DE19951581A1

DE19951581A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gleichstellung wenigstens zweier Zylinderbänke einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19951581A1
Application number: DE19951581A
Authority: DE
Inventors: Mario Kustosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: US6712042B1; ITMI20002238A1; DE19951581B4; JP2001152907A; IT1319011B1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gleichstellung wenigstens zweier Zylinderbänke einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem ein die Drehmomentenbeiträge der Zylinderbänke beeinflussender Steuerparameter korrigiert wird, wenn eine Abweichung in den die Drehmomentenbeiträge der Zylinderbänke repräsentierenden Größen ermittelt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gleichstellung wenigstens zweier Zylinderbänke einer Brennkraftmaschine.

Aus der DE 37 00 088 A1 (US-Patent 4,773,372) ist eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Leistungsstellelemen ten bekannt, welche elektrisch unabhängig voneinander ange steuert werden. Bei derartigen Brennkraftmaschinen können sich unterschiedliche Momentenbeiträge der Zylinderbänke er geben, deren Luft über unterschiedliche Leistungsstellele mente zugeführt wird, d. h. die getrennte Saugrohre aufwei sen. Dies rührt von der unterschiedlichen Füllung der Zylin der her, da der zugeführte Luftmassenstrom unter anderem ab hängig von der Geometrie des Leistungsstellelements (der Drosselklappe), bei sogenannten elektronischen Gaspedalsy stemen der unterschiedlichen Kennlinien der Istwertgeber des Leistungsstellelements (Potentiometer der Drosselklappe) und/oder von den unterschiedlichen Leckageströmen (z. B. über die Drosselklappen, die Tankentlüftungsventile, die Kurbel gehäuseentlüftung, die Abgasrückführventile, den Bremskraft verstärker, etc.) her. Die dadurch entstehenden unterschied lichen Zylinderfüllungen und somit die unterschiedlichen Mo mentenbeiträge führen jedoch zu einem nicht vollständig zu friedenstellenden Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe eine Gleichstellung der Zylinderbänke in bezug auf ih re Drehmomentenbeiträge erfolgt. Dies wird durch die Merkma le der unabhängigen Patentansprüche erreicht.

Aus der DE 33 36 028 A1 (US-Patent 4 688 535) ist bekannt, durch Auswertung von Segmentzeiten eine die Unterschiede in den Drehmomentenbeiträgen einzelner Zylinder repräsentieren de Größe zu ermitteln und zur Gleichstellung der Zylinder heranzuziehen.

Vorteile der Erfindung

Es wird eine Vorgehensweise bereitgestellt, bei welcher auf einfache Weise die Gleichstellung von Zylinderbänken er folgt, deren Luftzufuhr durch unabhängig voneinander ange steuerte Leistungsstellelemente beeinflußt wird. Von beson derem Vorteil ist, daß die Zylindergleichstellung über einen entsprechenden, gleichstellenden Eingriff über die Drossel klappen des Motors erfolgt, und der Zündwinkel nicht bzw. nur beschränkt zur Gleichstellung verstellt werden muß. Da durch können wesentlich größere Drehmomentendifferenzen zwi schen Zylinderbänken ausgeglichen werden. Ferner wird Kraft stoff gespart, da der Zündwinkel im optimalen Bereich gehal ten werden kann und Abgasemissionen reduziert, weil der Zündwinkel mehr zur Verbrennungsoptimierung als zur Zylin dergleichstellung genutzt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß insbesondere im Leer lauf die momentenerhöhende Fähigkeit einer Zündwinkelver stellung gewährleistet bleibt, da der Zündwinkel nicht oder nur beschränkt zur Zylindergleichstellung herangezogen wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brennkraft maschine mit wenigstens zwei elektrisch unabhängig angesteu erten Leistungsstellelementen und der entsprechenden Anzahl von Zylindergruppen (Zylinderbänke). Eine bevorzugte Reali sierung der Gleichstellung dieser Zylindergruppen oder -bänke ist anhand des Flußdiagramms in Fig. 2 dargestellt. Dieses repräsentiert ein Rechnerprogramm, welches die Gleichstellung durchführt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine elektronische Steuereinheit 10, die we nigstens über eine Eingangsschaltung 12, wenigstens eine Rechnereinheit und wenigstens eine Ausgangsschaltung 16 ver fügt. Eingangsschaltung, Rechnereinheit und Ausgangsschal tung sind über ein Kommunikationssystem 18 zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden die folgenden Eingangsleitungen zugeführt. Eine Eingangsleitung 20 von einer Meßeinrichtung 22 zur Erfassung einer Meßgröße (WPED) für die Stellung eines vom Fahrer be tätigbaren Bedienelements, beispielsweise eines Fahrpedals, und Eingangsleitungen 36 bis 40 von Meßeinrichtungen 42 bis 46, welche weitere Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs, die zur Durchführung der von der Steuereinheit 10 durchgeführten Funktionen benötigt werden, wie beispielsweise Ansauglufttemperatur, Motortemperatur, Umgebungsdruck, Abgaszusammensetzung, etc. Über eine Ein gangsleitung 32 wird der Eingangsschaltung 12 von einer Meßeinrichtung 24 ein die Motordrehzahl Nmot repräsentieren des Signal zugeführt. Dabei werden die den einzelnen Zylin dern zugeordneten Segmentzeiten erfaßt (z. B. über einen Kur belwellen- oder Nockenwellenwinkelgeber). Ein Segment ent spricht dabei dem Winkel einer vollen Motorumdrehung (in be zugauf die Kurbelwelle 720°) geteilt durch die Zylinder zahl, wobei die Zeit, die zum Durchlaufen dieses Winkel be nötigt wird, Segmentzeit genannt wird. Im Takt der Segment zeit werden Zündung und Einspritzung neu berechnet. Darüber hinaus werden der Eingangsschaltung 12 über die Eingangslei tungen 80 und 82 Signale DK1 und DK2 zugeführt, welche die aktuelle Stellung der wenigstens zwei Leistungsstellelemen ten (Drosselklappen) repräsentieren.

