EP0416270B1 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0416270B1
EP0416270B1 EP90114417A EP90114417A EP0416270B1 EP 0416270 B1 EP0416270 B1 EP 0416270B1 EP 90114417 A EP90114417 A EP 90114417A EP 90114417 A EP90114417 A EP 90114417A EP 0416270 B1 EP0416270 B1 EP 0416270B1
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loop control
fuel
correction
control device
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Josef Dipl.-Ing. Wahl
Helmut Dipl.-Ing. Laufer
Gerhard Dipl.-Ing. Engel
Johannes Locher
Hermann Dipl.-Ing.(Fh) Grieshaber
Ulrich Dipl.-Ing. Flaig
Hermann Dipl.-Ing. Kull
Friedolin Dr.-Ing. Piwonka
Ewald Dipl.-Ing. Eblen
Wilhelm Dr.-Ing. Polach
Alfred Dr.-Ing. Schmitt
Joachim Dipl.-Ing. Tauscher (Ba)
Manfred Dipl.-Ing. Birk
Anton Dipl.-Ing. Karle
Werner Dr.-Ing. Zimmermann
Pierre Lauvin
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling and regulating a self-igniting internal combustion engine according to the preambles of the main claims.
  • EP-A-170 891 describes an optimization method for determining the correction values.
  • the injection quantity for two cylinders of the internal combustion engine is wobbled in opposite directions such that the total injection time or the total injection quantity of all cylinders is kept constant. It is then determined at which phase position of the wobble signal the maximum possible torque for the internal combustion engine is achieved.
  • two pairs of values of the injection quantity must always be wobbled. This process is very complex and quite time-consuming.
  • a fuel pump driven by the internal combustion engine has a plurality of outlets for connection to corresponding injection nozzles of the assigned internal combustion engine.
  • Electromagnetically actuated valves control the amount of fuel to be delivered through each outlet. Depending on a fuel quantity signal, the valves are controlled by a power module.
  • a comparison circuit compares the engine speed over a work cycle of the engine with the engine speed over the previous work cycle. Depending on this comparison, a distribution device delivers cylinder-specific control signals to the power modules.
  • This method has the disadvantage that the adjustment processes are carried out every combustion cycle. This is associated with a considerable amount of computing time.
  • DE-OS 30 11 595 a device for drift compensation of fuel metering systems is known from DE-OS 30 11 595. This device does not regulate the measured quantity but only the position of a quantity-determining signal box. The task of this facility is to make the originally applicable assignment between the to maintain the total amount of fuel injected and the position signal of the quantity-determining member. Variations in the fuel supply to the individual cylinders are not compensated for.
  • the invention is based on the object, in a method and a device for controlling and regulating an internal combustion engine of the type mentioned, to show ways of recognizing and compensating for variations in the fuel metering to the individual cylinders of the internal combustion engine. This should be done with the least amount of computing time and components.
  • the methods and the corresponding devices according to the invention have the advantage over the prior art that the correction values are only calculated when certain operating conditions are present and are then available for the subsequent fuel metering. Scattering of the amount of fuel to be injected, which are based on manufacturing tolerances of the injection system, can be corrected when the internal combustion engine is operated for the first time. These correction values are then available for the further operation of the internal combustion engine and do not have to be recalculated with every metering. Scattering that only occurs when the internal combustion engine is operating can also be corrected.
  • FIG. 1 shows schematically an electronic control and regulating device for a self-igniting internal combustion engine
  • Figure 2 shows the relationship between control pulses and measured value
  • Figure 3 shows a flow chart for determining the correction values based on the measured value of the individual cylinders
  • Figure 4 shows the measured value depending on which cylinder is switched off
  • 5 shows a flowchart to show the determination of the correction value as a function of the quantity reduction in the individual cylinders
  • FIG. 6 shows the course of the control signal for the individual cylinders
  • FIG. 7 shows a flowchart of a correction method in which the reduction in the fuel supply to a cylinder by an additional quantity in other cylinders is balanced.
  • FIG. 8 shows the control pulses
  • FIG. 9 shows a flow diagram of a correction method in which a defined load is switched on.
  • FIG. 1 shows an electronic control and regulating device for a self-igniting internal combustion engine.
  • Various transducers 20 are arranged on the internal combustion engine 10.
  • the signals from the transducers arrive on the one hand at an electronic control device 30 and on the other hand at an evaluation circuit 60.
  • the electronic control device 30 generates a quantity signal depending on the output signals of the transducer 20 and the target value specification 35.
  • the control device 40 processes the quantity signal, the control pulses of the evaluation circuit 60, and the correction values stored in a memory 50 into metering signals for the signal boxes 45 assigned to each cylinder.
  • the signal boxes 45 determine the fuel quantity injected into the individual cylinders by pump elements.
  • the evaluation circuit 60 receives measured values from the measured value sensor 20, and outputs control pulses to the control device 40 and correction values to the memory 50.
  • the device according to FIG. 1 operates as follows: Different measuring sensors 20 record measured values that characterize the operating state of the internal combustion engine. In particular, the speed N, the lambda value of the exhaust gas, the torque Md, the exhaust gas temperature T and possibly other variables can be detected.
  • the electronic control device 30 calculates the fuel quantity to be injected on the basis of the actual value and the desired value. The actual value results from the signal of the measuring sensor 20.
  • the output signal of the setpoint specification 35 serves as the setpoint.
  • the setpoint specification determines the setpoint based, among other things, on the accelerator pedal position, but the output signal of a vehicle speed controller 36 can also be used.
