DE102014217560B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge. Dabei erfolgt eine Messung der Ist-Nockenwellenposition mittels eines Nockenwellensensors, eine Messung des Ist-Raildruckes mittels eines Raildrucksensors, eine zylinderindividuelle Ermittlung eines Phasenkorrekturwertes in Abhängigkeit vom gemessenen Ist-Raildruck und der einzuspritzenden Kraftstoffmasse, eine zylinderindividuelle Ermittlung von korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen durch Auswertung der gemessenen Ist-Nockenwellenposition und des jeweiligen Phasenkorrekturwerts, eine zylinderindividuelle Ermittlung einer Luftmasse in Abhängigkeit von der ermittelten korrigierten Ist-Nockenwellenposition und eine zylinderindividuelle Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzmasse in Abhängigkeit von der zylinderindividuell ermittelten Luftmasse.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge.
- Kraftstoffeinspritzsysteme weisen eine Mehrzahl von Zylindern auf, in welche jeweils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch eingebracht und gezündet wird. Diese Zylinder weisen Einlass- und Auslassventile auf, die mit auf einer Einlassventilnockenwelle bzw. einer Auslassventilnockenwelle vorgesehenen Nocken zusammenwirken und deren Öffnungs- und Schließzeiten von einer Steuereinheit in Abhängigkeit von dem von einem Nockenwellensensor bereitgestellten Nockenwellenpositionssignal eingestellt werden.
- Zur Ermittlung der jeweils notwendigen Luftmasse des Luft-Kraftstoff-Gemisches ist es bereits bekannt, das vom Nockenwellensensor bereitgestellte Nockenwellenpositionssignal als Ist-Positionssignal für alle Zylinder des Kraftstoffeinspritzsystems zu verwenden. Des Weiteren wird abhängig von der Soll-Luftmasse und der Motordrehzahl eine Soll-Phasenverschiebung der Einlassventilnockenwelle berechnet. Anschließend erfolgt eine Regelung der Phasenverschiebung unter Verwendung des Nockenwellenpositionssignals und der Soll-Phasenverschiebung.
- Aus der
DE 10 2005 057 974 A1 ist bereits ein Verfahren zur zylinderindividuellen Steuerung der Luftmenge und/oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei werden die Amplitude und die Frequenz eines von einem nicht zylinderindividuellen Steller beeinflussten, nicht zylinderindividuellen Signals ermittelt, hieraus auf zylinderindividuelle Signalanteile geschlossen und basierend auf den zylinderindividuellen Signalanteilen der nicht zylinderindividuelle Steller angesteuert. - Aus
DE 103 41 583 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Hochdruckpumpe aufweist, die von der Nockenwelle angetrieben wird und die abhängig von der Schaltstellung eines Ventils Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert, der wirkverbunden ist mit Einspritzventilen. Zum Ermitteln einer Phasenlage der Nockenwelle zu der Kurbelwelle wird zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel ein Schaltsignal zum Ändern der Stellung des Ventils erzeugt. Abhängig von einer tatsächlichen oder erwarteten Fördermenge der Hochdruckpumpe wird die Phasenlage der Nockenwelle ermittelt. - Weiterhin ist aus der
JP 2013-076 362 A - Des Weiteren ist es bereits bekannt, die Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung der Nocken einer Nockenwelle anzutreiben.
- Erhöht sich bei einem derartigen Kraftstoffeinspritzsystem der Druck im Rail und/oder das Fördervolumen der Hochdruckpumpe, dann erhöht sich auch das dafür von der Nockenwelle aufzubringende Drehmoment.
