EP1132600B1 - Adaptionsverfahren zur Steuerung der Einspritzung - Google Patents

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EP1132600B1 EP01103435A EP01103435A EP1132600B1 EP 1132600 B1 EP1132600 B1 EP 1132600B1 EP 01103435 A EP01103435 A EP 01103435A EP 01103435 A EP01103435 A EP 01103435A EP 1132600 B1 EP1132600 B1 EP 1132600B1
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lean
internal combustion
cylinder
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Gerd Dr. Rösel
Hong Dr. Zhang
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    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors

Definitions

  • the invention relates to an adaptation method for control the injection of a multi-cylinder internal combustion engine, the phased stoichiometric, Lambda-1 controlled and operated lean becomes.
  • the internal combustion engine In a lower load range, the internal combustion engine is used a heavily layered cylinder load and high excess air operated (hereinafter referred to as stratified-lean Operation designated). Among other things, this through a late injection in the compression stroke just before the ignition point reached. The internal combustion engine is avoided of throttle losses largely when the throttle valve is open operated.
  • the internal combustion engine becomes lean in an upper load range and operated with homogeneous cylinder charge (hereinafter referred to as referred to as homogeneously lean operation).
  • the injection takes place already during the intake stroke to ensure thorough mixing to get fuel and air.
  • the air mass sucked in is according to the requested torque, for example requested by a driver at an accelerator pedal is set via a throttle valve.
  • the internal combustion engine can also use stoichiometric Fuel-air mixture are operated (hereinafter referred to as stoichiometric operation). Doing so the required amount of fuel from the inducted in a known manner Combustion air mass taking into account the Speed calculated and if necessary via a lambda control corrected.
  • homogeneous operation The homogeneous, lean operation and the stoichiometric operation are summarized below under the term "homogeneous operation”.
  • Fuel injectors naturally have a certain Deviation of their actual behavior from the specified target behavior on. This deviation can be due to manufacturing tolerances be, or result from changes in operations, for example through deposits. It is therefore known in stoichiometric operation a so-called cylinder equality perform in the cylinder-specific differences of the injection valves are adaptively compensated. By correcting the control of the respective Injectors ensure that each cylinder is exactly in the stoichiometric operation with lambda 1 control is running. ever after tolerance or age-related deviation that the respective Injector shows, this equality can be a Excess or shortage of fuel mean that during operation of the respective injection valve is used as a correction must become.
  • the invention is based on the knowledge that in the stratified-lean Operation for the behavior of the internal combustion engine essentially the spray characteristics of an injector emitted beam is determining. Are there individual changes in the injector characteristics in stratified-lean operation mainly relevant to torque, whereas in homogeneous operation (both homogeneously lean and also stoichiometric) of the internal combustion engine mainly are relevant to emissions. According to the invention is therefore a known ⁇ equality in homogeneous operation of the internal combustion engine carried out, a first correction factor for change predefined basic injection values for each injection valve determined and saved. With this first correction factor is achieved that the respective injectors all show the same actual behavior; tolerance or aging Deviations in the delivered fuel mass are balanced.
  • the internal combustion engine now changes to the stratified-lean Operation, so here is also an equality carried out, now no longer a stoichiometric or Homogeneous, lean mixture for the individual cylinders but that emitted by the respective cylinder torque; one therefore speaks of torque equality.
  • the torque equalization is from respective last stored first correction factor of previous homogeneous operating phase, i.e. the first Correction factor is now for stratified-lean operation used, in addition a determination or adaptation a second correction factor takes place that is specific for the stratified and lean operation and together with that first correction factor is used. Starting from these The values are then assessed using an independent process Adaptation of the second correction factor in lean operation.
  • a target for torque equality in the stratified-lean Operation can preferably run smoothly of the internal combustion engine serve. You can do this using, for example a knock sensor to detect the smooth running cylinder selectively and Injection duration and / or start of injection for the individual Change the injection valves appropriately so that they run smoothly increases. Can be used in certain stratified, lean operating phases Operating conditions do not capture the smooth running like it does for example with strong dynamics of the internal combustion engine Case, it is possible to adapt the second correction factor suspend.
  • the deviation of the actual behavior of an injection valve must of his target behavior not in every phase be the same as the internal combustion engine.
  • the deviation depends on the fuel pressure.
  • the individual cylinder Correction factors of ⁇ and / or torque equalization to design depending on the operating parameters. Instead of a single first and second correction factor for each cylinder then you will save for a given Operating parameter classification according to several first and Store second correction factors, for example in suitable ones Maps.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with gasoline direct injection, both with stoichiometric as well as with a lean fuel-air mixture is operable.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with gasoline direct injection, both with stoichiometric as well as with a lean fuel-air mixture is operable.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with gasoline direct injection, both with stoichiometric as well as with a lean fuel-air mixture is operable.
  • the internal combustion engine has a piston 10, which is in a Cylinder 11 delimits a combustion chamber 12.
