EP2304208B1 - Verfahren zur bestimmung des kraftstoff-luft-verhältnisses einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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EP2304208B1
EP2304208B1 EP09765533.6A EP09765533A EP2304208B1 EP 2304208 B1 EP2304208 B1 EP 2304208B1 EP 09765533 A EP09765533 A EP 09765533A EP 2304208 B1 EP2304208 B1 EP 2304208B1
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EP
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combustion engine
internal combustion
injection
air
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Volker Lilienthal
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Volkswagen AG
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    • F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the fuel-air ratio of an internal combustion engine according to the features of claim 1.
  • US 2004/193360 A1 describes a method of catalyst heating wherein the internal combustion engine is run at regular lean-fat intervals. In order to suppress undesired speed fluctuations resulting therefrom, a standardized speed variance is evaluated, correlated with a stored desired course, in order to determine a correction value for the ignition angle.
  • US5915359 discloses a method for determining the air-fuel ratio of an internal combustion engine wherein different levels of fuel are metered to an individual cylinder.
  • the air-fuel ratio is determined by the use of a neuronal network as a function of the rotational speed fluctuations.
  • the invention is based on the idea of assigning different proportions of fuel to successive work strokes of an individual cylinder of an internal combustion engine, so that the course of the rotational speed of the crankshaft or camshaft of the internal combustion engine is excited and a characteristic pattern is impressed on the course of the rotational speed, depending on This characteristic pattern of the course of the speed is determined to be an absolute value of the air-fuel ratio. In other words, the individual work cycles and thus the course of the speed targeted disturbances are switched. In accordance with the invention, further characteristics of this characteristic pattern are formed and set in relation to the torque of the internal combustion engine.
  • One possible characteristic of the characteristic pattern is the rough running of the internal combustion engine.
  • the relationship is used that in an internal combustion engine, a change in the proportion of fuel of a power stroke with a change in torque and a change in torque is in turn associated with a change in speed.
  • the influence of the characteristic pattern or the parameter uneven running on the torque is further set according to the invention in relation to the fuel-air ratio.
  • the relationship is used that a change in the air-fuel ratio is associated with a change in the torque of an internal combustion engine.
  • an absolute value of the fuel-air ratio is advantageously also available when a lambda probe is not ready for operation. Furthermore, in comparison to the prior art, it is not necessary to approach safety-related limits, but an absolute value of the fuel-air ratio can be accessed directly. In this way, a correct adjustment of the air-fuel ratio is possible immediately after the start of an internal combustion engine. In the warm-up phase of an internal combustion engine, therefore, there are advantages in terms of economy and environmental compatibility.
  • the inventive method can also be advantageously carried out by means of an existing device for controlling and regulating the internal combustion engine as a computer program and is therefore easy to implement.
  • an internal combustion engine 1 with a plurality of cylinders 2 is shown.
  • the cylinders 2 fuel is supplied by means of injection valves 3.
  • the internal combustion engine 1 comprises an intake pipe 4 and an exhaust pipe 5.
  • a sensor 6 for determining the current crank angle and a sensor 7 for determining the filling of the internal combustion engine 1 are provided.
  • the internal combustion engine 1 preferably comprises a spark-ignition system, not shown.
  • the internal combustion engine 1 can also be operated in a so-called auto-ignition mode. According to the prior art, all the sensors and actuators mentioned are connected by a control and regulating device, not shown.
  • FIG. 2 is an example of a possible parameterization of a cylinder-specific excitation or trim the fuel-air ratio for a first operating point of an internal combustion engine 1 with a low load shown.
  • the dashed line shows the fuel injection amount without excitation.
  • the solid line shows the fuel injection amount with an excitation, that is, it is according to the invention for successive cycles the metering different proportions of fuel to a cylinder 2 of the internal combustion engine 1, for example, to cylinder 1.
  • the first injection A has therefore initially a larger share and then a smaller amount of fuel, so that the amount of fuel is taken without stimulation again.
  • the second injection B has only a smaller proportion and then a larger proportion of fuel, so that the amount of fuel is taken without an excitation again.
  • the third injection C and the fourth injection D have neither increased nor decreased proportions of fuel.
  • FIG. 3 is an example of a further possible parameterization of an individual cylinder excitation or trim the fuel-air ratio for a further operating point of an internal combustion engine 1 with a high load shown.
  • the amplitude of the excitation is smaller than at the low load operating point and the duration of the excitation is the same.
  • the dashed line shows the fuel injection amount without excitation.
  • the solid line shows the fuel injection amount with an excitation, that is, according to the invention for successive cycles the metering of different proportions of fuel a cylinder 2 of the internal combustion engine 1, for example, to cylinders 1.
