DE102016219577B4

DE102016219577B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016219577B4
Application number: DE102016219577.8A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Hong Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: US20190285012A1; DE102016219577A1; US10731581B2; KR20190057148A; WO2018068997A1; CN109964022A; KR102169753B1; CN109964022B

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (106) mit mindestens zwei Zylindern (102, 103, 104, 105) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:
- Ermitteln einer jeweiligen Drehmomentabgabe der Zylinder (102, 103, 104, 105), die jeweils aufgrund einer Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder (102, 103, 104, 105) erfolgt,
- Ermitteln einer Differenz der Drehmomentabgaben, insbesondere ermittelt aus einer Drehzahlbeschleunigung der Kurbelwelle,
- Vergleichen der Differenz der Drehmomentabgaben mit einem vorgegebenen Schwellenwert für die Drehmomentabgabe, und, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt;
- Ermitteln eines Verlaufs eines Zylinderdrucks (401) in einem der Zylinder (102, 103, 104, 105) innerhalb eines Zylindertaktes und Ermitteln eines Verlaufs einer Drehzahl (402) einer Kurbelwelle (107) der Brennkraftmaschine (106) innerhalb des Zylindertaktes,
- Ermitteln eines zeitlichen Abstands (403) eines Maximums des Verlaufs des Zylinderdrucks (401) zu einem nachfolgenden Maximum des Verlaufs der Drehzahl (402) innerhalb des Zylindertaktes,
- Ermitteln eines Verlaufs einer Drehzahl (402) der Kurbelwelle für alle Zylinder (102, 103, 104, 105) der Brennkraftmaschine (106) innerhalb eines jeweiligen Zylindertaktes und Ermitteln der jeweiligen Maxima der Drehzahlverläufe,
- Ermitteln eines jeweiligen Zeitpunkts der Maxima der Drehzahlverläufe innerhalb des zugehörigen Zylindertaktes und Ermitteln einer Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten der Maxima, und;
- wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten größer als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, Verändern eines Einspritzzeitpunkts zumindest bei einem der Zylinder (102, 103, 104, 105) in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Abstand (403) zwischen dem Maximum des Verlaufs des Zylinderdrucks zu dem nachfolgenden Maximum des Verlaufs der Drehzahl innerhalb des Zylindertakts (403), und;
- wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, Verändern der Einspritzmasse für zumindest einen der Zylinder in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz der Drehmomentabgaben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.
Bei Kraftfahrzeugen mit einem sogenannten Common Rail Einspritzsystem (auch Speicher-Einspritzsystem genannt) sind mehrere, typischerweise alle Injektoren mit einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler (Common Rail) gekoppelt, der unter einem hohen Druck steht. Die jeweils innerhalb eines Zylindertakts, auch Arbeitstakt genannt, in die Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Einspritzmenge an Kraftstoff wird typischerweise in erster Linie dadurch dosiert, dass der jeweilige Injektor mit einer kürzer oder länger gewählten Ansteuerdauer angesteuert wird, um Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder einzuspritzen. Während der Ansteuerdauer wird der Injektor jeweils geöffnet.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Alterungserscheinungen im Einspritzsystem können die Einspritzmassen zwischen den einzelnen Zylindern variieren. Dies kann zu Drehmomentunterschieden zwischen den Zylindern führen, was sich negativ auf die Laufruhe beziehungsweise das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirken kann. So können insbesondere Verschleißerscheinungen oder Ablagerungen dazu führen, dass sich eine tatsächliche Öffnungsdauer oder ein tatsächlicher Öffnungsgrad des Injektors bei gegebenem Kraftstoffdruck und gegebener Ansteuerdauer während einer Lebensdauer der Injektoren verändert.
In der DE 11 2009 001 479 T5 ist eine Kraftstoffsystemdiagnose durch Analysieren eines Motorzylinder-Drucksignals und eines Kurbelwellendrehzahlsignals beschrieben. Das Verfahren zum Unterscheiden zwischen Verbrennungsproblemen und Sensorfehlern innerhalb eines Motors umfasst das Überwachen von Drucksensordaten von einem Zylinder innerhalb des Motors, das Überwachen von Motordaten, die die Verbrennungsgesundheit beschreiben, von einer anderen Quelle als einem Drucksensor, das Analysieren der Drucksensordaten, um ein anormales Verbrennungsereignis zu diagnostizieren, das Vergleichen des anormalen Verbrennungsereignisses mit der Analyse der Motordaten und das Anzeigen einer Drucksensor-Fehlerwarnung, wenn der Vergleich einen Drucksensorfehler diagnostiziert.
