DE19633066A1 - Verfahren zur zylinderselektiven Steuerung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zylinderselektiven Steuerung einer mehr­ zylindrigen, selbstzündenden Viertakt - Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, beispielsweise ein Dieselmotor, bietet im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, beispiels­ weise ein Ottomotor, weniger Möglichkeiten auf den Verbrennungsprozeß Einfluß zu nehmen. So entfallen die Möglichkeiten der Gemischaufbereitung eines Ottomotors vollständig. Das Arbeitsprinzip des Dieselmotors ermöglicht lediglich die Beeinflussung des Einspritzbeginns und der Kraftstoffmenge. Durch unver­ meidliche Bauteildifferenzen ergeben sich undefinierte Unterschiede im Verhalten der einzelnen Zylinder, die zu Beeinträchtigungen in Bezug auf Kraft­ stoffverbrauch, Schadstoffausstoß, Schwingungsverhalten, Gleichlaufverhalten, Akustik und Betriebsdauer führen können.

Als Bauteildifferenzen sind dabei alle Abweichungen der Bauteile eines Diesel­ motors von ihrem theoretischen Idealwert zu verstehen. Dabei können die Bauteildifferenzen sowohl durch unvermeidliche Fertigungstoleranzen entstan­ den sein, als auch während dem Betrieb der Brennkraftmaschine durch Abrieb, Verformung, Ablagerungen usw. verursacht werden.

Für die durch die Bauteildifferenzen verursachten Beeinträchtigungen sind vor allem die Differenzen derjenigen Bauteile eines Dieselmotors verantwortlich, die an der Kraftstoffzuführung oder an dem Verbrennungsvorgang beteiligt sind.

Besonders problembehaftet sind beispielsweise die Einspritzdüsen, bei denen die Anforderung besteht, daß alle Einspritzdüsen eines Dieselmotors den genau gleichen hydraulischen Durchfluß von Kraftstoff aufweisen sollen. Eine Anfor­ derung, die aufgrund der starken Abhängigkeit des hydraulischen Durchflusses von der Beschaffenheit der Einspritzdüsenbohrung, oder von der Kraftstoff- bzw. Einspritzdüsentemperatur, sehr schwer zu realisieren ist. Dabei führt ein vermin­ derter hydraulischer Durchfluß von Kraftstoff bei einer Einspritzdüse des Dieselmotors beim Verbrennungstakt zu einer Reduzierung des Mitteldruckes in dem entsprechenden Zylinder und damit zu Drehungleichförmigkelten der Kurbelwelle.

Der Mitteldruck ist eine Größe, in die der Brennraumdruckverlauf beim Verbren­ nungstakt eines Zylinders eingeht, und der als Maß für die in diesem Zylinder umgesetzte Energie dienen kann.

Die Unterschiede im Mitteldruck der einzelnen Zylinder führen in verschiedenen Betriebsbereichen des Dieselmotors zu unterschiedlichen Effekten. Im Leerlauf werden durch die Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle Fahrzeugteile wie Lenker, Spiegel etc. zu Schwingungen angeregt, im Teillastbereich wird ein erhöhter Schadstoffausstoß bzw. Kraftstoffverbrauch bewirkt und im Voll­ lastbereich erreicht der Dieselmotor seine Maximalleistung nicht. Die erhöhte Belastung einzelner Zylinder führt zu einer verringerten Betriebsdauer des Dieselmotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von selbstzündenden Viertakt - Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Auswirkung von Bauteildifferenzen der Bauteile für die Kraftstoffzuführung und des Verbrennungssystems minimiert werden, um eine weitergehende Verbesserung der Motoreigenschaften, beispielsweise des Kraft­ stoffverbrauchs, zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei werden aus dem Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendrehzahl zylinderspezifische Kenngrößen abgeleitet, die mit dem jeweiligen Mitteldruck der Brennräume der Brennkraftmaschine möglichst genau korreliert sind, und aus denen zylinderselektive Korrekturwerte zur Zylinder­ selektiven Gleichstellung der Mitteldrücke ermittelt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung können nach der Gleichstellung der Mittel­ drücke Korrekturwerte ermittelt werden, die eine definierte Ungleichstellung der Mitteldrücke der Brennräume der Brennkraftmaschine bewirken. So kann beispielsweise zur Unterdrückung von Schwingungen oder Resonanzen am Kraft­ fahrzeug ein Zylinder stärker/geringer befeuert werden.