  • the first injection A therefore has a smaller proportion and then a larger amount of fuel, so that the amount of fuel is taken without stimulation again.
  • the second injection B has only a larger proportion and then a smaller proportion of fuel, so that the fuel quantity is taken up again without an excitation.
  • the third injection C and the fourth injection D have neither increased nor decreased proportions of fuel.
  • FIG. 2 and 3 clearly that according to the invention differently parameterizable consequences of changes in the fuel injection amount, which enrich the fuel air mixture in a predetermined manner or lean, can be provided.
  • FIG. 2 For example, in the first injection A, an increase in the proportion of fuel and in the second injection B, a decrease in the proportion of fuel and according to FIG. 3 first a decrease in the proportion of fuel and in the second injection B an increase in the proportion of fuel.
  • FIGS. 2a and 2b are still the suggestions of the speed curve of the crankshaft of the internal combustion engine 1 according to FIG. 2 shown over time.
  • the first injection A with an increased proportion of fuel leads to such an excitation of the course of the rotational speed that the rotational speed decreases.
  • the fuel-air ratio setpoint for this example has a value less than 1.0
  • the first injection A further enriches the air-fuel ratio and thus further destabilizes combustion.
  • the second injection B with a reduced proportion of fuel leads to an increase in the rotational speed, since a leaning of the air-fuel ratio and thus a stabilization of the combustion takes place.
  • FIG. 2a It becomes clear that the first injection A with an increased proportion of fuel leads to such an excitation of the course of the rotational speed that the rotational speed decreases.
  • the fuel-air ratio setpoint for this example has a value less than 1.0
  • the second injection B with a reduced proportion of fuel leads to an increase in the rotational speed, since a leaning of the
  • the forced by the changes in the fuel injection quantity according to the invention stimulation of the course of the rotational speed of the crankshaft or camshaft of the internal combustion engine 1 can be described by the parameter uneven running.
  • the uneven running can, as is well known from the prior art, by reference of the current speed components of individual cycles of the cylinder of an internal combustion engine 1 on past speed components of individual cycles of these cylinders are related.
  • One segment corresponds to a crank angle range of 720 degrees divided by the number of cylinders. Consequently, for a four-cylinder internal combustion engine, one segment is 180 degrees.
  • the result is a so-called rough running value.
  • the amplitude of the excitation within the limits of the signal resolution for the uneven running and a maximum permissible excitation, so that the amplitude is inversely proportional to the torque of the internal combustion engine 1.
  • Such selection takes place, for example, via load and speed-dependent maps.
  • the selection of the amplitude of the changes in the fuel injection quantity as a function of the expected torque for example represented by the load or filling, the Speed, adjusting parameters such as camshaft adjustment and setpoints for the fuel-air mixture and the ignition timing to perform.
  • the running noise of each cylinder is averaged over individual cycles, for example, a dragging average or an arithmetic averaging can be used after a lead time. Furthermore, it is advantageously possible to correct the rough running values measured during the excitation according to the invention of the rotational speed of the internal combustion engine by the rough running values which are present in the respective operating point without exciting the rotational speed or targeted cylinder-individual trimming of the air-fuel ratio. Moreover, it is provided according to the invention to make corrections to the rough running values with regard to changes in rotational speed, which are caused by a dynamic driving style. Errors that are caused by the sensor 6 for determining the current crank angle and the associated encoder wheel can also be taken into account.
  • the averaged uneven running is evaluated and standardized to the amplitude of the excitation and the expected torque of the internal combustion engine with completion of a pattern of targeted cylinder individual trim of the air-fuel ratio.
  • the normalization parameters can be detected in operating maps specifically in characteristic maps.
  • the now available standardized uneven running is converted for the underlying speed-load operating point via maps in the associated fuel-air ratio. It is still possible according to the invention to average this fuel-air ratio via various excitation or calibration patterns in order to avoid interference effects.
  • FIG. 4 the change of the so-called internal engine efficiency of the air-fuel ratio is shown and how it scales with the air-fuel ratio and the amplitude of the cylinder-individual excitation or the trim of the air-fuel ratio.
  • the relationship is used that the product of the change in the efficiency of the air-fuel ratio and the so-called internal torque of the internal combustion engine 1 is proportional to the forced rough running.
  • the internal torque describes the torque of the internal combustion engine 1 resulting from the combustion of the fuel.
  • the value of the internal torque is thus greater than the value of the effective torque that can be tapped on the crankshaft of the internal combustion engine 1, since the effective torque takes into account the torque component resulting from unavoidable losses an internal combustion engine 1 results.