Aus der DE 10 2013 200 542 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Zylinderinnendruck in mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dabei wird ein Maximalwert für den Zylinderinnendruck abhängig von einer Drehzahl und/oder einem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine, einem indizierten Mitteldruck, einem Anteil einer verbrannten Kraftstoffmenge und einem Drehwinkel einer Kurbelwelle ermittelt.
Die DE 10 2009 000 329 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Dieselmotor mit folgenden Schritten: - Generieren einer Stellgröße, insbesondere eines Einspritzzeitpunktes abhängig von einem Verbrennungsmerkmal, wobei das Verbrennungsmerkmal einen Zustand im Zylinder, insbesondere einen Druckverlauf im Zylinder repräsentiert und - Einstellen der Verbrennung in Zylindern des Verbrennungsmotors mithilfe der Stellgröße, wobei die Stellgröße weiterhin abhängig von einem Korrekturwert generiert wird, der abhängig von einer Verbrennungsinformation bestimmt wird, die eine Angabe über die Qualität der Verbrennung bereitstellt.
In der DE 10 2010 004 091 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, welches es erlaubt, Vorentflammungen gezielter entgegenzuwirken und insbesondere Auswirkungen auf den Wirkungsgrad zu vermeiden oder zumindest auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Dabei wird beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, die Sensoren zur Erfassung von Betriebsgrößen und Aktoren zur Beeinflussung der Betriebsgrößen umfasst, in Abhängigkeit des Signals mindestens eines Sensors ein Maß für die Stärke einer Vorentflammung bestimmt und in Abhängigkeit von dem Maß für die Stärke einer Vorentflammung zur Vermeidung weiterer Vorentflammungen erfolgt eine Beeinflussung der Ansteuerung der Aktoren.
In der DE 10 2013 222 547 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen einer Abweichung einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge eines Injektors einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Brennkraftmaschine weist mindestens zwei Injektoren auf, wobei die mindestens zwei Injektoren zur Abgabe der Soll-Einspritzmenge angesteuert werden, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine von einer Ausgangsdrehzahl bis zu einer Zieldrehzahl zu beschleunigen, wobei die Ist-Drehzahl über die Zeit erfasst und eine Änderung der Ist-Drehzahl pro Zeiteinheit als Drehzahlgradient bestimmt wird, wobei eine von dem Drehzahlgradienten abhängige Größe bestimmt und mit einem Normintervall verglichen wird, wobei eine Abweichung der Ist-Einspritzmenge von der Soll-Einspritzmenge eines Injektors von den mindestens zwei Injektoren erkannt wird, wenn die von dem Drehzahlgradienten abhängige Größe außerhalb des Normintervalls liegt.
Aus der DE 10 2004 053 347 A1 ist ein Einspritzsteuersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt. Eine elektronische Steuereinheit eines Einspritzsteuersystems für eine Brennkraftmaschine misst eine Kraftstoffmaschinendrehzahl 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 Steuereinheit berechnet eine durch die einzige Einspritzung hervorgerufene Drehzahlschwankung auf der Grundalge 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.
In der DE 10 2014 210 849 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Laufunruhe bei einer Brennkraftmaschine beschrieben. Dabei wird zur Einstellung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Betreiben der Brennkraftmaschine, eine eingespritzte Kraftstoffmenge von einem Verbrennungszyklus zu einem direkt oder indirekt folgenden nächsten Verbrennungszyklus variiert. Zur Kompensation der dabei entstehenden Laufunruhe wird eine zyklische Anpassung eines Zündwinkels durchgeführt. Damit kann erreicht werden, dass insbesondere bei Einzelzylinder-Brennkraftmaschinen, wie sie bei Krafträdern zum Einsatz kommen, einerseits eine Leistungssteigerung, eine Reduzierung von Schadstoffemissionen oder ein möglichst optimaler Kompromiss zwischen allen Kriterien erzielt werden.