  • a combustion chamber 12 In the Combustion chamber 12 opens into an intake duct 13 at an inlet valve 14 through which the combustion air enters the combustion chamber 12 streams.
  • An outlet valve 15 connects the Combustion chamber 12 with an exhaust tract 16, in the other Course an oxygen sensor in the form of a broadband Lambda probe 17 and a NOx storage catalytic converter 18 with not shown three-way pre-catalyst.
  • a control unit 21 uses the signal from the lambda probe 17, a control unit 21 the fuel-air mixture accordingly the target specifications in different operating modes of the internal combustion engine regulated / controlled. For example, in stoichiometric operation a known lambda control.
  • a lambda control is located downstream of the NOx storage catalytic converter 18 a further lambda probe 32 which is used for control and setpoint control.
  • a NOx sensor can also be used.
  • the NOx storage catalytic converter 18 serves to operate during lean operation the exhaust gas limit values required of the internal combustion engine To be able to maintain NOx connections. It adsorbs due to its coating, those generated during lean combustion NOx compounds in the exhaust gas.
  • Throttle valve 20 The combustion air for the cylinder 11 flows through one Air mass meter 23 in the intake duct 13.
  • Throttle valve 20 is controlled by an electric motor Throttle body (E-gas system), whose opening cross section next to actuation by a driver (driver pedal position) too can be influenced by the control unit 21. With that you can For example, reduce disturbing load change reactions.
  • the throttle valve 20 is controlled by the control unit 21 almost completely opened in stratified lean operation.
  • the control unit 21 also provides appropriate intervention on the throttle valve 20 for a smooth transition from stoichiometric to homogeneously lean and from there to stratified-lean Business.
  • thermosensor 24 in the intake duct 13 24, which is connected to the control unit 21.
  • the temperature sensor 24 can also be used in the air mass meter 23 be integrated.
  • a spark plug 25 and an injection valve protrude in the combustion chamber 12 26, which is used for fuel injection from a High-pressure accumulator 27 is fed, which is part of a known Fuel supply for direct petrol injection is.
  • the control unit 21 is finally with a knock sensor 28 connected, the mechanical vibrations on the housing the internal combustion engine detects and a corresponding signal emits.
  • the speed of the internal combustion engine is over a the crankshaft or a sensor wheel attached to it Sensor 29 detected.
  • Others for operating the internal combustion engine necessary control parameters, e.g. accelerator pedal position, Signals from temperature sensors etc. are sent to the control unit 21 are also supplied and are general in FIG. 1 identified by reference numeral 30.
  • control device 21 is connected to a memory 34, in which different threshold values TQI_SW1, TQI_SW2 as well at least the maps KF1 and KF2 are stored, whose meaning will be discussed later.
  • the control unit 21 determines, depending on the operation, whether the internal combustion engine stoichiometric, homogeneously lean or stratified-lean to be operated.
  • control device 21 continuously determines the control data for the injection valve 26, that is, the start of injection and the injection duration or the injection end.
  • the injection starts on the crankshaft position related, known to the control unit 21 by means of the sensor 29 is.
  • Individuals due to aging and production tolerance Deviations of the individual injection valves 26 at to compensate for a multi-cylinder internal combustion engine is from Control unit 21 performed an adaptation process, the Flow chart is shown in Fig. 2, in which those beginning with S. Reference numerals denote steps of the process sequence.
  • Corresponding quantities are first initialized in a step S1.
  • the map KF1 is either with Default values, or with the last execution values determined during the adaptation process.
  • This Query is necessary if the adaptation process as independent process in control unit 21 is running. It is against it The query can be integrated into the operating mode control omitted in step S2, since it is then always known which operating mode is present.
  • Step S4 Signal of the lambda probe 32 recorded individually for each cylinder.
  • This cylinder-specific detection makes it possible to assess which mixture each cylinder receives on average. Doing so the internal combustion engine with the currently valid control values operated for injection.
  • the currently valid control values consist of a basic control value and a current value of a first correction factor to be described from the map KF1 together.
  • Step S5 queries whether there is a change of operating mode in the meantime took place. If this is the case, before step S2 jumped back, otherwise it is in the branch labeled "-" continued.
  • step S4 the system jumps back in a loop before step S4.
  • step S6 shows that individual cylinders not on average with the target mixture through their injectors 26 have been supplied, becomes cylinder-selective in step S7 a fuel quantity correction is calculated.
  • the to be metered to the cylinders via their injectors 26 Corrected the fuel quantity to the target mixture. For cylinders, that were operated with too rich a mixture, so calculates a fuel shortage; for cylinders with were operated to a lean mixture, a fuel excess.
  • This fuel quantity correction is the first mentioned above Correction factor. It is stored in the map KF1 in step S8.
  • step S4 is then instructed to control unit 21 during activation of the injection valves 26 the corresponding fuel quantity corrections map KF1. This will usually happen by the injection duration is reduced or extended accordingly. Through the sequence these steps achieve cylinder equality. As mentioned, the loop only becomes a step S5 jumped out if there is an operating mode change.
