DE19720009A1 - Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylindergleichstel­ lung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Kritische Betriebsbereiche einer Dieselbrennkraftmaschine sind Leerlauf und niedrige Teillast. Obwohl in diesem Be­ triebsbereich die Verbrauchswerte im Vergleich zu einer Otto- Brennkraftmaschine sehr günstig sind, wird bei modernen Die­ selbrennkraftmaschinen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Leerlaufdrehzahl weiter abgesenkt. Dabei wirken sich Unregel­ mäßigkeiten der Drehmomentabgabe, die beispielsweise darauf beruhen, daß aufgrund von Toleranzen der einzelnen Einspritz­ komponenten den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine unterschiedliche Kraftstoffmengen eingespritzt werden, in ei­ ner immer größeren, bemerkbaren Ungleichförmigkeit der Dreh­ zahl aus. Die entstehenden Ungleichförmigkeiten können zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zu einer nicht mehr zu vernach­ lässigenden Laufunruhe führen und Vibrationen verursachen.

In der DE 41 22 139 A1 ist ein Verfahren zur Vermeidung von auf unterschiedlichen Kraftstoff-Einspritzmengen beruhenden Drehungleichförmigkeiten beschrieben, bei dem zur adaptiven Gleichstellung der Zylinder die Drehbeschleunigung für jeden Verbrennungsvorgang erfaßt wird. Die gewonnenen Meßwerte wer­ den miteinander verglichen und bei Abweichungen der Meßwerte voneinander werden die Kraftstoff-Einspritzmengen der einzel­ nen Zylinder entsprechend verändert, bis die Abweichungen ausgeglichen sind. Die Bestimmung der Drehbeschleunigung er­ folgt dabei durch Bildung der Differenz zwischen der Drehzahl in zwei aufeinanderfolgenden Segmenten und anschließender Di­ vision durch die Durchlaufzeit des letzteren der beiden Seg­ mente.

Aus der DE 36 09 245 C2 ist eine Vorrichtung zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem Propor­ tional-Integral-Differentialregler (PID-Regler) bekannt, bei der eine mittlere Drehzahl und eine zylinderbezogene Drehzahl mit Hilfe von Marken an der Kurbelwelle gemessen und ausge­ wertet werden. Abhängig von diesen Messungen wird mit Hilfe einer Einzelzylinderregelung eine Kraftstoffkorrektur durch Verändern der Regelkonstanten des PID-Reglers durchgeführt, so daß die Laufruhe der Brennkraftmaschine erhöht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die durch ungleichmäßige Drehmomentabgabe hervorgerufene Dreh­ zahlungleichförmigkeit der einzelnen Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine auf einfache Weise minimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch Heranziehung der Drehzahldifferenz zwischen Kompression und Expansion des einzelnen Zylinders zur Gleich­ stellung der Kraftstoff-Einspritzmenge wird der Energiegewinn des Verbrennungsvorganges ausgenutzt. Dieser Energiegewinn wird für alle Zylinder gleichgesetzt, wodurch sich eine er­ höhte Laufruhe, insbesondere im unteren Teillastbetrieb und im Leerlauf ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der einzigen Zeich­ nungsfigur näher erläutert. Es zeigt in Form eines Ablaufpla­ nes die einzelnen Schritte zur Zylindergleichstellung (Cy­ linder Balancing) durch Ermittlung der zylinderindividuellen Adaptionswerte für die einzuspritzende Kraftstoffmenge.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird überprüft, ob vor­ gegebene Bedingungen erfüllt sind, die eine Einberechnung der Adaptionswerte (Cylinder Balancing-Werte) in die Gesamtformel für die Einspritzmenge erlauben. Hierzu wird beispielsweise abgefragt, ob sich die Brennkraftmaschine im Betriebszustand Teillast oder Leerlauf befindet, die Drehzahl der Brennkraft­ maschine unterhalb eines vorgegebenen Drehzahlgrenzwertes liegt und die Fahrerwunschmenge, die z. B. aus einem Pedalwert abgeleitet wird, von Null verschieden ist. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so wird das Verfahren mit den Ver­ fahrensschritten S12 und S13 fortgesetzt. Es wird ein Wert ME_ADD_CBALneu gleich Null gesetzt, d. h. es findet aufgrund des momentan vorliegenden Betriebspunktes der Brennkraftma­ schine keine Angleichung der den einzelnen Zylindern zuzufüh­ renden Kraftstoffmenge statt. Das Verfahren ist damit been­ det.

