EP3060785A1 - Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors

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EP3060785A1
EP3060785A1 EP14738781.5A EP14738781A EP3060785A1 EP 3060785 A1 EP3060785 A1 EP 3060785A1 EP 14738781 A EP14738781 A EP 14738781A EP 3060785 A1 EP3060785 A1 EP 3060785A1
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EP
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cam
camshaft
dimension
fuel
determined
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EP14738781.5A
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Martin Biener
Holger Becker
Kai Hartel
Florian Fischer
Stefan Lieske
Falko Rudolph
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Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Publication of EP3060785B1 publication Critical patent/EP3060785B1/de
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    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, wherein within a working cycle of the engine, a valve of a cylinder is opened by a cam of a camshaft and the cylinder to a predetermined amount
  • Fuel is supplied. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine, which can be operated according to the inventive method.
  • the camshaft of a conventional internal combustion engine is driven via a fixed connection from the crankshaft at its half speed.
  • the control and intervention options are limited in such valve trains.
  • variable cam timing or variable valve timing By a variable cam timing or variable valve timing, the timing of the valve timing can be changed as needed. This allows an increase in engine efficiency, on the one hand by a gain in torque depending on the load and on the other by fuel economy.
  • Methods are known for adjusting the overlap in four-stroke engines, which can be used to influence the time in which the intake and exhaust valves are open at the same time. For this purpose, one or more phasers may be provided.
  • Other methods are known in which the crankshaft and camshaft are adjusted relative to each other, whereby the timing can be changed as needed.
  • methods are known in which the maximum valve lift can optionally be varied continuously.
  • Invention a method for operating an internal combustion engine by optimizing the valve control in such a way that the engine can be operated particularly optimized emissions and consumption.
  • This object is achieved by a development of the described method, which is characterized essentially in that after measurement of the cam and / or the camshaft, a dimension of the cam and / or a position of the cam on the camshaft is measured, the dimension, position and / or a parameter calculated therefrom is stored, and the amount of fuel to be supplied within the working cycle as a function of the stored
  • the invention is based on the knowledge that it in the production of cams for the actuation of gas exchange valves fluctuation of the manufactured
  • Ventilhubverierin the actuated by the cam gas exchange valves.
  • the manufacturing tolerance in the transverse direction of the camshaft far projecting cam lead to a longer valve opening time than one in the context of
  • cams o regularly in the form of separate cam elements such as cams o
  • Cam carrier shaft are attached.
  • the individual cam carrier shaft are attached.
  • Cam elements pushed onto the cam carrier shaft and attached thereto in an intended rotational position and axial position may arise due to the production due to the attachment regularly deviations of the actual rotational position of the individual cam elements of the intended rotational position.
  • a different rotational position leads to a shifted valve opening window and thus to a different gas flow behavior.
  • the fuel injection quantity per operating cycle is adapted to these, depending on the actual cam arrangement different fresh gas filling by After the manufacture of the cam and / or the camshaft, a dimension of the cam and / or a position of the cam on the camshaft is measured and stored. Alternatively, one of the dimension and / or location of the
  • Cam determined characteristic value to be stored which indicates the cam-specific valve lift and / or another variable, which represents a measure of the per valve lift under predetermined boundary conditions in / out of / the combustion chamber on or outflowing gas.
  • the parameter may specify a time and / or a time window of the valve opening or a valve opening course. This parameter or several parameters can be determined from the measured dimension and / or position of the cam or calculated using further parameters or engine parameters.
  • the quantity of fuel to be supplied within one working cycle can now be determined as a function of the dimension, position and / or the parameter (s) calculated therefrom. This results in that for the cylinder within a
  • Adjusted fuel cycle to the actual valve lift and the actually supplied amount of fresh gas is adjusted, whereby the combustion behavior and thus the emission behavior for the corresponding cylinder is optimized.
  • the valve actuated by the cam is not necessarily an inlet valve, but may also be an exhaust valve of the cylinder. The within one
  • the optimum amount of fuel to be supplied to the working cycle may also depend on the opening of one or more exhaust valves of the cylinder.
  • the internal combustion engine can be a diesel, a gasoline engine or another
  • the engine is a four-stroke gasoline engine.
  • the invention is not limited to these types of engines.
  • the fuel is injected directly into the cylinder, the
  • the method according to the invention can also be used in engines with supply of fuel upstream of the intake valve.
  • Valve lift characteristics of the individual cams are stored, and the amount of fuel that is fed per cycle to two or more cylinders, respectively a cam is assigned, is determined in dependence on the dimension, position and / or the characteristic calculated therefrom of that cam which is associated with the respective cylinder.
  • Cylinder-spanning total gas quantity is measured by means of a sensor and the injection quantity is adapted across cylinders. If, however, the
  • Injection amount cam-individual adapted to the particular contour and / or position of the cam fuel consumption and emissions can be further reduced and the concentricity of the engine can be improved.
  • the filling detection of the individual cylinders is specified, and the fuel injection is performed cylinder-specific.
