DE102020004776A1 - Method for adjusting cylinders of a lambda-regulated internal combustion engine, control unit and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine, wobei in einem Prüfschritt eine Gemischzusammensetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs eines zu prüfenden Zylinders ermittelt wird und wobei anschließend in einem Korrekturschritt die Gemischzusammensetzung des geprüften Zylinders bei einer Abweichung von einem Sollwert angepasst wird, sowie Steuergerät und Brennkraftmaschine.Method for cylinder equalization of a lambda-regulated internal combustion engine, wherein a mixture composition of a fuel-air mixture of a cylinder to be tested is determined in a test step and then in a correction step the mixture composition of the tested cylinder is adjusted in the event of a deviation from a target value, as well as the control unit and internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine, wobei in einem Prüfschritt eine Gemischzusammensetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs eines zu prüfenden Zylinders ermittelt wird und wobei anschließend in einem Korrekturschritt die Gemischzusammensetzung des geprüften Zylinders bei einer Abweichung von einem Sollwert angepasst wird, sowie ein Steuergerät und eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for cylinder equalization of a lambda-regulated internal combustion engine, wherein a mixture composition of a fuel-air mixture of a cylinder to be tested is determined in a test step and the mixture composition of the tested cylinder is then adapted in a correction step in the event of a deviation from a target value, as well as a control unit and an internal combustion engine.
Bei Brennkraftmaschinen wird eine Lambda-Regelung angewendet, um die Brennkraftmaschine mit einem stöchiometrischen Gemisch zu betreiben, wodurch die Wirkung eines Abgaskatalysators verbessert wird. Bei mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine wirkt die Lambda-Regelung über die Lambda-Sonde in dem Abgasstrang global. Den Zylindern wird im Mittel ein stöchiometrisches Gemisch zugeführt, wobei die zylinderindividuelle Gemische von einem stöchiometrischen Gemisch abweichen können, da beispielsweise die für die Kraftstoffzuteilung zuständigen Einspritzventile einer Serienstreuung unterliegen. Dadurch kommt es bei Brennkraftmaschinen zu Abweichungen der Gemischzusammensetzungen von einem Lambdawert von Eins zwischen den Zylindern. Bei der Zylindergleichstellung wird eine zylinderindividuelle Gemischbildung angestrebt, um einzelne Zylinder mit einem stöchiometrischen Gemisch zu betreiben.In internal combustion engines, a lambda control is used in order to operate the internal combustion engine with a stoichiometric mixture, as a result of which the effect of an exhaust gas catalytic converter is improved. If there are several cylinders of the internal combustion engine, the lambda control has a global effect via the lambda probe in the exhaust system. On average, a stoichiometric mixture is fed to the cylinders, the individual cylinder mixtures being able to deviate from a stoichiometric mixture, since, for example, the injection valves responsible for fuel allocation are subject to a series spread. In internal combustion engines, this leads to deviations in the mixture compositions from a lambda value of one between the cylinders. In the case of cylinder equalization, a cylinder-specific mixture formation is sought in order to operate individual cylinders with a stoichiometric mixture.