Liefert die Abfrage in Verfahrensschritt S1 ein positives Er­ gebnis, sind also die genannten Bedingungen erfüllt, wird im Verfahrensschritt S2 überprüft, ob auch die Adaptionsbedin­ gung erfüllt ist. Eine Adaption der zylinderindividuellen Kraftstoffmengen zur Zylindergleichstellung ist nur im Be­ triebszustand Leerlauf zugelassen. Befindet sich die Brenn­ kraftmaschine außerhalb des Leerlaufbereiches, so findet kei­ ne Adaption statt und der zylinderindividuelle Adaptionswert bleibt unverändert (Verfahrensschritt S11):

ME_ADD_CBALneu = ME ADD_CBALalt.

Anschließend wird im Verfahrensschritt S13 dieser Wert ausge­ geben und das Verfahren ist zu Ende.

Ist die Adaptionsbedingung aber erfüllt, werden die zylinder­ individuellen Korrekturmengen laufend aktualisiert. Die Be­ rechnung erfolgt auf der Basis der Abweichung von Expansions- und Kompressionsdrehzahl des zu betrachtenden Zylinders. Hierzu werden im Verfahrensschritt S3 die Werte für die Dreh­ zahl bei Expansion N_EXP und die Drehzahl bei Kompression N_CPR für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine einzeln er­ faßt, daraus jeweils die Differenz gebildet und diese gefil­ tert, beispielsweise durch eine gleitende Mittelwertbildung:

N_DIF_OBAL_GMW(i) = N_DIF(i).N_DIF_MITKO + N_DIF_CBAL_GMW(i-m).(1-N_DIF_MITKO)

mit
N_DIE_OBAL_GMW(i): neuer Mittelwert
N_DIE_OBAL_GMW(i-m): alter Mittelwert
N_DIE(i) = N_EXP(i) - N_CPR(i): Drehzahldifferenz zwi­ schen Expansion und Kompression
N_DIE_MITKO: Mittelungskonstante, deren Wert zwischen 0 und 1 wählbar ist
i: Zylindernummer
m: Zylinderanzahl

Aus den für jeden Zylinder auf diese Weise ermittelten Werten N_DIE_OBAL_GMW(i) wird im Verfahrensschritt S4 der Mittelwert über alle Zylinder gebildet:

Im anschließenden Verfahrensschritt S5 wird die Regelabwei­ chung N_DIE_CBAL(i) eines jeden Zylinders zum Mittel der Ab­ weichungen aller Zylinder und der I-Anteil des Leerlaufreg­ lers (PID-Regler) berechnet:

N_DIE_CBAL(i) = N_DIE_CBAL_MW_GMW - N_DIE_OBAL_GMW(i).

Abhängig von der Regelabweichung N_DIE_CBAL(i) sind in einem Kennfeld eines Speichers der Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine zugehörige Werte für den I-Anteil der Leerlaufkraftstoffmenge KE_ME_ADD_I_CBAL als neuer Cylinder- Balancing Wert abgelegt.

Um sicherzustellen, daß das Cylinder Balancing nicht gegen die Leerlaufregelung arbeitet, wird abhängig vom Verhalten des Leerlaufreglers entschieden, ob die Adaption die Korrek­ turmengen für die einzelnen Zylinder erhöhen oder verringern darf. Dazu wird im Betriebszustand Leerlauf der gleitende Mittelwert der Leerlauf-Kraffstoffmenge gebildet:

ME_GMW_LL(i) = ME_GMW_LL(i-1).(1-ME_MITKO_LL) + ME_LL.ME_MITKO_LL

mit
ME_LL: aktuelle Leerlaufmenge
ME_MITKO_LL: Mittelungskonstante, deren Wert zwischen 0 und 1 wählbar ist

Dies wird gemacht, um zu erkennen, in welche Richtung die Ad­ aption erfolgt, zu positiven oder negativen Werten hin.

