DE10333994B4

DE10333994B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10333994B4
Application number: DE2003133994
Authority: DE
Inventors: Gholamabas Esteghlal; Dieter Lederer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: DE10333994A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, das einen Schichtbetrieb umfasst, in dem zum Erreichen einer möglichst guten Laufruhe eine Zylindergleichstellung der einzelnen Zylinder hinsichtlich ihres Momentenbeitrages eingeregelt wird, und einen Homogenbetrieb umfasst, in dem zum Erreichen möglichst guter Lambdawerte eine Einzelzylinder-Lambdaregelung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Homogenbetrieb gleichzeitig zu der Einzelzylinder-Lambdaregelung die Funktion der Zylindergleichstellung aktiviert wird oder bleibt, wobei für die Zylindergleichstellung im Homogenbetrieb als Stellgröße mindestens eine von der Einspritzmenge unterschiedliche momentenbeeinflussende Stellgröße geändert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, das einen Schichtbetrieb umfasst, in dem zum Erreichen einer möglichst guten Laufruhe eine Zylindergleichstellung der einzelnen Zylinder hinsichtlich ihres Momentenbeitrages eingeregelt wird, und einen Homogenbetrieb umfasst, in dem zum Erreichen möglichst guter Lambdawerte eine Einzelzylinder-Lambdaregelung durchgeführt wird.
Stand der Technik
Ein Verfahren dieser Art ist in der DE 198 50 581 C1 angegeben. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Drehmoment einer Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung abhängig von verschiedenen Betriebsgrößen mittels eines Modells berechnet. Auf der Basis von den einen Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Betriebsgrößen wird aus einem vorgegebenen Kennfeld ein Wert für das optimale bzw. maximale Drehmoment bestimmt, das unter Normbedingungen erzielt werden wurde. Für wenigstens eine momentenbeeinflussende Stellgröße, z. B. ein Luft/Kraftstoffgemisch, eine Abgasrückführrate oder einen Zündwinkel, ist ein entsprechender Wirkungsgrad vorgegeben, der in Abhängigkeit des aktuellen Wertes dieser Betriebsgröße und ihres Normwertes gebildet wird. Zur Bestimmung des Istmomentes wird das maximale Drehmoment mit diesem wenigstens einen Wirkungsgrad korrigiert. Dieses Verfahren wird insbesondere im ungedrosselten, geschichteten Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt. Erwähnt ist auch der gedrosselte, homogene oder homogen-magere Betrieb der Brennkraftmaschine, in dem das Modell wegen der veränderten Randbedingungen allerdings nicht mehr zufriedenstellende Ergebnisse liefert und daher auf ein Modell für den gedrosselten Betrieb mit entsprechend optimierten Kennlinien umgeschaltet wird.
Aus der DE 100 11 690 A1 ist ein Adaptionsverfahren zur Steuerung der Einspritzung einer Brennkraftmaschine bekannt. Im homogenen Betrieb erfolgt eine Lambda-Gleichstellung der einzelnen Zylinder, dahingehend, dass allen Zylindern die gleiche Kraftstoffmasse eingespritzt wird. Im geschichtet-mageren Betrieb erfolgt eine Drehmomentengleichstellung, bei der die Einspritzansteuerung so adaptiert wird, dass alle Zylinder das gleiche Drehmoment abgeben. Bei Beginn dieser Drehmomentengleichstellung werden die letzten Werte der Lambda-Gleichstellung verwendet, jedoch nicht umgekehrt.
In der DE 198 28 279 A1 ist ein Verfahren zur Gleichstellung zylinderindividueller Drehmomentenbeiträge einer mehrzylindrigen Kraftmaschine gezeigt, bei dem für die Zylindergleichstellung ein Laufunruhesignal herangezogen wird, das sich z. B. in unterschiedlichen Segmentzeiten der Kurbel- oder Nockenwelle ausdruckt. Auf der Basis des Laufunruhesignals werden die Drehmomentenbeiträge der einzelnen Zylinder durch Regeln der Einspritzmenge gleichgestellt. Die Zylindergleichstellungsfunktion ist nur im Schichtbetrieb aktiv. Hingegen wird im Homogenbetrieb oder Homogen-Magerbetrieb ein im Schichtbetrieb aus den Vorsteuerkennfeldern ermittelter Faktor zur Einspritzzeitkorrektur verwendet, die Zylindergleichstellungsfunktion ist aber passiv geschaltet.
