DE102018210332A1

DE102018210332A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Ermittlung von zylinderindividuellen Lambdawerten und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018210332A1
Application number: DE102018210332.1A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Benedikt Van Booven
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine auf der Basis eines von einer einzigen Lambdasonde zur Verfügung gestellten Gesamtlambdawertes für alle Zylinder und eine zugehörige Brennkraftmaschine beschrieben. Um zylinderindividuelle Korrekturwerte für die Lambdawerte der einzelnen Zylinder zu ermitteln, erfolgt ein sprunghaftes Abmagern der Einspritzmasse für einen jeweiligen Prüfzylinder und das Erfassen einer hierdurch auftretenden Drehmomentänderung an der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine. Der jeweiligen Drehmomentänderung wird ein zylinderindividueller Lambdakorrekturwert zugeordnet. Unter Berücksichtigung dieses Korrekturwertes für jeden Zylinder wird dann die Brennkraftmaschine betrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine auf der Basis eines von einer einzigen Lambdasonde zur Verfügung gestellten Gesamtlambdawertes für alle Zylinder mit Detektion und Kompensation von zylinderindividuellen Lambdaunterschieden.
Aufgrund der aktuellen Abgasgesetzgebung muss bei Brennkraftmaschinen eine Überwachung für das zylinderindividuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorgesehen werden. Aus Kostengründen ist aber eine Überwachung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zylinder durch Einzellambdasonden nicht möglich. Stand der Technik für die Detektion der zylinderindividuellen Lambdaunterschiede ist das sogenannte CYBL_HOM-Verfahren. Dieses Verfahren nutzt eine gezielte Abmagerung einzelner Zylinder. Da neben dem CYBL HOM-Verfahren noch andere Prüfverfahren für andere emissionsrelevante Funktionen im Prüf zyklus durchgeführt werden müssen, besteht ein Bedarf nach einem schnelleren Verfahren mit gleicher Güte.
Was den Stand der Technik in Bezug auf die Kompensation zylinderindividueller Lambdaunterschiede anbetrifft, so ist in der DE 102006026390 A1 und der DE 102006044073 A1 die Bestimmung des Lambdawertes durch gezielte Abmagerung des Verbrennungsgemisches im Rahmen eines Adaptionsverfahrens (CYBL_HOM-Verfahren) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird durch gezielte Abmagerung einzelner Zylinder und der Beobachtung der Höhe des Eingriffs auf einen Lambdawert geschlossen.
Die DE 102009027822 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer Vertrimmung wenigstens eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei der wenigstens eine Zylinder nacheinander in wenigstens einer Magerphase und wenigstens einer Fettphase betrieben wird, um im Mittel eine Abgasneutralität bereitzustellen, wobei ein Laufunruhesignal in einer Magerphase ausgewertet wird, um ein zylinderindividuelles Merkmal betreffend die Vertrimmung zu erhalten.
Der vorliegen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich besonders schnell durchführen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

Auswahl eines Prüfzylinders aus den Zylindern der Brennkraftmaschine;
sprunghaftes Abmagern der Einspritzmasse für den Prüfzylinder auf einen Zielwert;
gleichzeitiges Anfetten der anderen Zylinder, so dass sich im Mittel ein Gesamtlambdawert für alle Zylinder von 1 ergibt;
Erfassen einer durch das sprunghafte Abmagern des Prüfzylinders auftretenden Drehmomentänderung an der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine;
Testen der weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine mit den vorstehenden Schritten;
Ermitteln eines zylinderindividuellen Korrekturwertes für jeden Zylinder für den Gesamtlambdawert in Abhängigkeit von der durch die Abmagerung aufgetretenen zylinderindividuellen Drehmomentänderung; und
Betreiben der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des ermittelten Lambdakorrekturwertes für jeden Zylinder.

Durch die erfindungsgemäße Kombination des CYBL_HOM-Verfahrens mit dem Schritt der Drehmomentermittlung kann der direkte Drehmomentenwert für die Auswertung der zylinderindividuellen Korrektur der Einspritzung verwendet werden. Eine indirekte Ermittlung über die Laufunruhe ist nicht mehr notwendig.
Eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine mit Benzin betriebene Brennkraftmaschine, bildet normalerweise eine starke Abhängigkeit des Drehmomentes vom Lambdawert aus. Dabei wird das Maximum des Drehmomentes nicht bei Lambda = 1, sondern bei einem leicht fetten Gemisch erreicht. Diese Abhängigkeit, insbesondere der sogenannte „Lambdahaken“, wird im erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt, um den jeweiligen zylinderindividuellen Lambdawert zu ermitteln.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehmomentänderung mithilfe eines Drehmomentsensors erfasst. Dabei wird vorzugsweise ein Drehmomentsensor verwendet, der eine Anordnung von piezoresistiven Drehmessstreifen mit Spannungsmessung über eine Messbrücke aufweist.