  • the uneven running of the internal combustion engine 1 increases with the resulting speed drop because the air-fuel ratio is shifted toward the running limit where the air-fuel ratio is too rich to burn properly, as in the Figures 2 and 2a described.
  • the normalized uneven running an absolute value of the air-fuel ratio can be assigned.
  • cylinder-specific reduction of the fuel-air ratio specifically, takes place That is, the running noise of the internal combustion engine 1 to values representing a speed increase, since the air-fuel ratio is shifted against the direction of the running limit, in which the fuel-air ratio is too rich to burn correctly. Rather, the fuel-air ratio is shifted in the direction of a larger moment of an internal combustion engine 1, namely in the direction of a value of the fuel-air ratio of 0.9, in which experience has shown that an internal combustion engine with otherwise the same operating parameters runs very stable and a maximum Torque provides.
  • the injection A can be regarded as the starting point and the injection B as the end point of a vector.
  • the direction of this vector includes the essential information as to whether the actual air-fuel ratio is in the range of less than 0.9 and thus in the increasing part of the functional relationship between the air-fuel ratio and the actual fuel-air ratio Ratio according to FIG.
  • the injection A can also be regarded as the starting point and the injection B as the endpoint of a vector.
  • the direction of this vector can be taken from the essential information where the actual air-fuel ratio is, namely in the range of greater than 0.9 and thus in the falling part of the functional relationship between the fuel-air ratio and the actually fuel-air ratio.
  • injections C and D without a change in a preset value of the air-fuel ratio, ie without an excitation of the speed is to be expected, then arise again points on the vector.
  • the actual fuel-air ratio which is in accordance with FIG. 5 can be read easily, or is available for further processing as an absolute value.
  • FIG. 6 Furthermore, a block diagram for the inventive method is shown.
  • the operating conditions for the inventive method for determining the air-fuel ratio of an internal combustion engine 1 are defined, that is, there is a determination of whether the inventive method is to be activated or not. If the method according to the invention is to be activated, a suitable signal from block E is transmitted via the connection to block F. Further, block E is connected to block J for the purpose of transmitting signals relating to the request of the evaluation of the rough running and the determination of the absolute value of the air-fuel ratio. In block F, a calculation of the cylinder-specific mixture excitation takes place. The multiplication point G is supplied with the parameters of the cylinder-specific mixture excitation determined in block F.
  • the multiplication point G the parameters of the control and / or adaptation of the pilot control or the specification of a target value of the fuel-air ratio from block K are supplied.
  • the parameters from block F and K are related to each other, so that according to the invention there is a change in the injection quantity of successive working cycles.
  • a target value for a fuel injection amount at block H is output.
  • Block H represents the components of the injection system of the internal combustion engine 1, as the injection valves 3.
  • the answer or the reaction of the internal combustion engine 1 is indicated on the cylinder-individual trim of the fuel-air mixture.
  • block I there is an evaluation of the uneven running occurring due to the cylinder-specific trimming of the air-fuel ratio and in block J the conversion of the uneven running into an absolute value of the air-fuel ratio.
  • the block J is further connected to block K, so that the absolute value of the air-fuel ratio is available for the regulation and / or adaptation of the precontrol for further processing.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Es ist allgemein bekannt, dass die korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und die Umweltverträglichkeit einer Verbrennungskraftmaschine von großer Bedeutung ist. Zur korrekten Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses werden allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eingesetzt, welche auf den Einsatz von so genannten Lambdasonden aufbauen.
  • Gemäß dem nachveröffentlichten Dokument WO 2008/135312 A1 ( EP 2 156 039 A1 ) werden zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zwei Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine mit unterschiedlichen Kraftstoffanteilen beaufschlagt. Die dadurch resultierenden Laufunruhewerte werden für beide Zylinder individuell ermittelt und in Abhängigkeit dieser Laufunruhewerte, insbesondere aus der Differenz der beiden, das Verbrennungslambda bestimmt. Um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen, schlägt dieses Dokument weiterhin vor, die Kraftstoffanteile der beiden Zylinder entgegengesetzt zur ersten Messung zu verändern und sodann erneut die daraus resultierenden Laufunruhewerte und aus diesen einen weiteren Zwischenwert Wert für das Verbrennungslambda zu ermitteln. Der endgültige Wert für das Verbrennungslambda ergibt sich aus dem arithmetischen Mittel der beiden zuvor ermittelten Lambda-Zwischenwerte.
