DE4027664C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehmomentsteuerung für einen Verbrennungsmotor, mit denen die Schwankung der Wellenform des Drehmoments, die durch eine während des Betriebs des Verbrennungsmotors auftretende unregelmäßige Verbrennung verursacht wird, verringert wird.

Die Schwankung des Drehmoments eines Verbrennungsmotors hat Schwingungen etwa eines Personenkraftwagens, in den er eingebaut ist, zur Folge. Daher sind bezüglich der Drehmomentschwankung verschiedene Gegenmaßnahmen getroffen worden.

Beispielsweise ist aus JP 61-1 71 612-A eine Technik be­ kannt, mit der das meßbare (Gesamt-)Drehmoment der Kur­ belwelle eines Verbrennungsmotors im wesentlichen dadurch gleichmäßig gemacht wird, daß an die Kurbelwelle des Ver­ brennungsmotors, dessen primäres Drehmoment periodisch schwankt, ein Lastdrehmoment angelegt wird. Dabei vari­ iert das Lastdrehmoment synchron zur Schwankung des pri­ mären Drehmoments der Kurbelwelle. Eine Voraussetzung für diese Technik zur Aufhebung von Drehmomentschwankungen besteht darin, daß sich das primäre Drehmoment der Kur­ belwelle fehlerfrei periodisch ändert. Wenn sich das pri­ märe Drehmoment aus irgendwelchen Gründen unregelmäßig ändert, besteht die Möglichkeit, daß das an die Kurbel­ welle angelegte Lastdrehmoment eine gegenteilige Wirkung hat, derart, daß das meßbare Drehmoment den Schwankungs­ bereich des primären Drehmoments übersteigt. Ein solches Verhalten ist nicht wünschenswert, weil dies zu den oben erwähnten Schwingungen führt.

Eine unregelmäßige Verbrennung wird als einer der Gründe für die oben erwähnte unregelmäßige Drehmomentschwankung angesehen. In neueren Verbrennungsmotoren geht der Trend zu Doppelnockenwellen-Mehrventilmotoren mit Hochgeschwin­ digkeits-Nockenprofil, um eine hohe Ausgangsleistung und eine hohe Motordrehzahl zu erzielen. Aus diesem Grund neigen solche Motoren im Niederdrehzahlbereich, insbeson­ dere im Leerlaufzustand, häufig zu einer unregelmäßigen Verbrennung. Als mögliche Ursache für eine solche unre­ gelmäßige Verbrennung wird eine Vermischung des Kraft­ stoff/Luftgemischs und des Auspuffgases, die entsteht, wenn das Einlaßventil und das Auslaßventil gleichzeitig geöffnet sind (Ventilüberlapp), angesehen. Unter dieser Bedingung breitet sich die Flamme selbst dann, wenn das Kraftstoff/Luftgemisch durch die Zündelektrode gezündet wird, nicht durch das ganze in einem Zylinder enthaltene Gemisch aus, vielmehr findet nur eine lokale Verbrennung statt. Dies hat eine Unregelmäßigkeit in der Wellenform des Gasdrehmoments zur Folge, wodurch eine unregelmäßige Änderung des primären Kurbelwellendrehmoments bewirkt wird.

Aus der DE-OS 32 30 607 ist eine Antriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine kann unter Umständen ein ungleichförmiges Drehmoment abgeben. Zur Verringerung des Ungleichförmigkeitsgrades der Brennkraftmaschine wird der Ausgangsstrom der Lichtmaschine kurbelwinkelabhängig so geregelt, daß die Lichtmaschine eine dem Ungleichförmigkeitsgrad entgegenwirkende kurbelwinkelabhängige Belastung der Brennkraftmaschine darstellt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Unregelmäßigkeiten der Drehmomentwellenform, die während einer unregelmäßigen Verbrennung des Verbrennungsmotors auftreten, zu verringern, um so das Auftreten von Schwingungen zu verhindern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher er­ läutert; es zeigen:

Fig. 1A, 1B Blockschaltbilder von Steuerschaltungen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 bis 4 Darstellungen von Drehmomentwellenformen, die in einem Verbrennungsmotor auftreten;

Fig. 5 eine Darstellung, mit der beispielhaft Zylinderdruck- und Gasdrehmomentänderun­ gen während eines Verbrennungszyklus in einem bestimmten Zylinder des Verbren­ nungsmotors erläutert werden;

Fig. 6 eine Darstellung des Zylinderdrucks im oberen Totpunkt in Abhängigkeit der nach­ einander gezündeten Zylinder;

Fig. 7 eine Darstellung der Operation des Ver­ brennungszustand-Entscheidungsabschnitts 5;

Fig. 8 eine Darstellung der Operation des Dreh­ momentwellenform-Speicherabschnitts 6, in dem die Drehmomentwellenformen gespei­ chert sind;

Fig. 9 eine Darstellung der Operation des Dreh­ momentwellenform-Speicherabschnitts 6, in dem die Wellenformen darstellende Funk­ tionen gespeichert sind;

Fig. 10 eine beispielhafte Darstellung einer Gas­ drehmomentwellenform, die durch einen Zy­ linder, in dem eine normale Verbrennung stattfindet, erzeugt wird;

Fig. 11 eine beispielhafte Darstellung einer Drehmomentwellenform, die durch einen Zy­ linder, in dem eine unregelmäßige Ver­ brennung stattfindet, erzeugt wird;

Fig. 12 eine beispielhafte Darstellung einer Drehmomentwellenform, die vom Drehmoment­ wellenform-Speicherabschnitt 6 ausgegeben wird, wenn ein Zylinder des Verbrennungs­ motors das in Fig. 10 gezeigte Drehmoment erzeugt;