  • the electronic control device also takes into account special operating conditions, such as. B. the start case, errors or emergency situations. You can also limit the amount of fuel to be injected, so that certain sizes, for. B. exhaust gas temperature, speed, lambda, smoke or load are not exceeded.
  • this quantity signal is fed to an interlocking system which applies the same quantity of fuel to all cylinders.
  • Other devices have a control device for each cylinder.
  • the device according to the invention comprises only one electronic control device for all cylinders, which emits a quantity signal. Based on this quantity signal and the correction values stored in the memory 50, the control device 40 calculates the metering signals for the signal boxes 45 assigned to the individual cylinders. Only one signal box per internal combustion engine can be present, then fuel is metered into the individual cylinders one after the other, or it is for each cylinder has an interlocking.
  • So z. B. diesel engines are known in which the signal boxes 45 are designed as solenoid valves. Depending on the presence of a metering signal, the solenoid valves open or close and thereby determine the start and end of the fuel supply to the individual cylinders.
  • the correction values are designed in a particularly advantageous manner so that the same amount of fuel is supplied to all cylinders, or so that the measured values (speed, torque or exhaust gas temperature) of internal combustion engine 10 are the same as a result of the burns in the individual cylinders.
  • the evaluation circuit 60 is activated.
  • the evaluation circuit 60 then outputs control pulses to the control device 40 and observes the reaction at the measurement sensors 20. Depending on the reaction of the measurement sensors 20, it then calculates correction values which are stored in the memory 50.
  • the memory 50 is in a particularly advantageous manner a memory which does not lose its content when the internal combustion engine is switched off, but can be rewritten at any time.
  • the procedure is carried out in a particularly advantageous manner at different speed and load points, the correction values are then stored in a characteristic diagram depending on the speed and load.
  • the quantity signal of the control device 30 is divided between the individual cylinders. These metering signals for the individual cylinders are then modified additively and / or multiplicatively by means of the correction values stored in the memory 50.
  • the correction values are determined when the internal combustion engine is operated for the first time. This can e.g. B. in the last step of the manufacture of the internal combustion engine. After the internal combustion engine has been installed, a first test run takes place, in which the correction values are determined and stored.
  • the correction can also be carried out as part of the service or at suitable stationary operating points.
  • evaluation circuit 60 The function of the evaluation circuit 60 is explained below with reference to the figures and flow diagrams. This is done, for example, for a 4-cylinder internal combustion engine, but the methods can also be easily transferred to an internal combustion engine with a different number of cylinders.
  • FIG. Figure 2a shows the original metering pulses, in which the duration of the metering pulses are the same for the individual cylinders.
  • Figure 2 b shows the torque curve over a combustion cycle, that is, combustion takes place in all cylinders. Instead of the torque signal, a lambda signal, an exhaust gas temperature signal, or a speed signal can also be used.
  • Figure 2 c shows the corrected metering signals.
  • the metering signal of the cylinder 4 is shorter than the original metering signal Z4 by the time period DZ4.
  • the transducers deliver measured values corresponding to FIG. 2 d. They show a torque curve that is uniform for all cylinders.
  • each cylinder must be assigned a transducer, and the measured values of the sensors are evaluated directly.
  • the correction values are determined as shown in the flow chart in FIG. 3.
  • the evaluation circuit 60 sends a control pulse to the control device 40, on which the control device 40 measures a defined amount of fuel.
  • the actuators of the individual cylinders become equal with metering signals Zi Duration Z applied.
  • FIG. 2 b shows the course of a measured value, here the torque.
  • the evaluation circuit calculates the mean value MM of the measured values Mi.
  • the correction values DZi are proportional to the difference Di or to the ratio of the differences Di and the mean value MM.
  • step 116 the evaluation circuit 60 uses a control pulse to cause the control device 40 to take the determined correction values into account for the next fuel metering. The fuel is metered using the corrected metering signals.
  • FIGS. 4 and 5 A further exemplary embodiment of the evaluation circuit 60 is shown in FIGS. 4 and 5.
  • the fuel supply to the individual cylinders is interrupted one after the other and the reaction of the measured value detected by the measured value sensor 20 is observed. If the same amount of fuel is metered to all cylinders with the same metering signal, this always results in the switching off of the fuel supply to the individual cylinders same change in measured value. If a cylinder, in this example cylinder 4, receives a larger amount of fuel, then when this cylinder is switched off, the measured value decreases more than that of the others.
  • FIG. 4 shows the reaction of the measured value when the individual cylinders are switched off. If all cylinders are supplied with fuel, the measured value M0 results. If the fuel supply to one cylinder is interrupted for a period T, this is reflected in a decrease in the measured value by the value Mi.
  • the flowchart in FIG. 5 shows the correction value determination.
  • the evaluation circuit 60 emits a control pulse to the control device 40 in step 202.
  • the sensor 20 detects the measured value M0. In a particularly advantageous manner, one of the values exhaust gas temperature, lambda value of the exhaust gas, rotational speed or torque is used as the measured value, only one sensor being necessary.
  • a counter i is now set to the value 1.
  • the new measured value MNi is recorded.
  • the fuel supply must remain switched off until the measured value MNi assumes a constant value.
  • the difference Mi of the measured value from the measured value M0 before the i-th cylinder is switched off and the new measured value MNi after the switch-off is formed in the difference formation 212.
  • These values are stored in step 214 until further processing.
  • the subsequent interrogation unit 216 recognizes whether the counter has already reached the value 4. If i is less than 4, the counter is increased 218 by one. The query thereby recognizes whether the values Mi have been recorded for all cylinders.
  • the further processing takes place as described in FIG. 3, the interrogation unit 110 being omitted.
