 12% zu erreichen, muss ein Zylinder ausgehend von seiner individuellen Luftzahl λ um Δλ abgemagert werden. In dem hervorgehobenen und mit Bezugszeichen 20 gekennzeichneten Bereich unterscheidet sich die erforderliche Abmagerung Δλ nur wenig von der Ausgangsluftzahl λ. In diesem Bereich verläuft die Kurve sehr flach, sodass die erforderliche Abmagerung Δλ nur schwer bestimmt werden kann. Diese Ungenauigkeit nimmt mit steigender Luftzahl λ zu. Das Regelverfahren bestimmt nun den Abmagerungsbedarf Δλ eines Zylinders, der notwendig ist, um eine vorher definierte Laufunruhedifferenz zu erreichen. Diesem Abmagerungsbedarf ordnet das Verfahren dann einen absoluten Start-Lambdawert zu. Bei einer Kennlinie η(λ), die nur eine geringe Krümmung aufweist (siehe 1), ist für zwei verschiedene Start-Lambdawerte nahezu derselbe Abmagerungsbedarf erforderlich um die vorher definierte Laufunruhedifferenz zu erreichen. Da dem gemessenen Abmagerungsbedarf aber nur ein Lambdawert zugeordnet wird, wird das Verfahren bei diesen Gegebenheiten ungenau. Weist die Kennlinie η(λ) keine Krümmung auf, so kann aus dem gemessenen Abmagerungsbedarf gar nicht auf den Start-Lambdawert geschlossen werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, dass Abgasverschlechterungen, insbesondere Magerfehler zuverlässig erkannt und beseitigt werden, sodass sich die Emissionen des Abgases nicht in nachteiliger Weise verändern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Grundidee der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist es, eine künstliche Anfettung, eine sogenannte Voranfettung, eines Zylinders nicht erst bei einem oder mehreren Aussetzern durchzuführen, sondern bereits dann, wenn der Verdacht besteht, dass der aktuell betrachtete Zylinder zu mager ist. Wann dieser Verdacht besteht, wird dabei erfindungsgemäß durch Vergleich der Laufunruhe eines Zylinders mit einem vorgebbaren Schwellenwert entschieden. Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird gewissermaßen durch die künstliche Anfettung der Wert der Luftzahl λ in den fetten Bereich verschoben, das heißt in den Kurven in 1 und 2 nach links, um so den Abmagerungsbedarf Δλ besser und präziser bestimmen zu können.
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Der Verdacht eines Magerzylinders besteht, wenn mindestens einer der folgenden Sachverhalte gegeben ist:
- – bereits bei einer geringen Abmagerung entsteht eine große Laufunruhedifferenz;
- – die erforderliche Abmagerung zur Erreichung einer vorgegebenen Laufunruhedifferenz ist zu gering. In diesem Fall wird der Abmagerungsendwert bewertet;
- – es sind bereits bei einer Anzahl von Zylindern, die mehr als der halben Zylinderzahl entspricht, lange Abmagerungsrampen erforderlich gewesen oder
- – nach jeder Rampe wird ein Mittelwert für die zu erwartende Abmagerung der noch folgenden Zylinder berechnet. Dieser Wert überschreitet eine applizierbare Schwelle.
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Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht auch darin, dass eine Voranfettung bereits vor dem Auftreten von Aussetzern erfolgt.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der in Anspruch 1 angegebenen Einrichtung beansprucht. So wird vorteilhafter Weise nach Auswertung eines Zylinders die Schätzung des Mittelwerts der zu erwartenden Abmagerung der anderen Zylinder mit Hilfe der Gleichung:
bestimmt, wobei bedeuten:
- Δλ ^
- der geschätzte Abmagerungsbedarf für die nachfolgenden Zylinder, wobei davon ausgegangen wird, dass die nachfolgenden Zylinder im Mittel den gleichen Abmagerungsbedarf Δλ ^ erfordern;
- Δλtheor
- eine Abmagerung, die ausgehend von λ = 1 erforderlich ist, um eine vorgegebene und applizierte Laufunruhedifferenz zu erreichen; ΔλAi die erforderliche Abmagerung für den Zylinder i, wobei gilt 1 ≤ iact ≤ zcyl – 1, mit zcyl = Anzahl der Zylinder; der Index „act“ steht für den aktuellen Zylinder.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung:
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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In 1 ist schematisch der aus dem Stand der Technik bekannte Wirkungsgrand über der Luftzahl λ eines Zylinders einer Brennkraftmaschine dargestellt.