Fig. 13 eine beispielhafte Darstellung einer Drehmomentwellenform, die vom Drehmoment­ wellenform-Speicherabschnitt 6 ausgegeben wird, wenn ein Zylinder des Verbrennungs­ motors das in Fig. 11 gezeigte Drehmoment erzeugt;

Fig. 14 eine Darstellung der Differenz zwischen der in Fig. 12 gezeigten Wellenform und der in Fig. 13 gezeigten Wellenform;

Fig. 15 eine beispielhafte Darstellung einer Drehmomentwellenform, die vom Mo­ tor/Generator 2 absorbiert bzw. erzeugt wird;

Fig. 16 eine beispielhafte Darstellung der Wel­ lenform des Drehmoments, das vom Verbren­ nungsmotor und von der elektrischen Ma­ schine während der Drehmomentsteuerung erzeugt wird; und

Fig. 17 eine Darstellung einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung, in der ein Dreh­ strom-Motor/Generator als elektrische Ma­ schine und im Drehmoment-Steuerabschnitt ein Drehstrom-Wechselrichter und ein Drehstrom-Umformer verwendet werden.

Nun wird eine erste Ausführungsform der Erfindung be­ schrieben, in der die Erfindung auf einen in einem Kraft­ fahrzeug eingebauten und das Fahrzeug antreibenden Ver­ brennungsmotor angewendet wird. In den Fig. 1A und 1B ist jeweils ein Aufbau der Steuerschaltungen dieser Ausfüh­ rungsform gezeigt. Die Vorrichtung zur Drehmomentsteue­ rung umfaßt einen Kurbelwellenwinkel-Sensor 1, der in einen Verteiler eingebaut ist, einen Motor/Generator 2, der als Beispiel eines Drehmomentkorrekturelementes dient, einen Zylinderdruck-Sensor 3, der den Zylinder­ druck des Verbrennungsmotors erfaßt, einen Verbrennungs­ zustand-Erfassungsabschnitt 4, der den Verbrennungszu­ stand des Verbrennungsmotors aufgrund der Zylinderdruck­ ausgabe vom Zylinderdruck-Sensor 3 erfaßt, einen Verbren­ nungszustand-Entscheidungsabschnitt 5, der den vom Ver­ brennungszustand-Erfassungsabschnitt 4 erfaßten neuesten Verbrennungszustand mit dem Mittelwert der normalen Ver­ brennungszustände mehrerer unmittelbar zurückliegender Umdrehungen vergleicht und der dann, wenn entschieden wird, daß der vom Verbrennungszustand-Erfassungsabschnitt 4 erfaßte neueste Verbrennungszustand einer normalen Ver­ brennung entspricht (wenn die Differenz zum Mittelwert der normalen Verbrennungszustände klein ist), den Mittel­ wert der normalen Verbrennungszustände aktualisiert, wäh­ rend er dann, wenn entschieden worden ist, daß der vom Verbrennungzustand-Erfassungsabschnitt 4 erfaßte aktuelle Verbrennungszustand einer unregelmäßigen Verbrennung ent­ spricht (wenn die Differenz zum Mittelwert der normalen Verbrennungszustände groß ist), den vom Verbrennungszu­ stand-Erfassungsabschnitt 4 erfaßten neuesten Verbren­ nungszustand und den Mittelwert der normalen Verbren­ nungszustände mehrerer unmittelbar zurückliegender Umdre­ hungen ausgibt, einen Drehmomentwellenform-Speicherab­ schnitt 6, in dem die Wellenformen der vom Verbrennungs­ motor in verschiedenen Verbrennungszuständen erzeugten Drehmomente (Gasdrehmomente) gespeichert werden, einen ersten Steuerabschnitt 100, der aus dem Drehmomentwellen­ form-Speicherabschnitt 6 entsprechend dem vom oben er­ wähnten Verbrennungszustand-Erfassungsabschnitt 4 erfaß­ ten neuesten Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors eine Drehmomentwellenform (Gasdrehmoment), die vom Ver­ brennungsmotor in diesem Verbrennungszustand erzeugt wird, ausliest und Steuersignale ausgibt, und einen Dreh­ moment-Steuerabschnitt 7, der ein von der elektrischen Maschine 2 erzeugtes oder absorbiertes Drehmoment ent­ sprechend den Steuersignalen steuert.

Der Verbrennungszustand-Entscheidungsabschnitt 5, der er­ ste Steuerabschnitt 100, der Drehmoment-Steuerabschnitt 7 und der Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 werden durch ein Mikrocomputersystem gebildet.

Der Motor/Generator 2, der am Verbrennungsmotorblock 8 fest angebracht ist, wird vom Verbrennungsmotor 8 über einen Keilriemen angetrieben.

Der Kurbelwellenwinkel-Sensor 1 gibt zwei Arten von Drehimpulsen aus. Die eine Impulsart wird durch Impulse gebildet, die bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausgegeben werden, während die andere Impulsart von Impulsen gebildet wird, die jedesmal dann ausgeben werden, wenn sich die Kurbelwelle des Verbren­ nungsmotors um einen festen Winkel (normalerweise ein oder zwei Grad; in dieser Ausführungsform: zwei Grad) dreht. Wenn von diesen zwei Arten von Drehimpulsen die erste für Signale verwendet wird, die Referenzwinkel für den Drehwinkel der Kurbelwelle darstellen, und die zweite für Signale verwendet wird, mit denen die Zwischenberei­ che zwischen den Referenzwinkeln unterteilt werden, kann der Drehwinkel der Kurbelwelle in einem bestimmten Moment genau (mit einer kleinsten Unterteilung von einem Grad in dieser Ausführungsform) und leicht erfaßt werden.

