EP2505810A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine unter Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine unter Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb Download PDF

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EP2505810A1
EP2505810A1 EP12002092A EP12002092A EP2505810A1 EP 2505810 A1 EP2505810 A1 EP 2505810A1 EP 12002092 A EP12002092 A EP 12002092A EP 12002092 A EP12002092 A EP 12002092A EP 2505810 A1 EP2505810 A1 EP 2505810A1
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air
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individual
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Oliver Grunwald
Armin Köhler
Thierry Delcour
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Audi AG
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    • F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the internal combustion engine thus has a plurality of combustion chambers.
  • full engine operation all combustion chambers are charged with an air-fuel mixture.
  • partial engine operation only a subset of the combustion chambers is acted upon by an air-fuel mixture, while combustion takes place once in the remaining combustion chambers, but the exhaust gas remains in the combustion chamber. If the subgroup is exactly half of the combustion chambers, this is called half engine operation.
  • the combustion chambers can differ in their construction. Thus, it may be necessary to inject slightly more fuel into a combustion chamber than into another combustion chamber, so that on average the usually desired air-fuel ratio of exactly one is obtained so that all the fuel can be accurately burned by the available oxygen. It thus determines an individual air-fuel ratio to each combustion chamber. It is known to drive this so-called. Meager ramps, that is, to increase the air-fuel ratio relative to a specific combustion chamber successively until a rough running of the internal combustion engine is observed. It is then possible to assign a certain value for the air-fuel ratio to the rough running and in this way calibrate the injection. If one has assigned each combustion chamber an individual air-fuel ratio, this is set in full engine operation, namely by injecting fuel and supply of Air as part of a scheme for which the assigned values for the air-fuel ratio are the starting point.
  • the combustion chambers of the subgroup for the partial engine operation are assigned a new (i.e., other), ie newly determined or calculated, individual air-fuel ratio, which is set immediately upon switching from full engine operation to partial engine operation.
  • the invention thus makes an individual adaptation of the injection of fuel and supply of air in the individual combustion chambers not only in full engine operation, but also in partial engine operation. In this way, the efficiency of the operation of the internal combustion engine is increased.
  • a separate lean ramp is not driven, but rather the new individual air-fuel ratio based on the previous, so defined for full engine operation or assigned individual Air-fuel ratios calculated to at least the combustion chambers of the subgroup. This is based on the knowledge that the measurements of the combustion chamber-specific deviations are already reflected in the individual air-fuel ratios to the combustion chambers of the subgroup, so that no renewed measurements have to be made.
  • the individual air-fuel ratios for full engine operation are determined by the method in which a targeted admission of the individual combustors with lean exhaust gas with changing air-fuel ratio (in particular steadily increasing air-fuel ratio) he follows.
  • the predetermined method is in this case not carried out in particular for the partial engine operation.
  • Such a predetermined method of driving a lean ramp requires for its implementation certain operating or driving conditions that must recognize the engine control unit. Such conditions are usually not present when changing from full engine operation to partial engine operation, so that it is advantageous if the measurement can be made by the predetermined method at a favorable time with respect to the full engine operation. As stated above, it is then preferred to build upon this measurement to calculate the individual air-fuel ratios to the combustors for the partial engine operation.
  • An internal combustion engine designated as a whole by 10 has four cylinders 12, which in the present case are numbered "1" to "4". In a full engine operation All four cylinders are subjected to an air-fuel ratio, so that combustion can take place in them. In a half-engine operation, only the cylinders 1 and 4 are repeatedly supplied with fuel and the cylinders 2 and 3 only once, so that repeated combustion can take place only in the cylinders 1 and 4. It has now been assumed that, under suitable measuring conditions, a measurement was made to determine which cylinder-specific deviations exist. For example, one can the method according to the DE 10 2006 026 390 A1 or the DE 20 2006 044 073 A1 carry out. In this case, a so-called lean ramp is driven, ie the cylinder 12 is subjected to increasingly lean exhaust gas until an uneven running is observed. The rough running can be assigned a specific value for Lambda.