Über die Ausgangsschaltung 16 steuert die elektronische Steuereinheit 10 Stellelemente nach Maßgabe der erfaßten Meßgrößen, insbesondere nach Maßgabe wenigstens einer der von den Meßeinrichtungen 22 ermittelten Meßgrößen an. Über eine erste Ausgangsleitung 47 wird ein erstes Leistungs stellelement 48, über eine zweite Ausgangsleitung 54 ein zweites Leistungsstellelement 55 angesteuert. Beide Lei stungsstellelemente sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel elektrisch betätigbare Drosselklappen, deren Stellung durch entsprechende Meßeinrichtungen erfaßt und über die Leitungen 80 und 82 zur Steuereinheit zurückgeführt werden. Ferner wird über Ausgangsleitungen 50 der Zündzeitpunkt der einzel nen Zylinder eingestellt und über Leitungen 52 die Kraft stoffzumessung zu den einzelnen Zylindern. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist für jede Zylindergruppe bzw. -bank eine Steuereinheit vorgesehen, die Drosselklappe, Zündwinkel und Kraftstoffzumessung der zugeordneten Gruppe bzw. Bank steuert.

Die die Stellung des Bedienelements repräsentierende Meßgrö ße WPED wird vom Rechner 14 eingelesen und in Sollwerte zur Ansteuerung der Leistungsstellelemente 48 und 55 umgesetzt, beispielsweise mittels Kennlinien, Kennfeldern, Tabellen oder Berechnungsschritte, ggf. unter Berücksichtigung weite rer Betriebsgrößen. Diese Sollwerte werden im Rahmen eines durch die Rückmeldungen der Stellung des jeweiligen Lei stungsstellelements geschlossenen Lageregelkreise durch Bil den von Ansteuersignalen eingestellt. Die Position des je weiligen Leistungsstellelements bestimmt die Füllung, die der dem Leistungsstellelement zugeordneten Zylindergruppe bzw. -bank zugeführt wird. Aufgrund von unterschiedlichen Eigenschaften der Leistungsstellelemente sowie der Saugrohre weist bei gleichem Sollwert die durch die Einstellung der Leistungsstellelemente eingestellte Füllung für jede der Gruppen bzw. Bänke unterschiedliche Werte auf. Die Abwei chung kann bis zu einigen 10% betragen. Infolge der unter schiedlichen Füllung der einzelnen Zylinder ergeben sich un terschiedliche Momentenbeiträge der einzelnen Zylindergrup pen. Dieses Verhalten ist unerwünscht, so daß Adaptionsver fahren zur Gleichstellung der Zylinderbänke durchgeführt werden. Diese führen dazu, daß die Steuerungen der Lei stungsstellelemente derart beeinflußt werden, daß die Momen tenbeiträge der einzelnen Zylindergruppen bzw. -bänke im we sentlichen gleich sind.