Fig. 2 ist eine beispielhafte Darstellung des Gasdrehmo­ mentes eines Verbrennungsmotors, das ein Zylinder eines Viertakt-Motors während eines normalen Verbrennungszu­ standes erzeugt. Ein Verbrennungszyklus eines Viertakt- Motors, der einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Verbrennungshub und einen Ausstoßhub umfaßt, entspricht einem Drehwinkel der Kurbelwelle von 720°. In einem Vier­ zylindermotor ergibt die vierfache Überlagerung des Dreh­ moments von Fig. 2 bei einem Winkelabstand von 720°/4 = 180° ein Gasdrehmoment, das der Motor während eines Ver­ brennungszyklus erzeugt. Dieses Gasdrehmoment, ergänzt um die von der Schwankung der Rotationsträgheit hervorgeru­ fene Schwankung des Trägheitsmomentes, stellt das primäre Drehmoment dar, das der Verbrennungsmotor in einem norma­ len Verbrennungszustand tatsächlich erzeugt (Fig. 3). In Fig. 4 ist für den in Fig. 3 erläuterten Viertakt-Vierzy­ linder-Verbrennungsmotor das primäre Gasdrehmoment zusam­ men mit demjenigen Gasdrehmoment gezeigt, das von jedem Zylinder in dem Fall erzeugt wird, in dem im Zylinder (C) eine unregelmäßige Verbrennung stattgefunden hat. Wenn eine solche unregelmäßige Verbrennung auftritt, führt dies zu einem geringeren Gasdrehmoment, was eine Unregel­ mäßigkeit in der Wellenform des vom Verbrennungsmotor er­ zeugten primären Drehmoments bewirkt. Erfindungsgemäß wird das Drehmoment des Motor/Generators 2 entsprechend dem Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors so einge­ stellt, daß die Unregelmäßigkeit in der Wellenform des primären Drehmoments verringert wird.

In Fig. 5 sind beispielhaft die Zylinderdruck- und Gas­ drehmomentänderungen während eines Verbrennungszyklus ei­ nes bestimmten Zylinders des Viertakt-Vierzylinder-Ver­ brennungsmotors gezeigt. In diesem Beispiel erreichte der Kolben den oberen Totpunkt, als der Kurbelwellenwinkel 180° betrug. Wie in Fig. 5 gezeigt, besitzt der Verbren­ nungsmotor die Eigenschaft, daß das Gasdrehmoment im we­ sentlichen proportional zum Zylinderdruck ist. Bei Be­ rücksichtigung dieser Eigenschaft kann das Gasdrehmoment aus dem Zylinderdruck ermittelt werden. Wenn eine unre­ gelmäßige Verbrennung auftritt, sind sowohl der Zylinder­ druck als auch das Gasdrehmoment geringer als im last­ freien Betrieb. Das einfachste Verfahren, vom Verbren­ nungszustand in einem Verbrennungsmotor Kenntnis zu er­ langen, besteht darin, den Zylinderdruck nach Beendigung des Kompressionshubes, d.h. im oberen Totpunkt, zu ermit­ teln. Im allgemeinen wird in Verbrennungsmotoren mit ei­ ner Zündvorrichtung die Zündzeitpunkteinstellung norma­ lerweise so gesteuert, daß die Zündung etwas vor dem Ende des Kompressionshubes stattfindet (im Beispiel von Fig. 5 findet die Zündung 15° vor dem Erreichen des oberen Tot­ punktes statt). Dazu wird der Zylinderdruck in demjenigen Punkt, in dem der Kompressionshub endet (dieser Zylinder­ druck wird im folgenden kurz mit "Zylinderdruck im oberen Totpunkt" bezeichnet), für jeden Zylinder ermittelt, an­ schließend wird der ermittelte Zylinderdruck im oberen Totpunkt mit dem Mittelwert der Zylinderdrücke im oberen Totpunkt mehrerer unmittelbar zurückliegender Umdrehungen für jeden Zylinder verglichen. Wenn die Differenz groß ist, wird angenommen, daß in dem betreffenden Zylinder eine unregelmäßige Verbrennung stattgefunden hat. Auf diese Weise ist es möglich, zu entscheiden, ob die Ver­ brennung im momentanen Zyklus im jeweiligen Zylinder nor­ mal ist oder nicht. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der Spit­ zenwert des Gasdrehmomentes eines jeden Zylinders gegen­ über dem oberen Totpunkt verzögert. Wenn eine unregelmä­ ßige Verbrennung anhand der Ermittlung des Zylinderdrucks des oberen Totpunktes festgestellt worden ist, ist es mittels dieser Zeitverzögerung möglich, die aus einer un­ regelmäßigen Verbrennung sich ergebende Unregelmäßigkeit der Gasdrehmomentwellenform zu korrigieren. In dem be­ schriebenen Verfahren erfaßt in dieser Ausführungsform der Verbrennungszustand-Erfassungsabschnitt 4 den Ver­ brennungszustand des Verbrennungsmotors für jeden Zylin­ der in Form des Zylinderdruckes im oberen Totpunkt.

Das oben erwähnte Verfahren ist lediglich ein Beispiel für Verfahren, mit denen am leichtesten Kenntnis vom Ver­ brennungszustand eines Verbrennungsmotors erlangt werden kann. Indem weitere Zustandsgrößen wie etwa die Drehzahl, die Ansaugluftmenge, die Kühlwassertemperatur, die Öltem­ peratur und die Schaltposition des Geschwindigkeitswech­ selgetriebes hinzugenommen werden, kann leicht eine ge­ nauere Bestimmung und Erfassung des Verbrennungszustandes des Verbrennungsmotors erzielt werden.