  • the steps 226, averaging 106, forming a difference 108, calculating the correction values 114 for the individual cylinders and storing 112 the correction values DZi, are carried out in succession. It is particularly advantageous in this embodiment that only one transducer is required. This can e.g. B. be a transducer that is already available for controlling the internal combustion engine.
  • FIG. 7 shows a flow diagram of the correction value determination
  • FIG. 6 shows individual sequences of metering signals during the course of the correction value determination.
  • the evaluation circuit 60 generates a control pulse, upon which the control device 40 emits metering signals.
  • the sensor 20 detects the measured value M0 in step 302, which is for the operation of all cylinders is characteristic.
  • a counter i is initialized with 1.
  • an additional signal ZD is calculated by which the metering signals Zm of the other cylinders are extended.
  • the duration of the metering signals Zm for the remaining cylinders is calculated as the sum of the original metering signal Z and the additional signal ZD.
  • the new measured value MN is then acquired in step 310.
  • Query 322 recognizes from counter i whether the fuel supply to all cylinders has been interrupted once and the above method has been carried out once. If this is not the case, the counter i is increased 324 by one. The further calculation of the mean values MM, the difference values Di and the correction values DZi and the storage of the correction values is carried out in accordance with FIG. 3 (steps 106, 108, 112 and 114) described.
  • the following modification provides information about the behavior of the signal box at a defined operating point.
  • the correction signal is determined by injecting an amount of fuel reduced by a certain amount.
  • Zi 0, Zi is only reduced by a small amount.
  • the correction values for various operating points are calculated from the reaction of the measured value to this quantity reduction, as explained in the previous exemplary embodiment.
  • FIGS. 8 and 9 A further embodiment of the evaluation circuit 60 is shown in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 9 again shows the corresponding flow chart.
  • Figures 8 a and 8 b different sequences of metering signals in the course of the correction value determination.
  • the sensor 20 detects the measured value M0.
  • the third step 406 By connecting a defined consumer in the third step 406, the internal combustion engine is subjected to a higher load.
  • the additional signal ZD results from the additional fuel quantity.
  • the counter i is set to one in step 404.
  • the evaluation circuit 60 sends a control pulse to the control device 40, which increases the control pulses Zi (see also FIG. 8b) by the value ZD in the i-th cylinder.
  • the new measured value MN is recorded 410 and compared 412 with the original M0. Depending on this comparison 414, the additional quantity ZD is increased 418 or decreased 416.
  • the measured value acquisition outputs the original measured value M0 so Mi is set equal to ZD.
  • the further evaluation takes place as described in the previous figures.
  • the query device 422 (corresponding to FIG. 7 322) queries whether the increase ZD has already been determined for all cylinders. If this is the case, the counter i is increased 424 by 1.
  • the further evaluation by averaging and the difference formation follows accordingly, as described in FIG. 3.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der Hauptansprüche.
  • Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung ist aus der US-A 4 790 277 bekannt. Diese Schrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Bei dieser Einrichtung werden unter bestimmten Bedingungen Korrekturmittel aktiviert, die zylinderspezifische Korrekturwerte zur Zylindergleichstellung bereitstellen und dauerhaft abspeichern. Angaben dahingehend, wie diese Korrekturwerte zu ermitteln sind, enthält diese Schrift nicht.
  • Die EP-A-170 891 beschreibt ein Optimierungsverfahren zur Ermittlung der Korrekturwerte. Bei dem beschriebenen Verfahren wird bei konstanter Ansaugluftmenge die Einspritzmenge für zwei Zylinder der Brennkraftmaschine derart gegenläufig gewobbelt, daß die Gesamteinspritzzeit bzw. die Gesamteinspritzmenge aller Zylinder konstant gehalten wird. Anschließend wird festgestellt, bei welcher Phasenlage des Wobbelsignals das maximal mögliche Drehmoment für die Brennkraftmaschine erzielt wird. Bei diesem Verfahren müssen immer jeweils zwei Wertepaare der Einspritzmenge gegenseitig gewobbelt werden. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und recht zeitintensiv.
  • Ferner ist aus DE-OS 37 33 992 ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr für einen Mehrzylindermotor bekannt. Eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Kraftstoffpumpe besitzt mehrere Auslässe zum Anschluß an entsprechende Einspritzdüsen der zugeordneten Brennkraftmaschine. Elektromagnetisch betätigbare Ventile steuern die Menge des durch jeden Auslaß zu fördernden Kraftstoffes. Abhängig von einem Kraftstoffmengensignal werden die Ventile durch ein Leistungsmodul gesteuert. Eine Vergleichsschaltung vergleicht die Motordrehzahl über einen Arbeitstakt des Motors mit der Motordrehzahl über den vorherigen Arbeitstakt. Abhängig von diesem Vergleich liefert eine Verteileinrichtung zylinderspezifische Ansteuersignale an die Leistungsmodule.
  • Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß die Abgleichvorgänge bei jedem Verbrennungszyklus durchgeführt werden. Dies ist mit einem erheblichen Aufwand an Rechenzeit verbunden.
  • Aus der DE-OS 33 36 028 ist ein Verfahren zur Beeinflussung von Steuergrößen einer Brennkraftmaschine bekannt. Zur Vermeidung von Schwingen und "Schütteln" im Leerlauf, die auf unterschiedliche Kraftstoffmengen, die den einzelnen Zylindern zugeführt werden, beruhen, ist jedem Zylinder eine separate Regelung zugeordnet, die in Abhängigkeit von einem Soll- und einem Ist-Wert die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmen. Für jeden Zylinder ist also ein Regler notwendig, was einen sehr großen Bauteilebedarf zur Folge hat. Die Korrekturen müssen bei diesem Verfahren bei jeder Zumessung neu berechnet werden.