- Dieses veränderte Drehmoment bewirkt eine weitere Verwindung der Nockenwelle. Dies wiederum führt zu einer unerwünschten Abweichung der Steuerzeiten der Einlassventile, die umso größer ist, je größer der Abstand der jeweiligen Nocke vom Nockenwellensensor ist. Die unerwünschte Abweichung der Steuerzeiten wirkt sich wiederum auf die Luftmenge aus, mit der der jeweilige Zylinder gefüllt wird, und damit auch auf die zugehörige Kraftstoffmenge.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge anzugeben, bei welchen die unerwünschten Einflüsse von Druckveränderungen im Rail und/oder einer Veränderung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe der Brennkraftmaschine auf die in den Zylindern erfolgenden Verbrennungsvorgänge reduziert sind.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
- Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass trotz der Verwendung nur eines Nockenwellensensors die unerwünschten Einflüsse einer Verwindung der Nockenwelle durch Druckveränderungen im Rail und/oder einer Veränderung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe auf die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern reduziert sind. Dies geschieht insbesondere durch eine zylinderindividuelle Luftmassen- und Kraftstoffmassenermittlung, wobei eine zylinderindividuelle Einhaltung eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gewährleistet ist und die Anzahl von im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikeln reduziert ist.
- Diese Vorteile werden insbesondere dadurch erzielt, dass in Abhängigkeit vom Ist-Raildruck und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge eine zylinderindividuelle Ermittlung eines Phasen-Korrekturwertes, eine zylinderindividuelle Ermittlung von korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen durch Auswertung der gemessenen Nockenwellenposition und des jeweiligen Phasenkorrekturwertes, eine zylinderindividuelle Ermittlung einer Luftmasse in Abhängigkeit von der ermittelten korrigierten Ist-Nockenwellenposition und eine zylinderindividuelle Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzmasse in Abhängigkeit von der zylinderindividuell ermittelten Luftmasse vorgenommen werden.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen und damit auch der ermittelten zylinderindividuellen Luftmasse unter Verwendung des Ausgangssignals eines Drucksensors, der entweder im Saugrohr oder im jeweiligen Zylinder angeordnet ist und Informationen über den Istdruck im Saugrohr oder im jeweiligen Zylinder bereitstellt.
- Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigt
-
1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge und -
2 eine detailliertere Darstellung von Teilen der in der1 gezeigten Vorrichtung. - Die
1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge. - Die in der
1 gezeigte Vorrichtung weist einen Frischlufteingangskanal9 auf, in welchem ein Frischlufteingang11 , eine Luftreinigungsvorrichtung12 und eine Eingangsklappe13 enthalten sind. - Des Weiteren weist die gezeigte Vorrichtung einen Abgaskanal
5 auf, der an den Ausgang2b der Turbine2 eines Abgasturboladers1 angeschlossen ist. Der Abgaskanal5 enthält einen Abgaskatalysator17 , einen Abzweig18 und einen Dämpfer19 . Im Abzweig18 zweigt ein Abgasrückführkanal6 ab. Dieser weist einen Abgaskühler20 und ein Abgasrückführventil8 auf. - Der Ausgang des Abgasrückführventils
8 ist mit einem ersten Eingang7a eines Mischers7 verbunden. Der Ausgang der Eingangsklappe13 des Frischlufteingangskanals9 ist an den zweiten Eingang7b des Mischers7 angeschlossen. - Der Ausgang
7c des Mischers7 ist mit dem Eingang4a eines Verdichters4 des Abgasturboladers verbunden. Der Verdichter4 weist ein Verdichterrad auf, welches drehfest auf einer Welle3 befestigt ist, mit welcher auch ein Turbinenrad der Turbine2 drehfest verbunden ist. - Dem Eingang