  • US 2004/193360 A1 beschreibt ein Verfahren zum Katalysatorheizen, wobei die Verbrennungskraftmaschine mit regelmäßigen Mager-Fett-Intervallen gefahren wird. Um hieraus resultierende unerwünschte Drehzahlschwankungen zu unterdrücken, wird eine normierte Drehzahlvarianz ausgewertet, mit einem abgespeicherten Sollverlauf korreliert, um einen Korrekturwert für den Zündwinkel zu bestimmen.
  • Vorbekannt aus der DE 102 52 423 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird das Problem dargestellt, dass während einer nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine folgenden Phase, die Lambdasonden noch nicht betriebsbereit sind. Eine korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ist jedoch gerade während dieser Phase hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit einer Verbrennungskraftmaschine von großer Bedeutung. Es wird daher vorgeschlagen, nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine bis zur Betriebsbereitschaft der Lambdasonden, eine Adaption des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auf der Grundlage eines Vergleiches zwischen einem Ist- und einem Soll-Laufunruhewert durchzuführen. Ergibt dieser Vergleich eine Abweichung, wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis korrigiert bis der Ist- und der Soll-Laufunruhewert übereinstimmen. Zur Vermeidung einer unzulässigen Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses sind einstellbare obere und untere Grenzen vorgesehen.
  • US5915359 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luftverhältnisses einer Verbrennungskraftmachine, wobei einem individuellen Zylinder unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zugemessen werden. Das Kraftstoff-Luftverhältnis wird durch die Benutzung eines neuroriales Netzwerks in Abhängigkeit der Drehzahtschwankzungen bestimmt.
  • Es ist jedoch bei diesem Verfahren von Nachteil, dass ohne eine betriebsbereite Lambdasonde nicht ohne weiteres festgestellt werden kann, woraus sich eine Abweichung zwischen dem Ist- und dem Soll-Laufunruhewert ergibt, also ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnisses nicht schon zuviel oder vielleicht noch zu wenig angereichert ist. Das heißt, es ist nicht eindeutig; ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der eine zu starke Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt oder ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der eine zu geringe Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt. Eine Aussage darüber ist nur durch das Anfahren der oberen beziehungsweise unteren einstellbaren Grenzen möglich. Mit anderen Worten sind mittels dieses Verfahrens in den genannten Grenzen bestenfalls relative Aussagen möglich. Es ist weiterhin von Nachteil, dass die genannten Grenzen Sicherheiten aufweisen müssen, da während der Entwicklung einer Verbrennungskraftmaschine das Verhalten einzelner Entwicklungsexemplare auf eine gesamte Serie übertragen werden muss.
    • Aufgabe
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, unabhängig von der Betriebsbereitschaft von Lambdasonden, einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bereitzustellen.
    • Lösung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, aufeinanderfolgenden Arbeitstakten eines individuellen Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zuzumessen, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei in Abhängigkeit dieses charakteristischen Musters des Verlaufs der Drehzahl ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird. Mit anderen Worten werden den einzelnen Arbeitstakten und somit dem Verlauf der Drehzahl gezielt Störgrößen aufgeschaltet. Erfindungsgemäß werden weiterhin Kenngrößen dieses charakteristischen Musters gebildet und in Relation zu dem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine gesetzt. Eine mögliche Kenngröße des charakteristischen Musters ist die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird erfindungsgemäß der Zusammenhang genutzt, dass bei einer Verbrennungskraftmaschine eine Änderung des Anteils an Kraftstoff eines Arbeitstaktes mit einer Änderung des Drehmomentes und eine Änderung des Drehmomentes wiederum mit einer Änderung der Drehzahl verbunden ist. Der Einfluss des charakteristischen Musters beziehungsweise der Kenngröße Laufunruhe auf das Drehmoment wird weiterhin erfindungsgemäß in Relation zu dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesetzt. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß der Zusammenhang genutzt, dass eine Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mit einer Änderung des Drehmomentes einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren steht vorteilhaft auch dann ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bereit, Wenn eine Lambdasonde nicht betriebsbereit ist. Im Vergleich zum Stand der Technik ist es des Weiteren nicht erforderlich, sicherheitsbehaftete Grenzen anzufahren, sondern es kann unmittelbar auf einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugegriffen werden. Auf diese Weise ist unmittelbar nach dem Start einer Verbrennungskraftmaschine eine korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses möglich. In der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine ergeben sich daher hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit Vorteile. Insbesondere ist es möglich, nach der Neubetankung eines Fahrzeuges mit einem Kraftstoff, der im Vergleich zu dem vorherigen Kraftstoff abweichende Eigenschaften aufweist, beispielsweise die Neubetankung mit einem ethanolhaltigen Kraftstoff, nach einer Betankung mit herkömmlichen Ottokraftstoff, eine unzulässige Abweichung zwischen dem Soll- und dem Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu vermeiden, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, auch ohne Bereitschaft der Lambdasonde, schnell, einfach und prozesssicher das Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis bestimmt werden kann und eine Ausregelung auf ein Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis möglich ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorteilhaft mittels einer vorhandenen Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine als Computerprogramm ausgeführt werden und ist daher leicht umsetzbar.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Gemäß Figur 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2 dargestellt. Den Zylindern 2 wird mittels Einspritzventilen 3 Kraftstoff zugeführt. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Ansaugleitung 4 sowie eine Abgasleitung 5. Darüber hinaus ist ein Sensor 6 zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und ein Sensor 7 zur Bestimmung der Füllung der Verbrennungskraftmaschine 1 vorgesehen. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst bevorzugt eine nicht gezeigte Fremdzündungsanlage. Die Verbrennungskraftmaschine 1 kann jedoch genauso in einem so genannten Selbstzündungsmodus betrieben werden. Gemäß dem Stand der Technik sind alle genannten Sensoren und Aktoren von einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Steuerung und Regelung verbunden.
