DE19534876B4

DE19534876B4 - Verfahren zur Ermittlung der Ventilsteuerzeiten für eine maximale Zylinderfüllung an einer Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19534876B4
Application number: DE19534876A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dr.-Ing. Schrey; Günter Dr.-Ing. Schmitz
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: US5746164A; DE19534876A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Ventilsteuerzeiten für eine maximale Füllung der Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, Lambdasondenregelung sowie mit elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventilen, bei dem die Steuerzeiten "Einlaß schließt" zunächst an allen Gaswechselventilen auf einen vorläufigen Wert eingestellt werden und daß jeweils bei konstanter Drehzahl die Steuerzeit "Einlaß schließt" des Gaswechselventils an wenigstens einem Zylinder stetig verändert wird, bis über die Lambdasondenregelung bei λ = 1 die längste Kraftstoffeinspritzzeit oder bei konstanter Einspritzzeit der magerste Betrieb festgestellt wird und die jeweils für eine Drehzahl festgestellten Steuerzeiten für eine maximale Füllung in einem Kennfeld einer Motorsteuerung abgelegt wird.

Description

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit nockengesteuerten Gaswechselventilen ist die Zylinderfüllung, d. h. die Luftmasse im Zylinder je Arbeitsspiel direkt proportional zum Drosselklappenwinkel. Im Gegensatz dazu ist bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit elektromagnetisch betätigten Gaswechselventilen, die aufgrund der Möglichkeit der elektrischen Ansteuerung voll variabel sind, die Zylinderfüllung abhängig von den Steuerzeiten der Gaswechselventile, d. h. von der zeitlichen Aufeinanderfolge der Betätigungszeiten "Einlass öffnet", "Einlass schließt", "Auslass öffnet" und "Auslass schließt", wobei im Hinblick auf die volle Variabilität, die die elektromagnetische Betätigung ermöglicht, durch entsprechende Zeitfolge und auch Überschneidung in großem Masse Einfluss auf die Zylinderfüllung genommen werden kann. Hierbei hat der Parameter "Einlass schließt" den größten Einfluss.
Aufgrund der großen Zahl von Einflussparametern auf die Zylinderfüllung ist es bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit vollvariablen elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventilen in der Regel mit einem sehr hohen Aufwand verbunden, wenn man für den Betriebspunkt eine maximale Zylinderfüllung erzielen will, um jeweils ein maximales Drehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine zu erzielen.