Mit Hilfe der Drehzahl wird die Laufunruhe einer Brennkraft maschine, eines Ottomotors oder eines Dieselmotors ermit telt. Dazu wird die Zeit gemessen, in der sich die Kurbel welle um genau ein Segment dreht. Die Segmentzeit, d. h. die Zeit, die zum Überstreichen dieses Segmentes (Winkelbereich) vergeht, wird sowohl zur Erkennung von Aussetzern, als auch zur Zylindergleichstellung benutzt. Bei der Zylindergleich stellung wird die aktuell gemessene Segmentzeit dem Zylinder zugeordnet, der zuletzt gezündet wurde. Ist die Segmentzeit eines Zylinders auffällig kurz oder lang gegenüber dem Mit telwert der vergangenen Segmentzeiten aller Zylinder, so wird dies als ein überschüssiges bzw. unzureichendes Drehmo ment des betroffenen Zylinders interpretiert. Bei einem Vierzylindermotor, bei dem sich die Kurbelwelle zweimal pro Motorumdrehung dreht, weist ein derartiges Segment einen Winkel von 180 Grad der Kurbelwellendrehung auf. Die Seg mentzeiten werden dabei vor allem in stationären Betriebszu ständen, beispielsweise im Leerlauf, überwacht.

Diese grundsätzliche Vorgehensweise läßt sich auch dann an wenden, wenn Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei Zylin derbänken mit unterschiedlichen zylinderbankspezifischen Drehmomentenbeiträgen vorhanden sind. Durch eine Zuordnung des zündenden Zylinders und seiner Segmentzeit zu seiner Zy linderbank lassen sich bankspezifische Unterschiede im Drehmoment ermitteln. Zylinderbankspezifische Unterschiede im Drehmoment bei Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei Zylinderbänken wie eingangs erwähnt treten z. B. dann auf, wenn die Zylinderbänke voneinander getrennte Saugrohre ha ben. Im Rahmen einer Zylindergleichstellung werden die zy linderbankspezifischen Drehmomentenunterschiede erkannt, in dem der Mittelwert der die Drehmomentenbeiträge der Zylinder einer Bank repräsentierende Größen (z. B. der Segmentzeiten) en wie oben dargestellt gebildet wird. Dabei wird, weil die Kenntnis der Zuordnung des zuletzt zündenden Zylinders zur jeweiligen Zylinderbank bekannt ist, zur Mittelwertbildung einer Zylinderbank nur Segmentzeiten herangezogen, die von Zylindern dieser Zylinderbank stammen. Wird eine Abweichung zwischen den ermittelten zylinderbankspezifischen Segment zeiten (beispielsweise des Mittelwertes der Segmentzeiten) erkannt, so werden diese kompensiert, wobei vorzugsweise ei ne entsprechende Korrektur wenigstens einer der Drosselklap penstellungen, aber auch eine Verstellung des Zündwinkels der Zylinder einer oder beider Zylinderbänke erfolgt. Bei spielsweise wird zur Gleichstellung dem Sollwert für die Drosselklappenstellung ein vorgegebener, die Gleichstellung der Zylinderbänke bewirkender Offset-Faktor aufgeschaltet.

In einem anderen Ausführungsbeispiel werden die aus den er mittelten Abweichungen der Drehmomentenbeiträge der einzel nen Bänke abgeleiteten Offsetwerte bei der Vorgabe der zy linderbankindividuellen Momentensollwerte im Rahmen einer drehmomentorientierten Steuerstruktur berücksichtigt. Dabei werden die Korrekturanteile zu den bankspezifischen Sollmo menten addiert. Die beschriebene Vorgehensweise wird bei Ot tomotoren mit Saugrohreinspritzung oder Dieselmotoren mit mehreren Zylinderbänken angewendet.

Anstelle der Erfassung von Segmentzeiten werden in anderen Ausführungsbeispielen in entsprechender Weise die zeitlichen Abstände der Verbrennungsvorgänge der einzelnen Zylinder der Zylinderbänke oder die Abstände der Zündungen der jeweiligen Zylinder herangezogen.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die oben dargestell te Vorgehensweise als Programm des Rechners 14 realisiert. In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, welches eine Realisierung der oben dargestellten Vorgehensweise als ein solches Rechnerprogramm skizziert. Dieses Programm wird drehzahlabhängig durchlaufen.