Die DE 38 00 176 A1 zeigt ein Verfahren für eine zylinderindividuelle Lambdaregelung, so dass die im Abgas gemessenen Lambdawerte für alle Zylinder im Wesentlichen gleich sind. Zu diesem Zweck wird für jede Einspritzeinrichtung jeweils eine entsprechende Steuerzeit bestimmt. Eine ähnliche zylinderindividuelle Lambdaregelung ist auch in der DE 199 03 721 C1 sowie in der DE 199 09 474 A1 beschrieben.
Die Zylindergleichstellung wird bisher bei Systemen mit Benzindirekteinspritzung eingesetzt. Dabei werden die Zylinder durch eine im Schichtbetrieb laufende Adaption basierend auf Unterschieden in den Segmentzeiten bezüglich ihres Momemtenbeitrages kraftstoffneutral gleichgestellt, wobei insbesondere eine unterschiedliche Zylinderfüllung keinen Einfluss auf die Gleichstellung hat. Bei der Benzindirekteinspritzung ist die Zylindergleichstellung im lambdageregelten Homogenbetrieb oder Homogen-Mager-Betrieb nicht aktiv, es werden lediglich die Adaptionswerte aus dem Schichtbetrieb übernommen. Bei aktiver Einzelzylinder-Lambdaregelung erfolgt kraftstoffseitig die Regelung auf den vorgegebenen Lambda-Sollwert ohne Berücksichtigung der Momemtenwirksamkeit. Daraus kann im Homogenbetrieb bzw. Homogen-Mager-Betrieb eine erhöhte Laufunruhe resultieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei aktiver Einzelzylinder-Lambdaregelung eine hohe Laufruhe zu erzielen.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass im Homogenbetrieb gleichzeitig zu der Einzelzylinder-Lambdaregelung die Funktion der Zylindergleichstellung aktiviert wird oder bleibt, wobei für die Zylindergleichstellung im Homogenbetrieb als Stellgröße mindestens eine von der Einspritzmenge unterschiedliche momentenbeeinflussende Stellgröße geändert wird.
Durch die gleichzeitige Aktivierung der Funktion zur Zylindergleichstellung und der Einzelzylinder-Lambdaregelung, wobei als Stellgröße für die Zylindergleichstellung eine von der Einspritzmenge abweichende momentenbeeinflussende Stellgröße herangezogen wird, können im Homogenbetrieb bzw. Homogen-Mager-Betrieb sowohl unterschiedliche Momentenbeiträge der einzelnen Zylinder ausgeglichen als auch der Betrieb mit den gewünschten Soll-Lambdawerten ausgeführt werden, so dass sich sowohl gewünschte Grenzen der Abgasemissionen als auch der Laufunruhe einhalten lassen. Das Verfahren eignet sich sowohl für die lambdageregelten Betriebsarten bei Benzindirekteinspritzung als auch bei einer Saugrohreinspritzung.
Eine vorteilhafte Maßnahme, die Zylindergleichstellung wirkungsvoll zu erreichen, besteht dabei darin, dass als Stellgröße für die Zylindergleichstellung im Homogenbetrieb mindestens ein betreffender Zündwinkel geändert wird.