Aus der
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine anzugeben.One object of the present invention is to provide an improved method for the cylinder synchronization of a lambda-regulated internal combustion engine.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Preferred embodiments and advantageous developments are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine umfasst eine Prüfschritt, während dessen eine Gemischzusammensetzung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs eines zu prüfenden Zylinders ermittelt wird und einen anschließenden Korrekturschritt, während dessen die Gemischzusammensetzung des geprüften Zylinders bei einer Abweichung von einem Sollwert angepasst wird. In dem ersten Schritt wird dem zu prüfenden Zylinder eine vertrimmte Gemischzusammensetzung zugeführt, wobei eine Abgastemperatur stromabwärts eines Katalysators ermittelt wird. Aus einer Auswirkung der vertrimmten Gemischzusammensetzung auf die Abgastemperatur wird auf die Gemischzusammensetzung des zu prüfenden Zylinders vor dem Prüfschritt geschlossen.The method according to the invention for cylinder equalization of a lambda-regulated internal combustion engine comprises a test step during which a mixture composition of a fuel-air mixture of a cylinder to be tested is determined and a subsequent correction step during which the mixture composition of the tested cylinder is adjusted in the event of a deviation from a target value. In the first step, a trimmed mixture composition is fed to the cylinder to be tested, an exhaust gas temperature being determined downstream of a catalytic converter. From an effect of the trimmed mixture composition on the exhaust gas temperature, conclusions are drawn about the mixture composition of the cylinder to be tested before the test step.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass auch bei Nennleistung der Brennkraftmaschine eine Zylindergleichstellung ermöglicht wird. Besonders bei Nennleistung droht bei lediglich globaler Lambdaregelung eine thermische Überlastung des Katalysators durch zylinderindividuelle Gemische, die von einem stöchiometrischen Gemisch abweichen. Die thermische Überlast des Katalysators führt zu dessen beschleunigter Alterung. Anders als bisherige Ansätze der Zylindergleichstellung, die auf Teillastbedingungen der Brennkraftmaschine fokussiert sind, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft für einen höheren Drehzahl- und Lastbereich geeignet, indem die Auswirkung der vertrimmten Gemischzusammensetzung auf die Abgastemperatur beobachtet wird, um auf die zylinderindividuelle Gemischzusammesetzung zu schließen.One advantage of the method according to the invention is that cylinder synchronization is made possible even with the internal combustion engine's rated output. Particularly at nominal output, there is a risk of thermal overloading of the catalytic converter with only global lambda control due to cylinder-specific mixtures that deviate from a stoichiometric mixture. The thermal overload of the catalytic converter leads to its accelerated aging. Unlike previous approaches to cylinder equalization, which are focused on partial load conditions of the internal combustion engine, the method according to the invention is advantageously suitable for a higher speed and load range by observing the effect of the trimmed mixture composition on the exhaust gas temperature in order to deduce the cylinder-specific mixture composition.
Die lambdageregelte Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Ottomotor mit einem Drei-Wege-Abgaskatalysator und einer Lambdasonde im Abgasstrang. Als Lambdawert wird ein Verhältnis von Luft zu Kraftstoff in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch bezeichnet. Bei einem stöchiometrischen Verhältnis ist die Luftmenge vorhanden, die theoretisch benötigt wird, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen. Der Lambdawert beträgt in dem Fall Eins. Ist mehr Kraftstoff vorhanden, wird dies im Folgenden als fettes Gemisch mit einem Lambdawert kleiner Eins bezeichnet, während ein Luftüberschuss als mageres Gemisch mit einem Lambdawert größer Eins bezeichnet wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch eine Lambdaregelung derart eingeregelt, dass der Lambda-Mittelwert der Gemischzusammensetzungen mehrerer Zylinder dem vorgegebenen Lambdawert entspricht. Eine vertrimmte Gemischzusammensetzung im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Gemischzusammensetzung, deren Lambdawert bewusst von dem vorgegebenen Lambdawert abweichend eingestellt wird. Wird das Abgas aller Zylinder einer Brennkraftmaschine in einem Abgasstrang zusammengeführt, werden entsprechend alle Zylinder von einer Lambdaregelung erfasst. Bei getrennten Abgassträngen, denen jeweils ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, sind getrennte Lambdaregelungen für den jeweiligen Teil der Zylinder vorgesehen.The lambda-regulated internal combustion engine is, for example, a gasoline engine with a three-way catalytic converter and a lambda probe in the exhaust system. A ratio of air to fuel in the fuel-air mixture is referred to as a lambda value. With a stoichiometric ratio, the amount of air that is theoretically needed to completely burn the fuel is available. In this case, the lambda value is one. If there is more fuel, this is referred to below as a rich mixture with a lambda value less than one, while an excess of air is referred to as a lean mixture with a lambda value greater than one. The air-fuel ratio is regulated by a lambda control in such a way that the lambda mean value of the mixture compositions of several cylinders corresponds to the specified lambda value. A trimmed mixture composition within the meaning of the invention denotes a mixture composition whose lambda value is deliberately set to deviate from the predetermined lambda value. If the exhaust gas from all cylinders of an internal combustion engine is brought together in one exhaust system, all of them are accordingly Cylinder detected by a lambda control. In the case of separate exhaust gas lines, each of which is assigned a part of the cylinder of the internal combustion engine, separate lambda controls are provided for the respective part of the cylinder.