  • the internal combustion engine runs in stratified, lean operation so can equality by adapting the injectors 26 not with steps S4 to S8, because then no longer predominantly determines the injected fuel mass for the behavior of the internal combustion engine, but also consider the beam characteristics significantly is. Therefore, the first correction factor, i.e. the Fuel quantity and quantity of the map KF1 not be used more alone. Rather, an independent, Additional adaption for torque equalization in the stratified-lean Operation of the internal combustion engine necessary. Therefore is in lean operation of the internal combustion engine in Step S9 first on a further map KF2 with a second correction factor accessed. For torque equalization the injection takes place with two correction values, the first correction value that occurs during the stratified-lean Mode of operation remains unchanged, and the second Correction factor that is changed by adaptation.
  • the first correction factor i.e. the Fuel quantity and quantity of the map KF1 not be used more alone. Rather, an independent, Additional adaption for torque equalization in the stratified-lean Operation of the internal combustion engine necessary.
  • step S10 the running smoothness is recorded in a cylinder-selective manner.
  • This block 31 can for example also on the Signals from a torque sensor (not shown in FIG. 1) Take recourse.
  • step S10 provides the difference of the torques delivered to the individual cylinders.
  • step S11 it is again queried whether a Operating mode change is present. If this is the case, will Step S2 jumps back, otherwise step S12 continued.
  • This step S12 checks whether the difference of the Torques given torques below a threshold lies. Depending on the operating mode, this can be the Threshold value TQI_SW1 for the case of homogeneously lean operation or the threshold value TQI_SW2 for the stratified-lean case Act. If the difference is less than Threshold value for all cylinders, is jumped back before step S10, otherwise proceed to step S13.
  • step S13 the second correction factor becomes cylinder-selective for taking the beam characteristics of the Injector 26 updated.
  • This adaptation of the second Correction factor takes place on a torque equalization the cylinder 11 out.
  • the so adapted or second correction factor is changed in for each cylinder the map KF2 entered.
  • step S14 instructed the control unit 21 to use the second correction factor of the map KF2 together with the unchanged first Correction factor from the map KF1 when controlling the Injectors 26 to be considered. Then before step S10 jumped back.
  • the adaptation of the control of the injection valves 26 is used thus in stratified and lean operation of the internal combustion engine the first correction factor from ⁇ equality, but not the second correction factor in homogeneous operation.
  • the second correction factor that of torque equalization is adapted in stratified-lean operation, resembles a change in the jet characteristics of the injection valves 26, for example due to coking.

Description

Die Erfindung betrifft ein Adaptionsverfahren zur Steuerung der Einspritzung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die phasenweise stöchiometrisch, Lambda-1-geregelt und mager betrieben wird.
Um den Kraftstoffverbrauch von Otto-Brennkraftmaschinen weiter zu reduzieren, kommen Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung immer häufiger zum Einsatz. Bei einer solchen mageren Betriebsweise wird zwischen zwei grundlegenden Betriebsarten unterschieden.
In einem unteren Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit einer stark geschichteten Zylinderbeladung und hohem Luftüberschuss betrieben (im folgenden als geschichtet-magerer Betrieb bezeichnet). Dies wird u.a. durch eine späte Einspritzung in den Verdichtungshub kurz vor dem Zündzeitpunkt erreicht. Die Brennkraftmaschine wird dabei unter Vermeidung von Drosselverlusten weitgehend bei geöffneter Drosselklappe betrieben.
In einem oberen Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mager und mit homogener Zylinderladung betrieben (im folgenden als homogen-magerer Betrieb bezeichnet). Die Einspritzung erfolgt bereits während des Ansaugtaktes, um eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu erhalten. Die angesaugte Luftmasse wird entsprechend dem angeforderten Drehmoment, das beispielsweise von einem Fahrer an einem Fahrpedal abgefordert wird, über eine Drosselklappe eingestellt.
Schließlich kann die Brennkraftmaschine auch mit stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden (im folgenden als stöchiometrischer Betrieb bezeichnet). Dabei wird auf bekannte Weise die benötigte Kraftstoffmenge aus der angesaugten Verbrennungsluftmasse unter Berücksichtigung der Drehzahl berechnet und gegebenenfalls über eine Lambda-Regelung korrigiert.
Der homogen-magere Betrieb und der stöchiometrische Betrieb werden nachfolgend unter dem Begriff "homogener Betrieb" zusammengefasst.