  • Ferner ist aus der DE-OS 30 11 595 eine Einrichtung zur Drift-Kompensation von Kraftstoffzumeßsystemen bekannt. Bei dieser Einrichtung wird nicht die zugemessene Menge sondern lediglich die Stellung eines mengenbestimmendes Stellwerks geregelt. Aufgabe dieser Einrichtung ist es, die ursprünglich geltende Zuordnung zwischen der gesamten eingespritzen Kraftsoffmenge und dem Positionssignals des mengenbestimmenden Gliedes aufrecht zu erhalten. Streuungen in der Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern werden nicht ausgeglichen.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Steuern und Regeln einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, Wege aufzuzeigen um Streuungen der Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zu erkennen und zu kompensieren. Dies soll mit möglichst geringem Aufwand an Rechenzeit und Bauteilen erfolgen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen besitzen gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß die Korrekturwerte nur bei Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen berechnet werden, und dann für die folgenden Kraftstoffzumessungen zur Verfügung stehen. Streuungen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, die auf Fertigungstoleranzen des Einspritzsystems beruhen, können beim erstmaligen Betrieb der Brennkraftmaschine korrigiert werden. Diese Korrekturwerte stehen dann für den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine zur Verfügung und müssen nicht bei jeder Zumessung neu berechnet werden. Des weiteren können auch Streuungen, die erst im Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten, korrigiert werden.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
    • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch eine elektronische Steuerund Regeleinrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, Figur 2 den Zusammenhang zwischen Ansteuerimpulsen und Meßwert, Figur 3 ein Flußdiagramm zur Ermittlung der Korrekturwerte ausgehend vom Messwert der einzelnen Zylinder, Figur 4 den Meßwert in Abhängigkeit davon, welcher Zylinder abgeschaltet ist, Figur 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Korrekturwertermittlung abhängig von der Mengenreduktion bei den einzelnen Zylindern, Figur 6 den Verlauf des Ansteuersignals für die einzelnen Zylinder, Figur 7 ein Flußdiagramm eines Korrekturverfahrens, bei dem die Verminderung der Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder durch eine Mehrmenge bei den anderen Zylindern ausgeglichen wird. Figur 8 zeigt die Ansteuerimpulse, Figur 9 ein Flußdiagramm eines Korrekturverfahrens, bei dem eine definierte Last zugeschaltet wird.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Figur 1 zeigt eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung für eine selbstzündende Brennkraftmaschine. An der Brennkraftmaschine 10 sind verschiedene Meßwertaufnehmer 20 angeordnet. Die Signale der Meßwertaufnehmer gelangen zum einen zu einer elektronischen Steuereinrichtung 30 und zum anderen zu einer Auswerteschaltung 60. Die elektronische Regeleinrichtung 30 erzeugt abhängig von den Ausgangssignalen der Meßwertaufnehmer 20 und der Sollwertvorgabe 35 ein Mengensignal. Die Steuereinrichtung 40 verarbeitet das Mengensignal, die Steuerimpulse der Auswerteschaltung 60, sowie die in einem Speicher 50 abgelegten Korrekturwerte zu Zumeßsignalen für die jedem Zylinder zugeordneten Stellwerke 45. Die Stellwerke 45 legen die durch Pumpenelemente in die einzelnen Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge fest. Die Auswerteschaltung 60 erhält Meßwerte von dem Meßwertaufnehmer 20, und gibt Steuerimpulse an die Steuereinrichtung 40 und Korrekturwerte an den Speicher 50 ab.
  • Im Normalbetrieb arbeitet die Einrichtung gemäß der Figur 1 wie folgt: Verschiedene Meßwertaufnehmer 20 erfassen den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Meßwerte. Insbesondere können die Drehzahl N, der Lambda-Wert des Abgases, das Drehmoment Md, die Abgastemperatur T und eventuell weitere Größen erfaßt werden. Die elektronische Regeleinrichtung 30 berechnet ausgehend vom Istwert und Sollwert die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Dabei ergibt sich der Istwert ausgehend vom Signal der Meßwertaufnehmer 20. Als Sollwert dient das Ausgangssignal der Sollwertvorgabe 35.
  • Die Sollwertvorgabe ermittelt den Sollwert unter anderem ausgehend von der Fahrpedalstellung, es kann aber auch das Ausgangssignal eines Fahrgeschwindigkeitsreglers 36 verwendet werden. Die elektronische Regeleinrichtung berücksichtigt weiterhin besondere Betriebszustände, wie z. B. den Startfall, Fehler oder Notsituationen. Sie kann ferner auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge begrenzen, so daß bestimmte Größen, z. B. Abgastemperatur, Drehzahl, Lambda, Rauch oder Last nicht überschritten werden.
  • Bei herkömmlichen Einrichtungen wird dieses Mengensignal einem Stellwerk zugeführt, das alle Zylinder mit der gleichen Kraftstoffmenge beaufschlagt. Andere Einrichtungen besitzen für jeden Zylinder eine Regeleinrichtung. Im Gegensatz dazu umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung nur eine elektronische Regeleinrichtung für alle Zylinder, die ein Mengensignal abgibt. Ausgehend von diesem Mengensignal und der im Speicher 50 abgelegten Korrekturwerte berechnet die Steuereinrichtung 40 die Zumeßsignale für die den einzelnen Zylindern zugeordneten Stellwerke 45. Dabei kann nur ein Stellwerk pro Brennkraftmaschine vorhanden sein, dann wird jeweils nacheinander den einzelnen Zylindern Kraftstoff zugemessen, oder es ist für jeden Zylinder ein Stellwerk ausgeführt.