Ferner besteht eine vorteilhafte Vorgehensweise darin, dass dann, wenn eine Zylindergleichstellungsfunktion eine Verkleinerung des Momentenbeitrages mindestens eines Zylinders i fordert, die Zylindergleichstellung über eine entsprechende Verringerung des Momentenbeitrages des mindestens einen betreffenden Zylinders i durch Änderung des (der) zugeordneten Zündwinkel(s) vorgenommen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass dann, wenn die Zylindergleichstellungsfunktion eine Vergrößerung des Momentenbeitrages mindestens eines Zylinders i fordert, zunächst eine Erhöhung der Momentenbeiträge aller Zylinder über eine Regulierung einer Luftfüllung auf eine Soll-Luftfüllung und anschließend eine Verringerung der Drehmomentenbeiträge der nicht betroffenen Zylinder ungleich i durch Ändern der Zündwinkel der nicht betroffenen Zylinder ungleich i vorgenommen wird.
Das Verfahren ist dabei vorteilhaft dadurch weiter ausgebildet, dass zur Erhöhung der Momentenbeiträge durch Regulierung der Luftfüllung ein aus der Zylindergleichstellungsfunktion ermittelter Momentenbeitrag zu einem über den Luftpfad bewirkten Moment addiert und anschließend die sich daraus ergebende Soll-Luftfüllung unter Berücksichtigung der Motordrehzahl ermittelt wird.
Für eine einfache, wirkungsvolle Durchführung des Verfahrens sind weiterhin die Maßnahmen günstig, dass zum Verkleinern des Momentenbeitrages mindestens eines Zylinders ausgehend von dem bei einem aktuellen Zündwinkel für einen einzelnen Zylinder wirkenden Moment sowie einem bei einem optimalen Zündwinkel wirkenden optimalen Moment unter Berücksichtigung eines aus der Zylindergleichstellungsfunktion ermittelten Momentenbeitrags und eines Zündwinkelwirkungsgrades die erforderliche Zündwinkeländerung bestimmt wird und der für den einzelnen Zylinder auszugebende Zündwinkel durch Addition der Zündwinkeländerung zu dem aktuellen Zündwinkel bestimmt wird.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Verfahrens in einem Blockdiagramm,
2 eine weitere Ausbaustufe des Verfahrens in einem schematischen Blockdiagramm und
3 eine weitere schematische Blockdarstellung zur Durchführung des Verfahrens.
Ausführungsbespiel
Gemäß dem in 1 gezeigten Aufbau des Verfahrens wird in einem Verfahrensabschnitt 1 das bei einem aktuellen Zündwinkel ZWbas wirkende Moment eines jeweiligen Zylinders i festgestellt, in einem Verfahrensabschnitt 2 ein bei einem aktuellen optimalen Zündwinkel ZWopt wirkendes Moment für den Zylinder i und in einem weiteren Verfahrensabschnitt 3 aus einer Funktion der Zylindergleichstellung ein Momentenbeitrag für den Zylinder i festgestellt, der im vorliegenden Falle verkleinert werden, also negativ sein soll. Mit diesen beiden Momenten und dem Momentenbeitrag, die in einer Motorsteuerung ohnehin vorliegen oder gegebenenfalls aus in ihr vorhandenen Betriebsgrößen leicht mittels geeigneter Programmschritte bestimmt oder aus einem Speicher herausgelesen werden können, wird in einem weiteren Programmabschnitt 4 eine Zündwinkeldifferenz DZW bzw. Zündwinkeländerung in Abhängigkeit von einem Zündwinkelwirkungsgrad η berechnet, mit dem die gewünschte Verringerung des Momentenbeitrages des betreffenden Zylinders i erreicht werden kann. Die Zündwinkeländerung DZW wird in einem Summationsschritt S1 zu dem aktuellen Zündwinkel ZWbas bzw. Basiszündwinkel des betreffenden Zylinders i hinzu addiert, woraus sich der auszugebende Zündwinkel ZWi für die Zündung des betreffenden Zylinders ergibt.