Die Gleichstellung bzw. definierte Ungleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brennkraftmaschine wird durch die Änderung des Einspritz­ zeitpunktes und der Einspritzmenge des Kraftstoffes in die Brennräume der Brennkraftmaschine bewirkt.

Dabei ist vorgesehen, daß die zylinderselektiven Änderungen der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunktes des Kraftstoffes in die Brennräume der Brennkraft­ maschine so vorgenommen werden, daß sie in der Summe gleich Null ergeben, wodurch gewährleistet ist, daß der vom Kraftfahrer gewünschte Betriebszustand, bzw. die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine, nicht verändert wird.

Vorzugsweise können zur Gleichstellung der zylinderselektiven Mitteldrücke zwei Arten von Kenngrößen aus dem Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellen­ drehzahlen herangezogen werden: Drehzahlmittelwerte, die über maximal 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel, dividiert durch die Anzahl der Zylinder, gebildet werden, oder Drehzahlamplituden.

Dabei werden die Drehzahlamplituden des Kurvenverlaufes der momentanen Kurbelwellendrehzahlen durch Mittelung mehrerer momentanen Kurbel­ wellendrehzahlen des gleichen Kurbelwellendrehwinkels des sich periodisch wiederholenden, zumeist jeweils zwei Kurbelwellenumdrehungen umfassenden Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine bestimmt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in der Speicherung von Kurvenverläufen der momentanen Kurbelwellendrehzahlen und/oder von zylinderselektiven Korrekturwerten für Vergleichszwecke. Die Speicherung kann dabei nach der Herstellung der Brennkraftmaschine, nach einer Reparatur oder nach beliebigen Intervallen erfolgen.

Die gespeicherten Kurvenverläufe der momentanen Kurbelwellendrehzahlen und/oder der zylinderselektiven Korrekturwerte können für die Früherkennung von Verbrennungs- und/oder Verdichtungsproblemen der Brennkraftmaschine verwendet werden. Das Ergebnis der Früherkennung kann im Kraftfahrzeug zur Anzeige gebracht werden, oder im Rahmen einer Inspektion in einer Fachwerk­ statt abgerufen werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Kurbelwellendrehwinkel mit einer Signalgeber aufweisen den Meßvorrichtung an der Kurbelwelle erfaßt wird, und hieraus durch eine Verarbeitungseinheit die momentanen Kurbelwellendrehzahlen bestimmt werden.

Für die eindeutige Zuordnung des sich periodisch wiederholenden, zwei Kurbel­ wellenumdrehungen umfassenden Arbeitsspiels des Dieselmotors zum Kurbel­ wellendrehwinkel kann die Nockenwelle mit einer Signalgeber aufweisen den Meßvorrichtung versehen werden, die die Erfassung des Nockenwellendreh­ winkels ermöglicht. Damit steht die Information zur Verfügung, ob sich ein Zylinder im 1. oder 3. bzw. im 2. oder 4. Arbeitstakt befindet.

Zudem können die Meßvorrichtung der Kurbelwelle und die Meßvorrichtung der Nockenwelle auf ihre Funktionstüchtigkeit überwacht werden. Dabei muß das Verhältnis der Signale, die von den einzelnen Signalgebern der beiden Meßvor­ richtungen abgegeben werden, konstant sein.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß jeweils ein Signalgeber der Meßvorrichtung der Kurbelwelle und der Meßvorrichtung der Nockenwelle zur Markierung eines vorgegebenen Drehwinkels der jeweiligen Welle verwendet wird.

Zudem können Signale von Signalgebern der Kurbelwelle und der Nockenwelle dazu genutzt werden, um die Synchronisation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu prüfen.

Der Kurbelwellendrehwinkel und die Kurbelwellendrehzahl können alternativ auch aus dem Nockenwellendrehwinkel bestimmt werden.

Dabei ermöglicht die zylinderselektive Gleichstellung bzw. definierte Ungleich­ stellung des Mitteldruckes die Beeinflussung des Schadstoffausstoßes, des Kraftstoffverbrauches, des Schwingungsverhaltens, des Gleichlaufverhaltens, der Betriebsdauer und/oder der Akustik der Brennkraftmaschine.