Aus der DE 39 40 752 A1 ist es bekannt, ein Verfahren zum Steuern eines Ottomotors ohne Drosselklappe mit Hilfe variabler Einlassventil-Öffnungsdauern zu ermöglichen. Hierzu werden ausgehend von einer ermittelten Motordrehzahl und einem Fahrpedalsignal die Einlassventil-Öffnungsdauern, die Kraftstoffmengen wie auch die Zündwinkel bestimmt. Aus der DE 42 36 008 A1 ist eine adaptive Lambda-Regelung der Einlassventil-Öffnungszeiten bekannt. Diese wird bei einer variablen Ventilsteuerung eingesetzt, bei der je Zylinder mindestens zwei Adaptionswerte für jeweils zwei unterschiedliche Temperaturen gespeichert werden. Dieses Verfahren soll dann eingesetzt werden, wenn eine Lambda-Regelung aufgrund einer zu geringen Temperatur, insbesondere in der Startphase eines Motors, einen Betrieb der Sauerstoffsonde noch nicht ermöglicht. Über die adaptierten Werte wird eine Ventilsteuerung, die voreingestellt ist, korrigiert. Aus der DE 41 11 153 A1 geht wiederum die Möglichkeit hervor, variable Einlassventil-Steuerzeiten so zu verlegen, dass beim Öffnen eines Einlasses eine erzeugte Druckwelle in einem Saugrohrsystem eine Nachladung des Zylinders bewirkt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung der vorhandenen Lambdasondenregelung ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, jeweils die Ventilsteuerzeiten für eine maximale Zylinderfüllung zu erfassen. Der Begriff "Lambdasondenregelung" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich zum einen auf die konventionelle Regelung, bei der die Abgassonde als sogenannte "Sprungsonde" arbeitet und die Regelung darauf abzielt, möglichst für alle Betriebsbereiche den Wert Lambda = 1 einzuhalten. Der Begriff bezieht sich zum anderen auf eine Abgassonde, die als sogenannte Magersonde arbeitet. "Magersonde" im Sinne der Erfindung ist jegliche Sonde, deren Ausgangssignal als Information über das stöchiometrische Mischungsverhältnis zwischen Luft und Kraftstoff und somit die "Magerheit" genutzt werden kann. Insofern kann also eine solche "Magersonde" durchaus auch im Bereich fetter Gemische eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, Lambdasondenregelung sowie elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventilen durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Steuerzeit "Einlass schließt" zunächst an allen Gaswechselventilen auf einen vorläufigen Wert, zweckmäßig den gleichen Wert, eingestellt wird und jeweils bei konstanter Drehzahl die Steuerzeit "Einlass schließt" des Gaseinlassventils an wenigstens einem Zylinder stetig verändert wird, bis über die Lambdasondenregelung bei Lambda = 1 die längste Kraftstoffeinspritzzeit oder bei konstanter Einspritzzeit der magerste Betrieb festgestellt wird und die jeweils für eine Drehzahl festgestellte Steuerzeit für eine maximale Füllung in einer Motorsteuerung abgelegt wird. Betreibt man auf diese Weise die Kolbenbrennkraftmaschine über die Regelung in Abhängigkeit von der Abgassonde für den gesamten Drehzahlbereich, dann lässt sich ein vollständiges Kennfeld für die Steuerung der Gaswechselventile schaffen, durch das für alle Drehzahlen oder Drehzahlbereiche eine maximale Füllung der Zylinder gewährleistet ist. Das Verfahren lässt sich nun einmal in der Weise anwenden, dass alle Gaseinlassventile des Motors mit sich änderndem Steuerparameter "Einlass schließt" für die jeweils vorgegebene Drehzahl abgefahren werden.