  • the fuel injection and combustion is thus operated optimized emissions and consumption.
  • the amount of fuel determined in each case is preferably injected into the individual cylinders per operating cycle.
  • the methods of variable valve control explained in the introduction can additionally be used to further optimize the valve timing.
  • the measurement error is less than that
  • Camshaft production The more accurately the cam contour and cam position are measured, the more precisely the injection quantity of the fuel can be adapted to it, which leads to an improved combustion behavior for each individual cylinder.
  • the step of measuring the cams is preferably carried out following the attachment of the individual cams on the camshaft, so that the rotational position or the deviation from an intended rotational position of the individual cams in
  • Circumferential direction can be measured. It has proven to be expedient that in the production of the camshaft one or more cams are attached to a cam carrier shaft, wherein the rotational position of the one or more cams in the circumferential direction of the camshaft is measured after manufacture.
  • the individual cam elements, each carrying one or more cams, are thereby preferably by means of press fit to the
  • Cam support shaft added.
  • the deviation of the actual rotational position from the intended rotational position is great in this manufacturing method, so that there are significant improvements with regard to concentricity and combustion behavior of the engine as a result of the method according to the invention.
  • a dimension of the cam in the radial direction, a dimension of the cam in the circumferential direction of the camshaft axis and / or a profile of the cam running surface can be measured. These variables also have an influence on the valve lift, in particular on the valve opening time and the
  • Valve opening timing Alternatively or additionally, the axial position of the cam on the camshaft and / or the mutual position of the individual cams of the camshaft can be measured.
  • Ventilhubkennles or more valve lift characteristics are determined.
  • an assignment is preferably stored in a control unit of the engine, the predetermined Ventilhubkennies, allocates fuel injection quantities, wherein the control unit, a comparison of previously determined Ventilhubkennles is performed with the assignment and from the amount of fuel to be supplied per cycle preferably cylinder-individually determined.
  • engine control units receive previously determined or calculated data records which determine the quantities of fuel to be injected as a function of certain
  • Specify engine parameters For example. These data sets can indicate injection quantities as a function of speed, load, a total quantity of air drawn in, temperature, throttle position, etc. According to the invention, these datasets additionally give the intended injection quantity as a function of the measured dimension and / or position, in particular the rotational position in which the cam is fastened to the camshaft, or the characteristic variables determined therefrom. Since the production-related rotational positions and the dimensions of the individual cams of the camshaft after manufacture no longer change when operating the internal combustion engine, after completion of the engine a unique
  • Assignment process activates a to be used for the future operation of the engine injection quantity map in the engine control unit, so that in the future cylinder-individually injected correctly depending on the cam dimensions.
  • the comparison of the actual valve lift characteristics described above with the assignment is only once after the
  • the measurement and / or position of the cam determined by measurement is stored in the form of an optically readable code such as a data matrix code (DMC) or a barcode.
  • the optically readable code can be read by a reading device, such as a scanner, and transferred to a database or memory.
  • the measured rotational position can be stored for each cam of a camshaft in the form of a separate DMC, and / or a single DMC can be created which determines the rotational positions of all the cams of a camshaft
  • Camshaft indicates.
  • the storage can take place in that the optically readable code, in particular the DMC, by means of laser, needle embossing or the like. permanently inscribed in the cam, camshaft, hood module or other engine component.
  • the DMC can be mounted on a component of the engine by means of a label or the like, so that correct assignment to the measured cams is possible at any time later.
  • the contents of the DMC may be read by a scanner and transferred to a suitable controller such as the engine controller, a database, and / or a memory.
  • Optically readable codes are particularly suitable for the permanent attachment of information to a component and can later be easily read at any time using a scanner.
  • a DMC is suitable for storing a particularly large amount of information and is due to the used
  • DE 10 2010 048 126 A1 describes the recording of a clutch characteristic and its storage by means of a data matrix Codes such that the data matrix code is reloaded on the coupling system. This data matrix code can then be read out by means of a scanner.
  • DE 10 201 1 1 14 066 A1 describes the application of a label on a double clutch, wherein the label carries a bar code or a data matrix code which characterizes a characteristic curve of the double clutch.
  • DMCs are used according to the invention for storing dimensions and / or positions of engine components, in particular cams of a camshaft.
  • the finished unit can be taken from the exact dimension and / or position of the component such as the real position of the individual cams of the camshaft.
  • the individual components of the engine are thus individualized according to the invention.
  • the DMC is permanently attached to a motor component, in particular at an accessible position, so that a later readout is possible in a simple manner.
  • the invention relates to an internal combustion engine with at least one camshaft having at least one cam for opening a valve of a cylinder and with an injection device for supplying a predetermined amount of fuel per working cycle in the cylinder.
  • a control device with access to a previously measured size and / or position of the cam and / or to a determined characteristic and with means for determining the amount of fuel to be supplied per duty cycle in dependence Location or dimension of the cam and / or the characteristic determined therefrom provided.