Kraftstoff-Einspritzventile weisen naturgemäß eine gewisse Abweichung ihres Ist-Verhaltens vom spezifizierten Soll-Verhalten auf. Diese Abweichung kann fertigungstoleranzenbedingt sein, oder sich durch Veränderungen im Betrieb ergeben, beispielsweise durch Ablagerungen. Es ist deshalb bekannt, im stöchiometrischen Betrieb eine sogenannte Zylinder-Gleichstellung durchzuführen, in der zylinderindividuelle Unterschiede der Einspritzventile adaptiv ausgeglichen werden. Dabei wird durch Korrektur der Ansteuerung der jeweiligen Einspritzventile dafür gesorgt, dass jeder Zylinder exakt im stöchiometrischen Betrieb mit Lambda-1-Regelung läuft. Je nach toleranz- oder altersbedingter Abweichung, die das jeweilige Einspritzventil zeigt, kann diese Gleichstellung eine Mehr- oder Mindermenge an Kraftstoff bedeuten, die beim Betrieb des jeweiligen Einspritzventils als Korrektur zugrundegelegt werden muss.
Diese Zylinder-Gleichstellung ist bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen besonders von Bedeutung, da deren Einspritzventile direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine ragen und mithin besonders stark Alterungseinflüssen unterworfen sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einer Brennkraftmaschine, die sowohl im stöchiometrischen als auch im mageren Betrieb läuft, eine Adaption der Einspritzsteuerung erreicht wird, um Veränderungen der Einspritzventile sowohl in stöchiometrischen als auch in mageren Betriebsphasen auszugleichen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass im geschichtet-mageren Betrieb für das Verhalten der Brennkraftmaschine im wesentlichen die Strahlcharakteristik des von einem Einspritzventil abgegebenen Strahles bestimmend ist. Dabei sind individuelle Veränderungen der Einspritzventilcharakteristik im geschichtet-mageren Betrieb vorwiegend drehmomentrelevant, wogegen sie im homogenen Betrieb (sowohl homogen-mager als auch stöchiometrisch) der Brennkraftmaschine hauptsächlich emissionsrelevant sind. Erfindungsgemäß wird deshalb eine bekannte λ-Gleichstellung im homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt, ein erster Korrekturfaktor zur Veränderung vorgegebener Einspritzgrundwerte für jedes Einspritzventil ermittelt und abgespeichert. Mit diesem ersten Korrekturfaktor ist erreicht, dass die jeweiligen Einspritzventile alle das gleiche Istverhalten zeigen; toleranz- oder alterungsbedingte Abweichungen der abgegebenen Kraftstoffmasse sind ausgeglichen.
Wechselt die Brennkraftmaschine nun in den geschichtet-mageren Betrieb, so wird hier ebenfalls eine Gleichstellung durchgeführt, wobei nun nicht mehr ein stöchiometrisches oder homogen-mageres Gemisch für die einzelnen Zylinder zielführend ist, sondern das vom jeweiligen Zylinder abgegebene Drehmoment; man spricht deshalb von Drehmoment-Gleichstellung. Zur Ermittlung der zylinderindividuellen Korrekturfaktoren der Drehmoment-Gleichstellung wird dabei vom jeweiligen zuletzt abgespeicherten ersten Korrekturfaktor der vorherigen homogenen Betriebsphase ausgegangen, d.h. der erste Korrekturfaktor wird nun für den geschichtet-mageren Betrieb verwendet, wobei zusätzlich eine Ermittlung oder Adaption eines zweiten Korrekturfaktors erfolgt, der spezifisch für den geschichtet-mageren Betrieb ist und zusammen mit dem ersten Korrekturfaktor verwendet wird. Ausgehend von diesen Werten erfolgt dann mit einem eigenständigen Verfahren die Adaption des zweiten Korrekturfaktors im mageren Betrieb.
Da im homogenen Betrieb in erster Linie die injizierte Kraftstoffmasse, im geschichtet-mageren Betrieb aber im wesentlichen die Strahlcharakteristik bestimmend für das Verhalten der Brennkraftmaschine ist, kann der zweite Korrekturfaktor, der in der Adaption einer geschichtet-mageren Betriebsphase ermittelt wurde, schwerlich auf die λ-Gleichstellung im homogenen Betrieb verwendet werden. Deshalb wird vorzugsweise die λ-Gleichstellung im homogenen Betrieb bei einem Wechsel des Betriebsmodus von geschichtet-magerem Betrieb nach homogenem Betrieb wieder mit dem in dem Adaptionsalgorithmus des geschichtet-mageren Betriebes unveränderten ersten Korrekturfaktor, der als Ergebnis der Adaption in der vorherigen homogenen Betriebsphase erhalten wurde, fortgefahren und der letzte Wert des zweiten Korrekturfaktors bei der homogenen Betriebsphase nicht verwendet. Es laufen also zwei Adaptionsalgorithmen unabhängig, einer für den homogenen Betrieb und einer für den geschichtet-mageren Betrieb.
Als Zielgröße für die Drehmoment-Gleichstellung im geschichtet-mageren Betrieb kann vorzugsweise die Laufruhe der Brennkraftmaschine dienen. Dazu kann man beispielsweise mittels eines Klopfsensors die Laufruhe zylinderselektiv erfassen und Einspritzdauer und/oder Einspritzbeginn für die einzelnen Einspritzventile geeignet so verändern, dass die Laufruhe steigt. Kann man in geschichtet-mageren Betriebsphasen in gewissen Betriebszuständen die Laufruhe nicht erfassen, wie es beispielsweise bei starker Dynamik der Brennkraftmaschine der Fall sein kann, ist es möglich, die Adaption des zweiten Korrekturfaktors auszusetzen.