Die DE 10 2010 051 370 A1 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung eines jeweiligen indizierten Momentes für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine. Bei diesem Verfahren wird eine hochaufgelöste Drehzahlinformation der Brennkraftmaschine erfasst. Für jeden Zylinder wird aus der Drehzahlinformation ein jeweiliges erstes Moment bestimmt. In einem Führungszylinder wird mit einem Druckerfassungsmittel ein Zylinderinnendruck erfasst. Aus dem erfassten Zylinderinnendruck des Führungszylinders wird ein zweites Moment für den Führungszylinder bestimmt. Auf der Grundlage des jeweiligen ersten Moments und des zweiten Moments wird das jeweilige indizierte Moment für jeden Zylinder bestimmt.
Aus der DE 10 2010 018 849 A1 sind ein Verfahren und ein Steuersystem zum Steuern einer Maschinenfunktion auf der Basis einer Kurbelwellenbeschleunigung bekannt. Das Steuersystem zum Steuern der Maschine umfasst ein Modul zum Bestimmen der momentanen Kurbelwellenbeschleunigung, das eine momentane Kurbelwellenbeschleunigung bestimmt. Ein Maschinenparameter-Einstellmodul stellt ein Maschinenparameter in Ansprechen auf die momentane Kurbelwellenbeschleunigung ein.
In der DE 10 2008 038 824 A1 ist ein Motordrehmomentsteuermodul beschrieben, das ein Ableitungsmodul und ein Zylinderdrehmomentmodul umfasst. Das Ableitungsmodul bestimmt auf Grundlage der Drehung einer Kurbelwelle einen Ableitungsausdruck für einen ersten Zylinder einer Brennkraftmaschine und bestimmt auf Grundlage des Ableitungsausdrucks einen mittleren Ableitungsausdruck für den ersten Zylinder. Das Zylinderdrehmomentmodul bestimmt auf Grundlage des mittleren Ableitungsausdrucks einen Betriebszustand des ersten Zylinders, stellt auf Grundlage des Betriebszustands eine Drehmomentabgabe des ersten Zylinders ein und stellt auf Grundlage des Betriebszustandes eine Drehmomentabgabe eines zweiten Zylinders ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern für ein Kraftfahrzeug, umfasst die Schritte:

- Ermitteln einer jeweiligen Drehmomentabgabe der Zylinder, die jeweils aufgrund einer Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder erfolgt,
- Ermitteln einer Differenz der Drehmomentabgaben, insbesondere ermittelt aus einer Drehzahlbeschleunigung der Kurbelwelle,
- Vergleichen der Differenz der Drehmomentabgaben mit einem vorgegebenen Schwellenwert für die Drehmomentabgabe, und, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt;
- Ermitteln eines Verlaufs eines Zylinderdrucks in einem der Zylinder innerhalb eines Zylindertaktes und Ermitteln eines Verlaufs einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine innerhalb des Zylindertaktes,
- Ermitteln eines zeitlichen Abstands eines Maximums des Verlaufs des Zylinderdrucks zu einem nachfolgenden Maximum des Verlaufs der Drehzahl innerhalb des Zylindertaktes,
- Ermitteln eines Verlaufs einer Drehzahl der Kurbelwelle für alle Zylinder der Brennkraftmaschine innerhalb eines jeweiligen Zylindertaktes und Ermitteln der jeweiligen Maxima der Drehzahlverläufe,
- Ermitteln eines jeweiligen Zeitpunkts der Maxima der Drehzahlverläufe innerhalb des zugehörigen Zylindertaktes undErmitteln einer Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten der Maxima, und;
- wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten größer als ein vorgegebenen Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, Verändern eines Einspritzzeitpunkts zumindest bei einem der Zylinder in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Abstand zwischen dem Maximum des Verlaufs des Zylinderdrucks zu dem nachfolgenden Maximum des Verlaufs der Drehzahl innerhalb des Zylindertakts (403), und;
- wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, Verändern der Einspritzmasse für zumindest einen der Zylinder in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz der Drehmomentabgaben.

Bei Dieselbrennkraftmaschinen wird der Kraftstoff in die heiße, komprimierte Luft im Zylinder eingespritzt. Die Verbrennung wird dann durch die Selbstzündung aufgrund der durch die Kompression steigenden Zylindertemperatur eingeleitet. Die Zeit zwischen Einspritzbeginn und dem Beginn der Verbrennung wird Zündverzug genannt. Der chemische Zündverzugszeitpunkt hängt stark von der Verdampfung des Gemischs und somit von Druck und Temperatur ab. Die Drehzahländerung hängt dann wiederum vom Zylinderdruck und den Massekräften ab.