Die verschiedenen Kenngrößen geben den zylinderselektiven Mitteldruck nicht unverfälscht wieder, sondern werden in verschiedenen Drehzahlbereichen von drehzahlabhängigen Quereinflüssen unterschiedlich stark verändert. Daraus kann folgen, daß eine Kenngröße mehr im unteren, die andere Kenngröße eher im oberen Drehzahlbereich eines Dieselmotors mit den zylinderselektiven Mittel­ drücken korreliert ist, wodurch es erforderlich wird, die Kenngrößen dreh­ zahlspezifisch zu verwenden. Die Verwendung verschiedener Kenngrößen für unterschiedliche Drehzahlbereiche des Dieselmotors ermöglicht die Gleichstel­ lung bzw. definierte Ungleichstellung des Mitteldruckes in Abhängigkeit der momentanen Kurbelwellendrehzahl für unterschiedliche Beeinflussungen. Beispielsweise kann im Bereich von 300-700 Umdrehungen pro Minute eine Schwingungsreduzierung auf der Basis von Drehzahlamplituden durchgeführt wird, während im Bereich von 3000-6000 Umdrehung pro Minute die Steuerung der Brennkraftmaschine zur Minimierung der Abgasemissionen auf der Basis von gemittelten momentanen Kurbelwellendrehzahlen durchgeführt werden.

Auf Basis der Information über zylinderselektive Korrekturwerte bei unter­ schiedlichen Kurbelwellendrehzahlen können weitergehende Fehlerdiagnosen durchgeführt werden. So kann bei einem geringen Korrekturwert bei niedrigen Kurbelwellendrehzahlen und großem Korrekturwert bei hohen Kurbelwellendreh­ zahlen eines Zylinders auf einen reduzierten hydraulischen Durchfluß bei der entsprechenden Einspritzdüse geschlossen werden.

Schließlich ist bei einer letzten vorteilhaften Weiterbildung als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein eigenes, unabhängiges Kraftstoffversorgungssystem vorgesehen, das aus jeweils einer Einspritzpumpe, einer Leitung und einer Einspritzdüse, dem sogenannten PLD-System, besteht. Zudem ist zur Erfassung des Kurbelwellendrehwinkels die Kurbelwelle mit einer Meßvorrichtung sowie einer zugehörigen Verarbeitungs­ einheit zur Bestimmung der momentanen Kurbelwellendrehzahl versehen. Zur Erfassung des Nockenwellendrehwinkels ist die Nockenwelle mit einer Meßvor­ richtung zur Bestimmung der momentanen Nockenwellendrehzahl versehen.

Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel eines vier­ zylindrigen Dieselmotors im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen typischen Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendreh­ zahl über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel eines vierzylindrigen Dieselmotors,

Fig. 2 eine Darstellung des Regelalgorithmus zur Gleichstellung der Mittel­ drücke,

Fig. 3a eine Darstellung der zylinderspezifischen Mitteldrücke eines vier­ zylindrigen Dieselmotors ohne aktivierten Einzelzylinderabgleich,

Fig. 3b eine Darstellung der zylinderspezifischen Mitteldrücke eines vier­ zylindrigen Dieselmotors mit aktiviertem Einzelzylinderabgleich,

Fig. 4a einen typischen Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendreh­ zahlen über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel ohne aktivierte Leer­ laufruheregelung bei einem achtzylindrigen Dieselmotor,

Fig. 4b einen typischen Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendreh­ zahlen über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel mit aktivierter Leer­ laufruheregelung bei einem achtzylindrigen Dieselmotor.

Die Gleichstellung der zylinderselektiven Mitteldrücke für die Kompensation der Bauteildifferenzen erfordert für jeden Zylinder des Dieselmotors eine eigene, unabhängige Kraftstoffversorgung, die jeweils aus einer Einspritzpumpe, einer Leitung und einer Einspritzdüse, dem PLD-System ("Pumpe - Leitung - Düse"), besteht. Die von der Nockenwelle angetriebenen Kolben-Einspritzpumpen sind auf der Seite der Kraftstoffzuführung über Magnetventile an dem Kraftstofftank, und auf der Motorseite an den Einspritzdüsen angeschlossen. Bei geschlossenem Magnetventil wird der im Pumpenraum befindliche Kraftstoff durch den Druck einer Nocke auf den Kolben der Einspritzpumpe in den Verbrennungsraum eingespritzt. Bei geöffnetem Magnetventil wird der im Pumpenraum befindliche Kraftstoff lediglich in den Kraftstofftank zurückgepumpt, da der Widerstand der Einspritzdüse nicht überwunden werden kann.

