DE102014217563B3

DE102014217563B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge mittels einer Nockenwellenverstellung

Info

Publication number: DE102014217563B3
Application number: DE102014217563.1A
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: CN106795820B; KR20170044748A; US10132254B2; WO2016034369A1; US20170306867A1; CN106795820A; KR101935699B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge. Dabei erfolgt eine Messung der Ist-Nockenwellenposition, eine Messung des Ist-Raildruckes, eine zylinderindividuelle Ermittlung eines Phasenkorrekturwertes in Abhängigkeit vom gemessenen Ist-Raildruck und der einzuspritzenden Kraftstoffmasse, eine zylinderindividuelle Ermittlung vom korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen durch Auswertung der gemessenen Ist-Nockenwellenposition und des jeweiligen Phasenkorrekturwertes und eine Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit von einer oder mehreren korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen.

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.
Des Weiteren ist aus dem Dokument DE 103 41 583 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle bekannt. Dabei wird eine von der Nockenwelle angetriebene Kraftstoff-Hochdruckpumpe herangezogen. Dabei wird zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel ein Schaltsignal zum Öffnen des Ventils der Hochdruckpumpe erzeugt und abhängig von der Fördermenge der Hochdruckpumpe wird die Phasenlage der Nocksenwelle ermittelt.
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 erhöhte 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 6 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 als Reaktion auf Druckveränderungen im Rail und/oder einer Veränderung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe auf die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern reduziert sind. Diese Vorteile werden insbesondere dadurch erreicht, dass durch eine Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit von einer oder mehreren korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen ein Ausbalancieren des zylinderindividuellen Anteils an dem von den einzelnen Zylindern aufzubringenden Drehmoment erfolgt.
Dieses Ausbalancieren erfolgt vorzugsweise derart, dass ein im mittleren Bereich der Längsrichtung der Nockenwelle positionierter Zylinder einen von der Steuereinheit vorgegebenen Wert für die zylinderindividuellen Anteile am aufzubringenden Drehmoment bereitstellt und die „links und rechts” neben diesem Zylinder positionierten Zylinder von dem vorgegebenen Wert nur geringfügig abweichende zylinderindividuelle Anteile bereitstellen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Adaption der Verstellung der Nockenwellenposition durch eine zusätzliche Berücksichtigung des gemessenen Ist-Saugrohrdruckes und/oder durch eine zusätzliche Berücksichtigung der in den Zylindern gemessenen Ist-Druckwerte.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigt
1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Veranschaulichung einer Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung anwendbar ist, und
2 eine detailliertere Darstellung von Teilen der in der 1 gezeigten Vorrichtung.
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Veranschaulichung einer Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung anwendbar ist.
Die in der 1 gezeigte Vorrichtung weist einen Frischlufteingangskanal 9 auf, in welchem ein Frischlufteingang 11, eine Luftreinigungsvorrichtung 12 und eine Eingangsklappe 13 enthalten sind.
Des Weiteren weist die gezeigte Vorrichtung einen Abgaskanal 5 auf, der an den Ausgang 2b der Turbine 2 eines Abgasturboladers 1 angeschlossen ist. Der Abgaskanal 5 enthält einen Abgaskatalysator 17, einen Abzweig 18 und einen Dämpfer 19. Im Abzweig 18 zweigt ein Abgasrückführkanal 6 ab. Dieser weist einen Abgaskühler 20 und ein Abgasrückführventil 8 auf.
Der Ausgang des Abgasrückführventils 8 ist mit einem ersten Eingang 7a eines Mischers 7 verbunden. Der Ausgang der Eingangsklappe 13 des Frischlufteingangskanals 9 ist an den zweiten Eingang 7b des Mischers 7 angeschlossen.
Der Ausgang 7c des Mischers 7 ist mit dem Eingang 4a eines Verdichters 4 des Abgasturboladers verbunden. Der Verdichter 4 weist ein Verdichterrad auf, welches drehfest auf einer Welle 3 befestigt ist, mit welcher auch ein Turbinenrad der Turbine 2 drehfest verbunden ist.
Dem Eingang 2a der Turbine werden die Abgase einer Brennkraftmaschine 16 in Form eines Abgasstromes zugeführt. Dieser Abgasstrom treibt das Turbinenrad an. Dadurch wird auch die Welle 3 des Abgasturboladers 1 in Drehung versetzt. Diese Drehung der Welle wird auf das Verdichterrad übertragen.
Der Verdichter saugt das im Mischer 7 gebildete und dem Eingang 4a des Verdichters zugeführte Frischluft/Abgas-Gemisch an und verdichtet dieses. Das verdichtete Frischluft/Abgas-Gemisch wird am Ausgang 4b des Verdichters ausgegeben und über einen Ladeluftkühler 14 und eine Drosselklappe 15 der Brennkraftmaschine 16 zugeführt. Das in der Brennkraftmaschine gebildete Abgas wird – wie bereits oben ausgeführt wurde – an den Eingang 2a der Turbine 2 ausgegeben.
Ferner weist die in der 1 gezeigte Vorrichtung eine Steuereinheit 10 auf. Diese enthält eine Recheneinheit und mehrere Speichereinheiten, in denen Tabellen und Kennfelder abgespeichert sind. Der Steuereinheit 10 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 Steuereinheit 10 das Vorliegen eines Beschleunigungswunsches. Des Weiteren gehört dazu ein Sensor, der der Steuereinheit 10 Informationen über den Ist-Saugrohrdruck bereitstellt. Dieser Sensor ist zwischen dem Ausgang der Drosselklappe 15 und der Brennkraftmaschine 16 vorgesehen. Ferner gehören dazu Sensoren, die Informationen über den Ist-Druck in den Zylindern der Brennkraftmaschine 16 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 Abgasrückführventil 8 ermittelt und an dieses ausgibt. Mittels dieser Ansteuersignale s1 wird je nach momentanem Bedarf der Öffnungszustand des Abgasrückführventils 8 verändert, um dem Mischer 7 mehr oder weniger Abgas zuzuführen.