In 2 ist eine Vorgehensweise dargestellt, mit dem die in 1 gezeigten Verfahrensabläufe erweitert werden können, wenn eine Vergrößerung des Momentenbeitrages eines oder mehrerer einzelnder Zylinder i von der Funktion der Zylindergleichstellung gefordert werden, der Momentenbeitrag also positiv sein soll. Für eine Vergrößerung des Momentenbeitrages des betreffenden Zylinders i ist eine höhere Luftfüllung erforderlich. Diese wird erreicht durch Addition des aus der Funktion der Zylindergleichstellung ermittelten Momentenbeitrags zu dem über einen Luftpfad mit Drosselklappe wirkenden Moment in einem Summationsschritt S2. Daraus ergibt sich das über die Luftmenge bzw. Luftfüllung einzustellende Moment LM. Anschließend wird mit dieser Luftfüllung und unter Berücksichtigung der Motordrehzahl nmot mit Hilfe eines betreffenden Kennlinienfeldes 7 eine Soll-Luftfüllung SLF ermittelt. Da auf diese Weise das Moment aller Zylinder erhöht wird, wird das Mehrmoment der nicht betroffenen Zylinder ungleich i durch einen jeweiligen Zündwinkeleingriff gemäß 1 wieder abgebaut.
Die beschriebene Vorgehensweise in den Verfahrensabschnitten gemäß den 1 und 2 kann mit einfachen Maßnahmen in der Software einer Motorsteuerung programmiert und mit Hilfe eines vorhandenen Mikrocontrollers und weiterer Steuerungskomponenten verwirklicht werden.
In 3 ist eine im Wesentlichen entsprechende Vorgehensweise, wie in 1 gezeigt, dargestellt. Ähnlich wie in der eingangs genannten Druckschrift DE 198 50 581 C1 insoweit, allerdings für den Schichtbetrieb, in dem ohnehin eine Zylindergleichstellung stattfindet, näher erläutert, wird ein jeweiliges optimales bzw. maximales Drehmoment miopt über ein Kennfeld KF1, das in einer Speichereinrichtung der Motorsteuerung abgelegt ist, unter Berücksichtigung einer relativen Luftfüllung rl und der Motordrehzahl nmot bestimmt. Um das aktuelle Moment in Form des indizierten Basisdrehmoments mi zu bestimmen, werden die verschiedenen momentenbeeinflussenden Stellgrößen der Brennkraftmaschine eingerechnet, wobei in 3 beispielhaft das Luft/Kraftstoffgemisch λ, die Abgasrückführrate agr und die Motortemperatur T eingezeichnet sind, deren Einfluss über ihre jeweiligen Wirkungsgrade eingerechnet werden kann, wie in der DE 198 50 581 C1 gezeigt. Als relevante Stellgröße ist zudem der in der vorstehend gemäß 1 beschriebenen Weise angepasste Zündwinkel ZWi des betreffenden Zylinders eingetragen, mit dem der Drehmomentenbeitrag in gewünschter Weise beeinflusst wird. Hierzu ist in dem Pfad zur Anpassung des Zündwinkels ZWi ein weiteres Kennfeld KF2 vorgesehen, aus dem unter Berücksichtigung der relativen Luftfüllung rl und der Motordrehzahl nmot der optimale Zündwinkel ZWopt ermittelt wird. Auf diesen wirken ebenfalls, vorliegend z. B. additiv, verschiedene Stellgrößen ein, beispielsweise das Luft/Kraftstoffgemisch λ, die Abgasrückführrate agr und die Motortemperatur T. In einem Summationspunkt S3 wird die Differenz zwischen dem so beeinflussten optimalen Zündwinkel ZWopt und dem aktuellen Zündwinkel bzw. Basiszündwinkel ZWbas gebildet, wobei letzterer so gewählt wird, dass sich aus dem Wirkungsgrad des Zündwinkels ηZW der für den gewünschten Momentenbeitrag erforderliche Zündwinkel ZWi ergibt.