  • In Figur 2 ist ein Beispiel für eine mögliche Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für einen ersten Betriebspunkt einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer niedrigen Last dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge ohne eine Anregung. Die durchgezogene Linie zeigt hingegen die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Anregung, das heißt, es erfolgt erfindungsgemäß für aufeinanderfolgende Arbeitsspiele die Zumessung unterschiedlicher Anteile an Kraftstoff zu einem Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1, beispielsweise zu Zylinder 1. Die erste Einspritzung A weist demzufolge zunächst einen größeren Anteil und dann einen kleineren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die zweite Einspritzung B weist dem hingegen erst einen kleineren Anteil und dann einen größeren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die dritte Einspritzung C und die vierte Einspritzung D weisen weder erhöhte noch erniedrigte Anteile an Kraftstoff auf. Diese verschiedenen Anregungen dienen vorteilhaft der Mittelung und Vermeidung von Störeffekten. Parametrierbar ist neben der Amplitude auch die Dauer der jeweiligen Anregung.
  • In Figur 3 ist ein Beispiel für eine weitere mögliche Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für einen weiteren Betriebspunkt einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer hohen Last dargestellt. Die Amplitude der Anregung ist kleiner als bei dem Betriebspunkt mit niedriger Last und die Dauer der Anregung ist gleich. Die gestrichelte Linie zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge ohne eine Anregung. Die durchgezogene Linie zeigt hingegen die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Anregung, das heißt, es erfolgt erfindungsgemäß für aufeinanderfolgende Arbeitsspiele die Zumessung unterschiedlicher Anteile an Kraftstoff einem Zylinder 2 der Verbrennunkungskraftmaschine 1, beispielsweise zu Zylindern 1. Die erste Einspritzung A weist demzufolge zunächst einen kleineren Anteil und dann einen größeren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die zweite Einspritzung B weist dem hingegen erst einen größeren Anteil und dann einen kleineren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die dritte Einspritzung C und die vierte Einspritzung D weisen weder erhöhte noch erniedrigte Anteile an Kraftstoff auf.
  • Gemäß Figur 2 und 3 wird ferner deutlich, dass es zweckmäßig sein kann, bei geringer Last der Verbrennungskraftmaschine größere und bei größerer Last der Verbrennungskraftmaschine kleinere Amplituden der Anregung vorzusehen.
  • Außerdem wird gemäß Figur 2 und 3 deutlich, dass erfindungsgemäß unterschiedlich parametrierbare Folgen von Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge, die das KraftstoffLuftgemisch in vorgegebener Weise anreichern oder abmagern, vorgesehen werden können. Gemäß Figur 2 erfolgt bei der ersten Einspritzung A zuerst eine Erhöhung des Anteils an Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung B eine Erniedrigung des Anteils an Kraftstoff und gemäß Figur 3 zuerst eine Erniedrigung des Anteils an Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung B eine Erhöhung des Anteils an Kraftstoff.
  • Grundsätzlich kann erfindungsgemäß sowohl gemäß Figur 2 oder Figur 3 verfahren werden, wenn der Sollwert für das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis einen Wert aufweist, der kleiner oder größer als 1,0 ist.