2a der Turbine werden die Abgase einer Brennkraftmaschine16 in Form eines Abgasstromes zugeführt. Dieser Abgasstrom treibt das Turbinenrad an. Dadurch wird auch die Welle3 des Abgasturboladers1 in Drehung versetzt. Diese Drehung der Welle wird auf das Verdichterrad übertragen. - Der Verdichter saugt das im Mischer
7 gebildete und dem Eingang4a des Verdichters zugeführte Frischluft/Abgas-Gemisch an und verdichtet dieses. Das verdichtete Frischluft/Abgas-Gemisch wird am Ausgang4b des Verdichters ausgegeben und über einen Ladeluftkühler14 und eine Drosselklappe15 der Brennkraftmaschine16 zugeführt. Das in der Brennkraftmaschine gebildete Abgas wird – wie bereits oben ausgeführt wurde – an den Eingang2a der Turbine2 ausgegeben. - Ferner weist die in der
1 gezeigte Vorrichtung eine Steuereinheit10 auf. Diese enthält eine Recheneinheit und mehrere Speichereinheiten, in denen Tabellen und Kennfelder abgespeichert sind. Der Steuereinheit10 werden als Eingangssignale die Ausgangssignale einer Vielzahl von Sensoren zugeführt, welche der Steuereinheit Ist-Werte einer Vielzahl von Parametern zuführen. Dazu gehört unter anderem ein Sensor, der die Betätigungen des Fahrpedals detektiert. Anhand der Ausgangssignale dieses Sensors erkennt die Steuereinheit10 das Vorliegen eines Beschleunigungswunsches. Des Weiteren gehört dazu ein Sensor, der der Steuereinheit10 Informationen über den Ist-Saugrohrdruck bereitstellt. Dieser Sensor ist zwischen der Drosselklappe15 und der Brennkraftmaschine16 vorgesehen. Ferner gehören dazu Sensoren, die Informationen über den Ist-Druck in den Zylindern der Brennkraftmaschine16 bereitstellen. - Die Steuereinheit
10 ermittelt unter Auswertung der Ausgangssignale der Sensoren, der abgespeicherten Tabellen und der abgespeicherten Kennfelder Steuersignale, mittels welcher Komponenten der dargestellten Vorrichtung angesteuert werden. - Unter anderem ist die Steuereinheit
10 derart ausgebildet, dass sie Ansteuersignale s1 für das Abgasrückführventil8 ermittelt und an dieses ausgibt. Mittels dieser Ansteuersignale s1 wird je nach momentanem Bedarf der Öffnungszustand des Abgasrückführventils8 verändert, um dem Mischer7 mehr oder weniger Abgas zuzuführen. - Des Weiteren ist die Steuereinheit
10 derart ausgebildet, dass sie die Luftmasse der Brennkraftmaschine16 zylinderindividuell ermittelt und die zylinderindividuell ermittelte Luftmasse zur Ermittlung einer jeweils zugehörigen Kraftstoffeinspritzmasse verwendet. Dies wird nachfolgend anhand der2 näher erläutert, welche eine detailliertere Darstellung von Teilen der in der1 dargestellten Vorrichtung zeigt. Insbesondere sind in der2 die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine16 veranschaulicht. - Dazu gehören eine Hochdruckpumpe
21 , ein Rail22 , welches mit Kraftstoffinjektoren23 ,24 ,25 und26 verbunden ist, eine Nockenwelle27 , welche Nocken28 –36 trägt, Einlassventile37 –44 , insgesamt vier Zylinder45 –48 , in welchen jeweils ein Kolben49 –52 auf- und abbewegbar ist, und eine Kurbelwelle53 , welche über Pleuelstangen54 –57 mit den Kolben verbunden ist. - Dazu gehören des Weiteren die bereits in der
1 gezeigte Steuereinheit10 sowie ein Nockenwellensensor58 , ein Nockenwellenversteller59 , ein Kurbelwellensensor60 und Sensoren61 , deren Ausgangssignale der Steuereinheit10 zugeführt werden. Zu diesen Sensoren gehören unter anderem ein Raildrucksensor, ein Saugrohrdrucksensor und in den Zylindern angeordnete Drucksensoren. - Die Hochdruckpumpe
21 ist dazu vorgesehen, ihr zugeführten Kraftstoff auf einen hohen Druck zu bringen und den Kraftstoff hohen Druckes an das Rail22 weiterzuleiten. Vom Rail22 aus wird der Kraftstoff den Injektoren23 ,24 ,25 ,26 zugeführt und mittels dieser in jeweils einen der Zylinder45 –48 eingespritzt. Die Steuerung der Kraftstoffmenge und der Einspritzzeitpunkte erfolgt dabei in bekannter Weise durch die Steuereinheit10 . - Die Hochdruckpumpe