  • Internal combustion engine is the injection into the individual cylinders in coordination with the actual dimensions and the actual rotational position of the cam associated with the cylinder, so that the engine can be operated particularly optimized fuel consumption.
  • the control unit for several, in particular all cylinders of the engine determine the amount of fuel to be supplied in each case in dependence on the measured rotational position of the respective cam associated with the cylinder.
  • the individual cams or an engine component that may be associated with the cams may have a DMC printed thereon or otherwise inscribed therein indicating a dimension and / or a mounting position of the cams.
  • the dimensions and / or positions of the cams of the camshaft or parameters calculated therefrom can be stored in the engine control unit, a database or a memory to which the engine control unit has access. It suffices if this access is made possible once before commissioning or before delivery of the engine, so that for the later operation of the engine, the cylinder-individual
  • Fig. 1 the sequence of the method according to the invention in the form of a
  • the rotational position of the cam on the camshaft is measured at step S2.
  • the step of measuring may in particular comprise the determination of a twist angle by which the cam disk is rotated in the circumferential direction, starting from an intended installation position of the cam disk, wherein the intended installation position can be marked on the cam carrier shaft.
  • further dimensions of the cam can be measured.
  • the measured values are permanently written in S3 in the form of a DMC by means of a laser or the like into the cam element or into another motor component.
  • the content of the DMC is read out at S4 by means of a scanner or the like and fed to a control unit at S5, which calculates a valve lift characteristic therefrom.
  • the controller determines which amounts of fuel to use in the presence of certain engine parameters. For this purpose, a specific injection quantity map can be activated by the control unit as a function of the valve lift characteristic for each cylinder, the values of which are used in the future operation of the engine.
  • This method is carried out for each cam of the camshaft, so that the injection takes place in the individual combustion chambers of the engine cam-individual.
  • the method illustrated in FIG. 1 is to be understood as an example.
  • the measured cam positions are not necessarily stored by means of a DMC.
  • a measurement of the individual cams before mounting on the DMC is to be understood as an example.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem innerhalb eines Arbeitszyklus des Motors ein Ventil eines Zylinders durch einen Nocken einer Nockenwelle geöffnet wird und dem Zylinder eine vorgegebene Menge an Kraftstoff zugeführt wird, wobei nach der Fertigung des Nockens und/oder der Nockenwelle eine Abmessung des Nockens und/oder eine Lage des Nockens an der Nockenwelle vermessen wird, die Abmessung, Lage und/oder eine daraus ermittelte Kenngröße gespeichert wird, und die Menge des innerhalb des Arbeitszyklus zuzuführenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von der gespeicherten Abmessung, Lage und/oder der daraus berechneten Kenngröße festgelegt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem innerhalb eines Arbeitszyklus des Motors ein Ventil eines Zylinders durch einen Nocken einer Nockenwelle geöffnet wird und dem Zylinder eine vorgegebene Menge an
Kraftstoff zugeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.
Die Nockenwelle eines herkömmlichen Verbrennungsmotors wird über eine feste Verbindung von der Kurbelwelle mit deren halber Drehzahl angetrieben. Bei
Nockenwellenantrieben ohne Verstellmöglichkeit sind dabei die Ventilöffnungszeiten der Ventile des Ventiltriebs, die von den Nocken der Nockenwelle geöffnet werden, konstruktiv festgelegt. Die Steuerungs- und Eingriffsmöglichkeiten sind bei solchen Ventiltrieben eingeschränkt.
Deshalb wurden verschiedene Verfahren zur Nockenverstellung entwickelt. Durch eine variable Nockenverstellung oder variable Ventilsteuerung können die Steuerzeiten der Ventilsteuerung je nach Bedarf verändert werden. Dies erlaubt eine Steigerung der Motoreffizienz, zum einen durch einen Gewinn an Drehmoment in Abhängigkeit von der jeweiligen Last und zum anderen durch Kraftstoffeinsparung. Bspw. sind Verfahren zur Anpassung der Überschneidung bei Viertaktmotoren bekannt, mit denen Einfluss auf die Zeit genommen werden kann, in der die Einlass- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet sind. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Phasenversteller vorgesehen sein. Andere Verfahren sind bekannt, bei denen Kurbelwelle und Nockenwelle relativ zueinander verstellt werden, wodurch die Steuerzeiten je nach Bedarf geändert werden können. Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen der maximale Ventilhub ggf. stufenlos variiert werden kann.