Die Einspritzmasse, also die Masse an Kraftstoff, die jeweils in den Zylinder eingespritzt wird, um ein Drehmoment an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu erzeugen, steht normalerweise in linearem Zusammenhang mit dem aus der Einspritzmasse resultierenden Drehmoment. Die eingespritzte Menge an Kraftstoff gibt somit normalerweise die Leistungsabgabe des jeweiligen Zylinders vor. Die Einspritzmenge ist somit herkömmlich proportional zum Drehmoment der Kurbelwelle.
Das anmeldungsgemäße Verfahren ermöglicht zusätzlich einen Rückschluss darauf, ob unterschiedliche Drehmomentabgaben der Zylinder aufgrund von unterschiedlichen Einspritzmassen entstehen, oder ob ein Einspritzzeitpunkt der Einspritzung Ursache für die unterschiedlichen Drehmomentabgaben ist.
Aufgrund des Vergleichs des Zylinderdruckmaximums mit dem Maximum der Drehzahl ist es möglich, auf den Einspritzzeitpunkt innerhalb des Zylindertakts zu schließen. Der Einspritzzeitpunkt wird auch Einspritzlage oder Einspritzphase genannt. Bei annähernd gleichen Verbrennungsbedingungen in den Zylindern ist der Abstand zwischen dem Zylinderdruckmaximum und dem Maximum der Drehzahl bei allen Zylindern innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs gleich. Somit ist es ausreichend, einen einzigen Zylinderdrucksensor an einem einzigen der Zylinder vorzusehen. Die anderen Zylinder der Brennkraftmaschine müssen nicht mit einem Zylinderdrucksensor versehen sein.
Bei einer normal funktionierenden Brennkraftmaschine führt eine Erhöhung der Kraftstoffmasse beim drehmomentrelevanten Anteil der Einspritzung zu einer Erhöhung des abgegebenen Drehmoments dieses Zylinders. Eine Verkleinerung der Einspritzmasse hat normalerweise eine entsprechende Reduzierung des Drehmoments zur Folge.
Bei einem fehlerhaften Einspritzzeitpunkt ist es jedoch möglich, dass dieser Effekt nicht erreicht wird und beispielsweise eine erhöhte Einspritzmasse nicht zu einer erwarteten Erhöhung des Drehmoments führt. Im anmeldungsgemäßen Verfahren wird, wenn sich nach einer Veränderung der Einspritzmasse nicht der erwartete lineare Zusammenhang zwischen Einspritzmasse und Drehmoment einstellt, der Einspritzzeitpunkt in jedem Zylinder überprüft. Dies erfolgt auf Grundlage des jeweiligen Maximums der Drehzahl. Bei einem korrekten Einspritzzeitpunkt in den Zylindern ist das Maximum der Motordrehzahl jeweils innerhalb vorgegebener Toleranzen zum gleichen Zeitpunkt innerhalb des Zylindertakts. Der Zylindertakt wird auch Arbeitstakt genannt. Beispielsweise beginnt der Zeitraum des Zylindertakts beim oberen Totpunkt vor dem Ansaugen und endet am oberen Totpunkt nach dem Ausstoßen der Verbrennungsgase.
Ist das Maximum der Drehzahl der einzelnen Zylinder nicht am gleichen Zeitpunkt innerhalb des jeweiligen Zylindertakts, kann auf einen fehlerhaften Einspritzzeitpunkt geschlossen werden. Zum Anpassen der Drehmomentabgaben wird folglich der Einspritzzeitpunkt zumindest bei einem der Zylinder angepasst, sodass die jeweiligen Zeitpunkte der Maxima innerhalb der zugehörigen Zylindertakte innerhalb der vorgegebenen Toleranzen gleich sind. Mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Drehmomentabgabe der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine anhand einer Anpassung des Einspritzzeitpunkts anzugleichen. Aufgrund der zusätzlichen Anpassung des Einspritzzeitpunkts ist es möglich, eine fehlerhafte Vertrimmung der Zylindergleichstellung zu vermeiden. Es ist feststellbar, ob eine Abweichung der Drehmomentabgabe tatsächlich aufgrund von unterschiedlichen Einspritzmassen oder aufgrund eines unkorrekten Einspritzzeitpunkts erfolgt. Durch die Kombination der Angleichung der Drehmomentabgaben durch Anpassung der Einspritzmassen und der Messung des Zylinderdrucks zur Ermittlung des Einspritzzeitpunkts ermöglicht eine nutzbringende Plausibilisierung zwischen Einspritzabweichungen und Fehlern in der Verbrennung. Somit können auch ungenaue Fehlerdiagnosen vermieden werden.