  • Gemäß den Figuren 2a und 2b sind weiterhin die Anregungen des Drehzahlverlaufes der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß Figur 2 über der Zeit dargestellt. Gemäß Figur 2a wird deutlich, däss die erste Einspritzung A mit einem erhöhten Anteil an Kraftstoff derart zu eirier Anregung des Verlaufes der Drehzahl führt, dass die Drehzahl sinkt. Da der Sollwert für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für dieses Beispiel einen Wert aufweist, der kleiner als 1,0 ist, erfolgt durch die erste Einspritzung A eine weitere Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine weitere Destabilisierung der Verbrennung. Dem hingegen führt die zweite Einspritzung B mit einem erniedrigten Anteil an Kraftstoff zu einer Steigerung der Drehzahl, da eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine Stabilisierung der Verbrennung erfolgt. Gemäß Figur 2b wird deutlich, dass die erste Einspritzung A mit einem erhöhten Anteil an Kraftstoff derart zu einer Anregung des Verlaufes der Drehzahl führt, dass die Drehzahl steigt. Da der Sollwert für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für dieses Beispiel einen Wert aufweist, der größer als 1,0 ist, erfolgt durch die erste Einspritzung A eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine Stabilisierung der Verbrennung. Dem hingegen führt die zweite Einspritzung B mit einem erniedrigten Anteil an Kraftstoff zu einer weiteren Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit zu einer weiteren Destabilisierung der Verbrennung und somit zur Senkung der Drehzahl.
  • Die durch die Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge erfindungsgemäß erzwungene Anregung des Verlaufes der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 kann durch die Kenngröße Laufunruhe beschrieben werden. Die Laufunruhe kann, wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, durch einen Bezug der aktuellen Drehzahlanteile einzelner Arbeitsspiele der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine 1 auf vergangene Drehzahlanteile einzelner Arbeitsspiele dieser Zylinder bezogen werden. Insbesondere ist es bekannt, so genannte Segmentzeiten aufeinanderfolgender Arbeitsspiele zueinander in das Verhältnis zu setzen. Ein Segment entspricht dabei einem Kurbelwinkelbereich von 720 Grad geteilt durch die Anzahl der Zylinder. Für eine Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine beträgt ein Segment folglich 180 Grad. Resultat ist dabei ein so genannter Laufunruhewert. Es erfolgt nun bevorzugt eine Auswahl der Amplitude der Anregung innerhalb der Grenzen der Signalauflösung für die Laufunruhe und einer zulässigen maximalen Anregung, so dass die Amplitude umgekehrt proportional zum Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Eine solche Auswahl erfolgt beispielsweise über last- und drehzahlabhängige Kennfelder. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Auswahl der Amplitude der Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit des zu erwartenden Drehmomentes, beispielsweise repräsentiert durch die Last oder Füllung, die Drehzahl, Stellparameter wie Nockenwellenverstellung und Sollwerten für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und dem Zündzeitpunkt, durchzuführen.
  • Die Laufunruhe jedes Zylinders wird über einzelne Arbeitsspiele gemittelt, beispielsweise kann ein schleppendes Mittel oder eine arithmetische Mittelung nach einer Vorlaufzeit verwendet werden. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, die während der erfindungsgemäßen Anregung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 gemessenen Laufunruhewerte um die Laufunruhewerte zu korrigieren, die in dem jeweiligen Betriebspunkt ohne Anregung der Drehzahl beziehungsweise gezielte zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses vorliegen. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, Korrekturen der Laufunruhewerte hinsichtlich Drehzahländerungen vorzunehmen, die durch eine dynamische Fahrweise bedingt sind. Auch Fehler, die durch den Sensor 6 zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und das damit zusammenwirkende Geberrad bedingt sind, können mit berücksichtigt werden.
  • Erfindungsgemäß wird mit Abschluss eines Musters der gezielten zylinderindividuellen Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses die gemittelte Laufunruhe ausgewertet und auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine normiert. Alternativ können die Normierungsparameter betriebspunktspezifisch in Kennfeldern erfasst werden. Die nunmehr bereitstehende normierte Laufunruhe wird für den zu Grunde liegenden Drehzahl-Last-Betriebspunkt über Kennfelder in das zugehörige Kraftstoff-Luft-Verhältnis umgerechnet. Es ist erfindungsgemäß weiterhin möglich, dieses Kraftstoff-Luft-Verhältnis über verschiedene Anregungs- oder Vertrimmungsmuster zu mitteln, um Störeffekte zu vermeiden.