21 wird von der sich drehenden Nockenwelle27 über den Nocken36 angetrieben. Erhöht sich der Druck des Kraftstoffs im Rail22 und/oder das Fördervolumen der Hochdruckpumpe21 , dann kommt es zu einer weiteren Verwindung der Nockenwelle. - Dies führt dazu, dass ein zylinderindividueller Offset der Nockenwellenpositionen gegenüber der mittels des Nockenwellensensors
58 gemessenen Ist-Nockenwellenposition auftritt. Je weiter der jeweilige Zylinder von der Hochdruckpumpe21 bzw. von dem die Hochdruckpumpe21 antreibenden Nocken36 entfernt ist, desto größer ist der genannte Offset. Des Weiteren erhöht sich der genannte Offset auch mit steigendem Raildruck und bei einer Zunahme des von der Hochdruckpumpe21 zu fördernden Kraftstoffvolumens. - Dieser zylinderindividuell unterschiedliche Offset führt dazu, dass die in den jeweiligen Zylinder über die jeweils zugehörigen Einlassventile eingebrachte Luftmasse von der von der Steuereinheit
10 vorgegebenen Soll-Luftmasse abweicht, so dass das in den jeweiligen Zylinder eingebrachte Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom jeweils vorgegebenen, auf den Verbrennvorgang optimierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht. Dies führt zu einer unerwünschten Verschlechterung der in den Zylindern erfolgenden Verbrennungsvorgänge und einer erhöhten Anzahl der im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikel. - Um diese Nachteile zu vermeiden, werden bei der vorliegenden Erfindung zylinderindividuell Phasenkorrekturwerte δ01, δ02, δ03 und δ04 ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt in Abhängigkeit vom Ist-Raildruck, der von dem Raildrucksensor gemessen wird, und der von der Steuereinheit
10 vorgegebenen einzuspritzenden Kraftstoffmenge, beispielsweise unter Verwendung eines Kennfeldes. Die ermittelten Phasenkorrekturwerte werden von der Steuereinheit10 der vom Nockenwellensensor58 gemessenen Ist-Nockenwellenposition jeweils zylinderindividuell hinzuaddiert. Die durch diesen Additionsvorgang ermittelten zylinderindividuell korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen werden von der Steuereinheit10 zu einer zylinderindividuellen Ermittlung der Luftmasse des jeweiligen Zylinders verwendet. Die zylinderindividuell ermittelte Luftmasse wird dann zu einer zylinderindividuellen Ermittlung einer jeweils zugehörigen Kraftstoffeinspritzmasse verwendet. - Um die zylinderindividuelle Ermittlung der Luftmasse weiter zu verbessern, werden die zylinderindividuell korrigierten Nockenwellenpositionen durch eine Messung der Einlassventilschließzeitpunkte und/oder der Einlassventilöffnungszeitpunkte unter Verwendung der Ausgangssignale eines im Saugrohr vorgesehenen Saugrohrdrucksensors oder unter Verwendung der Ausgangssignale von in den Zylindern vorgesehenen Zylinderdrucksensoren adaptiert bzw. optimiert. Dabei wird zylinderindividuell jeweils ein weiterer Korrekturwert ermittelt und zusammen mit den bereits oben genannten Phasenkorrekturwerten δ01, δ02, δ03, δ04 und der vom Nockenwellensensor
58 bereitgestellten Informationen über die Ist-Nockenwellenposition zur Ermittlung eines weiter verbesserten Wertes für die zylinderindividuellen Luftmassen verwendet, welche wiederum zur Ermittlung einer jeweils zugehörigen optimierten Kraftstoffeinspritzmasse verwendet werden. - Ein wesentlicher Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass zylinderindividuell dafür gesorgt wird, dass ein vorgegebenes, gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis den Verbrennungsvorgängen in den Zylindern zugrunde liegt, so dass die Anzahl der im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikel minimiert ist.