  • So sind z. B. Dieselbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen die Stellwerke 45 als Magnetventile ausgeführt sind. Abhängig vom Vorliegen eines Zumeßsignals öffnen oder schließen die Magnetventile und legen dadurch den Beginn und das Ende der Kraftstoffzufuhr in die einzelnen Zylinder fest.
  • Die Korrekturwerte werden in besonders vorteilhafter Weise so ausgelegt, daß allen Zylindern die gleiche Kraftstoffmenge zugeführt wird, oder so, daß die Meßwerte (Drehzahl, Drehmoment oder Abgastemperatur) der Brennkraftmaschine 10 resultierend aus den Verbrennungen in den einzelnen Zylindern gleich sind.
  • Bei Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen wird die Auswerteschaltung 60 aktiviert. Die Auswerteschaltung 60 gibt dann Steuerimpulse an die Steuereinrichtung 40 ab und beobachtet die Reaktion an den Meßwertaufnehmern 20. Abhängig von der Reaktion der Meßwertaufnehmer 20 berechnet sie dann Korrekturwerte, die im Speicher 50 abgelegt werden. Bei dem Speicher 50 handelt es sich in besonders vorteilhafter Weise um einen Speicher, der seinen Inhalt bei Abschalten der Brennkraftmaschine nicht verliert, aber jederzeit neu beschrieben werden kann.
  • Die Prozedur erfolgt in besonders vorteilhafter Weise in unterschiedlichen Drehzahl- und Lastpunkten, die Korrekturwerte werden dann drehzahl- und lastabhängig in einem Kennfeld abgespeichert. Das Mengensignal der Regeleinrichtung 30 wird auf die einzelnen Zylinder aufgeteilt. Diese Zumeßsignale für die einzelnen Zylinder werden dann additiv und/oder multiplikativ mittels den im Speicher 50 abgelegten Korrekturwerten modifiziert.
  • Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Magnetventile, der Pumpenelemente oder der übrigen, die einzuspritzende Kraftstoffmenge beeinflussenden, Bauelemente werden die Korrekturwerte beim ersten Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt. Dies kann z. B. im letzten Schritt der Fertigung der Brennkraftmaschine erfolgen. Nach der Montage der Brennkraftmaschine erfolgt ein erster Probelauf, bei dem die Korrekturwerte ermittelt und abgespeichert werden.
  • Sind alle für die Korrektur notwendigen Meßwertaufnehmer bei der im Kraftfahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine vorhanden, so kann die Korrektur auch im Rahmen des Services bzw. bei geeigneten stationären Betriebspunkten erfolgen.
  • Die Funktion der Auswerteschaltung 60 wird im folgenden anhand der Figuren und Flußdiagramme erläutert. Dies geschieht beispielhaft für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine, die Verfahren können aber auch ohne weiteres auf eine Brennkraftmaschine mit anderer Zylinderzahl übertragen werden.
  • In Figur 2 sind die Zumeßsignale mit und ohne Korrektur, sowie die dazugehörigen Meßwerte aufgetragen. Figur 2a zeigt die ursprünglichen Zumeßimpulse, bei denen die Dauer der Zumeßimpulse für die einzelnen Zylinder gleich sind. Figur 2 b zeigt den Drehmomentverlauf über einen Verbrennungszyklus, das heißt, in allen Zylindern findet jeweils eine Verbrennung statt. An Stelle des Drehmomentsignals kann auch ein Lambda-Signal, ein Abgastemperatursignal, oder ein Drehzahlsignal Verwendung finden. Figur 2 c zeigt die korrigierten Zumeßsignale. Bei diesem Beispiel sind die Zumeßsignale für die Zylinder 1 bis 3 um den Wert DZ länger als das ursprüngliche Zumeßsignal Zi (i=1,2,3,4). Das Zumeßsignal des Zylinders 4 dagegen ist um die Zeitdauer DZ4 kürzer als das ursprüngliche Zumeßsignal Z4. Bei Ansteuerung mit diesen korrigierten Zumeßsignalen liefern die Meßwertaufnehmer Meßwerte entsprechend der Figur 2 d. Sie zeigen einen für alle Zylinder gleichmäßigen Drehmomentverlauf.
  • Steht nur ein Sensor für alle Zylinder zur Verfügung, muß dieser eine ausreichende zeitliche Auflösung besitzen. Das bedeutet, der Meßwertaufnehmer muß so schnell auf Änderungen reagieren, daß im Verlauf des Signals die Beiträge der einzelnen Zylinder unterschieden werden können. Steht ein solcher schneller Sensor nicht zur Verfügung, z. B. bei der Abgastemperaturmessung, so muß jedem Zylinder ein Meßwertaufnehmer zugeordnet werden, und die Meßwerte der Sensoren werden direkt ausgewertet.