Durch Zumesstoleranzen bei der beispielsweise mittels Injektoren oder Einspritzventilen erfolgenden Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine, sowie aufgrund von durch Systemtoleranzen bedingten zylinderindividuellen Unterschieden in der Gemischzusammensetzung, also der Zylinderbefüllung mit Kraftstoff und Luft, kommt es zu einer Ungleichverteilung der Lambdawerte einzelner Zylinder, obwohl der Mittelwert für alle Zylinder den vorgegebenen Lambdawert annimmt. Eine diesem Ungleichgewicht zwischen den einzelnen Zylindern entgegenwirkende Regelungsstrategie wird als Zylindergleichstellung bezeichnet. Als der zu prüfende Zylinder wird im Sinne der Erfindung derjenige Zylinder einer Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine bezeichnet, dessen zylinderindividueller Lambdawert in dem Prüfschritt festgestellt werden soll. Der zu prüfende Zylinder wird in dem folgenden Korrekturschritt als der geprüfte Zylinder bezeichnet.Due to metering tolerances in the fuel metering of the internal combustion engine, for example by means of injectors or injection valves, as well as due to cylinder-specific differences in the mixture composition caused by system tolerances, i.e. the cylinder filling with fuel and air, there is an uneven distribution of the lambda values of individual cylinders, although the mean value for all cylinders assumes the specified lambda value. A control strategy that counteracts this imbalance between the individual cylinders is referred to as cylinder equalization. For the purposes of the invention, the cylinder to be tested is that cylinder of a plurality of cylinders of the internal combustion engine whose cylinder-specific lambda value is to be determined in the test step. The cylinder under test is referred to as the cylinder under test in the following correction step.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Abgastemperatur stromabwärts des Katalysators, also in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator ermittelt. Insbesondere wird mit einem zusätzlich zu der Lambda-Sonde installierten Thermoelement eine Messung der Gastemperatur durchgeführt. Bevorzugt wird zusätzlich mittels eines an einer Rohrleitung des Abgasstrangs stromab des Katalysators installierten Oberflächenthermoelements eine Messung einer Wandtemperatur durchgeführt. Weiterhin bevorzugt werden ein Abgasmassenstrom und eine Umgebungstemperatur ermittelt, welche als Größen in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine verarbeitet werden. Aus einer oder mehrerer der Messgrößen Gastemperatur, Wandtemperatur, Abgasmassenstrom und Umgebungstemperatur wird anhand eines Modells oder eines Kennfelds die Abgastemperatur ermittelt. Die so ermittelte Abgastemperatur dient vorzugsweise als Vergleichsgröße bei der Zylindergleichstellung.According to a particular embodiment of the invention, the exhaust gas temperature is determined downstream of the catalytic converter, that is to say in the flow direction of the exhaust gas behind the catalytic converter. In particular, a measurement of the gas temperature is carried out with a thermocouple installed in addition to the lambda probe. A wall temperature measurement is preferably also carried out by means of a surface thermocouple installed on a pipe in the exhaust line downstream of the catalytic converter. Furthermore, an exhaust gas mass flow and an ambient temperature are preferably determined, which are processed as variables in an engine control of the internal combustion engine. The exhaust gas temperature is determined from one or more of the measured variables gas temperature, wall temperature, exhaust gas mass flow and ambient temperature using a model or a characteristic diagram. The exhaust gas temperature determined in this way is preferably used as a comparison variable for the cylinder equalization.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die vertrimmte Gemischzusammensetzung in einem ersten Prüfabschnitt derart eingestellt, dass sich ein von einem Sollwert in einer ersten Richtung abweichender Lambdawert für den zu prüfenden Zylinder ergibt. Der Sollwert ist in der Regel Eins. Insbesondere wird in dem ersten Prüfabschnitt eine fette Gemischzusammensetzung als vertrimmte Gemischzusammensetzung eingestellt. Die Richtung der Abweichung vom Sollwert ist in dem Fall nach unten, da niedrigere Lambdawerte entsprechend fettere Gemischzusammensetzungen kennzeichnen. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, eine Auswirkung der vertrimmten Gemischzusammensetzung auf die Abgastemperatur bereits nach dem ersten Prüfabschnitt festzustellen. Die Auswirkung auf die Abgastemperatur lässt sich vorteilhaft deutlicher nach einem zweiten Prüfabschnitt erkennen, in dem eine derart vertrimmte Gemischzusammensetzung eingestellt wird, dass sich ein von dem Sollwert in entgegengesetzter Richtung abweichender Lambdawert für den zu prüfenden Zylinder ergibt. Insbesondere wird also in dem zweiten Prüfabschnitt eine magere Gemischzusammensetzung als vertrimmte Gemischzusammensetzung eingestellt. Die Richtung der Abweichung vom Sollwert ist in dem Fall nach oben. Der Fachmann erkennt, dass alternativ auch zunächst in dem ersten Prüfabschnitt eine magere Gemischzusammensetzung als vertrimmte Gemischzusammensetzung eingestellt werden kann, die Richtung der Abweichung vom Sollwert ist also zunächst aufwärts. In dem Fall wird in dem zweiten Prüfabschnitt eine fette Gemischzusammensetzung als vertrimmte Gemischzusammensetzung eingestellt, so dass die Richtung der Abweichung vom Sollwert also abwärts ist.According to a particular embodiment of the invention, the trimmed mixture composition is adjusted in a first test section in such a way that a lambda value that deviates from a setpoint value in a first direction results for the cylinder to be tested. The setpoint is usually one. In particular, a rich mixture composition is set as a trimmed mixture composition in the first test section. The direction of the deviation from the nominal value is downwards in this case, since lower lambda values characterize correspondingly richer mixture compositions. Basically, it is possible to determine an effect of the trimmed mixture composition on the exhaust gas temperature after the first test section. The effect on the exhaust gas temperature can advantageously be seen more clearly after a second test section, in which a mixture composition that is trimmed in such a way that a lambda value deviating from the setpoint in the opposite direction results for the cylinder to be tested. In particular, a lean mixture composition is set as a trimmed mixture composition in the second test section. The direction of the deviation from the nominal value is upwards in this case. The person skilled in the art recognizes that, alternatively, a lean mixture composition can also initially be set as a trimmed mixture composition in the first test section, so the direction of the deviation from the target value is initially upwards. In this case, in the second test section, a rich mixture composition is set as a trimmed mixture composition, so that the direction of the deviation from the nominal value is downwards.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die vertrimmte Gemischzusammensetzung des zu prüfenden Zylinders in dem Prüfschritt durch einen der nicht zu prüfenden Zylinder ausgeglichen. Als nicht zu prüfender Zylinder werden alle Zylinder der Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Lambdawert nicht ermittelt wird, aber deren Abgas über dieselbe Lambdasonde geleitete wird, wie das Abgas des zu prüfenden Zylinders. Dem als Ausgleichszylinder betriebenen Zylinder wird eine derart vertrimmte Gemischzusammensetzung zugeführt wird, dass die vertrimmte Gemischzusammensetzung des zu prüfenden Zylinders dadurch ausgeglichen wird. Dadurch wird der globale Lambdawert der Abgase des zu prüfenden Zylinders und der nicht zu prüfenden Zylinder, einschließlich des Ausgleichszylinders, vorteilhaft auf dem Sollwert gehalten.According to a particular embodiment of the invention, the trimmed mixture composition of the cylinder to be tested is compensated in the test step by one of the cylinders not to be tested. All cylinders of the internal combustion engine whose lambda value is not determined, but whose exhaust gas is routed through the same lambda probe as the exhaust gas of the cylinder to be tested, are referred to as cylinders not to be tested. The cylinder operated as a compensating cylinder is supplied with a trimmed mixture composition in such a way that the trimmed mixture composition of the cylinder to be tested is compensated for. As a result, the global lambda value of the exhaust gases from the cylinder to be tested and the cylinders not to be tested, including the compensating cylinder, is advantageously kept at the target value.