  • In Figur 4 ist die Änderung des sogenannten inneren motorischen Wirkungsgrades des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gezeigt und wie diese mit dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis und der Amplitude der zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise der Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses skaliert. Erfindungsgemäß wird der Zusammenhang genutzt, dass das Produkt aus der Änderung des Wirkungsgrads des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem so genannten inneren Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 proportional zu der erzwungenen Laufunruhe ist. Das innere Drehmoment beschreibt dabei das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1, das aus der Verbrennung des Kraftstoffes resultiert. Der Wert des inneren Drehmomentes ist folglich größer als der Wert des effektiven Drehmomentes, das an der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 abgegriffen werden kann, da das effektive Drehmoment den Drehmomentanteil berücksichtigt, der sich aus unvermeidbaren Verlusten einer Verbrennungskraftmaschine 1 ergibt. Wird beispielsweise der ersten Einspritzung A ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, vergrößert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 mit dem sich ergebenden Drehzahlabfall, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu fett ist, um korrekt zu verbrennen, wie in den Figuren 2 und 2a beschrieben. Durch die Normierung der Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der normierten Laufunruhe ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugeordnet werden. Wird im weiteren Verlauf der erfindungsgemäßen Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer zweiten Einspritzung B ein niedrigerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verändert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 zu Werten, die einen Drehzahlanstieg repräsentieren, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entgegen der Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu fett ist, um korrekt zu verbrennen. Vielmehr wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung eines größeren Moments einer Verbrennungskraftmaschine 1 verschoben, nämlich in Richtung eines Wertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses von 0,9, bei dem erfahrungsgemäß eine Verbrennungskraftmaschine bei sonst gleichen Betriebsparametern besonders stabil läuft und ein Maximum an Drehmoment bereitstellt. Mit anderen Worten ist es dadurch, dass bei der ersten Einspritzung A mehr und bei der zweiten Einspritzung B weniger Kraftstoff einem oder mehreren Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 1 zugemessen wird, erfindungsgemäß vorteilhaft möglich zu bestimmen, in welchem Bereich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1 liegt. Gemäß Figur 4 kann quasi die Einspritzung A als Startpunkt und die Einspritzung B als Endpunkt eines Vektors aufgefasst werden. Insbesondere beinhaltet die Richtung dieses Vektors die wesentliche Information, ob sich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Bereich von kleiner 0,9 und somit im steigenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlichen, Kraftstoff-Luft-Verhältnis gemäß Figur 4 befindet oder im Bereich von größer 0,9 und somit im fallenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlich Kraftstoff-Luft-Verhältnis gemäß Figur 4 befindet. Erfolgen nun weiterhin eine oder mehrere Einspritzungen C und D ohne eine Änderung eines Vorgabewertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, also ohne dass eine Anregung der Drehzahl zu erwarten ist, dann ergeben sich quasi Stützpunkte auf dem Vektor. Zwischen der Einspritzung A als Startpunkt und der Einspritzung B als Endpunkt liegt nun das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches als absoluter Wert einer weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.
  • Analog kann eine Bestimmung des tatsächlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gemäß Figur 5. erfolgen. Wird beispielsweise der ersten Einspritzung A ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verändert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 zu Werten, die einen Drehzahlanstieg repräsentieren, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entgegen der Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu mager ist, um korrekt zu verbrennen. Durch die Normierung der Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der normierten Laufunruhe ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugeordnet werden. Wird im weiteren Verlauf der erfindungsgemäßen Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer zweiten Einspritzung B ein kleinerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, vergrößert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 entsprechend des Drehzahlabfalls, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu mager ist, um korrekt zu verbrennen. Gemäß Figur 5 kann ebenfalls die Einspritzung A als Startpunkt und die Einspritzung B als Endpunkt eines Vektors aufgefasst werden. Wieder kann der Richtung dieses Vektors die wesentliche Information entnommen werden, wo sich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis befindet, nämlich im Bereich von größer 0,9 und somit im fallenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlich Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Erfolgen nun weiterhin eine oder mehrere Einspritzungen C und D ohne eine Änderung eines Vorgabewertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, also ohne dass eine Anregung der Drehzahl zu erwarten ist, dann ergeben sich wieder Stützpunkte auf dem Vektor. Zwischen der Einspritzung A als Startpunkt und der Einspritzung B als Endpunkt liegt nun das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches gemäß Figur 5 einfach abgelesen werden kann, beziehungsweise einer weiteren Verarbeitung als absoluter Wert zur Verfügung steht.