Gemäß Ausführungsformen wird, wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, die Einspritzmasse für zumindest einen der Zylinder eine Abhängigkeit von der ermittelten Differenz der Drehmomentabgaben verändert. In Abhängigkeit der Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten der Maxima der Drehzahl wird entweder die Einspritzmasse relativ zu der ermittelten Drehmomentabweichung angepasst oder der Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit der Differenz der Zeitpunkte der Drehzahlmaxima.
Gemäß Ausführungsformen wird beispielsweise die jeweilige Kurbelwellenbeschleunigung mittels eines Geberradsensors und eines Geberrads ermittelt, das mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Das Geberrad ist beispielsweise ein Zahnrad und der Geberradsensor beispielsweise ein Hall-Sensor. Somit ist es möglich, Zahnzeiten auszuwerten, um die Kurbelwellenbeschleunigung zu ermitteln.
Alternativ oder zusätzlich wird die Kurbelwellenbeschleunigung in Abhängigkeit einer Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich wird die Kurbelwellenbeschleunigung in Abhängigkeit einer Drehzahländerung der Kurbelwelle ermittelt.
Gemäß Ausführungsformen werden die beschriebenen Verfahrensschritte zumindest teilweise wiederholt, bis eine weitere ermittelte Differenz der Drehmomentabgaben kleiner als der vorgegebene Schwellenwert für die Drehmomentabgabe ist.
Gemäß Ausführungsformen wird ein sonstiger Fehler ermittelt, wenn die weitere ermittelte Differenz nach einem vorgegebenen Zeitraum nicht kleiner als der vorgegebene Schwellenwert für die Drehmomentabgabe ist. Wenn das anmeldungsgemäße Verfahren auch nach mehrmaligem Durchführen nach dem vorgegebenen Zeitraum nicht dazu führt, dass die Drehmomentabgaben angeglichen werden, liegt ein sonstiger Fehler als Ursache für die Drehmomentabweichung vor, der nicht aufgrund der Einspritzmassen oder des Einspritzzeitpunkts auftritt. Der sonstige Fehler ist beispielsweise ein Fehler in der Abgasrückführung oder ein Fehler in der Kompression.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Drehmoment und Einspritzmasse gemäß einer Ausführungsform, und
4 eine schematische Darstellung der Verläufe von Zylinderdruck und Drehzahl gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt ein System 100 mit einer Brennkraftmaschine 106 und einem Kraftstoffverteiler 101 (auch Common Rail genannt). Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank wird unter hohem Druck in dem Kraftstoffverteiler 101 gesammelt und nachfolgend direkt in Zylinder 102, 103, 104 und 105 der Brennkraftmaschine 106 eingespritzt. Die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs führt zu einer Drehmomentabgabe der Zylinder 102 bis 105 auf eine Kurbelwelle 107 der Brennkraftmaschine 106. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 106 vier Zylinder 102 bis 105 auf. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen weist die Brennkraftmaschine mehr als vier oder weniger als vier Zylinder auf. Die Zylinder 102 bis 105 können auch als Brennräume der Brennkraftmaschine 106 bezeichnet werden.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen im System 100 sowie durch das Auftreten von Alterungserscheinungen können die tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmassen zwischen den einzelnen Zylindern 102 bis 105 variieren. Beispielsweise verändert sich die Menge an Kraftstoff die je Injektor bei gleichbleibenden Ansteuerdauer tatsächlich eingespritzt wird. Diese Unterschiede zwischen den Einspritzmassen der jeweiligen Zylinder 102 bis 105 führen zu unterschiedlichen Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 auf die Kurbelwelle 107. Diese Drehmomentunterschiede können sich negativ auf die Laufruhe beziehungsweise das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirken.
An mindestens einem der Zylinder 102 bis 105 ist ein Zylinderdrucksensor 108 angebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zylinderdrucksensor 108 nur an dem Zylinder 102 angebracht. An den anderen Zylindern 103 bis 105 ist kein Zylinderdrucksensor angebracht. Mittels dem Zylinderdrucksensor ist es möglich, den Zylinderdruck in dem Zylinder 102 zu ermitteln.