Natürlich muss die Abweichung des Istverhaltens eines Einspritzventils von seinem Sollverhalten nicht in jeder Phase der Brennkraftmaschine gleich sein. Beispielsweise ist denkbar, dass die Abweichung vom Kraftstoffdruck abhängt. Es ist deshalb in einer weiteren Ausbildung möglich, die zylinderindividuellen Korrekturfaktoren der λ- und/oder der Drehmoment-Gleichstellung betriebsparameterabhängig zu gestalten. Statt jeweils pro Zylinder einen einzelnen ersten und zweiten Korrekturfaktor zu speichern, wird man dann für eine gegebene Betriebsparametereinteilung entsprechend mehrere erste und zweite Korrekturfaktoren ablegen, beispielsweise in geeigneten Kennfeldern.
Die getrennten ersten und zweiten Korrekturfaktoren haben weiter den Vorteil, dass die auf sie wirkenden Adaptionsalgorithmen im homogenen und in geschichtet-magerem Betrieb langsam ausgelegt werden können. Im homogenen Betrieb wirkt nur der erste Korrekturfaktor, und nur dieser wird adaptiert, in geschichtet-magerem Betrieb wirken erster und zweiter Korrekturfaktor, aber nur der zweite Korrekturfaktor wird durch Adaption verändert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und
Fig. 2
einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Adaption der Ansteuerung von Einspritzventilen der Brennkraftmaschine der Fig. 1.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung, die sowohl mit stöchiometrischem als auch mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch betreibbar ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur diejenigen Bestandteile der Brennkraftmaschine eingezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind; insbesondere ist nur ein Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine dargestellt.
Die Brennkraftmaschine weist einen Kolben 10 auf, der in einem Zylinder 11 einen Verbrennungsraum 12 begrenzt. In den Verbrennungsraum 12 mündet ein Ansaugkanal 13 an einem Einlassventil 14, durch das die Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum 12 strömt. Ein Auslassventil 15 verbindet den Verbrennungsraum 12 mit einem Abgastrakt 16, in dessen weiteren Verlauf ein Sauerstoffsensor in Form einer breitbandigen Lambda-Sonde 17 sowie ein NOx-Speicherkatalysator 18 mit nicht dargestelltem Drei-Wege-Vorkatalysator liegen.
Unter Rückgriff auf das Signal der Lambda-Sonde 17 wird von einem Steuergerät 21 das Kraftstoff-Luft-Gemisch entsprechend den Sollvorgaben in verschiedenen Betriebsmodi der Brennkraftmaschine geregelt/gesteuert. Beispielsweise erfolgt im stöchiometrischen Betrieb eine bekannte Lambda-Regelung.
Für eine solche Lambda-Regelung befindet sich stromab des NOx-Speicherkatalysators 18 eine weitere Lambda-Sonde 32, die für eine Führungs- und Sollwertregelung verwendet wird. Die Sauerstoffsonde ist in diesem Falle eine binäre Lambda-Sonde 32 (Zweipunkt-Lambda-Sonde), die bei einem Lambdawert von λ = 1 Sprungcharakteristik zeigt. Anstelle der Lambda-Sonde 32 kann auch ein NOx-Messaufnehmer verwendet werden. Weiter befindet sich im Abgastrakt in der Regel noch ein Temperaturfühler 33.
Der NOx-Speicherkatalysator 18 dient dazu, um bei magerem Betrieb der Brennkraftmaschine geforderte Abgasgrenzwerte bezüglich NOx-Verbindungen einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschichtung die bei magerer Verbrennung erzeugten NOx-Verbindungen im Abgas.
Um die speziell bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung im geschichtet-mageren Betrieb auftretenden NOx-Emissionen zu verringern, ist eine Abgasrückführung vorgesehen. Dabei wird durch Zumischen von Abgas zu angesaugter Frischluft die Temperatur der Verbrennung gesenkt, womit zugleich die NOx-Emissionen reduziert werden. Deshalb ist vom Abgastrakt 16 stromauf des NOx-Speicherkatalysators 18 eine Abgasrückführleitung 19 zum Ansaugkanal 13 geführt, die zwischen einer Drosselklappe 20 und dem Einlassventil 14 in den Ansaugkanal mündet. In die Abgasrückführleitung 19 ist ein steuerbares Ventil 22 geschaltet, das üblicherweise als Abgasrückführventil bezeichnet wird. Durch Ansteuerung des Ventils 22 kann die Menge an rückgeführtem Abgas eingestellt werden.
