DE102013210340A1 - Method and apparatus for cylinder equalization of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei an wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine die zugemessene Kraftstoffmenge solange iterativ verstellt wird (205, 220), bis ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine gefunden wird, an dem eine die Laufunruhe der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe minimal ist (200, 210, 215, 225).The present invention relates to a method and a device for cylinder equalization of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, the metered amount of fuel being iteratively adjusted (205, 220) on at least one cylinder of the internal combustion engine until an operating point of the internal combustion engine is found at which the uneven running size of the internal combustion engine is minimal (200, 210, 215, 225).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung abläuft, sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung ausgeführt wird.The invention relates to a method and a device for cylinder equalization of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle according to the preambles of the respective independent claims. Furthermore, the invention relates to a computer program that performs all the steps of the inventive method when it runs on a computing device or a control device, and a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention, when the program on a Calculating device or a control device is executed.
Stand der TechnikState of the art
Die Methode der Gleichstellung von Zylindern einer Brennkraftmaschine ist z.B. bei einem Ottomotor an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann ein Signal einer Lambdasonde im Abgassystem des Ottomotors zylinderindividuell ausgewertet werden, um zylinderindividuelle Abweichungen der Gemischzusammensetzung zu ermitteln. Ebenso sind Verfahren bekannt, bei denen Ungleichmäßigkeiten einer Motordrehzahl ermittelt werden, um die Gleichstellung des Drehmoments über alle Zylinder einer Brennkraftmaschine zu erreichen.The method of equalizing cylinders of an internal combustion engine is e.g. in a gasoline engine per se known from the prior art. For example, a signal of a lambda probe in the exhaust system of the gasoline engine can be evaluated individually for each cylinder to determine cylinder-specific deviations of the mixture composition. Similarly, methods are known in which unevenness of an engine speed are determined in order to achieve the equality of the torque across all cylinders of an internal combustion engine.
In der
Aus der
In der
Bei weiteren bekannten Verfahren zur drehzahlbasierten Zylindergleichstellung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine wird die Einspritzmenge für einen zu testenden Zylinder um ein bekanntes Maß verringert (sog. „Adaptionsphase“) und die daraus folgende Laufunruhe der Brennkraftmaschine bewertet. Aus der gemessenen Laufunruheänderung wird für den jeweiligen Zylinder mittels Referenzwerten, die in einem oder mehreren Applikations-Kennfeldern abgelegt sind, auf den bei der verringerten Einspritzmenge vorliegenden Lambdawert geschlossen. Während dieser Adaptionsphase muss der jeweils vorliegende, z.B. durch die Drehzahl, das Motormoment, den Raildruck (bei einer Common-Rail-Direkteinspritzung basierten, fremdgezündeten Brennkraftmaschine) oder dergleichen festgelegte Betriebspunkt weitestgehend konstant gehalten werden. Sind die Abweichungen vom Betriebspunkt zu groß, muss der Adaptionsvorgang abgebrochen werden, um von Neuem zu beginnen.In further known methods for the speed-based cylinder equalization of a spark-ignition internal combustion engine, the injection quantity for a cylinder to be tested is reduced by a known amount (so-called "adaptation phase") and the resulting uneven running of the internal combustion engine is evaluated. From the measured unevenness change is concluded for the respective cylinder by means of reference values, which are stored in one or more application maps, the present at the reduced injection quantity lambda value. During this adaptation phase, the respective present, e.g. by the speed, the engine torque, the rail pressure (in a common rail direct injection based, spark-ignited internal combustion engine) or the like specified operating point are kept largely constant. If the deviations from the operating point are too large, the adaptation process must be aborted in order to start anew.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Zylindergleichstellung mittels eines iterativen Adaptionsprozesses durchzuführen. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Laufunruhe bzw. Änderung der Laufunruhe bei einer Änderung der zugemessenen Kraftstoffmenge ermittelt, wobei die Zylinderfüllung im Wesentlichen gleich bleibt. Insbesondere wird die zugemessene Kraftstoffmenge solange iterativ verstellt, bis ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine gefunden wird, an dem eine die Laufunruhe der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe minimal ist.The invention is based on the idea to perform the cylinder equalization by means of an iterative adaptation process. In contrast to the prior art, the uneven running or changing the uneven running is determined in a change in the metered amount of fuel, the cylinder charge remains substantially equal. In particular, the metered amount of fuel is iteratively adjusted until an operating point of the internal combustion engine is found, at which a variable characterizing the rough running of the internal combustion engine is minimal.