Allerdings hat es sich herausgestellt, dass trotz des Einsatzes dieser bekannten
Verfahren zur Nockenwellenverstellung bei der Ventilsteuerung bekannter
Verbrennungsmotoren noch Optimierungsbedarf besteht. Insbesondere weisen bei Motoren mit herkömmlicher Ventilsteuerung die einzelnen Zylinder oftmals ein voneinander abweichendes Brennverhalten und ein daraus resultierendes unterschiedliches Leistungs- und Emissionsverhalten auf, was mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch verbunden ist.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors durch Optimierung der Ventilsteuerung derart weiterzubilden, dass der Motor besonders emissions- und verbrauchsoptimiert betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens gelöst, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass nach der Fertigung des Nockens und/oder der Nockenwelle eine Abmessung des Nockens und/oder eine Lage des Nockens an der Nockenwelle vermessen wird, die Abmessung, Lage und/oder eine daraus berechnete Kenngröße gespeichert wird, und die Menge des innerhalb des Arbeitszyklus zuzuführenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von der gespeicherten
Abmessung, Lage und/oder der daraus berechneten Kenngröße bestimmt wird.
Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass es bei der Fertigung von Nocken zur Betätigung von Gaswechselventilen Schwankungsbreiten der gefertigten
Nockenkonturen gibt. Die Schwankungsbreiten führen zu Differenzen in den
Ventilhubverläufen der von den Nocken betätigten Gaswechselventile. Bspw. kann ein im Rahmen der Herstellungstoleranz in Querrichtung der Nockenwelle weit vorstehender Nocken zu einer längeren Ventilöffnungszeit führen als ein im Rahmen der
Herstellungstoleranz weniger weit vorstehender Nocken.
Hinzu kommt, dass die einzelnen Nocken einer Nockenwelle regelmäßig in Form von separaten Nockenelementen wie etwa Nockenscheiben o. dgl. an einer
Nockenträgerwelle befestigt werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen
Nockenelemente auf die Nockenträgerwelle geschoben und in einer vorgesehenen Drehlage sowie axialen Lage daran angefügt, wobei sich jedoch fertigungsbedingt bei der Befestigung regelmäßig Abweichungen der tatsächlichen Drehlage der einzelnen Nockenelemente von der vorgesehenen Drehlage ergeben können. Eine abweichende Drehlage führt zu einem verschobenen Ventilöffnungsfenster und damit zu einem abweichenden Gasströmungsverhalten. Letztlich hängt deshalb auch die
Frischgasmenge, mit der ein Zylinder pro Arbeitszyklus versorgt wird, von der Drehlage ab, in der der zugehörige Nocken an der Nockenwelle befestigt ist.
Erfindungsgemäß wird die Kraftstoffeinspritzmenge pro Arbeitszyklus an diese je nach tatsächlicher Nockenanordnung unterschiedliche Frischgasfüllung angepasst, indem nach der Fertigung des Nockens und/oder der Nockenwelle eine Abmessung des Nockens und/oder eine Lage des Nockens an der Nockenwelle vermessen und abgespeichert wird. Alternativ kann eine aus der Abmessung und/oder Lage des
Nockens ermittelte Kenngröße abgespeichert werden, die den nockenindividuellen Ventilhub und/oder eine andere Größe kennzeichnet, die ein Maß für die je Ventilhub unter vorgegebenen Randbedingungen in/aus die/der Brennkammer ein- oder ausströmende Gasmenge darstellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Kenngröße einen Zeitpunkt und/oder ein Zeitfenster der Ventilöffnung oder einen Ventilöffnungsverlauf angeben. Diese Kenngröße bzw. mehrere Kenngrößen können aus der gemessenen Abmessung und/oder Lage des Nockens ermittelt bzw. unter Rückgriff auf weitere Kenngrößen oder Motorparameter berechnet werden.
Die Menge des innerhalb eines Arbeitszyklus zuzuführenden Kraftstoffs kann nun in Abhängigkeit von der Abmessung, Lage und/oder der daraus berechneten Kenngröße(n) bestimmt werden. Dies führt dazu, dass für den Zylinder die innerhalb eines
Arbeitszyklus zuzuführende Kraftstoffmenge an den tatsächlichen Ventilhub und die tatsächlich zugeführte Frischgasmenge angepasst ist, wodurch das Brennverhalten und somit auch das Emissionsverhalten für den entsprechenden Zylinder optimiert ist.
Das von dem Nocken betätigte Ventil ist dabei nicht notwendigerweise ein Einlassventil, sondern kann auch ein Auslassventil des Zylinders sein. Die innerhalb eines
Arbeitszyklus optimalerweise zuzuführende Kraftstoffmenge kann nämlich auch von dem Öffnungsverlauf eines oder mehrerer Auslassventile des Zylinders abhängen.
Der Verbrennungsmotor kann ein Diesel-, ein Ottomotor oder ein anderer
Verbrennungsmotor mit beliebiger Anzahl an Zylindern sein. Vorzugsweise ist der Motor ein Viertakt-Ottomotor. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Motortypen beschränkt. Vorzugsweise wird der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt, das
erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei Motoren mit Zuführung von Kraftstoff vor dem Einlassventil einsetzbar.