Die Verbrennungsluft für den Zylinder 11 strömt über einen Luftmassenmesser 23 in den Ansaugkanal 13. Die darin angeordnete Drosselklappe 20 ist ein elektromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas-System), dessen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch einen Fahrer (Fahrerpedalstellung) auch vom Steuergerät 21 beeinflusst werden kann. Damit lassen sich beispielsweise störende Lastwechselreaktionen reduzieren. Darüber hinaus wird die Drosselklappe 20 vom Steuergerät 21 im geschichtet mageren Betrieb nahezu vollständig geöffnet. Weiter sorgt das Steuergerät 21 durch entsprechenden Eingriff an der Drosselklappe 20 für einen weichen Übergang von stöchiometrischem zu homogen-magerem und von dort zum geschichtet-mageren Betrieb.
Schließlich befindet sich im Ansaugkanal 13 noch ein Temperatursensor 24, der an das Steuergerät 21 angeschlossen ist. Natürlich kann der Temperatursensor 24 auch in den Luftmassenmesser 23 integriert sein.
Im Verbrennungsraum 12 ragen eine Zündkerze 25 sowie ein Einspritzventil 26, das zur Einspritzung mit Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher 27 gespeist wird, der Teil einer bekannten Kraftstoffversorgung zur Benzin-Direkteinspritzung ist. Das Steuergerät 21 ist schließlich noch mit einem Klopfsensor 28 verbunden, der mechanische Schwingungen am Gehäuse der Brennkraftmaschine erfasst und ein entsprechendes Signal abgibt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird über einen die Kurbelwelle bzw. ein daran befestigtes Geberrad abtastenden Fühler 29 erfasst. Weitere zum Betrieb der Brennkraftmaschine nötige Steuerparameter, beispielsweise Fahrpedalstellung, Signale von Temperatursensoren usw. werden dem Steuergerät 21 ebenfalls zugeführt und sind in der Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet.
Im Steuergerät 21 ist schließlich ein Block 31 zur Drehmomentermittlung und -überwachung vorgesehen, dessen Funktion später erläutert wird.
Ferner ist das Steuergerät 21 mit einem Speicher 34 verbunden, in dem verschiedene Schwellenwerte TQI_SW1, TQI_SW2 sowie mindestens die Kennfelder KF1 und KF2 gespeichert sind, auf deren Bedeutung noch eingegangen wird.
Das Steuergerät 21 legt betriebsabhängig fest, ob die Brennkraftmaschine stöchiometrisch, homogen-mager oder geschichtet-mager betrieben werden soll.
In jedem Betriebsmodus bestimmt das Steuergerät 21 ständig die Ansteuerdaten für das Einspritzventil 26, also den Einspritzbeginn sowie die Einspritzdauer bzw. das Einspritzende. Dabei wird der Einspritzbeginn auf die Kurbelwellenstellung bezogen, die mittels des Fühlers 29 dem Steuergerät 21 bekannt ist. Um alterungs- und produktionstoleranzbedingte individuelle Abweichungen der einzelnen Einspritzventile 26 bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine auszugleichen, wird vom Steuergerät 21 ein Adaptionsverfahren durchgeführt, dessen Flussdiagramm in Fig. 2 dargestellt ist, in der die mit S beginnenden Bezugszeichen Schritte des Verfahrensablaufes bezeichnen.
In einem Schritt S1 werden zuerst entsprechende Größen initialisiert. Insbesondere wird das Kennfeld KF1 entweder mit Standardwerten vorbelegt, oder mit bei der letzten Ausführung des Adaptionsverfahrens ermittelten Werten beschrieben.
Anschließend wird in einem Schritt S2 abgefragt, ob die Brennkraftmaschine sich im homogenen Betriebsmodus befindet (λ=1). Ist dies der Fall, wird in der mit einem "+" -Zeichen bezeichneten Verzweigung weitergefahren. Befindet sich die Brennkraftmaschine nicht im homogenen Betriebsmodus, wird mit dem mit einem "-"-Zeichen bezeichneten Ast fortgefahren. Diese Abfrage ist dann nötig, wenn das Adaptionsverfahren als unabhängiger Prozess im Steuergerät 21 abläuft. Ist es dagegen in die Betriebsmodussteuerung eingebunden, kann die Abfrage in Schritt S2 entfallen, da dann immer bekannt ist, welcher Betriebsmodus vorliegt.
Im Falle des homogenen Betriebes wird in einem Schritt S4 das Signal der Lambda-Sonde 32 zylinderindividuell erfasst. Diese zylinderindividuelle Erfassung ermöglicht es, zu beurteilen, welches Gemisch jeder Zylinder im Mittel erhält. Dabei wird die Brennkraftmaschine mit den derzeit gültigen Ansteuerwerten für die Einspritzung betrieben. Die derzeit gültigen Ansteuerwerte setzen sich aus einem Ansteuergrundwert und einem aktuellen Wert eines noch zu beschreibenden ersten Korrekturfaktors aus dem Kennfeld KF1 zusammen. Anschließend wird in Schritt S5 abgefragt, ob zwischenzeitlich ein Wechsel des Betriebsmodus erfolgte. Ist dies der Fall, wird vor Schritt S2 zurückgesprungen, ansonsten wird im mit "-" bezeichneten Ast fortgefahren.