Des Weiteren ist die Steuereinheit 10 derart ausgebildet, dass sie die Luftmasse der Brennkraftmaschine 16 zylinderindividuell ermittelt und die zylinderindividuell ermittelte Luftmasse zur Ermittlung einer jeweils zugehörigen Kraftstoffeinspritzmasse verwendet. Des Weiteren ist die Steuereinheit 10 derart ausgebildet, dass sie eine Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit von einer oder mehreren korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen steuert.
Dies wird nachfolgend anhand der 2 näher erläutert, welche eine detailliertere Darstellung von Teilen der in der 1 dargestellten Vorrichtung zeigt. Insbesondere sind in der 2 die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine 16 veranschaulicht.
Dazu gehören eine Hochdruckpumpe 21, ein Rail 22, welches mit Kraftstoffinjektoren 23, 24, 25 und 26 verbunden ist, eine Nockenwelle 27, welche Nocken 28–36 trägt, Einlassventile 37–44, insgesamt vier Zylinder 45–48, in welchen jeweils ein Kolben 49–52 auf- und abbewegbar ist, und eine Kurbelwelle 53, welche über Pleuelstangen 54–57 mit den Kolben verbunden ist.
Dazu gehören des Weiteren die bereits in der 1 gezeigte Steuereinheit 10 sowie ein Nockenwellensensor 58, ein Nockenwellenversteller 59, ein Kurbelwellensensor 60 und Sensoren 61, deren Ausgangssignale der Steuereinheit 10 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 Rail 22 weiterzuleiten. Vom Rail 22 aus wird der Kraftstoff den Injektoren 23, 24, 25, 26 zugeführt und mittels dieser in jeweils einen der Zylinder 45–48 eingespritzt. Die Steuerung der Kraftstoffmenge und der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzzeitpunkte erfolgt dabei in bekannter Weise durch die Steuereinheit 10.
Die Hochdruckpumpe 21 wird von der sich drehenden Nockenwelle 27 über den Nocken 36 angetrieben. Erhöht sich der Druck des Kraftstoffs im Rail 22 und/oder das Fördervolumen der Hochdruckpumpe 21, dann kommt es zu einer weiteren Verwindung der Nockenwelle.
Diese Druckerhöhung des Kraftstoffs im Rail und/oder des Fördervolumens der Hochdruckpumpe 21 führt auch dazu, dass sich der zylinderindividuelle Anteil am aufzubringenden Drehmoment von Zylinder zu Zylinder erheblich unterscheidet.
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 einem Raildrucksensor gemessen wird, und der von der Steuereinheit 10 vorgegebenen einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Die ermittelten Phasenkorrekturwerte werden von der Steuereinheit 10 der vom Nockenwellensensor 58 gemessenen Nockenwellenposition jeweils zylinderindividuell hinzuaddiert. Die durch diesen Additionsvorgang ermittelten korrigierten zylinderindividuellen Ist-Nockenwellenpositionen werden zu einer Verstellung der Nockenwellenposition mittels des Nockenwellenverstellers 59 verwendet.
Eine Ausführungsform besteht darin, dass diese Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit von der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen einer im mittleren Bereich der Längsrichtung der Nockenwelle angeordneten Nocke erfolgt. Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der im mittleren Bereich der Längsrichtung der Nockenwelle angeordneten Nocke beispielsweise um die Nocke 31 oder die Nocke 32. Die Steuereinheit 10 ermittelt aus der korrigierten Ist-Nockenwellenposition der Nocke 31 bzw. 32 einen zylinderindividuellen Anteil des dieser Nocke zugeordneten Zylinders 46 bzw. 47 am aufzubringenden Drehmoment derart, dass dieser Anteil dem Mittelwert der Anteile aller Zylinder 45–48 entspricht. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem insgesamt vier Zylinder vorgesehen sind, kann der Anteil der Zylinder 46 und 47 beispielsweise jeweils 25% am aufzubringenden Drehmoment betragen, der Anteil des Zylinders 45 beispielsweise 26% und der Anteil des Zylinders 48 beispielsweise 24%.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit vom Mittelwert der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen erfolgt.
Bei beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen unterscheiden sich die von den Zylindern aufzubringenden Anteile am aufzubringenden Drehmoment nur geringfügig. Diese Ausbalancierung der von den Zylindern aufzubringenden Drehmomentanteile ermöglicht eine exakte Realisierung des geforderten mittleren Drehmomentes und vermeidet eine größere Variation der an den Zylindern erzeugten Drehmomente.
Um die Verstellung der Nockenwellenposition weiter zu verbessern, wird zusätzlich eine Messung des Ist-Saugrohrdruckes mittels eines im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensors durchgeführt. Der gemessene Ist-Saugrohrdruck wird zu einer Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen verwendet.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Verstellung der Nockenwellenposition durch eine Messung des Istdruckes in den Zylindern mittels eines im jeweiligen Zylinder angeordneten Drucksensors und eine Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen unter Verwendung des in den Zylindern gemessenen Ist-Druckes erfolgen.
Mittels der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird auch eine Anpassung der Kraftstoffmenge des jeweiligen Zylinders an die Luftmenge des jeweiligen Zylinders erreicht und damit eine Verbesserung der in den Zylindern erfolgenden Verbrennungsvorgänge erzielt.