Die oben beschriebenen Vorteile der Erfindung kommen besonders stark zur Geltung, wenn eine Abmessung und/oder Lage, insbesondere eine Drehlage in Umfangsrichtung, von zwei oder mehr, insbesondere allen Nocken der Nockenwelle nach deren Fertigung vermessen wird, die Abmessungen, Lagen und/oder daraus berechnete
Ventilhubkenngrößen der einzelnen Nocken gespeichert werden, und die Menge des Kraftstoffs, der pro Arbeitszyklus zwei oder mehr Zylindern zugeführt wird, denen jeweils ein Nocken zugeordnet ist, in Abhängigkeit von der Abmessung, Lage und/oder der daraus berechneten Kenngröße desjenigen Nockens bestimmt wird, der dem jeweiligen Zylinder zugeordnet ist.
Die eingangs beschriebenen Probleme herkömmlicher Verbrennungsmotoren resultieren nämlich insbesondere auch aus der Tatsache, dass aufgrund unterschiedlicher Konturen und/oder abweichender Drehlagen der Nocken einer Nockenwelle die einzelnen Zylinder des Motors je Arbeitszyklus mit unterschiedlichen Mengen an Frischgas, aber einheitlichen Mengen an Kraftstoff versorgt werden, wobei diese Kraftstoffmengen nicht an die Unterschiede in den Frischgasmengen der einzelnen Zylinder angepasst sind. Dies kann ein unterschiedliches Brennverhalten und Emissionsverhalten in den einzelnen Brennkammern zu Folge haben, selbst wenn eine einströmende,
zylinderübergreifende Gesamtgasmenge mittels eines Sensors vermessen und die Einspritzmenge zylinderübergreifend daran angepasst wird. Wenn dagegen die
Einspritzmenge nockenindividuell an die jeweilige Kontur und/oder Lage des Nockens angepasst ist, können Kraftstoffverbrauch und Emissionen weiter gesenkt werden und der Rundlauf des Motors verbessert werden.
Insgesamt erfolgt somit die Füllungserfassung der einzelnen Zylinder spezifizierter, und die Kraftstoffeinspritzung wird zylinderspezifisch durchgeführt. Die Kraftstoffeinspritzung und -Verbrennung wird damit emissions- und verbrauchsoptimiert betrieben.
Vorzugsweise wird bei Betrieb des Verbrennungsmotors pro Arbeitszyklus die jeweils bestimmte Menge an Kraftstoff in die einzelnen Zylinder eingespritzt. Natürlich können die eingangs erläuterten Verfahren zur variablen Ventilsteuerung zusätzlich eingesetzt werden, um die Steuerzeiten der Ventile weiter zu optimieren.
Bei der Vermessung des Nockens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein
Messverfahren verwendet wird, dessen Messfehler geringer ist als die
Schwankungsbreite im Rahmen der vorgegebenen Toleranz bei der
Nockenwellenfertigung. Je genauer die Nockenkontur und Nockenlage vermessen werden, desto exakter kann die Einspritzmenge des Kraftstoffs daran angepasst werden, was zylinderindividuell zu einem verbesserten Brennverhalten führt. Der Schritt der Vermessung der Nocken wird vorzugsweise im Anschluss an die Befestigung der einzelnen Nocken an der Nockenwelle durchgeführt, damit die Drehlage bzw. die Abweichung von einer vorgesehenen Drehlage der einzelnen Nocken in
Umfangsrichtung vermessen werden kann. Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, dass bei der Fertigung der Nockenwelle ein oder mehrere Nocken an einer Nockenträgerwelle befestigt werden, wobei die Drehlage des einen oder der mehreren Nocken in Umfangsrichtung der Nockenwelle nach der Fertigung vermessen wird. Die einzelnen Nockenelemente, die jeweils einen oder mehrere Nocken tragen, werden dabei vorzugsweise mittels Presssitz an die
Nockenträgerwelle angefügt. Die Abweichung der tatsächlichen Drehlage von der vorgesehen Drehlage ist bei diesem Fertigungsverfahren groß, so dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Verbesserungen im Hinblick auf Rundlauf und Brennverhalten des Motors ergeben.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Abmessung des Nockens in radialer Richtung, eine Abmessung des Nockens in Umfangsrichtung der Nockenwellenachse und/oder ein Verlauf der Nockenlauffläche vermessen werden. Diese Größen haben ebenfalls einen Einfluss auf den Ventilhub, insbesondere auf die Ventilöffnungszeit und den
Ventilöffnungszeitpunkt. Alternativ oder zusätzlich kann die axiale Lage des Nockens an der Nockenwelle und/oder die gegenseitige Lage der einzelnen Nocken der Nockenwelle vermessen werden.
Aus den gemessenen Größen können anschließend eine nockenindividuelle
Ventilhubkenngröße oder mehrere Ventilhubkenngrößen bestimmt werden.
Zu diesem Zweck ist vorzugsweise in einem Steuergerät des Motors eine Zuordnung abgelegt, die vorgegebenen Ventilhubkenngrößen Kraftstoffeinspritzmengen zuordnet, wobei durch das Steuergerät ein Vergleich der zuvor bestimmten Ventilhubkenngröße mit der Zuordnung durchgeführt wird und daraus die Menge des pro Arbeitszyklus zuzuführenden Kraftstoffs bevorzugt zylinderindividuell bestimmt wird.