  • cylinder 1 is set to a lambda value of 1.225, the other cylinders to a lambda value of 0.925.
  • the cylinder 1 is thus charged with 30% (based on the air-fuel ratio) higher than the cylinders 2, 3 and 4, so that the cylinder-specific deviation is taken into account.
  • the value of lambda equal to one, because three times the value of 0.075, ie 7.5%, is exactly the value of 1 - 0.775, ie 22.5%.
  • the numerical values for the cylinder-specific air-fuel ratios are already calculated in advance.
  • a deviation of the cylinder 1 by 22.5% it follows that the cylinder 1 is to be supplied with an air-fuel ratio of lambda equal to 1.15, so that on average the air-fuel ratio of lambda equals one , The cylinder 1 therefore gets 15% more, the cylinder 4 15% less than it would be the normal value.
  • the values according to Fig. 2 the values can be adjusted according to Fig. 3 Calculate immediately so that it is possible to dispense with re-driving a lean ramp.
  • the new values according to Fig. 3 When changing from full engine operation to the partial engine operation directly, so be set immediately and in particular without settling time. This ensures minimal pollutant emissions.

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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine (10) können brennkammerindividuelle Abweichungen ausgeglichen werden, indem den einzelnen Brennkammern (12) ein jeweils individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeordnet wird, welches eingestellt wird. Wechselt man vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb, sind die zugeordneten Luft-Kraftstoffverhältnisse nicht mehr stets optimal. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß den Brennkammern der Untergruppe, die im Teilmotorbetrieb mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt wird, ein neues (individuelles) Verhältnis zugeordnet, welches bei einem Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb unmittelbar eingestellt wird. Die neuen individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse lassen sich insbesondere aus den zum Vollmotorbetrieb zugeordneten individuellen Luft-Kraftstoffverhältnisse einfach berechnen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Brennkraftmaschine weist somit eine Mehrzahl von Brennkammern auf. Unterschieden wird zwischen mehreren Betriebsarten bzw. -weisen, zum Beispiel zweien, dem Vollmotorbetrieb und dem Teilmotorbetrieb. Im Vollmotorbetrieb werden alle Brennkammern mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt. Gemäß der zweiten Betriebsweise im Teilmotorbetrieb wird nur eine Untergruppe der Brennkammern mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt, in den verbleibenden Brennkammern findet zwar einmalig eine Verbrennung statt, das Abgas verbleibt aber in der Brennkammer. Ist die Untergruppe genau die Hälfte der Brennkammern, spricht man vom Halbmotorbetrieb.
  • Es ist nun bekannt, dass die Brennkammern in ihrer Bauweise voneinander abweichen können. So kann es erforderlich sein, in eine Brennkammer etwas mehr Kraftstoff einzuspritzen als in eine andere Brennkammer, damit man im Mittel das üblicherweise gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis von genau Eins erhält, damit also sämtlicher Kraftstoff durch den vorhandenen Sauerstoff genau verbrannt werden kann. Man bestimmt somit ein individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu jeder Brennkammer. Es ist bekannt, hierzu sog. Magerrampen zu fahren, d. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezogen auf eine bestimmte Brennkammer sukzessive zu erhöhen, bis eine Laufunruhe der Brennkraftmaschine beobachtet wird. Man kann dann der Laufunruhe einen bestimmten Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuordnen und auf diese Weise die Einspritzung kalibrieren. Hat man jeder Brennkammer ein individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeordnet, wird dieses im Vollmotorbetrieb eingestellt, nämlich durch Einspritzen von Kraftstoff und Zufuhr von Luft im Rahmen einer Regelung, für die die zugeordneten Werte für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Ausgangspunkt sind.