Im Falle einer eine Lambdaregelung aufweisenden Brennkraftmaschine kann die Änderung der zugemessenen Kraftstoffmenge durch eine Lambda-Änderung erfolgen, wobei wiederum iterativ ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine gesucht wird, an dem die Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung in Abhängigkeit von Lambda im Wesentlichen minimal ist. Dieser Punkt entspricht bevorzugt einem Lambdawert von im Wesentlichen 1,0 und stellt somit den Idealwert für sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine dar.In the case of an internal combustion engine having a lambda control, the change in the metered amount of fuel can be effected by a lambda change, again iteratively looking for an operating point of the internal combustion engine at which the uneven running or uneven running as a function of lambda is substantially minimal. This point preferably corresponds to a lambda value of substantially 1.0 and thus represents the ideal value for all cylinders of the internal combustion engine.
Bevorzugt wird der Wert des zugemessenen Kraftstoffs bzw. von Lambda, ausgehend von einem Startwert, solange abwechselnd in Richtung kleinerer als auch größerer Werte verstellt, bis der genannte Betriebspunkt mit minimaler Laufunruhe gefunden ist. Dieses iterative Adaptionsverfahren hat den Vorteil, dass der Betriebspunkt mit minimaler Laufunruhe in jedem Fall gefunden wird (Robustheit), wobei nur eine relativ geringe Anzahl von Iterationsschritten erforderlich ist.Preferably, the value of the metered fuel or of lambda, starting from a starting value, as long as alternately in the direction of smaller and larger values, until the operating point with minimal rough running is found. This iterative adaptation method has the advantage that the operating point with minimal running noise is found in each case (robustness), whereby only a relatively small number of iteration steps is required.
Die Robustheit des vorgeschlagenen Adaptionsverfahrens kann durch die Schrittweite der Iterationsschritte, d.h. der Wert der Verstellung des zugemessenen Kraftstoffs bzw. von Lambda, noch verbessert werden. Die Robustheit kann zudem durch Festelegung eines Schwellenwerts der für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe, welcher bei jedem Iterationsschritt verringert wird, verbessert werden.The robustness of the proposed adaptation method can be determined by the step size of the iteration steps, i. the value of the adjustment of the metered fuel or lambda, are still improved. In addition, the robustness can be improved by setting a threshold value for the variable characterizing the rough running of the internal combustion engine, which is reduced in each iteration step.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Iterationsprozess kann dadurch sicher beendet werden, dass für die die Laufunruhe der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe ein zweiter Schwellenwert festgelegt wird und dass bei Unter- bzw. Überschreiten des zweiten Schwellenwerts der Iterationsprozess beendet wird, wobei der aktuell vorliegende Wert des zugemessenen Kraftstoffs bzw. von Lambda als Ergebnis der Zylindergleichstellung angenommen wird.The iteration process proposed according to the invention can be safely terminated by establishing a second threshold value for the variable characterizing the rough running of the internal combustion engine and terminating the iteration process if the second threshold value is undershot or exceeded, wherein the currently present value of the metered fuel or Lambda is assumed as a result of the cylinder equalization.
Ferner kann vorgesehen sein, dass bei einer Verstellung des Werts an zugemessenem Kraftstoffs bzw. von Lambda für einen vorliegenden Zylinder die Menge von den übrigen Zylindern zugemessenem Kraftstoff angepasst wird. Dadurch wird die Gesamtmenge des der Brennkraftmaschine zugemessenen Kraftstoffs konstant gehalten und das Gesamtmoment der Brennkraftmaschine durch den iterativen Prozess nicht bzw. möglichst wenig beeinträchtigt (Komfort).Furthermore, it can be provided that, when adjusting the value of metered fuel or of lambda for a present cylinder, the amount of fuel metered to the other cylinders is adjusted. As a result, the total amount of fuel metered to the internal combustion engine is kept constant and the overall torque of the internal combustion engine is not impaired or minimized as a result of the iterative process (comfort).
Bevorzugt wird die die Laufunruhe der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe durch Mittelung über eine empirisch vorgegebene Anzahl von Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine ermittelt. Dadurch wird die Robustheit des Iterationsprozesses weiter verbessert.Preferably, the variable characterizing the rough running of the internal combustion engine is determined by averaging over an empirically predetermined number of working cycles of the internal combustion engine. This further improves the robustness of the iteration process.