Eine Vorrichtung 110, die beispielsweise Teil einer Motorsteuerung ist, ist eingerichtet, ein nachfolgend in Verbindung mit 2 erläutertes Verfahren durchzuführen, um die unterschiedlichen Drehmomentabgaben zu korrigieren, sodass die jeweiligen Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen.
Das Verfahren gemäß 2 wird in Schritt 201 gestartet. Nachfolgend wird in Schritt 202 die Drehmomentabgabe des Zylinders 102 mit der Drehmomentabgabe des Zylinders 103 und der Drehmomentabgabe des Zylinders 104 und der Drehmomentabgabe des Zylinders 105 verglichen. Beispielsweise wird dazu die Kurbelwellenbeschleunigung je Zylindertakt der Zylinder 102 bis 105 verglichen. Insbesondere wird eine Differenz der Kurbelwellenbeschleunigungen ermittelt, um auf die Unterschiede der Kurbelwellenbeschleunigung zu schließen. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen werden andere Kombinationen der Zylinder 102 bis 105 für den Vergleich verwendet.
Der ermittelte Drehmomentunterschied wird in Schritt 203 zur späteren Verwendung gespeichert.
In Schritt 204 wird ein Verlauf eines Zylinderdrucks 401 innerhalb des Zylinders 102 je Zylindertakt ermittelt. Das Maximum des Verlaufs wird ermittelt. Weiterhin wird ein Verlauf einer Motordrehzahl innerhalb des Zylindertakts des Zylinders 102 ermittelt. Das Maximum des Drehzahlverlaufs wird ermittelt. Ein Abstand 403 zwischen dem Zylinderdruckmaximum und dem Drehzahlmaximum wird ermittelt.
Aufgrund des Vergleichs von Zylinderdruckmaximum mit dem Maximum der Motordrehzahl kann auf den Einspritzzeitpunkt geschlossen werden, wie sich aus 4 ergibt. In 4 ist an der X-Achse die Zeit aufgetragen, an der Y-Achse der Zylinderdruck und die Drehzahl.
Kurz vor dem oberen Totpunkt stellt sich die höchste Kompressionstemperatur ein. Wird eine Verbrennung zu früh durch eine zu frühe Einspritzung eingeleitet, steigt der Verbrennungsdruck steil an und wirkt der Kolbenbewegung im Zylinder entgegen.
Ein zu später Einspritzzeitpunkt führt zu einem geringen Anstieg des Zylinderdrucks und zu einer etwas verzögerten Verbrennung, was bei einer geringen Last auch zu einer unvollständigen Verbrennung führen kann.
Der gewünschte Abstand zwischen den Maxima wird durch Parameter wie hoher Wirkungsgrad, geringes Geräusch und niedrige Schadstoffemissionen bestimmt. Durch die Messung mit dem Zylinderdrucksensor 108 kann dieser gewünschte Abstand bestimmt und eingestellt werden. Die anderen Zylinder 103 bis 105 sollen aufgrund der jeweiligen Drehzahlmaxima entsprechend eingestellt werden.
Bei annähernd gleichen Verbrennungsbedingungen innerhalb der Zylinder 102 bis 105 ist dieser Abstand bei allen Zylindern 102 bis 105 gleich, sodass der einzige Zylinderdrucksensor 108 an dem Zylinder 102 ausreicht und nicht zwangsläufig bei allen Zylindern ein Zylinderdrucksensor vorhanden sein muss.
In Schritt 205 wird der ermittelte zeitliche Abstand 403 zwischen dem Maximum des Verlaufs des Zylinderdrucks und dem nachfolgenden Maximum der Drehzahl zur späteren Verwendung gespeichert.
In Schritt 206 wird ermittelt, ob eine Abweichung der jeweiligen Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Beispielsweise wird verglichen, ob die Differenz zwischen den Drehmomentabgaben größer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Ist die Differenz kleiner als der vorgegebene Schwellenwert, wird auf ein normal funktionierendes System geschlossen und das Verfahren in Schritt 207 ohne eine Verstellung der Einspritzung zumindest zeitweise beendet.