Durch geeignetes Öffnen und Schließen der Magnetventile mittels eines für die Motorsteuerung vorgesehenen Steuergerätes kann der Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs und damit die Einspritzdauer bzw. die Einspritzmenge reguliert werden. Über die Einspritzmenge wird das auf die Kurbelwelle wirkende, aus der Gaskraft des Verbrennungsvorgangs resultierende Drehmoment eines Zylinders bestimmt. Die Kurbelwellendrehzahl resultiert aus der Summe der auf die Kurbelwelle einwirkenden Drehmomente.

Zur Bestimmung der momentanen Kurbelwellendrehzahl ist die Kurbelwelle mit einer Meßvorrichtung und einer Verarbeitungseinheit ausgestattet, deren Signal­ geber aus einem mit der Kurbelwelle umlaufenden Geberrad besteht, das mit 36 Markierungen und einer Zusatzmarkierung versehen ist, die von einem Induktiv­ sensor abgetastet werden. Die Zusatzmarkierung kennzeichnet eine dem Steuer­ gerät bekannte Winkelposition der Kurbelwelle, z. B. den oberen Totpunkt des 1. Zylinders. Aus den Signalen des Induktivsensors ermittelt die Verarbeitungs­ einheit bei einer Kurbelwellenumdrehung 36 momentane Kurbelwellendreh­ zahlen. Dem Steuergerät steht damit die Information über den Kurbelwellendreh­ winkel und Kurbelwellendrehzahl mit einer Auflösung von 10 Grad zur Verfügung.

Der Signalgeber der Meßvorrichtung der Nockenwelle besteht aus einem mit der Nockenwelle umlaufenden Geberrad, das mit 12 Markierungen und einer Zusatzmarkierung versehen ist, die von einem Induktivsensor abgetastet werden. Die Zusatzmarkierung kennzeichnet eine dem Steuergerät bekannte Winkel­ position der Nockenwelle. Aus den Signalen dieses Induktivsensors kann das Steuergerät den Nockenwellendrehwinkel und die Nockenwellendrehzahl mit einer Auflösung von 30 Grad ermitteln (analog 60 Grad Kurbelwellendrehwinkel).

Durch die Meßvorrichtung der Nockenwelle kann das Steuergerät ein Ereignis im sich periodisch, alle zwei Kurbelwellenumdrehungen wiederholenden Arbeitsspiel des Dieselmotors einer Veränderung der momentanen Kurbelwellendrehzahl zuordnen. Beispielsweise kann das Steuergerät der Expansion des 3. Zylinders eine Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl zuordnen.

Die zwei unabhängigen Meßvorrichtungen von Kurbelwelle und Nockenwelle können vom Steuergerät zur permanenten, gegenseitigen Funktionskontrolle genutzt werden. Das Verhältnis der Signale der Kurbelwellensensoren zu den Signalen der Nockenwellensensoren muß bei dem hier ausgeführten Beispiel 6 : 1 betragen.

An der Veränderung dieses Verhältnisses erkennt das Steuergerät eine Funktions­ störung an einem der Induktivsensoren, woraufhin alle Steuervorgänge auf Basis dieser Meßvorrichtungen bis zur Behebung des Defektes deaktiviert werden und ab der der Dieselmotor beispielsweise mit Standardwerten weiter betrieben werden kann.

Nach zwei Kurbelwellenumdrehungen hat der Dieselmotor sein gesamtes Arbeitsspiel einmal abgearbeitet, und jeder Zylinder (des Viertakters) hat einen Verbrennungstakt durchlaufen. Dabei ermittelt das Steuergerät aus den 72 momentanen Kurbelwellendrehzahlen über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel einen Kurvenverlauf, der einer betragsförmigen Sinuskurve ähnelt. Ein derartiger Kurvenverlauf ist in Fig. 1 wiedergegeben. Dieser Kurvenverlauf spiegelt die Differenzen des Mitteldrucks in den Brennräumen der Brennkraftmaschine wieder.