  • In Figur 6 ist weiterhin ein Blockdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. In dem Block E werden die Betriebsbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine 1 definiert, das heißt, es erfolgt eine Bestimmung, ob das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden soll oder nicht. Soll das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden, wird ein geeignetes Signal von Block E über die Verbindung an Block F übermittelt. Ferner ist Block E mit Block J zum Zweck der Übertragung von Signalen, betreffend die Anforderung der Auswertung der Laufunruhe und der Bestimmung des absoluten Wertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verbunden. In Block F erfolgt eine Berechnung der zylinderindividuellen Gemischanregung. Der Multiplikationsstelle G werden die Parameter der in Block F bestimmten zylinderindividuellen Gemischanregung zugeführt. Außerdem werden der Multiplikationsstelle G die Parameter der Regelung und/oder Adaption der Vorsteuerung beziehungsweise der Vorgabe eines Sollwertes des Kräftstoff-Luft-Verhältnisses aus Block K zugeführt. Mittels der Multiplikationsstelle G werden die Parameter aus Block F und K miteinander in Beziehung gesetzt, so dass erfindungsgemäß eine Änderung der Einspritzmenge aufeinanderfolgender Arbeitsspiele erfolgt. Aus der Multiplikationsstelle G wird ein Sollwert für eine Kraftstoffeinspitzmenge an Block H ausgegeben. Block H stellt dabei die Komponenten der Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine 1 dar, wie die Einspritzventile 3. Durch den Pfeil H' ist die Antwort beziehungsweise die Reaktion der Verbrennungskraftmaschine 1 auf die zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luftgemisches angedeutet. In Block I erfolgt eine Auswertung der durch die zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auftretende Laufunruhe und in Block J die Umrechnung der Laufunruhe in einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses. Der Block J ist ferner mit Block K verbunden, so dass der absolute Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Regelung und/oder Adaption der Vorsteuerung zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Zylinder
    3
    Einspritzventil
    4
    Ansaugleitung
    5
    Abgasleitung
    6
    Sensor zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels
    7
    Sensor zur Bestimmung der Füllung
    A
    erste Einspritzung
    B
    zweite Einspritzung
    C
    dritte Einspritzung
    D
    vierte Einspritzung
    E
    Block zur Definition der Betriebsbedingungen
    F
    Block zur Berechnung der zylinderindividuellen Gemischanregung
    G
    Multiplikationsstelle
    H
    Block
    H'
    Antwort, Reaktion der Verbrennungskraftmaschine 1
    I
    Block zur Auswertung der Laufunruhe
    J
    Block zur Umrechnung der Laufunruhe
    K
    Block mit Parametern der Vorsteuerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses

Claims (12)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem oder mehreren Zylindern (2), wobei den Zylindern (2) mittels Einspritzventilen (3) Kraftstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgenden Arbeitstakten eines individuellen Zylinders (2) der Verbrennungskraftmaschine (1) unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zugemessen werden, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (1) angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei in Abhängigkeit dieses charakteristischen Musters des Verlaufes der Drehzahl ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Kenngröße des charakteristischen Musters des Verlaufes der Drehzahl gebildet und in Relation zu dem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (1) gesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kenngröße des charakteristischen Musters die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine (1) ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Einfluss des charakteristischen Musters oder der Kenngröße Laufunruhe auf das Drehmoment in Relation zu dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kenngröße Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (1) normiert wird und die normierte Laufunruhe über Kennfelder in das zugehöriger Kraftstoff-Luft-Verhältnis umgerechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Laufunruhe über einzelne Arbeitsspiele gemittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Korrekturen der Laufunruhewerte hinsichtlich Drehzahländerungen vorgenommen werden, die durch eine dynamische Fahrweise bedingt sind, und Fehler, die durch einen Sensor (6) zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und ein damit zusammenwirkendes Geberrad bedingt sind, berücksichtigt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung/Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für verschiedene Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine (1) in Abhängigkeit des Belastungszustandes der Verbrennungskraftmaschine (1) erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei geringer Belastung der Verbrennungskraftmaschine (1) größere und bei größerer Belastung der Verbrennungskraftmaschine (1) kleinere Amplituden der Anregung vorgesehen sind.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei unterschiedlich parametrierbare Folgen von Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge, die das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in vorgegebener Weise anreichern oder abmagern, vorgesehen sind.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dem individuellen Zylinder (2) gegenüber einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in einer ersten Einspritzung ein höherer Kraftstoffanteil und in einer darauffolgenden zweiten Einspritzung ein niedrigerer Kraftstoffanteil zugemessen wird oder gegenüber der Sollwertvorgabe in einer ersten Einspritzung ein niedrigerer Kraftstoffanteil und in einer darauffolgenden zweiten Einspritzung ein höherer Kraftstoffanteil zugemessen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei dem individuellen Zylinder (2) im Anschluss an die zweite Einspritzung in zumindest einer Einspritzung ein Kraftstoffanteil entsprechend der Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugemessen wird.
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