Um das Drehmoment zu bestimmen, wird entgegen der gängigen Serienverfahren nicht die Variation der Umdrehungsgeschwindigkeit oder das Zylinderdrucksignal verwendet, sondern das Drehmoment wird direkt an der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Drehmomentsensors gemessen. Der hierbei vorzugsweise verwendete Drehmomentsensor ermittelt das Drehmoment durch eine Spannungsmessung an einer Messbrücke, welche aus einer Anordnung von piezoresistiven Drehmessstreifen besteht. Das über die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine übertragene Drehmoment führt zu einer Torsion der Welle, welche in der Form von Druck- und Zugspannung im 45°-Winkel zur Axialrichtung auftritt. Das Sensorelement wird daher vorzugsweise im 45°-Winkel auf der Abtriebswelle aufgebracht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Zielwert für die sprunghafte Abmagerung des Prüfzylinders vorzugsweise arbeitspunktabhängig aus einer Tabelle ausgelesen. Die Werte dieser Tabelle kommen beispielsweise aus empirischen Versuchen einer gerade noch akzeptablen Fahrbarkeit.
Dies ist wichtig, da der Fahrer nicht die im Hintergrund ablaufende Adaption bemerken soll. Die anderen Zylinder werden gleichzeitig angefettet, so dass sich im Mittel ein Gesamtlambdawert von 1 ergibt.
Ist der Prüfzylinder beendet, so wird geprüft, ob alle Prüfzylinder bereits erfolgreich getestet wurden. Ist dies nicht der Fall, so wird der Vorgang mit dem nächsten Zylinder durchgeführt. Sind alle Zylinder durchlaufen, dann wird jeder einzelne Zylinder um einen Korrekturwert geändert.
Der Korrekturwert für jeden Zylinder wird vorzugsweise wie folgt ermittelt: $\begin{array}{l} {Korrektur}_{zylx} = f ({Drehmomentenunterschied}_{zylx} = \sum_{k = 1}^{Zylinderanzahl} \\ \frac{{Drehmomentenunterschied}_{zylk}}{k}) \end{array}$
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und einer einzigen Lambdasonde zur Ermittlung eines Gesamtlambdawertes für alle Zylinder, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
Diese Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmomentes an der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine und eine die Signale des Drehmomentsensors empfangende und in Abhängigkeit hiervon zylinderindividuelle Lambdakorrekturwerte erzeugende sowie auf dieser Basis die Beaufschlagung der einzelnen Zylinder (Einspritzung) steuernde Steuereinheit auf.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 in Form von drei untereinander angeordneten Diagrammen die durchgeführte Verstellung der Lambdawerte, die Änderung des Drehmomentes in Abhängigkeit davon und die Verstellung der Zylinder; und
3 eine schematische Darstellung einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Brennkraftmaschine.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer zylinderindividuellen Lambdawertkorrektur. In Schritt 1 werden zunächst die Startbedingungen geprüft. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Fehlerfreiheit des Einspritzsystems und stationäre Bedingungen. Ist eine Durchführung des Verfahrens möglich, so wird zunächst ein Prüfzylinder gewählt, der in Schritt 2 sprunghaft abgemagert wird, d. h. die entsprechende Einspritzmasse wird schlagartig auf einen Zielwert abgemagert. Dieser Wert wird arbeitspunktabhängig aus einer Tabelle ausgelesen, welche vorher meist aus empirischen Versuchen eine gerade noch akzeptable Fahrbarkeit darstellt. Die anderen Zylinder werden gleichzeitig angefettet, so dass sich im Mittel ein Gesamtlambdawert von 1 ergibt.
In Schritt 3 wird mit Hilfe des vorgesehenen Drehmomentsensors entsprechende Drehmomentänderung an der Abtriebswelle für diesen Prüfzylinder im Vergleich zum Anfangsdrehmoment (Gesamtlambdawert = 1) gemessen. Das entsprechende Drehmomentsensorsignal wird der vorgesehenen Steuereinheit zugeführt, und die Drehmomentänderung wird aufgezeichnet.
In Schritt 4 wird geprüft, ob sämtliche Prüfzylinder erfolgreich getestet worden sind. Ist dies nicht der Fall, so wird der Vorgang mit dem nächsten Zylinder durchgeführt. Sind alle Zylinder durchlaufen, dann wird der Lambdawert eines jeden Zylinders um den jeweils ermittelten Korrekturwert geändert. In Schritt 5 wird geprüft, ob die entsprechende Adaption beendet worden ist. Schließlich erfolgt in Schritt 6 der Betrieb der Brennkraftmaschine mit korrigierter zylinderindividueller Einspritzung gegenüber dem anfänglichen Gesamtlambdawert für alle Zylinder.