  • Geht man nun vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb über, behält man üblicherweise die bisherigen individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse bei. Sofern durch Wegfall einiger Brennkammern mit stark von Eins abweichendem individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis dann von Eins abweicht, sorgt die Regelung dafür, dass das gesamte Luft-Kraftstoff-Verhältnis dann wieder auf Eins gesetzt wird. Im Rahmen der Regelung werden jedoch die Brennkammern der Untergruppe kollektiv mit mehr oder weniger Kraftstoff beaufschlagt. Dann wird aber den individuellen Abweichungen in der Bauweise und Betriebsweise der Brennkammern nicht ausreichend gut Rechnung getragen. Dadurch kann es zu übermäßigen Schadstoffemissionen bezogen auf die Leistung der Brennkraftmaschine kommen. Nachteilig daran ist auch, dass die Regelung nach dem Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb erst sehr langsam und damit spät reagiert.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Effizienz einer Brennkraftmaschine zu verbessern, wenn diese sowohl im Vollmotorbetrieb als auch im Teilmotorbetrieb betreibbar ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird somit den Brennkammern der Untergruppe für den Teilmotorbetrieb ein neues (d. h. anderes), also neu ermitteltes oder berechnetes, individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeordnet, welches bei einem Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb unmittelbar eingestellt wird.
  • Durch die Erfindung wird somit eine individuelle Anpassung der Einspritzung von Kraftstoff und Zufuhr von Luft in die einzelnen Brennkammern nicht nur im Vollmotorbetrieb, sondern auch im Teilmotorbetrieb vorgenommen. Auf diese Weise wird die Effizienz des Betriebs der Brennkraftmaschine erhöht.
  • Bevorzugt wird nicht eine gesonderte Magerrampe gefahren, sondern vielmehr wird das neue individuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage der bisherigen, also zum Vollmotorbetrieb definierten bzw. zugeordneten individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zu zumindest den Brennkammern der Untergruppe berechnet. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass sich in den individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen zu den Brennkammern der Untergruppe bereits die Messungen der brennkammerindividuellen Abweichungen widerspiegeln, sodass keine erneuten Messungen vorgenommen werden müssen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse für den Vollmotorbetrieb durch das Verfahren ermittelt, bei dem eine gezielte Beaufschlagung der einzelnen Brennkammern mit magerem Abgas mit wechselndem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (insbesondere stetig ansteigendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) erfolgt. Das vorbestimmte Verfahren wird hierbei insbesondere nicht für den Teilmotorbetrieb durchgeführt. Ein solches vorbestimmtes Verfahren des Fahrens einer Magerrampe bedarf für seine Durchführung bestimmter Betriebs- bzw. Fahrbedingungen, die das Motorsteuergerät erkennen muss. Solche Bedingungen sind beim Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb in der Regel nicht gegeben, sodass es vorteilhaft ist, wenn die Messung durch das vorbestimmte Verfahren zu einem günstigen Zeitpunkt bezüglich des Vollmotorbetriebs erfolgen kann. Wie oben ausgeführt, wird bevorzugt dann auf dieser Messung aufgebaut, um die individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zu den Brennkammern für den Teilmotorbetrieb zu berechnen.
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern ist, um die Betriebsweisen des Vollmotorbetriebs und des Halbmotorbetriebs zu erläutern;
    • Fig. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine aus Fig. 1 in einem Beispielfall ist; und
    • Fig. 3 ein entsprechendes Schaubild für den Halbmotorbetrieb im selben Beispielfall ist.
  • Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Brennkraftmaschine weist vier Zylinder 12 auf, die vorliegend mit "1" bis "4" durchnummeriert sind. In einem Vollmotorbetrieb werden alle vier Zylinder mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt, sodass eine Verbrennung in ihnen stattfinden kann. In einem Halbmotorbetrieb werden lediglich die Zylinder 1 und 4 wiederholt mit Kraftstoff beaufschlagt und die Zylinder 2 und 3 lediglich einmalig, sodass eine wiederholte Verbrennung nur in den Zylindern 1 und 4 stattfinden kann. Es ist nun davon ausgegangen, dass unter geeigneten Messbedingungen eine Messung dahingehend erfolgte zu bestimmen, welche zylinderindividuellen Abweichungen bestehen. Beispielsweise kann man das Verfahren gemäß der DE 10 2006 026 390 A1 oder der DE 20 2006 044 073 A1 durchführen. Es wird hierbei eine sog. Magerrampe gefahren, d. h. der Zylinder 12 mit zunehmend magererem Abgas beaufschlagt, bis eine Laufunruhe beobachtet wird. Der Laufunruhe lässt sich ein bestimmter Wert für Lambda zuordnen.