Dann wird im Schritt S6 als nächstes überprüft, ob sich aus der zylinderindividuellen Erfassung in Schritt S4 erkennen lässt, dass alle Zylinder mit dem Soll-Gemisch, bei stöchiometrischem Betrieb also im Mittel mit λ=1 betrieben wurden.
Ist dies der Fall, wird in einer Schleife vor Schritt S4 zurückgesprungen.
Zeigt sich in der Abfrage des Schrittes S6, dass einzelne Zylinder nicht im Mittel mit Soll-Gemisch durch ihre Einspritzventile 26 versorgt wurden, wird in Schritt S7 zylinderselektiv eine Kraftstoffmengenkorrektur berechnet. Dabei wird die den Zylindern über ihre Einspritzventile 26 zuzumessende Kraftstoffmenge auf das Soll-Gemisch hin korrigiert. Für Zylinder, die mit zu fettem Gemisch betrieben wurden, wird also eine Kraftstoffmindermenge errechnet; für Zylinder, die mit zu magerem Gemisch betrieben wurden, eine Kraftstoffmehrmenge.
Diese Kraftstoffmengenkorrektur ist der oben erwähnte erste Korrekturfaktor. Er wird in Schritt S8 im Kennfeld KF1 abgelegt.
Anschließend wird vor Schritt S4 zurückgesprungen. In Schritt S4 wird dann das Steuergerät 21 angewiesen, bei der Ansteuerung der Einspritzventile 26 die entsprechenden Kraftstoffmengenkorrekturen des Kennfeldes KF1 zu berücksichtigen. Dies wird in der Regel dadurch geschehen, dass die Einspritzdauer entsprechend reduziert oder verlängert wird. Durch die Abfolge dieser Schritte wird eine Zylinder-Gleichstellung erreicht. Aus der Schleife wird wie erwähnt nur dann in Schritt S5 herausgesprungen, wenn ein Betriebsmoduswechsel vorliegt.
Läuft die Brennkraftmaschine im geschichtet-mageren Betrieb so kann die Gleichstellung durch Adaption der Einspritzventile 26 nicht mit den Schritten S4 bis S8 erfolgen, da dann nicht mehr die eingespritzte Kraftstoffmasse vorwiegend bestimmend für das Verhalten der Brennkraftmaschine ist, sondern auch die Strahlcharakteristik wesentlich zu berücksichtigen ist. Deshalb kann der erste Korrekturfaktor, d.h. die Kraftstoffmehr- und -mindermenge des Kennfeldes KF1 nicht mehr alleine verwendet werden. Vielmehr ist eine eigenständige, zusätzliche Adaption zur Drehmoment-Gleichstellung im geschichtet-mageren Betrieb der Brennkraftmaschine nötig. Deshalb wird im mageren Betrieb der Brennkraftmaschine im Schritt S9 zuerst auf ein weiteres Kennfeld KF2 mit einem zweiten Korrekturfaktor zugegriffen. Zur Drehmoment-Gleichstellung erfolgt die Einspritzung mit zwei Korrekturwerten, dem ersten Korrekturwert, der während der geschichtet-mageren Betriebsweise unverändert bleibt, und dem zweiten Korrekturfaktor, der durch Adaption verändert wird.
Anschließend wird die Einspritzung mit derzeit gültigen Ansteuerwerten vorgenommen. Diese setzen sich aus einem Ansteuergrundwert, dem ersten Korrekturfaktor und dem aktuellen Wert des zweiten Korrekturfaktors aus dem Kennfeld KF2 zusammen.
Dann wird in Schritt S10 die Laufruhe zylinderselektiv erfasst. Dies erfolgt im oben erwähnten Block 31 des Steuergerätes 21 durch geeignete Auswertung des Signales des Klopfsensors 28, um das von jedem Zylinder abgegebene Drehmoment zu erfassen. Dieser Block 31 kann beispielsweise auch auf die Signale eines (in Fig. 1 nicht dargestellten) Drehmomentsensors Rückgriff nehmen.
Die Erfassung in Schritt S10 liefert die Differenz der von den einzelnen Zylindern abgegebenen Drehmomente.
Anschließend wird in Schritt S11 wiederum abgefragt, ob ein Betriebsmoduswechsel vorliegt. Ist dies der Fall, wird vor Schritt S2 zurückgesprungen, ansonsten wird mit Schritt S12 fortgefahren.
Dieser Schritt S12 überprüft, ob die Differenz der von den Zylindern abgegebenen Drehmomente unter einem Schwellwert liegt. Dabei kann es sich je nach Betriebsmodus um den Schwellwert TQI_SW1 für den Fall des homogen-mageren Betriebes oder den Schwellwert TQI_SW2 für den Fall geschichtet-mageren Betriebes handeln. Unterschreitet die Differenz den Schwellenwert für alle Zylinder, wird vor Schritt S10 zurückgesprungen, ansonsten mit Schritt S13 fortgefahren.