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In 2 ist schematisch die erforderliche Abmagerung eines Zylinders über der Luftzahl λ dargestellt, um eine Laufunruhedifferenz von 12% zu erreichen.
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In 3 ist zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung schematisch die Laufunruhe über dem Lambdawert dargestellt.
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4 zeigt schematisch ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 3 ist schematisch die Laufunruhe LU über der Luftzahl λ zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung dargestellt. Nach der erfindungsgemäßen Regelung wird eine künstliche Anfettung, eine sogenannte Voranfettung, eines Zylinders nicht erst bei einem oder mehreren Aussetzern durchgeführt, sondern bereits dann, wenn der Verdacht besteht, dass der aktuell betrachtete Zylinder zu mager ist.
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Der Verdacht eines Magerzylinders besteht, wenn mindestens einer der folgenden Sachverhalte gegeben ist:
- 1. bereits bei einer geringen Abmagerung entsteht eine große Laufunruhedifferenz;
- 2. die erforderliche Abmagerung, um die vorgegebene, applizierte Laufunruhedifferenz zu erreichen, ist zu gering – hier wird also der Abmagerungsendwert bewertet;
- 3. es sind bereits bei einer Anzahl von Zylindern, die mehr als der halben Zylinderzahl entspricht, lange Abmagerungsrampen erforderlich gewesen, oder
- 4. nach jeder Rampe wird ein Mittelwert für die zu erwartende Abmagerung der noch folgenden Zylinder berechnet. Wenn dieser Wert eine vorgebbare, applizierbare Schwelle überschreitet, wird davon ausgegangen, dass ein Magerzylinder vorliegt.
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Auf diese Weise ist eine schnellere Erkennung eines Magerfehlers möglich. Die Voranfettung erfolgt dabei, wenn bereits bei einer geringen Abmagerung eine große Laufunruhedifferenz entsteht. Dazu wird eine Schwelle 110 für die Differenzlaufunruhe in Abhängigkeit von einem aktuellen Rampenwert berechnet, die die im Normalfall zu erwartende Laufunruheerhöhung in Folge einer Abmagerung berücksichtigt. Dazu wird diejenige Laufunruhedifferenz bestimmt, die bei der Abmagerung vom Zustand λ = 1 zu dem Lambdawert entsteht, bei dem eine aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine noch ausreichend genau ist und gerade noch keine Voranfettung erfolgen soll. Wenn nun die gemessene Laufunruhedifferenz diese Schwelle 110 überschreitet, was in der Figur bei einem Punkt 115 der Fall ist, so erfolgt eine Voranfettung. Wenn dagegen die gemessene hohe Differenz diese applikative Schwelle 110 nicht überschreitet, dargestellt in 1 anhand der Kurve 130, wird davon ausgegangen, dass keine Abmagerung des Zylinders vorliegt. Die Abmagerungsrampe endet bei einem vorgebbaren Lambdawert 150, das Ende ist schematisch durch eine Linie 155 in 3 dargestellt.