Ferner kann vorgesehen sein, während des Iterationsprozesses für die Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine relevante Betriebsbedingungen auf Konstanz hin zu überwachen und im Falle einer bestimmten Abweichung wenigstens einer der Betriebsbedingungen die Iteration zu wiederholen. Dadurch werden Fehlerergebnisse des erfindungsgemäßen Adaptionsprozesses wirksam verhindert.Furthermore, it can be provided to monitor constancy during the iteration process for the fuel metering of the internal combustion engine and to repeat the iteration in the event of a specific deviation of at least one of the operating conditions. As a result, error results of the adaptation process according to the invention are effectively prevented.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen eine beschriebene Adaption bzw. Optimierung des Betriebs einer fremdgezündeten oder selbstzündenden Brennkraftmaschine mittels Zylindergleichstellung, bei der die Dauer, bis zu der ein gültiges Adaptionsergebnis vorliegt und innerhalb der konstante Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erforderlich sind, gegenüber dem Stand der Technik auf wenige Arbeitsspiele (d.h. 4-taktige Verbrennungszyklen) erheblich verkürzt ist. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Laufruhe und des Emissionsverhaltens einer solchen Brennkraftmaschine führt und ermöglicht insbesondere die Ausführung der genannten Adaption im dynamischen Betrieb einer hier betroffenen Brennkraftmaschine bzw. während des dynamischen Fahrbetriebs eines eine solche Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs.The inventive method and the device allow a described adaptation or optimization of the operation of a spark-ignition or auto-ignition internal combustion engine by means of cylinder equalization, in which the duration to which a valid adaptation result is present and are required within the constant operating conditions of the internal combustion engine, compared to the prior art to a few working cycles (ie 4-stroke combustion cycles) is significantly shortened. This leads to a significant improvement in the smoothness and the emission behavior of such an internal combustion engine leads and allows in particular the execution of said adaptation in the dynamic operation of an affected internal combustion engine or during the dynamic driving operation of such an internal combustion engine having motor vehicle.
Darüber hinaus benötigt der erfindungsgemäß vorgeschlagene Adaptionsprozess nicht die beschriebenen, vorher an einem Kraftfahrzeug im Voraus individuell zu ermittelnden Referenzdaten und ist somit robuster gegenüber Exemplarstreuungen bzw. dem Alterungsverhalten einer Brennkraftmaschine im Betrieb.In addition, the adaptation process proposed according to the invention does not require the described reference data to be previously determined individually on a motor vehicle in advance and is therefore more robust to specimen scattering or the aging behavior of an internal combustion engine during operation.
Die Erfindung kann insbesondere bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommen. Jedoch kommt auch eine Anwendung außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik mit den hierin beschriebenen Vorteilen in Betracht.The invention can be used in particular in an internal combustion engine of a motor vehicle. However, an application outside of automotive engineering with the advantages described herein is also contemplated.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments
In der
Die Laufruhe bzw. Laufunruhe einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen durch das Fehlen oder Vorhandensein der eingangs genannten Zylindergleichstellung bestimmt, d.h. die fehlende oder vorhandene zylinderindividuelle Abstimmung des Verbrennungsvorgangs eines jeden Brennraums bzw. Zylinders der Brennkraftmaschine.The smoothness or rough running of a spark-ignited internal combustion engine is essentially determined by the absence or presence of the aforementioned cylinder equalization, i. the missing or existing individual cylinder tuning of the combustion process of each combustion chamber or cylinder of the internal combustion engine.
Da ein absoluter Wert für die Laufunruhe nicht zuverlässig ermittelt werden kann, wird gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen die Änderung der Laufunruhe LU zu zwei verschiedenen Zeitpunkten aus der jeweils vorliegenden momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine ni gemäß der folgenden Beziehung gebildet:
Alternativ kann die Laufunruheänderung auch auf der Grundlage der Änderung des Drehmoments TS in dem entsprechenden Zeitintervall ∆ts gemäß folgender Beziehung gebildet werden:
Es versteht sich, dass die Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung grundsätzlich auch anders ermittelt werden kann, z.B. mittels einer geeigneten Vibrationssensorik.It is understood that the uneven running or uneven running can in principle also be determined differently, e.g. by means of a suitable vibration sensor.
Wie an sich bekannt entspricht Lambda dem in einem Brennraum bzw. Zylinder der Brennkraftmaschine vorliegenden Gemischverhältnis von Kraftstoff zu Luft. Ein zu „mageres“ Gemisch bedeutet, dass mehr Luft als normal im Kraftstoff/Luft-Gemisch enthalten, wohingegen bei einem „fetten“ Gemisch relativ mehr Kraftstoff enthalten ist. Ein Lambdawert größer als 1 entspricht einem relativ mageren Gemisch und ein Lambdawert von kleiner als 1 einem relativ fetten Gemisch.As is known, lambda corresponds to the mixture ratio of fuel to air present in a combustion chamber or cylinder of the internal combustion engine. Too lean means that there is more air than normal in the fuel / air mixture, whereas a "rich" mixture contains relatively more fuel. A lambda value greater than 1 corresponds to a relatively lean mixture and a lambda value of less than 1 to a relatively rich mixture.