Im ersten Schritt 100 wird die mittels eines anderen Pro gramms ermittelte Segmentzeit eingelesen und im darauffol genden Schritt dem zuletzt gezündeten Zylinder zugeordnet (Schritt 102). Diese Zuordnung wird aufgrund der fest vorge gebenen mechanischen Verbindung zwischen der Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwellen der Motoren zur Zylinderstellung nach Maßgabe einer Tabelle erreicht. Nach der Zuordnung der aktuellen Segmentzeit zu einem Zylinder werden aus zurück liegenden Segmentzeiten der Zylinder der jeweiligen Zylin derbänke Mittelwerte für jede Bank ermittelt (Schritt 104). Daraufhin wird im Schritt 106 überprüft, ob eine Abweichung zwischen diesen Mittelwerten der Bänke besteht. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm mit Schritt 100 im näch sten Drehzahlschritt wiederholt, andernfalls werden im Schritt 106 die Korrekturwerte für die Drosselklappen- bzw. Momentenwerte entsprechend der Größe der Abweichung be stimmt.

In einem anderen nicht dargestellten Programm wird dann der in Schritt 106 gebildete Korrekturwert bei der Bestimmung der Einstellung der Drosselklappe oder des Moments der Brennkraftmaschine berücksichtigt.

Bei einem Dieselmotor wird anstelle der Drosselklappenstel lung die einzuspritzende Kraftstoffmenge zur Zylindergleich stellung korrigiert.

Die Korrektur der Kraftstoffmenge wird auch bei Ottomotoren alternativ oder ergänzend zur Korrektur der Drosselklap peneinstellung und/oder der Zündwinkelveränderung zur Gleichstellung der Zylinderbänke vorgenommen.

Ist für jede Zylinderbank eine getrennte Steuereinheit vor gesehen, werden die Mittelwerte der Segmentzeiten für jede Bank in der jeweiligen Steuereinheit gebildet und die Offsetwerte in einer ausgewählte bestimmt.

Die Gleichstellung der Bänke bzw. Gruppen erfolgt je nach Ausführungsbeispiel über die Steuerung von Drosselklappen oder sonstigen, die Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine steuernden Stellelementen, die Kraftstoffzumessung und/oder den Zündwinkel. Dabei wird für jede Bank bzw. Gruppe wenig stens eine Steuergröße (Steuergröße für die Drosselklappe, die Kraftstoffzumessung und/oder den Zündwinkel) entspre chend korrigiert.

Claims

1. erfahren zur Gleichstellung wenigstens zweier Zylinder bänke einer Brennkraftmaschine, wobei jede der Zylinder bänke durch wenigstens eine Steuergröße gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Drehmomentenbeiträge der Zylinderbänke repräsentierende Größe ermittelt wird und abhängig von dieser Größe wenigstens eine Steuergröße im Sinne einer Gleichstellung der Zylinderbänke korri giert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehmomentenbeiträge repräsentierende Größe aus den Segmentzeiten, dem Abstand zweier Verbrennungsvorgän ge in einem Zylinder oder dem Abstand der Zündungen in einem Zylinder der jeweiligen Zylinderbank abgeleitet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß abhängig von der Abweichung der die Drehmomentenbeiträge der Zylinderbänke repräsentie renden Größen die Einstellung eines Leistungsstellele ments wie einer Drosselklappe korrigiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die die Drehmomentenbeiträge der Zylinderbänke repräsentierende Größe der Mittelwert der Segmentzeiten ist und abhängig von der Abweichung der Mittelwerte der Zylinderbänke die Einstellung eines Lei stungsstellelements korrigiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei einem Dieselmotor die ein zuspritzende Kraftstoffmenge korrigiert wird, bei einem Ottomotor die Einstellung des Leistungsstellelements und/oder des Zündwinkels wenigstens der Zylinder einer Zylinderbank und/oder die Kraftstoffzumessung.

6. Vorrichtung zur Gleichstellung wenigstens zweier Zylin derbänke einer Brennkraftmaschine, mit einer Steuerein heit, welche die wenigstens zwei Zylinderbänke durch Aus gabe wenigstens einer Steuergröße steuert, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuereinheit Mittel umfaßt, die die Drehmomentenbeiträge der Zylinderbänke repräsentie rende Größen ermitteln und die die wenigstens eine Steu ergröße abhängig von diesen Größen im Sinne einer Gleich stellung der Zylinderbänke korrigieren.