Wird in Schritt 206 ermittelt, dass die Abweichung der Drehmomentabgaben größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, wird nachfolgend in Schritt 208 das Drehzahlmaximum aller Zylinder innerhalb der jeweiligen Zylindertakte ermittelt.
In Schritt 209 wird nachfolgend ermittelt, ob die jeweiligen Drehzahlmaxima aller Zylinder 102 bis 105 an gleicher Stelle innerhalb der jeweiligen Zylindertakte innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen.
Wird in Schritt 209 ermittelt, dass die Abweichung der Zeitpunkte der Maxima der Drehzahl kleiner als der vorgegebene Schwellenwert für die Abweichung der Zeitpunkte ist, wird nachfolgend in Schritt 211 die Einspritzmasse zumindest bei einem der Zylinder 102 bis 105 angepasst. Beispielsweise wird die Einspritzmasse verändert, die je Zylindertakt in dem Zylinder 102 eingespritzt wird. Die Veränderung der Einspritzmasse ist abhängig von der ermittelten Differenz zwischen den Drehmomentabgaben, die in Schritt 203 gespeichert wurden.
Wie sich insbesondere aus 3 ergibt, hängen die Einspritzmasse und das daraus resultierende Drehmoment linear miteinander zusammen. An der X-Achse ist die Einspritzmasse aufgetragen, an der Y-Achse das Drehmoment. Soll das Drehmoment des Zylinders 102 um den Wert Y1 reduziert werden, wird die Einspritzmasse für den Zylinder 102 entsprechend um den Wert X1 reduziert. Soll das Drehmoment des Zylinders 102 erhöht werden, wird die Einspritzmasse für den Zylinder 102 entsprechend erhöht.
Falls jedoch der Einspritzzeitpunkt fehlerhaft ist, ist es möglich, dass eine Veränderung der Einspritzmasse nicht zu einem korrespondierenden geänderten Drehmoment führt. Beispielsweise führt dann eine Erhöhung der Einspritzmasse nicht zu einer Erhöhung des daraus resultierenden Drehmoments.
Der Einspritzzeitpunkt ist insbesondere der Zeitpunkt, zu dem die drehmomentrelevante Einspritzung der Einspritzmasse des Kraftstoffs je Zylindertakt erfolgt. Der Einspritzzeitpunkt kann auch als Einspritzlage und/oder Einspritzphase bezeichnet werden.
Wird in Schritt 209 ermittelt, dass die Drehzahlmaxima nicht innerhalb der vorgegebenen Toleranzen zum gleichen Zeitpunkt innerhalb der jeweiligen Zylindertakte liegen, wird nachfolgend in Schritt 210 der Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Abstand 403 verändert, der in Schritt 205 gespeichert wurde. Insbesondere wird der Einspritzzeitpunkt zumindest der Haupteinspritzung oder der gesamten drehmomentrelevanten Einspritzung angepasst. Der Einspritzzeitpunkt wird beispielsweise so verändert, dass der Abstand zwischen dem Maximum des Zylinderdrucks und dem Maximum der Drehzahl innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums liegt.
Nach Schritt 210 beziehungsweise Schritt 211 wird das Verfahren wieder mit Schritt 202 begonnen und solange wiederholt, bis die Differenz der Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
Der Regelvorgang wird solange wiederholt, bis sich aufgrund der Anpassungen der Einspritzmasse und des Einspritzzeitpunkts ein gleichmäßiges Drehmoment auf allen Zylindern 102 bis 105 darstellt. Insbesondere werden die Verfahrensschritte 202 bis 211 solange wiederholt, bis in Schritt 206 ermittelt wird, dass die Differenz kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Erfolgt nach einer vorgegebenen Zeitspanne keine Konvergenz des Verfahrens, wird also innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne nicht festgestellt, dass die Differenz kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, kann auf einen sonstigen Fehler im System geschlossen werden. Die unterschiedlichen Drehmomentabgaben werden dann nicht durch unterschiedliche Einspritzmassen oder einen fehlerhaften Einspritzzeitpunkt verursacht. Ein sonstiger Fehler kann beispielsweise eine Ungenauigkeit bei der Abgasrückführung oder bei der Kompression sein.