Im Verfahrensschritt S7 wird geprüft, ob der Mittelwert der Leerlaufmenge ME_GMW_LL größer Null und der I-Anteil negativ ist. Ist dies der Fall, so wird im Verfahrensschritt S9 der Wert KF_ME_ADD_I_CBAL gleich Null gesetzt, andernfalls wird im Verfahrensschritt S8 überprüft, ob der Mittelwert der Leerlaufmenge ME_GMW_LL kleiner Null und der I-Anteil positiv ist. Liefert auch diese Abfrage ein positives Ergebnis, so wird ebenfalls zum Verfahrensschritt S9 verzweigt. Es findet eine Begrenzung des Kennfeldausgangswertes statt.

Liefern dagegen beide Abfragen in den Verfahrensschritten S7 und S8 negative Ergebnisse, so findet keine Begrenzung des Kennfeldausgangswertes KF_ME_ADD_I_CBAL statt und im Verfah­ rensschritt S10 erfolgt die Berechnung des neuen Adaptions­ wertes:

ME_ADD_CBALneu = ME ADD_CBALalt + KF_ME_ADD_I_CBAL

Anschließend wird im Verfahrensschritt S13 die zur Zylinder­ gleichstellung berücksichtigende Adaptionsmenge (Korrektur­ menge) ME_ADD_CBAL ausgegeben, die additiv zur Fahrer­ wunschmenge bei der Gesamtformel zur Bestimmung der Ein­ spritzmenge eingeht. Diese Adaptionsmenge ist entweder Null (Verfahrensschritt S12), wenn aufgrund des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Cylinder Balancing-Funktion nicht berücksichtigt wird oder der alte, früher berechnete Wert, weil keine Adaption zugelassen ist (Verfahrensschritt S11) oder der im Verfahrensschritt S10 neuberechnete Wert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraft­ stoff-Einspritzmenge bei einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine, wobei zur adaptiven Gleichstellung der Zylinder Dreh­ zahlabweichungen erfaßt und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Werte für die Drehzahl bei Expansion (N_EXP(i)) und die Drehzahl bei Kompression (N_CPR(i)) für jeden Zylinder (i) der Brennkraftmaschine erfaßt werden,
• - daraus jeweils eine Drehzahldifferenz (N_DIF(i)) gebildet wird und
• - in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz (N_DIF(i)) zylin­ derindividuelle Adaptionsmengen (ME_ADD_CBAL(i)) für die Zylindermengengleichstellung ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahldifferenz (N_DIF(i)) mittels einer gleitenden Mittel­ wertbildung (N_DIF_CBAL_GMW(i)) gefiltert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - aus den zylinderindividuellen Drehzahldifferenzen (N_DIF(i)) bzw. den gefilterten Drehzahldifferenzen (N_DIF_CBAL_GMW(i)) ein Drehzahlmittelwert (N_DIF_CBAL_MW_GMW) über alle Zylinder (i) gebildet wird,
• - eine Regelabweichung (N_DIF_CBAL(i)) eines jeden Zylinders (i) zum Mittel der Abweichung (N_DIF_CBAL_MW_GMW) aller Zy­ linder (i) berechnet wird und
• - abhängig von der Regelabweichung (N_DIF_CBAL(i)) Werte für eine Leerlaufkraftstoffmenge (KF_ME_ADD_I_CBAL) in einem Kennfeld abgelegt sind, die bei der Berechnung der Adapti­ onswerte (ME_ADD_CBAL(i)) berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der neue Adaptionswert berechnet wird aus dem alten Adaptionswert und dem Kennfeldwert zu
ME_ADD_CBALneu = ME_ADD_CBALalt + KF_ME_ADD_I_CBAL.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennfeldwert (KF_ME_ADD_I_CBAL) in Abhängigkeit vom Mittel­ wert der Leerlaufkraftstoffmenge (ME_GMW_LL(i)) begrenzt ist.