Ferner ist es auch möglich, den Verbrennungszustand der jeweiligen Zylinder anhand der Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu erfassen. Die Win­ kelbeschleunigung der Kurbelwelle folgt dem vom Verbren­ nungsmotor erzeugten Drehmoment. Wenn in den jeweiligen Zylindern eine normale Verbrennung stattfindet, ergibt die Beschleunigung der Kurbelwellendrehung eine Wellen­ form, die zu der vom Motor erzeugten Wellenform, wie sie in Fig. 3 (E) gezeigt ist, in der gleich Phase äquivalent ist. Wenn andererseits eine unregelmäßige Verbrennung auftritt, ergibt die Beschleunigung der Kurbelwellendre­ hung eine Wellenform, die zu der in Fig. 4 (E) gezeigten Wellenform äquivalent ist. Daher wird über den Verbren­ nungszustand anhand der Erfassung der Winkelbeschleuni­ gung des den jeweiligen Zylindern entsprechenden vorgege­ benen Drehwinkels der Kurbelwelle (d.h. des Winkels, in dem die Winkelbeschleunigung einen maximalen Wert be­ sitzt) entschieden.

Der obere Totpunkt der Beschleunigung der Drehung der Kurbelwelle erscheint als oberer Totpunkt der Wellenform des Gasdrehmomentes. Daher kann über den Verbrennungszu­ stand auch anhand der Erfassung der Änderung der Winkel­ beschleunigung im oberen Totpunkt der Winkelbeschleuni­ gung der Kurbelwelle entschieden werden. Wenn beispiels­ weise eine unregelmäßige Verbrennung auftritt, ist die Änderung der Winkelbeschleunigung im oberen Totpunkt kleiner als die Änderung der Winkelbeschleunigung während einer normalen Verbrennung.

In Fig. 1B ist eine Ausführungsform der Erfindung ge­ zeigt, in der der Verbrennungszustand anhand der Winkel­ beschleunigung erfaßt wird. Diejenigen Teile in Fig. 1B, die mit denjenigen in Fig. 1A identisch sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. In Fig. 1B erfaßt ein Winkelbeschleunigungs-Sensor 103 die Beschleunigung anhand des Abstandes der vom Kurbelwellenwinkel-Sensor 1 ausgesandten Impulse. Ein Verbrennungszustand-Erfassungs­ abschnitt 104 erfaßt den Verbrennungszustand der Zylinder des Verbrennungsmotors anhand der Winkelbeschleunigungs­ ausgabe vom Winkelbeschleunigungs-Sensor 103.

In Fig. 6 ist die Ausgabe des Verbrennungszustand-Erfas­ sungsabschnittes 4, die aufgrund des Zylinderdruckes im oberen Totpunkt in jedem Zylinder wie oben erwähnt erfaßt wird, gezeigt. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, wird zunächst der Zylinderdruck im oberen Totpunkt eines be­ stimmten Zylinders eines Mehrzylindermotors erfaßt, an­ schließend wird der Zylinderdruck im oberen Totpunkt ei­ nes weiteren Zylinders, der als nächster den oberen Tot­ punkt erreicht, erfaßt. Auf diese Weise wird jedesmal, wenn ein Zylinder den oberen Totpunkt erreicht, der Zy­ linderdruck im oberen Totpunkt dieses Zylinders erfaßt. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden die erfaßten Druckwerte der nacheinander gezündeten Zylinder der Reihe nach vom Ver­ brennungszustand-Erfassungsabschnitt 4 ausgegeben, wenn sich die Kurbelwelle dreht. In Fig. 6 gibt der Punkt A einen für einen bestimmten Zylinder erfaßten Wert an, wenn in diesem Zylinder eine unregelmäßige Verbrennung auftritt; dieser erfaßte Wert liegt deutlich unter den anderen erfaßten Werten, die normalen Verbrennungszustän­ den entsprechen.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 7 der Betrieb des Verbren­ nungszustand-Entscheidungsabschnittes 5 gemäß dieser Aus­ führungsform beschrieben. Der Verbrennungszustand-Ent­ scheidungsabschnitt 5 vergleicht einen erfaßten Wert P_n des n-ten Zylinderdruckes im oberen Totpunkt, der als neuester Wert vom Verbrennungszustand-Erfassungsabschnitt 4 bereitgestellt worden ist, mit einem Mittelwert P_m von m Werten von normalen Zylinderdrücken im oberen Totpunkt, die für mehrere unmittelbar zurückliegende Umdrehungen erfaßt worden sind. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Bezie­ hung | P_m-P_n | < Q gilt (wobei Q ein vorgegebener posi­ tiver Schwellenwert ist), wird entschieden, daß der durch den oben erwähnten, erfaßten Wert P_n des n-ten Zylinder­ druckes im oberen Totpunkt dargestellte Verbrennungszu­ stand ein unregelmäßiger Verbrennungszustand ist. Als Er­ gebnis gibt der Verbrennungszustand-Entscheidungsab­ schnitt 5 den erfaßten Wert P_n des n-ten Zylinderdruckes im oberen Totpunkt und den Mittelwert P_m der m Werte der normalen Zylinderdrücke im oberen Totpunkt, die in der Vergangenheit erfaßt wurden, an den ersten Steuerab­ schnitt 100 aus. Wenn P_n ein normaler Verbrennungszustand ist, wird darüber hinaus vom Verbrennungszustand-Ent­ scheidungsabschnitt 5 der Wert P_m auf einen den Wert P_m enthaltenden Mittelwert P′_m aktualisiert.

Wie in Fig. 8 gezeigt, werden vom Drehmomentwellenform- Speicherabschnitt 6 die Wellenformen des Drehmoments für einen Verbrennungszyklus, die von einem beliebigen Zylin­ der des Verbrennungsmotors erzeugt werden, gespeichert und in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle (wobei 1° die für die Darstellung kleinste Unterteilung des Drehwinkels der Kurbelwelle ist), der vom oben erwähnten Kurbelwellenwinkel-Sensor 1 erfaßt werden kann, darge­ stellt, wobei die Wellenformen den verschiedenen Zylin­ derdruckwerten im oberen Totpunkt entsprechen. In Fig. 8 stellt P_i (i = 1, 2, . . ., N) die i-te Unterteilung (Medianwert) dar, wenn der Variabilitätsbereich eines Zy­ linderdruckwertes im oberen Totpunkt für einen beliebigen Zylinder in N Abschnitte unterteilt wird. Die Wellenfor­ men des Drehmomentes (des Gasdrehmomentes) für einen Ver­ brennungszyklus eines beliebigen Zylinders in den jeweils einem Wert P_i entsprechenden Verbrennungszuständen werden im Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 so gespei­ chert, wie in Fig. 8 erläutert wird.