Üblicherweise erhalten Motorsteuergeräte zuvor ermittelte oder berechnete Datensätze, die die Mengen an einzuspritzendem Kraftstoff in Abhängigkeit von bestimmten
Motorkenngrößen angeben. Bspw. können diese Datensätze Einspritzmengen in Abhängigkeit von Drehzahl, Last, einer angesaugten Gesamtluftmenge, Temperatur, Drosselklappenstellung etc. angeben. Erfindungsgemäß geben diese Datensätze zusätzlich die vorgesehene Einspritzmenge in Abhängigkeit von der vermessenen Abmessung und/oder Lage, insbesondere der Drehlage, in der der Nocken an der Nockenwelle befestigt ist, oder den daraus ermittelten Kenngrößen an. Da sich die fertigungsbedingten Drehlagen sowie die Abmessungen der einzelnen Nocken der Nockenwelle nach der Fertigung beim Betreiben des Verbrennungsmotors nicht mehr ändern, kann nach Fertigstellung des Motors ein einmaliger
Zuordnungsvorgang vorgesehen sein, der ein für den zukünftigen Betrieb des Motors zu verwendendes Einspritzmengen-Kennfeld im Motorsteuergerät aktiviert, so dass zukünftig in Abhängigkeit von den Nockenabmessungen zylinderindividuell korrekt eingespritzt wird. In diesem Fall ist der oben beschriebene Vergleich der tatsächlichen Ventilhubkenngrößen mit der Zuordnung nur einmalig im Anschluss an die
Motormontage durchzuführen.
Es hat sich gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass die durch Messung bestimmte Abmessung und/oder Lage des Nockens in Form eines optisch auslesbaren Codes wie etwa eines Data-Matrix-Codes (DMC) oder eines Barcodes gespeichert wird. Später kann der optisch auslesbare Code durch eine Leseeinrichtung wie etwa einen Scanner ausgelesen und in eine Datenbank oder in einen Speicher überführt werden. Bspw. kann die gemessene Drehlage für jeden Nocken einer Nockenwelle in Form eines separaten DMC gespeichert werden, und/oder es kann ein einziger DMC erstellt werden, der die Drehlagen aller Nocken einer
Nockenwelle angibt. Die Speicherung kann dadurch erfolgen, dass der optisch auslesbare Code, insbesondere der DMC, mittels Laser, Nadelprägung o.dgl. dauerhaft in den Nocken, die Nockenwelle, ein Haubenmodul oder in ein anderes Motorbauteil eingeschrieben wird. Alternativ kann der DMC mittels eines Etiketts o. dgl. auf einem Bauteil des Motors angebracht werden, so dass später jederzeit eine korrekte Zuordnung zu den ausgemessenen Nocken möglich ist. Beim Einbau des Nockens oder der Nockenwelle in den Motor oder zu einem anderen späteren Zeitpunkt kann der Inhalt des DMCs durch einen Scanner ausgelesen werden und in ein geeignetes Steuergerät wie etwa das Motorsteuergerät, in eine Datenbank und/oder in einen Speicher überführt werden. Optisch auslesbare Codes eignen sich besonders für die dauerhafte Anbringung von Informationen an einem Bauteil und können später jederzeit auf einfache Weise mithilfe eines Scanners ausgelesen werden. Ein DMC eignet sich zur Speicherung einer besonders großen Informationsmenge und ist aufgrund der dabei verwendeten
Fehlerkorrekturverfahren besonders zuverlässig.
Das Speichern von zuvor vermessenen Kennlinien eines Fahrzeugs in Form optisch auslesbarer Codes wie etwa in Form von Data-Matrix-Codes ist bereits aus anderen Druckschriften bekannt. Bspw. beschreibt die Druckschrift DE 10 2010 048 126 A1 die Aufnahme einer Kupplungskennlinie sowie deren Speichern mittels eines Data-Matrix- Codes derart, dass der Data-Matrix-Code wiedereinlesbar auf dem Kupplungssystem aufgebracht wird. Dieser Data-Matrix-Code kann anschließend mittels eines Scanners ausgelesen werden. Die Druckschrift DE 10 201 1 1 14 066 A1 beschreibt das Aufbringen eines Etiketts auf einer Doppelkupplung, wobei das Etikett einen Barcode oder einen Data-Matrix-Code trägt, der eine Kennlinie der Doppelkupplung kennzeichnet.