Im Diagramm der 2 ist oben dargestellt, wie die Einspritzmasse des ersten Zylinders 10 (Prüfzylinders) sprunghaft abgemagert wird und alle weiteren Zylinder 11 etc. zur Kompensation angefettet werden.
Das mittlere Diagramm zeigt die Änderung des Drehmomentes an der Abtriebswelle bei entsprechender Abmagerung des ersten Prüf Zylinders 10, wobei die entsprechende Drehmomentänderung mit 12 gekennzeichnet ist.
Das untere Diagramm von 2 zeigt die Verstellung der zylinderindividuellen Lambdawerte, wobei mit ΔT_qi die entsprechende Drehmomentänderung bezeichnet ist.
3 zeigt schematisch als Blockdiagramm eine Brennkraftmaschine 1, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Die Brennkraftmaschine 1 besitzt eine schematisch dargestellte Abtriebswelle 6, die mit einem Drehmomentsensor 7 versehen ist. Ferner sind schematisch entsprechende Einspritzsysteme 2,3,4 und 5 der vier Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine dargestellt.
Die Brennkraftmaschine 1 weist eine einzige Lambdasonde (nicht gezeigt) auf, die einen Gesamtlambdawert für sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verfügung stellt. Zur Ermittlung der einzelnen zylinderindividuellen Lambdawerte werden die einzelnen Zylinder nacheinander geprüft, wobei die dem einzelnen Zylinder zugeführte Einspritzmasse sprunghaft abgemagert wird, während die anderen Zylinder leicht angefettet werden, um im Mittel einen Gesamtlambdawert von 1 zu erreichen. Die sich durch diese Abmagerung ergebende Drehmomentänderung wird an der Abtriebswelle 6 mit dem Drehmomentsensor 7 gemessen. In Abhängigkeit von dieser Drehmomentänderung wird von einer Steuereinheit 8 für jeden Zylinder ein Lambdakorrekturwert ermittelt. Das jeweilige Einspritzsystem 2, 3, 4 und 5 der Zylinder wird dann unter Berücksichtigung dieses Lambdakorrekturwertes zum Betreiben der Brennkraftmaschine angesteuert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006026390 A1 [0003]
DE 102006044073 A1 [0003]
DE 102009027822 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine (1) auf der Basis eines von einer einzigen Lambdasonde zur Verfügung gestellten Gesamtlambdawertes für alle Zylinder mit Detektion und Kompensation von zylinderindividuellen Lambdaunterschieden mit den folgenden Schritten: Auswahl eines Prüfzylinders (10) aus den Zylindern der Brennkraftmaschine (1); sprunghaftes Abmagern der Einspritzmasse für den Prüfzylinder (10) auf einen Zielwert; gleichzeitiges Anfetten der anderen Zylinder (11), so dass sich im Mittel ein Gesamtlambdawert für alle Zylinder von 1 ergibt; Erfassen einer durch das sprunghafte Abmagern des Prüfzylinders (10) auftretenden Drehmomentänderung (12) an der Abtriebswelle (6) der Brennkraftmaschine (1); Testen der weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine (1) mit den vorstehenden Schritten; Ermitteln eines zylinderindividuellen Korrekturwertes für jeden Zylinder für den Gesamtlambdawert in Abhängigkeit von der durch die Abmagerung aufgetretenen zylinderindividuellen Drehmomentänderung; und Betreiben der Brennkraftmaschine (1) unter Berücksichtigung des ermittelten Lambdakorrekturwertes für jeden Zylinder.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentänderung (12) mit Hilfe eines Drehmomentsensors erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentsensor (7) verwendet wird, der eine Anordnung von piezoresistiven Drehmessstreifen mit Spannungsmessung über eine Messbrücke aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielwert für die sprunghafte Abmagerung des Prüfzylinders (10) arbeitspunktabhängig aus einer Tabelle ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert für jeden Zylinder wie folgt ermittelt wird: $\begin{array}{l} {Korrektur}_{zylx} = f ({Drehmomentenunterschied}_{zylx} = \sum_{k = 1}^{Zylinderanzahl} \\ \frac{{Drehmomentenunterschied}_{zylk}}{k}) \end{array}$
Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und einer einzigen Lambdasonde zur Ermittlung eines Gesamtlambdawertes für alle Zylinder, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Drehmomentsensor (7) zur Erfassung des Drehmomentes an der Abtriebswelle (6) der Brennkraftmaschine (1) und eine die Signale des Drehmomentsensors (7) empfangende und in Abhängigkeit hiervon zylinderindividuelle Lambdakorrekturwerte erzeugende sowie auf dieser Basis die Beaufschlagung der einzelnen Zylinder steuernde Steuereinheit (8) umfasst.