  • Die Korrekturwerte werden wie im Flußdiagramm der Figur 3 dargestellt ermittelt. Nach Start 100 der Korrekturwertermittlung, gibt in einem ersten Schritt 102 die Auswerteschaltung 60 einen Steuerimpuls an die Steuereinrichtung 40 ab, auf den hin diese den Zylindern eine definierte Kraftstoffmenge zumißt. In unserem Fall werden die Stellglieder der einzelnen Zylinder mit Zumeßsignalen Zi gleicher Dauer Z beaufschlagt. Die Dauer Zi (i=1,2,3,4) der Zumeßsignale für die einzelnen Zylinder zeigt Figur 2 a. In Figur 2 b ist der Verlauf eines Messwertes, hier des Drehmoments, dargestellt. Jedem Zylinder ist ein Drehmoment-Meßwert Mi (i=1,2,3,4) zugeordnet, die im Schritt 104 gemessen werden. In einem weiteren Schritt 106 berechnet die Auswerteschaltung den Mittelwert MM der Messwerte Mi. In einem Schritt 108 werden die Differenzen Di (i=1,2,3,4) zwischen dem Mittelwert MM, der einzelnen Messwerte, und den Messwerten Mi der einzelnen Zylinder gebildet. Erkennt die Entscheidungsstufe 110, daß alle Meßwerte Mi gleich sind, das bedeutet, daß die Differenzen Di Null sind, das heißt kleiner als eine Schwelle sind, so erfolgt im Schritt 112 die Abspeicherung der Korrekturwerte DZi in dem Speicher 50, und die Korrekturwertermittlung ist beendet.Die von der Auswerteschaltung 60 ermittelten Korrekturwerte DZi werden im Speicher 50 dauerhaft abgelegt.
  • Im Schritt 114 berechnet die Auswerteschaltung 60, abhängig von den Differenzen Di zwischen den Messwerten Mi für die einzelnen Zylinder und dem Mittelwert MM, Korrekturwerte DZi (i=1,2,3,4). Die Korrekturwerte DZi sind dabei proportional zur Differenz Di oder zum Verhältnis aus den Differenzen Di und dem Mittelwert MM. Im Schritt 116 veranlaßt die Auswerteschaltung 60 mit einem Steuerimpuls die Steuereinrichtung 40, die ermittelten Korrekturwerte bei den nächsten Kraftstoffzumessungen zu berücksichtigen. Die Kraftstoffzumessung erfolgt mit den korrigierten Zumeßsignalen.
  • In Figur 4 und Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auswerteschaltung 60 dargestellt. Zur Bestimmung der Korrekturwerte wird die Kraftstoffzufuhr nacheinander zu den einzelnen Zylindern unterbrochen und die Reaktion des vom Meßwertaufnehmer 20 erfaßten Meßwerts beobachtet. Wird allen Zylindern bei gleichem Zumeßsignal die gleiche Kraftstoffmenge zugemessen, so ergibt sich beim Abschalten der Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern immer die gleiche Änderung beim Meßwert. Erhält ein Zylinder, in diesem Beispiel der Zylinder 4, eine größere Kraftstoffmenge, so nimmt beim Abschalten dieses Zylinders der Meßwert stärker ab, als bei den übrigen.
  • In Figur 4 ist nun die Reaktion des Meßwertes bei Abschalten der einzelnen Zylinder dargestellt. Werden alle Zylinder mit Kraftstoff beaufschlagt, so ergibt sich der Meßwert M0. Wird für einen Zeitraum T die Kraftstoffzufuhr zu jeweils einem Zylinder unterbrochen, so äußert sich dies in einer Abnahme des Meßwerts um den Wert Mi.
  • Das Flußdiagramm der Figur 5 zeigt die Korrekturwerteermittlung. Nach dem Startschritt 200 gibt die Auswerteschaltung 60 im Schritt 202 einen Steuerimpuls an die Steuereinrichtung 40 ab. Diese erzeugt Zumeßsignale Zi (i=1,2,3,4), aufgrund derer alle Zylinder mit einer definierten Kraftstoffmenge versorgt werden. Besonders Vorteilhaft ist es wenn alle Zumeßsignale Zi gleich lang sind. Anschließend im Schritt 204 erfaßt der Meßwertaufnehmer 20 den Meßwert M0. Als Meßwert wird in besonders vorteilhafter Weise einer der Werte Abgastemperatur, Lambda-Wert des Abgases, Drehzahl oder Drehmoment verwendet, dabei ist nur ein Sensor notwendig.
  • Im Schritt 206 wird nun ein Zähler i auf den Wert 1 gesetzt. Im Schritt 202 werden die Zumeßsignale Zi beim i-ten Zylinder so gewählt, daß keine Kraftstoffzumessung erfolgt Zi=0. Im Schritt 210 wird der neue Meßwert MNi erfaßt. Dabei muß die Kraftstoffzufuhr so lange abgeschaltet bleiben, bis der Meßwert MNi einen konstanten Wert annimmt. In der Differenzbildung 212 wird die Abnahme Mi des Meßwertes aus Meßwert M0 vor dem Abschalten des i-ten Zylinders und des neuen Meßwerts MNi nach dem Abschalten gebildet. Diese Werte werden im Schritt 214 bis zur weiteren Verarbeitung abgespeichert. Die sich daran anschließende Abfrageeinheit 216 erkennt, ob der Zähler schon den Wert 4 erreicht hat. Ist i kleiner als 4 so wird der Zähler um eins erhöht 218. Die Abfrage erkennt dadurch ob die Werte Mi für alle Zylinder erfaßt sind.
  • Sind alle Meßwerte Mi für die einzelnen Zylinder erfaßt, so erfolgt die Weiterverarbeitung entsprechend wie in Figur 3 beschrieben, die Abfrageeinheit 110 entfällt dabei. Nacheinander erfolgen die schon in Figur 3 beschriebenen Schritte 226, Mittelwertbildung 106, Differenzbildung 108, Berechnung der Korrekturwerte 114 für die einzelnen Zylinder und Abspeichern 112 der Korrekturwerte DZi. Besonders vorteilhaft an diesem Ausführungsbeispiel ist, daß nur ein Meßwertaufnehmer benötigt wird. Dies kann z. B. ein Meßwertaufnehmer sein, der zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine schon vorhanden ist.