Wie aus der
In der
Nach dem vorliegend dritten Vertrimmschritt besitzt die wie nachfolgend beschrieben ermittelte Laufunruhe einen Wert, der größer ist als ein im Vorfeld empirisch bestimmter erster oberer Grenzwert bzw. Schwellenwert. Daher wird die Richtung der Vertrimmung nun umgekehrt und erfolgt gemäß den quadratischen Symbolen in Richtung „Anfettung“ bzw. „Fettbetrieb“, d.h. kleinerer Lambdawerte. Gleichzeitig werden die Schrittweite der Vertrimmung von den genannten 10% auf 5% sowie der Betrag des ersten oberen Schwellenwerts herabgesetzt.After the present third disarming step, the uneven running determined as described below has a value that is greater than a first upper limit or threshold empirically determined in advance. Therefore, the direction of the trimming is now reversed and is in accordance with the square symbols in the direction of "enrichment" or "rich operation", i. smaller lambda values. At the same time, the step from the aforementioned 10% to 5% and the amount of the first upper threshold will be reduced.
Nach dem vorliegend dritten Schritt (gerechnet ab dem zuletzt vorliegenden Lambdawert von etwa 1,1) der anfettenden Vertrimmung mit der genannten 5%tigen Schrittweite unterschreitet der ermittelte Wert der Laufunruhe einen ersten unteren Grenzwert bzw. Schwellenwert. Daher wird die Richtung der Vertrimmung erneut umgekehrt und erfolgt gemäß den dreieckigen Symbolen wieder in Richtung „Abmagerung“. Gleichzeitig werden die Schrittweite der Vertrimmung von den bestehenden 5% auf 2,5% sowie der Betrag des ersten unteren Schwellenwerts herabgesetzt.After the present third step (calculated from the last present lambda value of about 1.1) of the enriching trim with the mentioned 5% tigen step size of the determined value of the running noise falls below a first lower limit or threshold. Therefore, the direction of the trimming is again reversed and is again in the direction of "leaning" according to the triangular symbols. At the same time, the step from the existing 5% to 2.5% and the first lower threshold will be reduced.
Ausgehend von dem zuletzt vorliegenden Lambdawert von etwa 0,93 wird ab dem dritten Vertrimmschritt bei einem Lambdawert von etwa 1,03 wiederum der wie oben beschrieben reduzierte erste obere Schwellenwert für die Laufunruhe überschritten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der entsprechende Wert der Laufunruhe nun auch geringer ist als ein ebenfalls im Vorfeld empirisch bestimmter zweiter oberer Schwellenwert. Dies bedeutet, dass der gesamte Adaptionsprozess als abgeschlossen betrachtet wird und der nun vorliegende Lambdawert als zumindest vorläufiges Ergebnis der zylinderindividuellen Adaption angenommen wird.Starting from the last available lambda value of about 0.93, starting at the third trim step at a lambda value of about 1.03, the first upper threshold value for the smooth running, which is reduced as described above, is again exceeded. In the present exemplary embodiment, it is assumed that the corresponding value of the uneven running is now also lower than a second upper threshold, which is also empirically determined in advance. This means that the entire adaptation process is considered complete and the present lambda value is assumed to be at least provisional result of the cylinder-specific adaptation.
Es ist hervorzuheben, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Zylindergleichstellung von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ohne eine vorbeschriebene Lambdaregelung angewendet werden kann, wobei anstelle der beschriebenen Vertrimmung von Lambda die einem zu prüfenden Zylinder zugemessene Kraftstoffmenge iterativ verstellt wird. Die iterative Verstellung der Kraftstoffmenge erfolgt insbesondere bei gleichbleibender Zylinderfüllung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die zugemessene Kraftstoffmenge, wie oben beschrieben, solange iterativ verstellt
In der
Eine Lambda-Vertrimmung nach „mager“ (d.h. Lambda > 1,0) führt physikalisch gesehen grundsätzlich zu einer Erhöhung der Laufunruhe des jeweiligen Zylinders, wie bereits anhand der
Ergibt die Überwachung
Der Wert von Lambda wird mit dem genannten, reduzierten Vertrimmungsbetrag schrittweise solange in Richtung „fett“ vertrimmt, bis festgestellt wird
Wie anhand der
Nachdem die Adaption für den vorliegenden Zylinder abgeschlossen ist, erfolgt anhand der Schritte
Es ist anzumerken, dass bei den genannten Schritten
Wird bei der Überwachung
In der
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Startwert von Cf auf den Wert 0,85 festgelegt. In dem Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Ergibt der Prüfschritt
Ergibt der Prüfschritt
In Prüfschritt
Die in den
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