Die beschriebenen Maßnahmen ergeben ein Verfahren, das die gleichzeitige Aktivierung einer Zylindergleichstellung und einer Einzelzylinder-Lambdaregelung erlaubt und damit sowohl den Ausgleich unterschiedlicher Momentenbeiträge der einzelnen Zylinder als auch deren Betrieb mit der gewünschten Soll-Lambdaeinstellung, so dass sich ein sowohl im Hinblick auf Gasemissionen als auch die Einhaltung von Laufgrenzen vorteilhafter Motorbetrieb ergibt. Das Verfahren eignet sich sowohl für eine Saugrohreinspritzung als auch für die lambdageregelten Betriebsarten bei der Benzindirekteinspritzung. Mit dem Verfahren wird die Zylindergleichstellung parallel zur Einzelzylinder-Lambdaregelung aktiviert. Die Stellwerte der Funktion der Zylindergleichstellung werden jedoch nicht kraftstoffseitig eingerechnet, sondern im Zündwinkel ZW bzw. der Luftfüllung berücksichtigt. Damit beeinflusst die Zylindergleichstellung den Momentenbeitrag der einzelnen Zylinder, nicht jedoch der Lambdawert. Die Einzelzylinder-Lambdaregelung sorgt für die Regelung des Lambdawertes der einzelnen Zylinder auf den Sollwert.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, das einen Schichtbetrieb umfasst, in dem zum Erreichen einer möglichst guten Laufruhe eine Zylindergleichstellung der einzelnen Zylinder hinsichtlich ihres Momentenbeitrages eingeregelt wird, und einen Homogenbetrieb umfasst, in dem zum Erreichen möglichst guter Lambdawerte eine Einzelzylinder-Lambdaregelung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Homogenbetrieb gleichzeitig zu der Einzelzylinder-Lambdaregelung die Funktion der Zylindergleichstellung aktiviert wird oder bleibt, wobei für die Zylindergleichstellung im Homogenbetrieb als Stellgröße mindestens eine von der Einspritzmenge unterschiedliche momentenbeeinflussende Stellgröße geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße für die Zylindergleichstellung im Homogenbetrieb mindestens ein betreffender Zündwinkel geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Zylindergleichstellungsfunktion eine Verkleinerung des Momentenbeitrages mindestens eines Zylinders i fordert, die Zylindergleichstellung über eine entsprechende Verringerung des Momentenbeitrages des mindestens einen betreffenden Zylinders i durch Änderung des zugeordneten Zündwinkels vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Zylindergleichstellungsfunktion eine Vergrößerung des Momentenbeitrages mindestens eines Zylinders i fordert, zunächst eine Erhöhung der Momentenbeiträge aller Zylinder über eine Regulierung einer Luftfüllung auf eine Soll-Luftfüllung (SLF) und anschließend eine Verringerung der Drehmomentenbeiträge der nicht betroffenen Zylinder ungleich i durch Ändern der Zündwinkel der nicht betroffenen Zylinder ungleich i vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Momentenbeiträge durch Regulierung der Luftfüllung (SLF) ein aus der Zylindergleichstellungsfunktion ermittelter Momentenbeitrag (3') zu einem über den Luftpfad bewirkten Moment (6) addiert und anschließend die sich daraus ergebende Soll-Luftfüllung (SLF) unter Berücksichtigung der Motordrehzahl (nmot) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verkleinern des Momentenbeitrages mindestens eines Zylinders ausgehend von dem bei einem aktuellen Zündwinkel für einen einzelnen Zylinder wirkenden Moment (1) sowie einem bei einem optimalen Zündwinkel wirkenden optimalen Moment (2) unter Berücksichtigung eines aus der Zylindergleichstellungsfunktion ermittelten Momentenbeitrags (3) und eines Zündwinkelwirkungsgrades (4, [eta]ZW) die erforderliche Zündwinkeländerung (DZW) bestimmt wird und der für den einzelnen Zylinder auszugebende Zündwinkel (ZWi) durch Addition der Zündwinkeländerung (DZW) zu dem aktuellen Zündwinkel (5, ZWbas) bestimmt wird.