Die Aufgabe des Steuergerätes ist eine stabile Regelung der Kraftstoffein­ spritzung zur Kompensation von Bauteildifferenzen durch die Gleichstellung der zylinderspezifischen Mitteldrücke.

Da die zylinderspezifischen Mitteldrücke nicht direkt bestimmt werden können, ist die Bereitstellung einer geeigneten, zylinderspezifisch ermittelbaren Kenn­ größe erforderlich, die als Eingangsinformation für das Steuergerät zur Ermittlung von Steuergrößen dienen kann. Diese Kenngröße muß sich dadurch auszeichnen, daß die Differenzen der Kenngrößen mit den Differenzen des Mitteldruckes möglichst gut korreliert sind. Zudem sollte die Querempfindlichkeit der Kenngröße sehr gering sein, d. h. bei einer Änderung der Einspritzmenge bei einem der Zylinder sollte die Reaktion der Kenngröße eines anderen Zylinders auf diese Änderung sehr gering ausfallen. Schon bei einer schwachen Querempfind­ lichkeit einer Kenngröße wird die Diagnosefähigkeit des Steuergerätes beein­ trächtigt. Bei starken Querempfindlichkeiten kann keine stabile Regelung der Mitteldrücke erzielt werden. Zudem sollte die Reaktion der Kenngröße eines Zylinders nach einer Variation des Einspritzvorgangs linear zu der hierdurch bedingten Variation des Mitteldruckes sein, mindestens jedoch gleichsinnig und monoton ausfallen, da das Steuergerät sonst keine eindeutige Diagnose treffen kann, und zu keiner stabilen Regelung in der Lage wäre.

Für die Erfassung einer derartigen Kenngröße aus dem Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendrehzahlen können entweder Drehzahlmittelwerte über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel dividiert durch die Anzahl der Zylinder oder Drehzahlamplituden herangezogen werden.

Drehzahlmittelwerte sind aufgrund des langen Erfassungsintervalls besonders unempfindlich gegen die Positionierungsfehler der Kurbelwellenmarkierungen, die bei hohen Kurbelwellendrehzahlen an Einfluß gewinnen. Drehzahlamplituden sind bei erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Positionierungsfehlern, besonders unempfindlich gegen Quereinflüsse.

Demzufolge werden vorzugsweise im unteren Drehzahlbereich Drehzahl­ amplituden und im oberen Drehzahlbereich Drehzahlmittelwerte als Kenngröße herangezogen.

Als unterer Drehzahlbereich für den Einsatz von Drehzahlamplituden können Kurbelwellendrehzahlen bis etwa 600 Umdrehungen pro Minute angesehen werden. In diesem Drehzahlbereich werden Drehzahlamplituden als Kenngröße beispielsweise für zylinderselektive Dichtigkeitsüberprüfungen der Brennräume von Brennkraftmaschinen genutzt.

Für den Drehzahlbereich oberhalb 600 Umdrehungen pro Minute werden vor­ zugsweise Drehzahlmittelwerte als Kenngröße für die zylinderselektive Ermittlung der Korrekturwerte verwendet.

Das Verfahren für den Einzelzylinderabgleich, bei dem die Mitteldrücke der Zylinder gleichgestellt werden, wird im folgenden unter Bezug auf den Regelalgo­ rithmus der Fig. 2 beschrieben. Dabei werden als Kenngröße Drehzahlmittel­ werte über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel dividiert durch die Anzahl der Zylinder, genutzt, wobei als Korrekturwerte Korrekturmomente bestimmt werden.

Für den Einzelzylinderabgleich werden jeweils die zu einem Zylinder gehörenden momentanen Kurbelwellendrehzahlen KD1 über ein Tiefpaßfilter TP mit applizier­ barem Filterfaktor zur Unterdrückung zyklischer Schwankungen geführt. Bei einem vierzylindrigen Viertaktmotor handelt es sich dabei um die momentanen Kurbelwellendrehzahlen von jeweils 180 Grad Kurbelwellendrehwinkel.