  • Vorliegend soll festgestellt worden sein, dass die Zylinder normal arbeiten, dass aber der Zylinder 1 um 30% "zu fett" ist. Hiermit meint man, dass der Zylinder 1 mit weniger Kraftstoff und mehr Luft beaufschlagt werden muss, damit sich das selbe Verhalten einstellt wie bei den anderen Zylindern. Der Wert von 30% entspricht hierbei dem Lambdawert von 0,7.
  • Würde man nun eine entsprechende Menge an Kraftstoff in den Zylinder 1 einspritzen, dass sich dort der Wert von Lambda gleich 0,7 ergäbe und bei den anderen der Wert von Lamda gleich Eins ergäbe, so würde man im Mittel nicht das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Lambda gleich Eins erhalten.
  • Für den Vollmotorbetrieb wählt man stattdessen die Werte gemäß Fig. 2: Hier wird der Zylinder 1 auf einen Lambdawert von 1,225 eingestellt, die anderen Zylinder auf einen Lambdawert von 0,925. Der Zylinder 1 wird somit mit 30% (bezogen auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis) höher beaufschlagt als die Zylinder 2, 3 und 4, sodass der zylinderindividuellen Abweichung Rechnung getragen wird. Im Mittel erhält man jedoch den Wert von Lambda gleich Eins, weil drei Mal der Wert von 0,075, also 7,5%, genau dem Wert von 1 - 0,775 ist, also 22,5%.
  • Aus diesem zylinderindividuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen gemäß Fig. 2 kann man nun diejenigen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse berechnen, die man im Teilmotorbetrieb vorzusehen hat: Würde man es hier bei den Werten aus Fig. 2 belassen, wäre der Wert für Lambda im Mittel nicht gleich Eins, weil ja die Anteile aus den Zylindern 2 und 3 entfielen. Die Lambda-Regelung würde dann für einen Ausgleich sorgen müssen, dies würde aber nur relativ langsam geschehen.
  • Vorliegend werden die Zahlenwerte für die zylinderindividuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse bereits vorab berechnet. Bei einer Abweichung des Zylinders 1 um 22,5% ergibt sich, dass der Zylinder 1 mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Lambda gleich 1,15 zu beaufschlagen ist, damit sich im Mittel das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Lamda gleich Eins ergibt. Der Zylinder 1 erhält daher um 15% mehr, der Zylinder 4 15% weniger als es der normale Wert wäre. Aus den Werten gemäß Fig. 2 lassen sich die Werte gemäß Fig. 3 unmittelbar berechnen, sodass auf das erneute Fahren einer Magerrampe verzichtet werden kann. Somit können die neuen Werte gemäß Fig. 3 beim Wechsel vom Vollmotorbetrieb auf den Teilmotorbetrieb unmittelbar, also sofort und insbesondere ohne Einschwingzeit eingestellt werden. Dadurch wird für einen minimalen Schadstoffausstoß gesorgt.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Mehrzahl von Brennkammern (12), von denen in einem Vollmotorbetrieb alle Brennkammern (12) mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt werden, und in einem Teilmotorbetrieb nur eine Untergruppe mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt wird, wobei in dem Vollmotorbetrieb jeder Brennkammer (12) ein individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeordnet ist, welches eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    den Brennkammern der Untergruppe ein für den Teilmotorbetrieb neues individuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeordnet wird, welches bei einem Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb unmittelbar eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das neue individuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage der zum Vollmotorbetrieb zugeordneten individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, welche zu zumindest den Brennkammern der Untergruppe zugeordnet sind, berechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die individuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse für den Vollmotorbetrieb durch ein vorbestimmtes Verfahren ermittelt werden, bei dem eine gezielte Beaufschlagung der einzelnen Brennkammern (12) mit magerem Abgas mit wechselndem Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfolgt.
EP12002092A 2011-03-29 2012-03-24 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine unter Wechsel vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb Withdrawn EP2505810A1 (de)

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