Dagegen werden DMCs erfindungsgemäß zur Speicherung von Abmessungen und/oder Lagen von Motorbauteilen, insbesondere von Nocken einer Nockenwelle verwendet. Ein Verfahren, bei dem nach der Fertigung eines Motorbauteils wie etwa einer Nockenwelle eine Abmessung und/oder Lage des Bauteils vermessen wird und die gemessene Abmessung, Lage und/oder eine daraus berechnete Kenngröße mittels eines DMCs gespeichert wird, stellt einen eigenen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Durch die Vernetzung der bauteilspezifischen Daten mit der DMC des montierten Motors kann dem fertigen Aggregat die genaue Abmessung und/oder Lage des Bauteils wie etwa die reale Position der einzelnen Nocken der Nockenwelle entnommen werden. Die einzelnen Bauteile des Motors sind damit erfindungsgemäß individualisiert. Vorzugsweise wird der DMC dauerhaft an einem Motorbauteil angebracht, insbesondere an einer zugänglichen Position, so dass ein späteres Auslesen auf einfache Weise möglich ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit mindestens einer Nockenwelle mit mindestens einem Nocken zum Öffnen eines Ventils eines Zylinders und mit einer Einspritzvorrichtung zum Zuführen einer vorgegebenen Menge an Kraftstoff pro Arbeitszyklus in den Zylinder.
Zum Verbessern der Emissionswerte und des Brennverhaltens des Motors ist erfindungsgemäß ein Steuergerät mit Zugriff auf eine zuvor vermessene Abmessung und/oder Lage des Nockens und/oder auf eine daraus ermittelte Kenngröße und mit Mitteln zum Festlegen der Menge an zuzuführendem Kraftstoff pro Arbeitszyklus in Abhängigkeit von der Lage oder Abmessung des Nockens und/oder der daraus ermittelten Kenngröße vorgesehen. Bei einem solchen erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotor erfolgt die Einspritzung in die einzelnen Zylinder in Abstimmung mit den tatsächlichen Abmessungen und der tatsächlichen Drehlage des dem Zylinder zugeordneten Nockens, so dass der Motor besonders verbrauchsoptimiert betrieben werden kann.
Die oben beschriebenen Verfahrensschritte können auf analoge Weise auch bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor verwirklicht sein. Beispielsweise kann das Steuergerät für mehrere, insbesondere alle Zylinder des Motors die Menge des jeweils zuzuführenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von der vermessenen Drehlage des dem Zylinder jeweils zugeordneten Nockens bestimmen. Die einzelnen Nocken oder ein Motorbauteil, das den Nocken zugeordnet werden kann, können einen darauf abgedruckten bzw. darin eingeschriebenen DMC oder einen anderen optisch lesbaren Code aufweisen, der eine Abmessung und/oder eine Einbaulage der Nocken angibt. Die Abmessungen und/oder Lagen der Nocken der Nockenwelle oder daraus berechnete Kenngrößen können in dem Motorsteuergerät, einer Datenbank oder einem Speicher abgelegt sein, auf den das Motorsteuergerät Zugriff hat. Es genügt dabei, wenn dieser Zugriff einmalig vor Inbetriebnahme bzw. vor Auslieferung des Motors ermöglicht ist, so dass für den späteren Betrieb des Motors die zylinderindividuellen
Einspritzmengen in Abhängigkeit von den Nockengestaltungen endgültig festgelegt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 : den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines
schematischen Diagramms.
Bei Schritt S1 wird eine Nockenscheibe mit mindestens einem Nocken an einer
Nockenwelle angebracht. Dieser Schritt wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendigerweise umfasst.
Nach Fertigung der Nockenwelle wird die Drehlage des Nockens an der Nockenwelle bei Schritt S2 vermessen. Der Schritt des Messens kann insbesondere die Bestimmung eines Verdrehungswinkels umfassen, um den die Nockenscheibe in Umfangsrichtung ausgehend von einer vorgesehen Einbaulage der Nockenscheibe verdreht ist, wobei die vorgesehene Einbaulage an der Nockenträgerwelle markiert sein kann. Zusätzlich können weitere Abmessungen des Nockens vermessen werden. Die gemessenen Werte werden bei S3 in Form eines DMCs mittels eines Lasers o. dgl. in das Nockenelement oder in ein anderes Motorbauteil dauerhaft eingeschrieben.
Nach dem Einbau der Nockenwelle in den Motor wird der Inhalt des DMCs bei S4 mittels eines Scanners o. dgl. ausgelesen und bei S5 einem Steuergerät zugeleitet, das daraus eine Ventilhubkenngröße berechnet. Durch Vergleich mit einer vorhandenen Zuordnung bestimmt das Steuergerät bei S6 in Abhängigkeit von der Ventilhubkenngröße, welche Mengen an Kraftstoff bei Vorliegen bestimmter Motorparameter zu verwenden sind. Zu diesem Zweck kann von dem Steuergerät in Abhängigkeit von der Ventilhubkenngröße für jeden Zylinder ein bestimmtes Einspritzmengen-Kennfeld aktiviert werden, auf dessen Werte im zukünftigen Betrieb des Motors zurückgegriffen wird.
Bei Betrieb des Motors erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs bei S7 für jeden Zylinder gemäß den Werten des aktivierten Einspritzmengen-Kennfelds und damit in
Abhängigkeit von den Abmessungen und/oder Lagen des Nockens bzw. aller Nocken der Nockenwelle.