Von den gefilterten momentanen Kurbelwellendrehzahlen KD2 wird der Mittelwert MW1 von jeweils zwei Kurbelwellenumdrehungen durch Summieren der gefilterten Kurbelwellendrehzahlen, dividiert durch die Anzahl Z der Zylinder, gebildet. Dieser Mittelwert MW1 wird jeweils zu dem negierten Mittelwert der gefilterten momentanen Kurbelwellendrehzahlen derselben zwei Kurbelwellen­ umdrehungen addiert, wodurch sich die jeweilige Abweichung der gefilterten momentanen Kurbelwellendrehzahlen zu ihrem Mittelwert MW1 ergibt. Diese Abweichungen vom Mittelwert MW1 werden als Regelabweichung betrachtet. Die Kompensation der zylinderselektiven Regelabweichungen zur Gleichstellung der Mitteldrücke erfolgt über eine Integratorverstärkung 1 mit applizierbarem Verstärkungsfaktor, wodurch die Regelabweichungen in zylinderselektive Korrekturmomente KM umgewandelt werden.

Der Integratorverstärkung 1 schließt sich eine Integratorregelung an, die um ein Verzögerungsglied T erweitert ist, das die Verzögerung des Regelkreises um genau 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel gewährleistet. Zudem ist innerhalb der Integratorregelung ein Begrenzungsglied B vorgesehen, welches der Erkennung dient, ob das für einen Zylinder bestimmte Korrekturmoment an einer für Diagnosezwecke genutzten Grenze liegt. Die über das Verzögerungsglied T dem Begrenzungsglied B zugeführten zylinderselektiven Korrekturmomente KM werden noch um die negierten Mittelwerte MW2 der Korrekturmomente KM für 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel erweitert, wodurch die Summe der ausge­ führten zylinderselektiven Korrekturmomente KM gleich Null ist. Dies geschieht gemäß der Anforderung, daß durch die Gleichstellung der Mitteldrücke der vom Kraftfahrer gewünschte Betriebszustand der Brennkraftmaschine nicht verändert werden darf.

Der Einzelzylinderabgleich wird als erfolgreich abgeschlossen angesehen, wenn die Regelabweichung aller Zylinder vor Ablauf einer applizierbaren Zeitspanne für eine applizierbare Dauer unterhalb einem applizierbaren Grenzwert liegt. Zweck der Zeitspanne für den Ablauf einer Regelung ist die Beendigung eines instabilen Regelvorgangs.

Die zylinderselektiven Korrekturmomente KM werden dem Steuergerät zugeführt bzw. im Steuergerät ermittelt und gespeichert. Aus einem Kennfeld entnimmt das Steuergerät den passen den Steuerwert für die Magnetventile der Kraftstoff­ zuführung, um den Zylindern genau die Kraftstoffmenge für den vom Kraftfahrer gewünschten Betriebszustand plus die ermittelten, zylinderselektiven Korrektur­ momente KM zuzuführen.

Für die Speicherung der zylinderselektiven Korrekturmomente im Steuergerät sind mehrere Speicherplätze vorgesehen. Primär werden die nach der Herstellung des Dieselmotors ermittelten zylinderselektiven Korrekturmomente gespeichert (Grundabgleich). Zudem können im Rahmen vom Inspektionen (Kundendienstabgleich), nach Reparaturen oder nach beliebigen Zeitintervallen weitere zylinderselektive Korrekturmomente abgespeichert werden.

Die nach der Herstellung des Dieselmotors gespeicherten zylinderselektiven Korrekturmomente dienen zusätzlich als Vergleichswerte für beispielsweise bei Inspektionen ermittelte Kundendienstabgleichswerte. Auf Basis eines derartigen Vergleiches können frühzeitig Schäden an dem Dieselmotor diagnostiziert werden. Beispielsweise können Probleme der Kraftstoffeinspritzung oder Dichtig­ keitsprobleme der Brennräume erkannt werden, wenn ein Korrekturmoment für einen Zylinder über einen Grenzwert hinaus zunimmt.

In Fig. 3a sind die Mitteldrücke eines vierzylindrigen Dieselmotors ohne aktivierten Einzelzylinderabgleich dargestellt. Dabei weist die zum Zylinder 1 gehörende Drucksäule PM1 01 gegenüber den anderen Zylindern einen ca. 20% geringeren Wert für den Mitteldruck auf. In Fig. 3b sind die Mitteldrücke dieses vierzylindrigen Dieselmotors mit aktiviertem Einzelzylinderabgleich dargestellt. Dabei weisen alle vier Zylinder den in etwa gleichen Wert für den Mitteldruck auf.