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Nach jeder Rampe wird ein Mittelwert für die zu erwartende Abmagerung der noch folgenden Zylinder berechnet. Hierbei wird ausgehend von Lambda = 1 eine Abmagerung von Δλ
theor erforderlich, um die applizierte Laufunruhedifferenz zu erreichen. Nach dem ausgewerteten Zylinder 1 ≤ i
act ≤ z
cyl – 1 kann die Schätzung des Mittelwerts der anderen Zylinder gemäß folgender Gleichung erfolgen (die Gesamtzahl der Zylinder ist z
cyl):
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Dabei bedeutet ΔλAi die erforderliche Abmagerung für den Zylinder i. Wird also für die restlichen Zylinder i + 1...zcyl eine Verschiebung nach fett erwartet, so unterbleibt die Anfettung. Wird eine Verschiebung nach mager erwartet, so kann eine Anfettung stattfinden. Eine Verschiebung nach mager wird erwartet, wenn Δλ ^ < Δλtheor ist. Umgekehrt wird eine Verschiebung nach fett erwartet, wenn Δλ ^ < Δλtheor ist. Die Gleichung berechnet ausgehend von der im Idealfall erforderlichen Abmagerung Δλtheor, unter Berücksichtigung der bereits erfolgten Abmagerungen ΔλAi die mittlere zu erwartende Abmagerung Δλ ^ für die noch folgenden Zylinder.
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In 4 ist schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung dargestellt.
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Die Laufunruhe wird mit Hilfe einer Laufunruheermittlungseinheit 420 bestimmt. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass bei einem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die mit Hilfe einer Drehzahlerfassungseinheit 410 erfasst wird, und von der Last ein vorgegebener Laufunruhedifferenzwert zu einem Zeitpunkt als Sollwert ausgewählt wird. Das Ausgangssignal der Laufunruheermittlungseinheit 420 wird einer Einheit zur Ermittlung des Verdachts auf Magerzylinder 430 zugeführt, die Teil der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist. Dabei werden die vorstehend genannten Kriterien herangezogen, um zu bestimmen, ob ein sogenannter Magerzylinder vorliegt. In einer Adaptionseinheit 440 zur Bestimmung zylinderindividueller Lambdawerte werden die zylinderindividuellen Lambdawerte ermittelt und ausgehend von diesen Lambdawerten in einer Einspritzmengenkorrektureinheit 450 eine Korrektur der Einspritzmenge bestimmt und diese der Kraftstoffeinspritzung 460 zur Verfügung gestellt. Der Schaltungsblock 470 stellt eine Ablaufsteuerung für die Einheit zur Ermittlung des Verdachts auf Magerzylinder 430 und die Einheit zur Erkennung zylinderindividueller Lambdawerte 440 dar. Diese Schaltungseinheiten sind Teil einer Schaltung 400.
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Die Zylinder werden gemäß ihrer Zündfolge bis zum Erreichen des vorgegebenen Laufunruhedifferenzwertes in Richtung mager verstellt. Die Verstellung kann dabei beispielsweise sprunghaft und/oder in Form einer Rampe vorgenommen werden. Rein prinzipiell können auch beide Varianten kombiniert werden, also beispielsweise zunächst eine Verstellung sprunghaft und dann erst rampenförmig erfolgen. Dabei wird zunächst die Einspritzmenge eines ersten zu untersuchenden Zylinders um einen Differenzverstellwert in Richtung mager verstellt, um den vorgegebenen Laufunruhedifferenzwert zu erreichen. Die Einspritzmengen der übrigen Zylinder werden vorzugsweise zu etwa gleichen Teilen entsprechend in Richtung fett verstellt, sodass insgesamt ein Lambdawert von zumindest nahezu 1 erreicht wird. Nacheinander werden auf diese Weise zylinderindividuelle Differenzverstellwerte für jeden Zylinder bestimmt und eingestellt. Danach wird der Mittelwert aus allen Differenzverstellwerten gebildet. Die Differenz zwischen diesem Mittelwert und den einzelnen Differenzverstellwerten werden jeweils als zylinderindividuelle Korrekturwerte abgespeichert und danach entsprechend zur Korrektur der Einspritzmengen bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung findet dieser Regelvorgang bereits statt, wenn die Laufunruhedifferenz den vorgegebenen Schwellenwert 110 überschreitet. Es erfolgt also eine künstliche Anfettung eines Zylinders nicht erst bei einem oder mehreren Aussetzern, sondern bereits dann, wenn der Verdacht besteht, dass der aktuell betrachtete Zylinder zu mager ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19828279 A1 [0002]
- DE 102006026390 A1 [0004]