Claims

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, und – Verstellung der Nockenwellenposition mittels eines Nockenwellenverstellers in Abhängigkeit von einer oder mehreren korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit von der korrigierten Ist-Nockenwellenposition einer im mittleren Bereich der Längsrichtung der Nockenwelle angeordneten Nocke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit vom Mittelwert der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden weiteren Schritten: – Messung des Ist-Saugrohrdruckes mittels eines im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensors und – Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen mittels des gemessenen Ist-Saugrohrdruckes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden weiteren Schritten: – Messung des Ist-Druckes in den Zylindern mittels eines im jeweiligen Zylinder angeordneten Drucksensors und – Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen mittels der in den Zylindern gemessenen Ist-Druckwerte.
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, und – Verstellung der Nockenwellenposition mittels eines Nockenwellenverstellers in Abhängigkeit von einer oder mehreren korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zur Steuerung der Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit von der korrigierten Ist-Nockenwellenposition einer im mittleren Bereich der Längsrichtung der Nockenwelle angeordneten Nocke ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zur Steuerung der Verstellung der Nockenwellenposition in Abhängigkeit vom Mittelwert der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zur Durchführung der folgenden weiteren Schritte ausgebildet ist: – Empfangen der den Ist-Saugrohrdruck beschreibenden Ausgangssignale eines im Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensors und – Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen mittels des gemessenen Ist-Saugrohrdruckes.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zur Durchführung der folgenden weiteren Schritte ausgebildet ist: – Empfangen der den Istdruck in den Zylindern beschreibenden Ausgangssignale von in den Zylindern angeordneten Drucksensoren und – Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen mittels der in den Zylindern gemessenen Ist-Druckwerte.