Wenn im Verbrennungszustand-Entscheidungsabschnitt 5 ent­ schieden worden ist, daß von den vom Verbrennungszustand- Erfassungsabschnitt 4 erfaßten Werten der Zylinderdrücke im oberen Totpunkt der nacheinander gezündeten Zylinder der zuletzt erfaßte Wert P_n einem unregelmäßigen Verbren­ nungszustand entspricht, werden im ersten Steuerabschnitt 100 der oben erwähnte Wert P_i, der die i-te Unterteilung des Variabilitätsbereichs darstellt und dem zuletzt er­ faßten Wert P_n entspricht, und ein die j-te Unterteilung des Variabilitätsbereichs darstellender Wert P_j, der dem Mittelwert P_m der m Zylinderdruckwerte im oberen Tot­ punkt, die während mehrerer unmittelbar zurückliegender Umdrehungen erfaßt worden sind, ausgewählt, anschließend werden aus den im Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 gespeicherten, oben erwähnten Drehmomentwellenformen eine Gasdrehmomentwellenform, die einem durch den Wert P_i dargestellten unregelmäßigen Verbrennungszustand ent­ spricht, und eine Gasdrehmomentwellenform, die einem durch den Wert P_j dargestellten normalen Verbrennungszu­ stand entspricht, an den Drehmoment-Steuerabschnitt 7 ausgegeben. Die Gasdrehmomentwellenformen werden synchron mit den Rotationsimpulsen, die mit einer Rate von einem Impuls pro Winkelgrad vom Kurbelwellenwinkel-Sensor 1 ausgesandt werden, ausgegeben. Daher ist es möglich, Gas­ drehmomentwellenformen, die in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel der Kurbelwelle erzeugt werden, auszugeben, so daß sie mit hoher Wiedergabetreue wiedergegeben werden.

Der Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 gemäß dieser Ausführungsform speichert Drehmomentwellenformen, die von den Zylindern des Verbrennungsmotors in Gradunterteilun­ gen erzeugt werden, wobei ein Grad den minimalen Drehwin­ kel der Kurbelwelle darstellt, der vom Kurbelwellenwin­ kel-Sensor 1 erfaßbar ist. Wenn jedoch diese hohe Auflö­ sung für den Drehwinkel der Kurbelwelle nicht erforder­ lich ist, ist es möglich, einen größeren Abstand der Drehwinkel der Kurbelwelle in der Darstellung der gespei­ cherten Drehmomentwellenformen zu verwenden. Außerdem ist es bei der Ausgabe der Drehmomentwellenformen möglich, eine Frequenzteilung der Rotationsimpulse, die vom Kur­ belwellenwinkel-Sensor 1 im 1°-Abstand übertragen werden, auszuführen, bis die Impulse mit dem Abstand der Drehwin­ kel in der gespeicherten Drehmomentwellenform überein­ stimmen; dann werden diese Rotationsimpulse als Synchro­ nisationssignale bei der Ausgabe der gespeicherten Dreh­ momentwellenformen benutzt.

In der obigen Beschreibung speichert der Drehmomentwel­ lenform-Speicherabschnitt 6 die von einem beliebigen Zy­ linder eines Verbrennungsmotors mit einer bestimmten Gradunterteilung erzeugten Gasdrehmomentwellenformen, wo­ bei 1° der minimale Drehwinkel der Kurbelwelle ist, der vom Kurbelwellenwinkel-Sensor 1 erfaßt werden kann. Wenn die Gasdrehmomentwellenform in den durch die jeweilige Unterteilung P_i des Zylinderdrucks im oberen Totpunkt be­ zeichneten Verbrennungszuständen durch eine Funktion f_i (K_i, P_i, R) des Zylinderdrucks P_i im oberen Totpunkt, des Drehwinkels R und eines Koeffizienten K_i dargestellt werden kann, brauchen vom Drehmomentwellenform-Speicher­ abschnitt 6 nicht diejenigen Gasdrehmomentwellenformen gespeichert werden, die ein Zylinder des Verbrennungsmo­ tors mit einer Gradunterteilung erzeugt, wobei 1° der mi­ nimale Drehwinkel der Kurbelwelle ist, der vom Kurbelwel­ lenwinkel-Sensor 1 erfaßbar ist, vielmehr muß nur die die Funktion f_i darstellende Formel, ein Koeffizient K_i, der in Verbindung mit dem Zylinderdruck P_i im oberen Totpunkt verwendet wird, und der Kurbelwellendrehwinkel R gespei­ chert werden. Wenn unter Verwendung dieser Koeffizienten für jeden Drehwinkel der Kurbelwelle eine Gasdrehmoment­ wellenform f_i (K_i, P_i, R) vom ersten Steuerabschnitt 100 erhalten wird (Fig. 9) und wenn diese Gasdrehmomentwel­ lenform synchron mit den vom Kurbelwellenwinkel-Sensor 1 mit einer Rate von einem Impuls pro Umdrehungsgrad ausge­ sandten Rotationsimpulsen ausgegeben wird, kann die Gas­ drehmomentwellenform, die ein Zylinder des Verbrennungs­ motors bei vorgegebenen Drehwinkeln der Kurbelwelle er­ zeugt, an den Drehmoment-Steuerabschnitt 7 ausgegeben werden, wobei die Gestalt dieser Welle mit hoher Wieder­ gabetreue wie in dem in Fig. 8 gezeigten Verfahren wie­ dergegeben werden kann.