  • In den Figuren 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Figur 7 zeigt ein Flußdiagramm der Korrekturwertermittlung, in Figur 6 sind einzelne Abfolgen von Zumeßsignalen im Laufe der Korrekturwertermittlung aufgezeigt. Im ersten Korrekturschritt 300 erzeugt die Auswerteschaltung 60 einen Steuerimpuls, auf den hin die Steuereinrichtung 40 Zumeßsignale abgibt. Diese Zumeßsignale sind in Figur 6 a dargestellt, die Zumeßsignale Zi (i=1,2,3,4) für die einzelnen Zylinder sind alle von gleicher Dauer Z. Bei dieser Ansteuerung erfaßt der Meßwertaufnehmer 20 im Schritt 302 den Meßwert M0, der für den Betrieb aller Zylinder charakteristisch ist.
  • Im Schritt 304 wird ein Zähler i mit 1 initialisiert. In einem weiteren Schritt 306 veranlaßt ein Steuerimpuls der Auswerteschaltung 60, daß die Steuereinrichtung 40 das Stellwerk des i-ten Zylinders mit einem solchen Zumeßsignal Z=0 beaufschlagt, daß diesem Zylinder kein Kraftstoff zugeführt wird, d.h. der Zylinder ist abgeschaltet. Ferner wird eine Zusatzsignal ZD berechnet, um das die Zumeßsignale Zm der übrigen Zylinder verlängert werden. Im Schritt 308 wird die Dauer der Zumeßsignale Zm für die übrigen Zylinder, als Summe aus dem ursprünglichen Zumeßsignal Z und dem Zusatzsignal ZD, berechnet.
  • Im Schritt 310 wird dann der neue Meßwert MN erfaßt. Die Differenzbildung 312 bestimmt die Differenz D aus Meßwert M0 vor dem Abschalten des i-ten Zylinders und dem Meßwert MN nach der Mengenerhöhung um ZD. Abhängig von der Differenz D wählt die Entscheidungsstufe 314 den nächsten Schritt aus. Ist der neue Meßwert MN größer als der Wert M0 vor dem Abschalten, so wird die Zusatzmenge ZD um eine kleinen Betrag b vermindert. Ist der neue Meßwert kleiner als der alte M0, so wird die Zusatzmenge ZD um eine kleinen Betrag b erhöht. Anschließend folgt erneut der Schritt 308. Ist die Differenz jedoch Null, das heißt kleiner als ein vorgegebener Schwelle, so wird in Schritt 320 Mi = 3 * ZD gesetzt.
  • Die Abfrage 322 erkennt anhand des Zählers i ob die Kraftstoffzufuhr zu allen Zylindern einmal unterbrochen und obiges Verfahren einmal durchgeführt wurde. Ist dies nicht der Fall so wird der Zähler i um eins erhöht 324. Die weitere Berechnung der Mittelwerte MM, der Differenzwerte Di und der Korrekturwerte DZi sowie das Abspeichern der Korrekturwerte erfolgt entsprechend wie in Figur 3 (Schritte 106, 108, 112 und 114) beschrieben.
  • Mit den beschriebenen Verfahren ergibt sich nur eine Aussage über die absolute Auslaßstreuung. Eine Aussage über das Verhalten des Stellwerks an einem definierten Arbeitspunkt ergibt sich mit folgender Modifikation. Am gewünschten Arbeitspunkt, d. h. bei einer bestimmten einzuspritzenden Kraftstoffmenge wird das Korrektursignal dadurch bestimmt, daß eine um einen bestimmten Betrag reduzierte Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Statt Zi=0 wird Zi nur um einen kleinen Betrag vermindert. Aus der Reaktion des Messwerts auf diese Mengenreduktion werden, entsprechend wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel erläutert, die Korrekturwerte für verschiedene Arbeitspunkte berechnet. Mittels dieser Modifikation kann eine Aussage über die Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge bei einer Änderung der Dauer des Zumeßsignals, an einem beliebigen Arbeitspunkt, erfolgen.
  • In Figur 8 und 9 ist eine weitere Ausgestaltung der Auswerteschaltung 60 dargestellt. Figur 9 zeigt wieder das entsprechende Flußdiagramm. Die Figur 8 a und 8 b verschiedene Folgen von Zumeßsignalen im Laufe der Korrekturwertermittlung. Im ersten Schritt 400 der Korrektur werden alle Stellwerke mit gleichem Zumeßsignalen Zi = Z gemäß Figur 8 a beaufschlagt. Im zweiten Schritt 402 erfaßt der Meßwertaufnehmer 20 den Meßwert M0. Durch Zuschalten eines definierten Verbrauchers im dritten Schritt 406 erfolgt eine höhere Belastung der Brennkraftmaschine. Eine definierte Last z. B. die Lichtmaschine wird zugeschaltet, dabei ist bekannt um welche Menge die Kraftstoffzufuhr erhöht werden muß. Aus der zusätzlichen Kraftstoffmenge ergibt sich das Zusatzsignal ZD.