Claims (6)
- Verfahren zur Verbesserung der in den Zylindern einer eine Nockenwelle, eine von der Nockenwelle angetriebene Hochdruckpumpe, ein Rail und eine Steuereinheit aufweisenden Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge mit folgenden Schritten: – Messung der Ist-Nockenwellenposition mittels eines Nockenwellensensors, – Messung des Ist-Raildruckes mittels eines Raildrucksensors, – zylinderindividuelle Ermittlung eines Phasenkorrekturwertes in Abhängigkeit vom gemessenen Ist-Raildruck und der einzuspritzenden Kraftstoffmasse, – zylinderindividuelle Ermittlung von korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen durch Auswertung der gemessenen Ist-Nockenwellenposition und des jeweiligen Phasenkorrekturwertes, – zylinderindividuelle Ermittlung einer Luftmasse in Abhängigkeit von der ermittelten korrigierten Ist-Nockenwellenposition und – zylinderindividuelle Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzmasse in Abhängigkeit von der zylinderindividuell ermittelten Luftmasse.
- Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden weiteren Schritten: – Messung des Ist-Saugrohrdruckes mittels eines im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensors, – zylinderindividuelle Ermittlung der Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile der Zylinder durch Auswertung des gemessenen Ist-Saugrohrdruckes und – Adaption der zylinderindividuell korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen und damit auch der zylinderindividuell ermittelten Luftmassen unter Verwendung der zylinderindividuell ermittelten Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile.
- Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden weiteren Schritten: – Messung des Istdruckes in den Zylindern mittels eines im jeweiligen Zylinder angeordneten Drucksensors, – zylinderindividuelle Ermittlung der Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile der Zylinder durch Auswertung des gemessenen Istdruckes in den Zylindern und – Adaption der zylinderindividuell korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen und damit auch der zylinderindividuell ermittelten Luftmassen unter Verwendung der zylinderindividuell ermittelten Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile.
- Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge, welche aufweist: – eine Nockenwelle, – eine von der Nockenwelle angetriebene Hochdruckpumpe, – ein Rail und – eine Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (
10 ) zur Durchführung folgender Schritte ausgebildet ist: – Empfangen der die Ist-Nockenwellenposition beschreibenden Ausgangssignale eines Nockenwellensensors, – Empfangen der den Ist-Raildruck beschreibenden Ausgangssignale eines Raildrucksensors, – zylinderindividuelle Ermittlung eines Phasenkorrekturwertes in Abhängigkeit vom gemessenen Ist-Raildruck und der einzuspritzenden Kraftstoffmasse, – zylinderindividuelle Ermittlung von korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen durch Auswertung der gemessenen Ist-Nockenwellenposition und des jeweiligen Phasenkorrekturwertes, – zylinderindividuelle Ermittlung einer Luftmasse in Abhängigkeit von der ermittelten korrigierten Ist-Nockenwellenposition und – zylinderindividuelle Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzmasse in Abhängigkeit von der zylinderindividuell ermittelten Luftmasse. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (
10 ) zur Durchführung der folgenden weiteren Schritte ausgebildet ist: – Empfangen der dem Ist-Saugrohrdruck beschreibenden Ausgangssignale eines im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensors, – zylinderindividuelle Ermittlung der Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile der Zylinder durch Auswertung des gemessenen Ist-Saugrohrdruckes und – Adaption der zylinderindividuell korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen und damit auch der zylinderindividuell ermittelten Luftmassen unter Verwendung der zylinderindividuell ermittelten Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (
10 ) zur Durchführung der folgenden weiteren Schritte ausgebildet ist: – Empfangen der den Ist-Druck in den Zylindern beschreibenden Ausgangssignale der in den Zylindern angeordneten Drucksensoren, – zylinderindividuelle Ermittlung der Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile der Zylinder durch Auswertung des gemessenen Istdruckes in den Zylindern und – Adaption der zylinderindividuell korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen und damit auch der zylinderindividuell ermittelten Luftmassen unter Verwendung der zylinderindividuell ermittelten Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte der Einlassventile.
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