Durch die Verwendung drehzahlspezifischer Kenngrößen kann das erfindungs­ gemäße Verfahren mittels dem PLD-System, einem Steuergerät, den Meßvorrich­ tungen der Kurbelwelle und der Nockenwelle in verschiedenen Drehzahlbe­ reichen des Dieselmotors auf Basis des Einzelzylinderabgleiches unterschiedlich genutzt werden. Im folgenden wird das Verfahren des Einzelzylinderabgleiches modifiziert, um zylinderspezifische Korrekturwerte zu erhalten, die eine Leerlauf­ ruheregelung bewirken.

In der Fig. 4a sind die momentanen Kurbelwellendrehzahlen über 720 Grad Kurbelwellendrehwinkel eines achtzylindrigen Dieselmotors ohne Leerlaufruhe­ regelung und in Fig. 4b mit Leerlaufruheregelung dargestellt.

Die Entstehung von Schwingungen eines Fahrzeugs mit Dieselmotor wird von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle stark gefördert. Die Schwingungs­ empfindlichkeit während dem Leerlauf des Dieselmotors resultiert aus dem geringen Frequenzabstand zwischen den Eigenfrequenzen von Rückspiegeln, Lenkrad etc. und dem im Stand mit ca. 600 Kurbelwellenumdrehungen pro Minute drehenden Dieselmotor.

Die Leerlaufruheregelung wird initiiert, wenn die Kurbelwellendrehzahl konstant unterhalb eines applizierbaren Grenzwertes liegt. Der Ablauf des Verfahrens ist analog zum Einzelzylinderabgleich. Lediglich die verwendete Kenngröße und der Verstärkungsfaktor der Integratorverstärkung wird der Leerlaufruheregelung angepaßt. Der Regelvorgang der Leerlaufruheregelung wird beendet, wenn die Regelabweichungen aller Zylinder unter einem applizierbaren Grenzwert liegen. Bei der Überschreitung dieses Grenzwertes wird die Leerlaufruheregelung wieder aktiviert. Das Ergebnis sind zylinderselektive Korrekturmomente entsprechend den Anforderungen einer Leerlaufruheregelung. Die Anforderung einer Leerlauf­ ruheregelung müssen dabei nicht in der Gleichstellung der Mitteldrücke bestehen, sondern können sich auch auf die Gleichstellung von Merkmalen der Kurbelwellendrehzahlen beziehen.

Während dem Teil/Vollastbetrieb des Dieselmotors bewirkt die Gleichstellung der zylinderselektiven Mitteldrücke durch die Kompensation der Bauteildifferenzen mittels des Einzelzylinderabgleiches eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs sowie eine Reduzierung der Schadstoffemission. Durch die gleichmäßigere Lastverteilung, die Reduzierung der Schwingungsneigung und die frühzeitige Erkennung von beispielsweise Kompressionsmängeln, defekten der Einspritz­ anlage oder Sensorstörungen wird eine Steigerung der Betriebsdauer des Diesel­ motors bewirkt. In einigen Betriebsbereichen des Dieselmotors können durch die hiermit mögliche gezielt unterschiedliche Belastung der Zylinder Vorteile im Betriebsverhalten des Dieselmotors erzielt werden.