Es ist aber auch möglich, an einer Kolbenbrennkraftmaschine die einzelnen Zylinder nacheinander abzufahren. Auch hier wird der Steuerparameter "Einlass schließt" für alle Zylinder entsprechend eingestellt, dann aber der Steuerparameter "Einlass schließt" nur für einen Zylinder solange verändert, bis sich die maximale Einspritzzeit, d. h. die maximale Einspritzmenge oder der magerste Betrieb für den betreffenden Zylinder über die Lambdasondenregelung feststellen lässt. Wird die maximale Kraftstoffeinspritzzeit festgestellt, d. h. der Zylinder erhält die maximale Kraftstoffmenge, oder wird der magerste Be trieb festgestellt, dann kann die festgestellte Steuerzeit "Einlass schließt" für den betreffenden Zylinder festgehalten werden. Dieses Verfahren wird dann nacheinander für alle Zylinder durchgeführt, so dass auf diese Weise auch konstruktiv bedingte Abweichungen im maximalen Füllungsgrad der einzelnen Zylinder durch eine individuelle Fixierung des Steuerparameters "Einlass schließt" für die maximale Füllung des betreffenden Zylinders erfasst werden kann.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Abhängigkeit der Luftmenge in einem Zylinder vom Steuerparameter "Einlass schließt" und die zugehörige Kraftstoffmenge für Lambda = 1,
2 ein Blockschaltbild für eine Regelung zur Durchführung des Verfahrens.
In 1, Diagramm a), ist die Luftfüllung in einem Zylinder in Abhängigkeit von dem Steuerparameter ES "Einlass schließt" dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass das maximale Luftvolumen im Zylinder vorhanden ist, wenn das Gaseinlassventil dann schließt, wenn der Kolben in dem betreffenden Zylinder den unteren Totpunkt erreicht hat.
Wird nun die Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Lambdasondenregelung so geführt, dass immer die Bedingung Lambda = 1 eingehalten wird, dann ergibt sich aus der festgestellten längsten Einspritzzeit, die proportional zur maximalen eingespritzten Kraftstoffmenge steht, wann das Gaseinlassventil geschlossen werden muss, um die maximale Füllung im Zylinder zu erzielen, wie dies im Diagramm b) dargestellt ist.
In 2 ist in einem Blockschaltbild eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Eine Kolbenbrennkraftmaschine 1 ist mit voll variablen, elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventilen 2 und mit einer Einspritzeinrichtung 3 versehen. Jedem Zylinder ist hierbei eine gesonderte Einspritzeinrichtung zugeordnet.
Die Gaswechselventile, und zwar sowohl die Gaseinlassventile als auch die Gasauslassventile, werden über eine Steuereinrichtung 4 angesteuert, der für den Normalbetrieb die übrigen Betriebsparameter (Lastwunsch, Drehzahl, Temperatur etc.) zugeführt werden (Pfeil 5).
Die Steuereinrichtung 4 verfügt hierbei über einen Kennfeldspeicher, in dem die Steuerzeiten für die Gaswechselventile und für die Einspritzeinrichtung bei allen Betriebsdreh zahlen bzw. für Betriebsdrehzahlbereiche abgelegt sind. Damit besteht nun die Möglichkeit, den Kennfeldspeicher so zu programmieren, dass für jede Drehzahl bzw. für jeden Drehzahlbereich der Steuerparameter "Einlass schließt" so vorgegeben wird, dass immer eine maximale Füllung der Zylinder und damit ein maximales Drehmoment zur Verfügung steht.
Hierzu wird die Lambdaregelung 6 auf die Steuereinrichtung 4 aufgeschaltet.
Werden nun alle Zylinder der Kolbenbrennkraftmaschine hinsichtlich des Steuerparameters "Einlass schließt" gleich eingestellt und wird dann über die Verstelleinrichtung der Steuerparameter "Einlass schließt" verändert und gleichzeitig die Einspritzdauer der Einspritzeinrichtung 3 erfasst, dann lässt sich jeweils für eine gegebene Drehzahl in Verbindung mit einer Regelung der Einspritzeinrichtung 3 in Abhängigkeit von der Lambdasondenregelung 6 jeweils der Steuerparameter "Einlass schließt" für eine optimale Füllung ermitteln, so dass der so ermittelten Steuerparameter im Kennfeldspeicher der Steuereinrichtung 4 abgelegt werden kann. Dieses Verfahren wird entsprechend der Kennfeldvorgaben für den gesamten Drehzahlbereich des Motors durchgeführt, wobei für den Motor insgesamt diese Verfahrensweise durchgeführt werden kann oder aber jeweils für einen einzelnen Zylinder, die dann nacheinander in dieser Weise "abgefahren" werden. Im Fahrbetrieb wird dann auf diese Kennfelder zurückgegriffen.
Entsprechend wird bei einer Lambdasondenregelung mit Magersonde gearbeitet.
Nachdem der maximale Füllungsgrad über den Steuerparameter "Einlass schließt" festgestellt wurde, können auch andere für den Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine relevante Steuerparameter im Hinblick auf eine maximale Füllung in der gleichen Verfahrensweise optimiert werden.
Es ist sogar ein iteratives Verfahren denkbar, bei dem nach Optimierung der restlichen Steuerparameter erneut der Steuerparameter "Einlass schließt" optimiert werden und dann wiederum die anderen Steuerparameter. Die optimale Einstellung der Kolbenbrennkraftmaschine ist dann erreicht, wenn von Iteration zu Iteration keine oder keine nennenswerten Verbesserungen mehr erreicht werden.