  • Entsprechend wie in Figur 7 wird in Schritt 404 der Zähler i auf eins gesetzt. Um die Drehzahl bzw. das abgegebene Drehmoment auf dem ursprünglichen Wert M0 zu halten, gibt die Auswerteschaltung 60 einen Steuerimpuls an die Steuereinrichtung 40 ab, der die Ansteuerimpulse Zi (siehe auch Figur 8b) beim i-ten Zylinder um den Wert ZD erhöht. Entsprechend wie in Figur 7 (310, 312, 314) wird der Neue Meßwert MN erfaßt 410 und mit dem ursprünglichen M0 verglichen 412. Abhängig 414 von diesem Vergleich wird die Zusatzmenge ZD erhöht 418 oder vermindert 416. Gibt die Meßwerterfassung den ursprünglichen Meßwert M0 aus so wird Mi gleich ZD gesetzt. Die weitere Auswertung erfolgt wie Mi in den vorherigen Figuren beschrieben. Die Abfrageeinrichtung 422 (entsprechend wie in Figur 7 322) fragt ab, ob schon für alle Zylinder die Erhöhung ZD ermittelt ist. Wenn dies der Fall ist, so wird der Zähler i um 1 erhöht 424. Die weitere Auswertung durch die Mittelwertbildung und die Differenzbildungen folgt entsprechend, wie in Figur 3 beschrieben.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit mindestens einem Meßwertaufnehmer (20), einer elektronischen Regeleinrichtung (30) zur Bildung eines Mengensignals zur Kraftstoffzumessung, einer Steuereinrichtung (40) zur zylinderspezifischen Ansteuerung eines Stellwerks (45), das die von einem Pumpenelememt in einem Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, wobei unter bestimmten Bedingungen Korrekturmittel (50, 60) aktiviert werden, die zylinderspezifische Korrekturwerte zur Zylindergleichstellung bereitstellen und dauerhaft abspeichern wobei die Steuereinrichtung (40) abhängig vom Mengensignal und den Korrekturwerten die Stellwerke (45) mit Zumeßsignalen beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Kokrrekturwerte eine definierte Last zugeschaltet wird, wobei sich der Korrekturwert für einen bestimmten Zylinder aus der Änderung des Zumeßsignals des bestimmten Zylinders ergibt, die nötig ist, um den Meßwert wenigstens einer der Größen Abgastemperatur, Lambda-Wert, Drehzahl oder Drehmoment zu erhalten, der vor der Zuschaltung der definierten Last vorlag.
  2. Verfahren zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit mindestens einem Meßwertaufnehmer (20), einer elektronischen Regeleinrichtung (30) zur Bildung eines Mengensignals zur Kraftstoffzumessung, einer Steuereinrichtung (40) zur zylinderspezifischen Ansteuerung eines Stellwerks (45), das die von einem Pumpenelememt in einem Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, wobei unter bestimmten Bedingungen Korrekturmittel (50, 60) aktiviert werden, die zylinderspezifische Korrekturwerte zur Zylindergleichstellung bereitstellen und dauerhaft abspeichern wobei die Steuereinrichtung (40) abhängig vom Mengensignal und den Korrekturwerten die Stellwerke (45) mit Zumeßsignalen beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Korrekturwerte die einem bestimmten Zylinder zuzuführende Kraftstoffmenge reduziert wird, wobei sich der Korrekturwert für den bestimmten Zylinder aus der Änderung der Zumeßsignale der übrigen Zylinder ergibt, die nötig ist, um den Meßwert wenigstens einer der Größen Abgastemperatur, Lambdawert, Drehzahl, oder Drehmoment zu erhalten, der vor der Reduktion der Kraftstoffzufuhr vorlag.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel (50, 60) am Bandende des Motorherstellers, in bestimmten Intervallen und/oder bei ausgewählten stationären Betriebspunkten aktiviert werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte an verschiedenen Arbeitspunkten ermittelt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte abhängig von Last und Drehzahl abgespeichert werden.
  6. Vorrichtung zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit mindestens einem Meßwertaufnehmer (20), einer elektronischen Regeleinrichtung (30) zur Bildung eines Mengensignals zur Kraftstoffzumessung, einer Steuereinrichtung (40) zur zylinderspezifischen Ansteuerung eines Stellwerks (45), das die von einem Pumpenelememt in einem Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, mit Mitteln, die unter bestimmten Bedingungen Korrekturmittel (50, 60) aktivieren, die zylinderspezifische Korrekturwerte zur Zylindergleichstellung bereitstellen und dauerhaft abspeichern wobei die Steuereinrichtung (40) abhängig vom Mengensignal und den Korrekturwerten die Stellwerke (45) mit Zumeßsignalen beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die eine definierte Last zuschalten, wobei die Mittel den Korrekturwert für einen bestimmten Zylinder aus der Änderung des Zumeßsignals des bestimmten Zylinders bestimmen, die nötig ist, um den Meßwert wenigstens einer der Größen Abgastemperatur, Lambda-Wert, Drehzahl oder Drehmoment zu erhalten, der vor der Zuschaltung der definierten Last vorlag.
  7. Vorrichtung zum Steuern und Regeln einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit mindestens einem Meßwertaufnehmer (20), einer elektronischen Regeleinrichtung (30) zur Bildung eines Mengensignals zur Kraftstoffzumessung, einer Steuereinrichtung (40) zur zylinderspezifischen Ansteuerung eines Stellwerks (45), das die von einem Pumpenelememt in einem Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge festlegt, mit Mitteln, die unter bestimmten Bedingungen Korrekturmittel (50, 60) aktivieren, die zylinderspezifische Korrekturwerte zur Zylindergleichstellung bereitstellen und dauerhaft abspeichern wobei die Steuereinrichtung (40) abhängig vom Mengensignal und den Korrekturwerten die Stellwerke (45) mit Zumeßsignalen beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die zur Bestimmung der Korrekturwerte, die einem bestimmten Zylinder zuzuführende Kraftstoffmenge reduzieren, wobei die Mittel den Korrekturwert für den bestimmten Zylinder aus der Änderung der Zumeßsignale der übrigen Zylinder bestimmen, die nötig ist, um den Meßwert wenigstens einer der Größen Abgastemperatur Lambdawert, Drehzahl, oder Drehmoment zu erhalten, der vor der Reduktion der Kraftstoffzufuhr vorlag.
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