Bei dem Verfahren wird somit in Abhängigkeit der relativen Zeitpunkte der Drehzahlmaxima der Zylinder 102 bis 105 entweder die Einspritzmasse angepasst oder der Einspritzzeitpunkt. Somit ist es möglich, eine fehlerhafte Vertrimmung der Zylindergleichstellung zu vermeiden. Da von der Vorrichtung 110 beispielsweise die Einspritzkorrekturwerte auch für eine Bewertung der Einspritzung verwendet werden, können durch die zusätzliche Plausibilisierung Fehldiagnosen vermieden werden. Somit ist eine verlässliche Zylindergleichstellung bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung möglich. Dies führt zu einem verlässlichen Betrieb der Brennkraftmaschine 106.
Bezugszeichenliste

100: System
101: Kraftstoffverteiler
102, 103, 104, 105: Zylinder
106: Brennkraftmaschine
107: Kurbelwelle
108: Zylinderdrucksensor
110: Vorrichtung
201 - 211: Verfahrensschritte
401: Zylinderdruck
402: Drehzahl
403: Abstand

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (106) mit mindestens zwei Zylindern (102, 103, 104, 105) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: - Ermitteln einer jeweiligen Drehmomentabgabe der Zylinder (102, 103, 104, 105), die jeweils aufgrund einer Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder (102, 103, 104, 105) erfolgt, - Ermitteln einer Differenz der Drehmomentabgaben, insbesondere ermittelt aus einer Drehzahlbeschleunigung der Kurbelwelle, - Vergleichen der Differenz der Drehmomentabgaben mit einem vorgegebenen Schwellenwert für die Drehmomentabgabe, und, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt; - Ermitteln eines Verlaufs eines Zylinderdrucks (401) in einem der Zylinder (102, 103, 104, 105) innerhalb eines Zylindertaktes und Ermitteln eines Verlaufs einer Drehzahl (402) einer Kurbelwelle (107) der Brennkraftmaschine (106) innerhalb des Zylindertaktes, - Ermitteln eines zeitlichen Abstands (403) eines Maximums des Verlaufs des Zylinderdrucks (401) zu einem nachfolgenden Maximum des Verlaufs der Drehzahl (402) innerhalb des Zylindertaktes, - Ermitteln eines Verlaufs einer Drehzahl (402) der Kurbelwelle für alle Zylinder (102, 103, 104, 105) der Brennkraftmaschine (106) innerhalb eines jeweiligen Zylindertaktes und Ermitteln der jeweiligen Maxima der Drehzahlverläufe, - Ermitteln eines jeweiligen Zeitpunkts der Maxima der Drehzahlverläufe innerhalb des zugehörigen Zylindertaktes und Ermitteln einer Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten der Maxima, und; - wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten größer als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, Verändern eines Einspritzzeitpunkts zumindest bei einem der Zylinder (102, 103, 104, 105) in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Abstand (403) zwischen dem Maximum des Verlaufs des Zylinderdrucks zu dem nachfolgenden Maximum des Verlaufs der Drehzahl innerhalb des Zylindertakts (403), und; - wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, Verändern der Einspritzmasse für zumindest einen der Zylinder in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz der Drehmomentabgaben.
Verfahren nach Anspruch 1, wenn die Differenz zwischen den jeweiligen Zeitpunkten kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert für den Zeitpunkt ist, - Verändern der Einspritzmasse für zumindest einen der Zylinder in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz der Drehmomentabgaben.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass: die Kurbelwellenbeschleunigung jeweils aufgrund der Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder (102, 103, 104, 105) erfolgt und - Ermitteln der jeweiligen Drehmomentabgabe in Abhängigkeit von der jeweiligen Kurbelwellenbeschleunigung.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Kurbelwellenbeschleunigung mittels eines Geberradsensors und eines Geberrads ermittelt wird, das mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Kurbelwellenbeschleunigung in Abhängigkeit einer Laufruhe der Brennkraftmaschine (106) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Kurbelwellenbeschleunigung in Abhängigkeit einer Drehzahländerung der Kurbelwelle (107) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Zylinderdruck mittels eines dem Zylinder zugeordneten Zylinderdrucksensors (108) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend - Wiederholen der Verfahrensschritte, bis eine weitere ermittelte Differenz der Drehmomentabgaben kleiner als der vorgegebene Schwellenwert für die Drehmomentabgabe ist.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend - Ermitteln eines sonstigen Fehlers, wenn die weitere ermittelte Differenz nach einem vorgegebenen Zeitraum nicht kleiner als der vorgegebene Schwellenwert für die Drehmomentabgabe ist.
Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.