Der Unterschied zwischen dem Verfahren von Fig. 8 und dem Verfahren von Fig. 9 ist der folgende: im Verfahren von Fig. 8 werden sämtliche Gasdrehmomentwellenformen gespei­ chert, so daß der Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 eine große Speicherkapazität benötigt. Im Verfahren von Fig. 9 werden nur die Koeffizienten, mit denen die Gas­ drehmomentwellenformen erzeugt werden, im Speicherab­ schnitt 6 gespeichert, andererseits benötigt aber der er­ ste Steuerabschnitt 100 zur Berechnung der Drehmomentwel­ lenformen unter Verwendung dieser Koeffizienten mehr Re­ chenoperationen. Daher kann die Entscheidung, ob das Ver­ fahren von Fig. 8 oder das Verfahren von Fig. 9 zur An­ wendung kommt, vom Verhältnis der Rechenkapazität des er­ sten Speicherabschnittes 100 zur Speicherkapazität des Drehmomentwellenform-Speicherabschnitts 6 abhängig ge­ macht werden.

In Fig. 10 ist beispielhaft eine Gasdrehmomentwellenform dargestellt, die von einem bestimmten Zylinder, in dem eine normale Verbrennung stattfindet, erzeugt wird. In Fig. 11 ist beispielhaft eine Gasdrehmomentwellenform dargestellt, die von einem bestimmten Zylinder, in dem eine unregelmäßige Verbrennung auftritt, erzeugt wird. In Fig. 12 ist beispielhaft eine Drehmomentwellenform darge­ stellt, die vom Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 an den ersten Steuerabschnitt 100 ausgegeben wird, wenn ein bestimmter Zylinder die in Fig. 10 gezeigte Gasdreh­ momentwellenform erzeugt. In Fig. 13 ist beispielhaft eine Gasdrehmomentwellenform dargestellt, die der Drehmo­ mentwellenform-Speicherabschnitt 6 an den ersten Steuer­ abschnitt 100 ausgibt, wenn ein bestimmter Zylinder die in Fig. 11 gezeigte Gasdrehmomentwellenform erzeugt. Fig. 14 ist eine Darstellung, die die Differenz zwischen den Wellenformen der Fig. 12 bzw. 13 zeigt. Diese Wellenform wird im ersten Steuerabschnitt 100 erzeugt, mit ihr wird vom ersten Steuerabschnitt 100 die im folgenden beschrie­ benen Drehmomentsteuerung ausgeführt.

Der erste Steuerabschnitt 100 berechnet die Drehmoment­ wellenform (Fig. 14), die durch die Differenz zwischen der Gasdrehmomentwellenform (Fig. 12) eines Zylinders im normalen Verbrennungszustand und der Gasdrehmomentwellen­ form (Fig. 13) eines Zylinders in einem unregelmäßigen Verbrennungszustand gegeben ist, wobei beide Gasdrehmo­ mentwellenformen aus dem Drehmomentwellenform-Speicherab­ schnitt 6 ausgelesen werden. Dann gibt der erste Steuer­ abschnitt 100 Steuersignale, die der in Fig. 14 gezeigten Drehmomentwellenform entsprechen, an den Drehmoment- Steuerabschnitt 7 aus. Der Drehmoment-Steuerabschnitt 7 betätigt den Motor/Generator 2 entsprechend den Steuersi­ gnalen als Motor, wenn die Drehmomentwellenform, die als die oben erwähnte Differenz erhalten worden ist, positiv ist, während der Drehmoment-Steuerabschnitt 7 den Mo­ tor/Generator 2 als Generator betätigt, wenn die Drehmo­ mentwellenform, die durch die oben erwähnte Differenz er­ halten worden ist, negativ ist.

Fig. 15 ist eine Darstellung, in der eine Drehmomentwel­ lenform gezeigt ist, die vom Motor/Generator 2, der wie beschrieben betätigt wird, absorbiert oder erzeugt wird. Bei der beschriebenen Drehmomentsteuerung wird eine Dreh­ momentwellenform gemeinsam vom Verbrennungsmotor und vom Motor/Generator 2 gebildet, so daß die in Fig. 16 ge­ zeigte Drehmomentwellenform eine Kombination der Drehmo­ mentwellenformen von Fig. 11 und von Fig. 15 ist. Diese Drehmomentwellenform ist identisch mit einer Drehmoment­ wellenform, die frei von unregelmäßigen Verbrennungen ist (Fig. 10). Es wird festgestellt, daß die in Fig. 15 ge­ zeigte Drehmomentwellenform einen Vertiefungsbereich auf­ weist, falls der Zylinderdruck durch eine unregelmäßige Verbrennung größer als derjenige einer normalen Verbren­ nung wird.

Wenn die oben beschriebene Drehmomentsteuerung ausgeführt wird, ist es möglich, eine Unregelmäßigkeit in der Gas­ drehmomentwellenform, die durch eine unregelmäßige Ver­ brennung im Verbrennungsmotor bewirkt wird, leicht und genau zu beseitigen.