In Schritt S13 wird zylinderselektiv der zweite Korrekturfaktor für die Berücksichtigung der Strahlcharakteristik des Einspritzventils 26 fortgeschrieben. Diese Adaption des zweiten Korrekturfaktors erfolgt auf eine Drehmoment-Gleichstellung der Zylinder 11 hin. Der so adaptierte bzw. veränderte zweite Korrekturfaktor wird für jeden Zylinder in das Kennfeld KF2 eingetragen.
Nun erfolgt die Einspritzung mit korrigierten Werten. Bei der Einspritzkorrektur kann es sich um eine Einspritzdaueränderung handeln, es ist aber auch eine Einspritzbeginnkorrektur oder eine Kombination der beiden möglich. Zur Korrektur werden beide Korrekturfaktoren eingesetzt. Dabei wird in Schritt S14 das Steuergerät 21 angewiesen, den zweiten Korrekturfaktor des Kennfeldes KF2 zusammen mit dem unveränderten ersten Korrekturfaktor aus dem Kennfeld KF1 bei der Ansteuerung der Einspritzventile 26 zu berücksichtigen. Dann wird vor Schritt S10 zurückgesprungen.
Die Adaption der Ansteuerung der Einspritzventile 26 verwendet somit im geschichtet-mageren Betrieb der Brennkraftmaschine den ersten Korrekturfaktor aus der λ-Gleichstellung, jedoch nicht den zweiten Korrekturfaktor im homogenen Betrieb. Dies hat seinen Hintergrund darin, dass die Ergebnisse der λ-Gleichstellung für den homogenen Betrieb auf die Drehmoment-Gleichstellung für den geschichtet-mageren Betrieb angewendet werden können, weil bei der λ-Gleichstellung im homogenen Betrieb Unterschiede der eingespritzten Kraftstoffmasse berücksichtigt werden, die sowohl dort als auch im geschichtet-mageren Betrieb der Brennkraftmaschine Gültigkeit besitzen. Der zweite Korrekturfaktor, der bei der Drehmoment-Gleichstellung im geschichtet-mageren Betrieb adaptiert wird, gleicht eine Änderung der Strahlcharakteristik der Einspritzventile 26, bedingt beispielsweise durch Verkokung, aus. Diese Unterschiede der Strahlcharakteristik der Einspritzventile 26 sind jedoch im homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine nicht oder nur kaum relevant, weshalb die Ergebnisse der Drehmoment-Gleichstellung beim Adaptionsverfahren im geschichtet-mageren Betrieb der Brennkraftmaschine nicht den ersten Korrekturfaktor der λ-Gleichstellung beim Adaptionsverfahren im homogenen Betrieb der Brennkraftmaschine rückwirken dürfen.

Claims (5)

  1. Adaptionsverfahren zur Steuerung der Einspritzung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die phasenweise stöchiometrisch und mager betrieben wird, bei welchem Verfahren folgende Stufen vollführt werden:
    a) in stöchiometrischen und/oder homogen-mageren Betriebsphasen wird fortlaufend für jeden Zylinder die Steuerung der Einspritzung so bewirkt, dass jeder Zylinder im Mittel mit stöchiometrischem oder gewünschtem homogen-magerem Gemisch betrieben wird, wobei für Einspritzgrundwerte für die Kraftstoffmasse ein erster Korrekturfaktor fortlaufend ermittelt und gespeichert wird, der eine Abweichung einer Ist-Kraftstoffmasse von einer Soll-Kraftstoffmasse wiedergibt, und
    b) in geschichtet-mageren Betriebsphasen wird fortlaufend für jeden Zylinder die Steuerung der Einspritzung so bewirkt, dass jeder Zylinder ein vorgegebenes Drehmoment erzeugt oder dass die Laufruhe der Brennkraftmaschine maximal wird, wobei eine Korrektur von Einspritzgrundwerten für die Kraftstoffmasse erfolgt, bei der der in Stufe a) zuletzt gespeicherte erste Korrekturfaktor verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe b) ein zweiter Korrekturfaktor gewonnen wird, der zusammen mit dem in Stufe a) zuletzt gespeicherten ersten Korrekturfaktor verwendet wird und der die Abweichung der Ist-Kraftstoffmasse von der Soll-Kraftstoffmasse für den geschichtet-mageren Betrieb wiedergibt.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Übergang von einer geschichtet-mageren Betriebsphase zu einer stöchiometrischen oder homogen-mageren Betriebsphase bei der Steuerung der Einspritzung in Stufe a) mit dem zuletzt gespeicherten Wert des ersten Korrekturfaktors fortgefahren wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn-zeichnet, dass in Stufe b) der zweite Korrekturfaktor adaptiert wird, der erste Korrekturfaktor jedoch unverändert bleibt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Korrekturfaktor betriebsparameterabhängig gewählt wird und in einem betriebsparameterabhängigen Kennfeld abgelegt wird.
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