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft bei jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine als zu prüfenden Zylinder anwendbar, wobei die Prüfung der Zylinder, deren Abgas über eine gemeinsame Lambdasonde geführt wird, nacheinander erfolgt. Es besteht vorteilhaft die Möglichkeit, zunächst mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine als zu prüfender Zylinder hintereinander den Prüfschritt durchlaufen zu lassen, um diese anschließend dem Korrekturschritt zu unterziehen, ebenso wie jeden Zylinder der Brennkraftmaschine als zu prüfenden Zylinder für sich dem Prüfschritt und dem anschließenden Korrekturschritt zu unterziehen, bevor der nächste Zylinder als zu prüfender Zylinder ausgewählt wird.The method according to the invention can advantageously be applied to each individual cylinder of the internal combustion engine as the cylinder to be tested, with the testing of the cylinders whose exhaust gas is passed through a common lambda probe taking place one after the other. There is advantageously the possibility of first having several cylinders of the internal combustion engine run through the test step one after the other as cylinders to be tested in order to then subject them to the correction step, as well as subjecting each cylinder of the internal combustion engine as the cylinder to be tested to the test step and the subsequent correction step before the next cylinder is selected as the cylinder to be tested.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine lambdageregelte Brennkraftmaschine, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Zylindergleichstellung, wie hierin zuvor beschrieben, auszuführen. Das Steuergerät ist insbesondere dazu eingerichtet, jedem Zylinder der Brennkraftmaschine mittels geeigneter Stellmittel eine bestimmte Kraftstoffmenge zuzumessen.Another aspect of the invention relates to a control device for a lambda-regulated Internal combustion engine, the control unit being set up to execute a method for cylinder synchronization, as described hereinbefore. The control device is set up in particular to meter a certain amount of fuel into each cylinder of the internal combustion engine by means of suitable actuating means.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Steuergerät.Another aspect of the invention relates to an internal combustion engine with such a control device.
Die lambdageregelte Brennkraftmaschine weist einen Katalysator in einem Abgasstrang auf. Insbesondere ist stromabwärts des Katalysators, also in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator, ein zusätzlich zu einer Lambda-Sonde installiertes Thermoelement zur Messung einer Gastemperatur vorgesehen. Bevorzugt ist ein an einer Rohrleitung des Abgasstrangs stromabwärts des Katalysators ein Oberflächenthermoelement zur Messung einer Wandtemperatur installiert. Die Messsignale des Thermoelements und des Oberflächenthermoelements werden von dem Steuergerät empfangen und von diesem verarbeitet. Weiterhin bevorzugt werden Messsignale von dem Steuergerät empfangen und verarbeitet, welche einen Abgasmassenstrom und eine Umgebungstemperatur repräsentieren.The lambda-regulated internal combustion engine has a catalytic converter in an exhaust line. In particular, a thermocouple installed in addition to a lambda probe for measuring a gas temperature is provided downstream of the catalytic converter, that is to say behind the catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas. A surface thermocouple for measuring a wall temperature is preferably installed on a pipeline of the exhaust gas line downstream of the catalytic converter. The measurement signals of the thermocouple and the surface thermocouple are received by the control unit and processed by it. Furthermore, measurement signals which represent an exhaust gas mass flow and an ambient temperature are preferably received and processed by the control device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung; -
2 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 an embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic representation; -
2 a flowchart to illustrate an embodiment of the method according to the invention.
In der
Stromabwärts des Katalysators
Das Steuergerät
In der
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zylindergleichstellung der lambdageregelten Brennkraftmaschine umfasst einen Prüfschritt
Das Verfahren beginnt mit einem Teilschritt
Anschließend wird in einem Teilschritt
Während des ersten Prüfabschnitts
Auf den ersten Prüfabschnitt
Auf den zweiten Prüfabschnitt
Nach dem Abschluss des Prüfschritts
Das Verfahren wurde beispielhaft anhand des ersten Zylinders
Wenn der zweite Zylinder
Das Verfahren zur Zylindergleichstellung der lambdageregelten Brennkraftmaschine wird insbesondere regelmäßig ausgeführt, beispielweise nach jedem Motorstart oder nach einer bestimmten Anzahl von Motorstarts, nach einer bestimmten Laufleistung oder Zeit. Das Verfahren wird insbesondere ausgeführt, wenn die Brennkraftmaschine bei Nennleistung oder bei mindestens 80 Prozent der Nennleistung betrieben wird. Eine Dauer des ersten Prüfabschnitts
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