Wenn von den Schwankungskomponenten des von einem Ver­ brennungsmotor erzeugten Gasdrehmoments die periodische Schwankungskomponente, die mit der Frequenz des Verbren­ nungshubes des Verbrennungsmotors synchronisiert ist, do­ miniert, kann durch eine Approximation der Spitzenwert- und Wellentälerformen der Drehmomentwellenformen, die im Drehmomentwellenform-Speicherabschnitt 6 gespeichert sind, durch eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle mit einer mit dem Verbrennungshub des Verbrennungsmotors syn­ chronisierten Frequenz im wesentlichen die gleiche Wir­ kung wie in der oben beschriebenen Drehmomentsteuerung erzielt werden. Der Verbrennungshub tritt während eines Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors in einer Zahl auf, die der Zahl der Zylinder des Verbrennungsmotors entspricht (wobei der Verbrennungszyklus eines Viertakt- Verbrennungsmotors 720° und der Verbrennungszyklus eines Zweitakt-Verbrennungsmotors 360° (Drehwinkel der Kurbel­ welle) entspricht). Daher kann die oben erwähnte Sinus­ welle oder die oben erwähnte Rechteckwelle mit einer mit dem Verbrennungshub des Verbrennungsmotors synchronisier­ ten Frequenz konkret angegeben werden: die Periode der Sinuswelle bzw. der Rechteckwelle muß einen Wert besit­ zen, der durch die Teilung eines Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors (d.h. des Drehwinkels der Kurbelwelle) durch die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors er­ halten wird.

In Fig. 17 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform wird ein Drehstrom-Mo­ tor/Generator 9 als Drehmoment-Korrekturelement verwen­ det. Im Drehmoment-Steuerabschnitt werden ein Drehstrom- Wechselrichter 10 und ein Drehstrom-Umformer 11 verwen­ det. Der Drehstrom-Wechselrichter 10 und der Drehstrom- Umformer 11 sind parallel geschaltet und mit dem Dreh­ strom-Motor/Generator 9 über Starkstromleitungen verbun­ den. Die Gleichstromseiten des Drehstrom-Wechselrichters 10 bzw. des Drehstrom-Umformers 11 sind über eine Batte­ rie 13 zueinander parallel geschaltet. Eine Drehmoment­ steuerung 12 arbeitet entsprechend der Drehmomentwellen­ form, die der Differenz zwischen der Drehmomentwellenform eines normalen Verbrennungszustandes und der Drehmoment­ wellenform eines unregelmäßigen Verbrennungszustandes entspricht und die aus dem Drehmomentwellenform-Speicher­ abschnitt 6 ausgelesen wird. Wenn diese Drehmomentwellen­ form positiv ist, gibt die Drehmomentsteuerung 12 einen Motorbetätigungsbefehl an den Drehstrom-Wechselrichter 10 aus, um den Drehstrom-Motor/Generator 9 als Drehstrommo­ tor zu betätigen, indem die elektrische Energie der Bat­ terie verwendet wird. Wenn umgekehrt die oben erwähnte Drehmomentwellenform negativ ist, gibt die Drehmoment­ steuerung 12 einen Leistungserzeugungsbefehl an den Dreh­ strom-Umformer 11 aus, um den Drehstrom-Motor/Generator 9 als Drehstrom-Generator (in dem die in diesem Moment er­ zeugte elektrische Energie in der Batterie 13 gespeichert wird) zu betätigen. In dieser zweiten Ausführungsform werden ein Drehstrom-Motor/Generator, ein Drehstrom-Wech­ selrichter und ein Drehstrom-Umformer verwendet, es muß jedoch nicht besonders betont werden, daß die Erfindung auch in Fällen angewendet werden kann, in denen Einpha­ sen- oder Mehrphasenelemente verwendet werden.

Sowohl in der ersten als auch in der zweiten Ausführungs­ form dieser Erfindung ist die Beschreibung für einen Fall gegeben worden, in dem der Motor/Generator als elektri­ sche Maschine verwendet wird, die sowohl ein Drehmoment erzeugen als auch absorbieren kann. Nebenbei sei festge­ stellt, daß die Übertragung des Drehmomentes an einen Verbrennungsmotor einer Absenkung des Lastdrehmoments des Verbrennungsmotors äquivalent ist, das an den Motor über­ tragen wird, bevor die erfindungsgemäße Drehmomentsteue­ rung ausgeführt wird; die Absorption des Drehmomentes entspricht einer Absenkung des an den Verbrennungsmotor vorher übertragenen Drehmomentes. Daher ist es selbstver­ ständlich möglich, die erfindungsgemäße Drehmomentsteue­ rung unter Verwendung eines Motors, eines Generators oder eines Motors und eines Generators auszuführen. Wenn er­ findungsgemäß während der Erfassung der Verbrennungszu­ stände der nacheinander gezündeten Zylinder eines Ver­ brennungsmotors auf der Grundlage des Vergleichsergebnis­ ses zweier Drehmomentwellenformen, d.h. einer Drehmoment­ wellenform einer unregelmäßigen Verbrennung und einer Drehmomentwellenform einer normalen Verbrennung, ent­ schieden wird, daß der erfaßte Verbrennungszustand ein unregelmäßiger Verbrennungszustand ist, führt ein am Ver­ brennungsmotor fest angebrachtes Drehmoment-Korrekturele­ ment eine Steuerung der Größe des vom Verbrennungsmotor absorbierten oder des an den Verbrennungsmotor übertrage­ nen Drehmomentes oder eine Steuerung sowohl des absor­ bierten als auch des übertragenen Drehmomentes aus. Daher ist es möglich, eine Unregelmäßigkeit der Drehmomentwel­ lenform, die bei Auftreten einer unregelmäßigen Verbren­ nung im Verbrennungsmotor erzeugt wird, sofort und zuver­ lässig zu verringern.