Dieses Verfahren wird für jeden Nocken der Nockenwelle durchgeführt, so dass die Einspritzung in die einzelnen Brennkammern des Motors nockenindividuell erfolgt.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Verfahren ist als beispielhaft zu verstehen. So werden die gemessenen Nockenlagen nicht notwendigerweise mittels eines DMC gespeichert. Ferner ist eine Vermessung der einzelnen Nocken auch vor Montage an der
Nockenwelle möglich. Ferner kann auch eine herkömmliche, einstückige Nockenwelle vor dem Einbau in den Motor vermessen werden.
Bezugszeichenliste Anbringen des Nockens an der Nockenwelle
Vermessung der Drehlage des Nockens an der Nockenwelle Speichern des Messwerts mittels DMC
Auslesen des DMC mittels Scanner
Zuführen des Inhalts des DMC zu einem Steuergerät des Motors Bestimmung der Einspritzmenge
Einspritzen der bestimmten Kraftstoffmenge bei Betrieb des Motors

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem innerhalb eines Arbeitszyklus des Motors ein Ventil eines Zylinders durch einen Nocken einer Nockenwelle geöffnet wird und dem Zylinder eine vorgegebene Menge an Kraftstoff zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach der Fertigung des Nockens und/oder der Nockenwelle eine Abmessung und/oder eine Lage des Nockens an der Nockenwelle vermessen wird (S2), die Abmessung, Lage und/oder eine daraus ermittelte Kenngröße gespeichert wird (S3),
und die Menge des innerhalb des Arbeitszyklus zuzuführenden Kraftstoffs in Abhängigkeit von der gespeicherten Abmessung, Lage und/oder der daraus ermittelten Kenngröße bestimmt wird (S6).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Abmessung
und/oder Lage von zwei oder mehr, insbesondere allen Nocken der Nockenwelle nach deren Fertigung vermessen wird,
die Abmessungen, Lagen und/oder daraus ermittelte Ventilhubkenngrößen der einzelnen Nocken gespeichert werden,
und die Menge des Kraftstoffs, der pro Arbeitszyklus zwei oder mehr Zylindern zugeführt wird, denen jeweils ein Nocken der Nockenwelle zugeordnet ist, in Abhängigkeit von der Abmessung, Lage und/oder der daraus ermittelten
Kenngröße desjenigen Nockens bestimmt wird, der dem jeweiligen Zylinder zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb des Verbrennungsmotors pro Arbeitszyklus die jeweils bestimmte Menge des
Kraftstoffs in die einzelnen Zylinder eingespritzt wird (S7).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung und/oder Lage des Nockens mit einem Messverfahren vermessen wird, dessen Messfehler geringer ist als die Schwankungsbreite im Rahmen der vorgegebenen Toleranz bei der Nockenwellenfertigung, insbesondere mittels Lasertechnik.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fertigung der Nockenwelle ein oder mehrere Nocken an einer Nockenträgerwelle befestigt werden (S1 ), wobei eine Drehlage des einen oder der mehreren Nocken in Umfangsrichtung der Nockenträgerwelle vermessen wird und daraus bevorzugt eine nockenindividuelle Ventilhubkenngröße bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Zuordnung, die
vorgegebenen Ventilhubkenngrößen Kraftstoffeinspritzmengen zuordnet, wobei ein Vergleich der ermittelten Ventilhubkenngröße mit der Zuordnung durchgeführt wird und daraus die Menge des pro Arbeitszyklus zuzuführenden Kraftstoffs bevorzugt zylinderindividuell bestimmt wird (S6).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Messung bestimmte Abmessung und/oder Lage des Nockens in Form eines optisch auslesbaren Codes wie etwa eines Data-Matrix-Codes (DMC) abgespeichert wird, dessen Inhalt vorzugsweise anschließend ausgelesen wird (S5).
8. Verbrennungsmotor mit einer Nockenwelle mit mindestens einem Nocken zum Öffnen eines Ventils eines Zylinders und mit einer Einspritzvorrichtung zum Zuführen einer vorgegebenen Menge an Kraftstoff pro Arbeitszyklus in den Zylinder, gekennzeichnet durch ein Steuergerät mit Zugriff auf eine zuvor vermessene Lage und/oder Abmessung des Nockens und/oder auf eine daraus ermittelte Kenngröße und mit Mitteln zum Festlegen der Menge an zuzuführendem Kraftstoff pro Arbeitszyklus in Abhängigkeit von der Lage und/oder Abmessung des Nockens und/oder der daraus ermittelten Kenngröße.
9. Verbrennungsmotor, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Bauteil des Motors ein optisch lesbarer Code, insbesondere ein Data-Matrix-Code dauerhaft angebracht ist, der eine zuvor vermessene
Abmessung, eine Lage und/oder eine daraus ermittelte Kenngröße mindestens eines Nockens der Nockenwelle angibt.
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