Die Signale der weiteren Induktivsensoren von Kurbelwelle und Nockenwelle können von dem Steuergerät zur Überprüfung der Synchronisation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle genutzt werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur zylinderselektiven Steuerung einer mehrzylindrigen, selbst­ zündenden Viertakt - Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffein­ spritzung und mit Mitteln zur Erfassung des Kurbelwellendrehwinkels sowie zur Bestimmung der momentanen Kurbelwellendrehzahl, dadurch gekennzeich­ net, daß aus dem Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendrehzahlen wenigstens eine Kenngröße abgeleitet wird, aus der zylinderselektiv Korrektur­ werte ermittelt werden, durch die eine zylinderselektive Gleichstellung des Mitteldruckes in den Brennräumen der Brennkraftmaschine bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zylinderselektive Korrekturwerte ermittelt werden, die nach der Gleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brennkraftmaschine zur definierten Ungleichstellung der Mitteldrücke verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstellung bzw. die definierte Ungleichstellung der Mitteldrücke in den Brennräumen der Brennkraftmaschine durch die Änderung der Einspritz­ menge und des Einspritzzeitpunktes des Kraftstoffes bewirkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderselektiven Änderungen bei der Kraftstoffeinspritzung in die Brenn­ räume der Brennkraftmaschine zur Gleichstellung bzw. definierten Ungleich­ stellung der Mitteldrücke so vorgenommen werden, daß sie in der Summe gleich Null ergeben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße zur Ermittlung der zylinderselektiven Korrekturwerte aus dem Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendrehzahlen Drehzahlmittelwerte gebildet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße zur Ermittlung der zylinderselektiven Korrekturwerte aus dem Kurvenverlauf der momentanen Kurbelwellendrehzahlen die Drehzahlampli­ tuden ausgewertet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl­ amplituden des Kurvenverlaufes der Kurbelwellendrehzahlen durch Mittelung mehrerer momentaner Kurbelwellendrehzahlen des gleichen Kurbelwellen­ drehwinkels des sich periodisch wiederholenden Arbeitsspieles der Brennkraft­ maschine bestimmt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven­ verläufe der momentanen Kurbelwellendrehzahlen und/oder der zylinder­ selektiven Korrekturwerte für Vergleichszwecke nach der Herstellung der Brennkraftmaschine, nach einer Reparatur oder nach beliebigen Intervallen gespeichert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Kurvenverläufe der momentanen Kurbelwellendrehzahlen und/oder der zylinderselektiven Korrekturwerte für die Früherkennung von Verbrennungs­ problemen und/oder Verdichtungsproblemen der Brennkraftmaschine und/ oder zur Fehlerdiagnose verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwellendrehwinkel mit einer Signalgeber aufweisen den Meßvorrichtung an der Kurbelwelle erfaßt wird, und hieraus durch eine Verarbeitungseinheit die momentanen Kurbelwellendrehzahlen bestimmt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuordnung des Kurbelwellendrehwinkels zum Arbeitsspiel der Brennkraft­ maschine der Nockenwellendrehwinkel durch eine Signalgeber aufweisende Meßvorrichtung erfaßt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung der Kurbelwelle und die Meßvorrichtung der Nockenwelle auf ihre Funktionstüchtigkeit überwacht werden, indem das Verhältnis der Signale, die von den Signalgebern der Meßvorrichtungen ausgehen, geprüft wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Markierung der Meßvorrichtung der Kurbelwelle und der Meßvor­ richtung der Nockenwelle zur Kennzeichnung eines vorgegebenen Drehwinkels der jeweiligen Welle verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Signale von Signalgebern der Kurbelwelle und der Nockenwelle dazu genutzt werden, um die Synchronisation zwischen der Kurbelwelle und der Nocken­ welle zu prüfen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwellendrehwinkel und die momentane Kurbelwellendrehzahl aus dem Nockenwellendrehwinkel abgeleitet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zylinderselektive Gleichstellung oder definierte Ungleichstellung des Mitteldrucks der Schadstoffausstoß, der Kraftstoffverbrauch, das Schwingungs­ verhalten, das Gleichlaufverhalten, die Betriebsdauer und/oder die Akustik der Brennkraftmaschine beeinflußt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinder­ selektive Gleichstellung bzw. definierte Ungleichstellung des Mitteldruckes in Abhängigkeit der momentanen Kurbelwellendrehzahl für unterschiedliche Beeinflussungen verwendet wird.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf Basis der Information über zylinderselektive Korrekturwerte bei verschiedenen momentanen Kurbelwellendrehzahlen der Brennkraftmaschine weitergehende Fehlerdiagnosen durchgeführt werden.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein eigenes, unabhängiges Kraftstoffversorgungssystem vorgesehen ist, das aus jeweils einer Einspritzpumpe, einer Leitung und einer Einspritzdüse besteht, und die eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Kurbelwellendrehwinkels mit einer zugehörigen Verarbeitungseinheit zur Bestimmung der momentanen Kurbel­ wellendrehzahl sowie eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Nockenwellen­ drehwinkels für die Zuordnung des Kurbelwellendrehwinkels zum Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine aufweist.