Claims (14)

1. Verfahren zur Drehmomentsteuerung für einen Verbrennungsmotor mit den Schritten:
Erfassen eines Verbrennungszustandes des Verbrennungsmotors (8);
Entscheiden, ob der im Erfassungsschritt erfaßte Verbrennungszustand einer unregelmäßigen Verbrennung entspricht oder nicht;
Vergleichen einer vom Verbrennungsmotor (8) bei der unregelmäßigen Verbrennung erzeugten Drehmomentwellenform mit einer vom Verbrennungsmotor (8) in einem normalen Verbrennungszustand erzeugten Drehmomentwellenform, wenn entschieden worden ist, daß der erfaßte Verbrennungszustand ein unregelmäßiger Verbrennungszustand ist; und
Steuern einer am Verbrennungsmotor (8) fest angebrachten Dreh­ moment-Korrektureinrichtung (2) zur Korrektur des Drehmoment des Motors in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs derart, daß sich die Drehmomentwellenform, die dem unregelmäßigen Verbrennungszustand entspricht, der Drehmomentwellenform, die dem normalen Verbrennungszustand entspricht, annähert.

2. Vorrichtung zur Drehmomentsteuerung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Drehmoment-Korrektureinrichtung (2, 7), die am Verbrennungsmotor (8) fest angebracht ist und die das Drehmoment des Verbrennungsmotors (8) entsprechend einem Steuersignal korrigiert, so daß sich die Drehmomentwellenform, die dem unregelmäßigen Verbrennungszustand entspricht, der Drehmomentwellenform, die dem regelmäßigen Verbrennungszustand entspricht, annähert, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (3, 4 , 103 , 104) zum Erfassen des Verbrennungszustandes des Verbrennungsmotors (8);
eine Einrichtung (5), die entscheidet, ob der von den Erfas­ sungseinrichtung (3, 4, 103, 104) erfaßte Verbrennungszustand einer unregelmäßigen Verbrennung entspricht, und
eine Steuereinrichtung (100, 6), die dann, wenn entschieden worden ist, daß der erfaßte Verbrennungszustand einer unregelmäßigen Verbrennung entspricht, eine vom Verbrennungsmotor (8) im unregelmäßigen Verbrennungszustand erzeugte Drehmomentwellenform mit einer vom Verbrennungsmotor (8) in einem normalen Verbrennungszustand erzeugten Drehmomentwellenform vergleicht und Steuersignale ausgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (3, 4) den Verbrennungszustand aus dem in den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors (8) vorherrschenden Druck ermittelt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Zylinderdruck im oberen Totpunkt eines jeden Zylinders des Verbrennungsmotors (8) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (103, 104) den Verbrennungszustand aus der Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (8) ermitteln.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung, ob ein unregelmäßiger Verbrennungszustand vorliegt, von der Entscheidungseinrichtung (5) getroffen wird, indem eine Abweichung der den betreffenden Verbrennungszustand darstellenden Daten vom Mittelwert der vorhergehenden, normale Verbrennungszustände darstellenden Daten einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen ermittelt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die untersuchten Daten einen normalen Verbrennungszustand darstellen, die ältesten Daten, die für die Bestimmung des Mittelwertes verwendet werden, durch die den neuesten normalen Verbrennungszustand darstellenden Daten ersetzt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (100) dann, wenn die Entscheidungseinrichtung (5) entscheidet, daß der von der Erfassungseinrichtung (3, 4, 103, 104) erfaßte neueste Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors (8) einer unregelmäßigen Verbrennung entspricht, eine dem von der Erfassungseinrichtung (3, 4, 103, 104) erfaßten neuesten Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors (8) entsprechende Drehmomentwellenform und eine einem normalen Verbrennungszustand entsprechende Drehmomentwellenform gewinnt, die beiden Drehmomentwellenformen vergleicht und die Drehmomentkorrektureinrichtung (2, 7) entsprechend steuert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung (6) vorgesehen ist, in der im voraus Drehmomentwellenformen gespeichert werden, die vom Verbrennungsmotor (8) in verschiedenen Verbrennungszuständen erzeugt werden; und
die Steuereinrichtung (100) dann, wenn die Entscheidungseinrichtung (5) entscheidet, daß der von der Erfassungseinrichtung (3, 4, 103, 104) erfaßte neueste Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors (8) ein unregelmäßiger Verbrennungszustand ist, aus der Speichereinrichtung (6) eine dem von der Erfassungseinrichtung (3, 4, 103, 104) erfaßten neuesten Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors (8) entsprechende Drehmomentwellenform und außerdem aus der Speichereinrichtung (6) eine einem normalen Verbrennungszustand entsprechende Drehmomentwellenform ausliest, die beiden Drehmomentwellenformen vergleicht und die Drehmoment-Korrekturmittel (2, 7) so steuert, daß sich die Drehmomentwellenform, die einem unregelmäßigen Verbrennungszustand entspricht, der Drehmomentwellenform, die einem normalen Verbrennungszustand entspricht, annähert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Speichereinrichtung (6) im voraus gespeicherten Drehmomentwellenformen solche Wellenformen sind, die teilweise oder vollständig durch eine Sinuswelle oder durch eine Rechteckwelle approximiert werden, wobei der Wert einer Periode einer solchen Welle durch die Division eines Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors (8) (720° in einem Viertakt-Verbrennungsmotor; 360° in einem Zweitakt-Verbrennungsmotor, ausgedrückt durch den Drehwinkel der Kurbelwelle) durch die Zahl der Zylinder des Verbrennungsmotors (8) erhalten wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung (6) im voraus eine Mehrzahl von Drehmomentwellenformen gespeichert ist, die einer Mehrzahl von Werten des Zylinderdrucks im oberen Totpunkt eines jeden Zylinders des Verbrennungsmotors (8) entsprechen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Korrektureinrichtung (2, 7) die Größe des an den Verbrennungsmotor (8) übertragenen Drehmoments und/oder die Größe des vom Verbrennungsmotor (8) absorbierten Drehmoments entsprechend der Steuersignale einstellt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Korrektureinrichtung (2, 7) eine elektrische Maschine ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine ein Drehstrom-Motor/Generator (9) ist, der über einen Drehstrom-Wechselrichter (10) und einen Drehstrom-Umformer (11) mit einer Gleichstrom-Leistungsquelle (13) verbunden ist.