Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge . Kraftstoffeinspritzsysteme weisen eine Mehrzahl von Zylindern auf, in welche jeweils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch eingebracht und gezündet wird. Diese Zylinder weisen Einlass- und Aus¬ lassventile auf, die mit auf einer Einlassventilnockenwelle bzw. einer Auslassventilnockenwelle vorgesehenen Nocken zusammen- wirken und deren Öffnungs- und Schließzeiten von einer Steuereinheit in Abhängigkeit von dem von einem Nockenwellensensor bereitgestellten Nockenwellenpositionssignal eingestellt werden . Zur Ermittlung der jeweils notwendigen Luftmasse des
Luft-Kraftstoff-Gemisches ist es bereits bekannt, das vom Nockenwellensensor bereitgestellte Nockenwellenpositionssignal als Ist-Positionssignal für alle Zylinder des Kraftstoffein¬ spritzsystems zu verwenden. Des Weiteren wird abhängig von der Soll-Luftmasse und der Motordrehzahl eine Soll-Phasenverschiebung der Einlassventilnockenwelle berechnet. An¬ schließend erfolgt eine Regelung der Phasenverschiebung unter Verwendung des Nockenwellenpositionssignals und der
Soll-Phasenverschiebung .
Aus der DE 10 2005 057 974 AI ist bereits ein Verfahren zur zylinderindividuellen Steuerung der Luftmenge und/oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine be¬ kannt. Dabei werden die Amplitude und die Frequenz eines von einem nicht zylinderindividuellen Steller beeinflussten, nicht zylinderindividuellen Signals ermittelt, hieraus auf zylinderindividuelle Signalanteile geschlossen und basierend auf den
zylinderindividuellen Signalanteilen der nicht zylinderindividuelle Steller angesteuert.
Des Weiteren ist es bereits bekannt, die Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung der Nocken einer Nockenwelle anzutreiben.
Erhöht sich bei einem derartigen Kraftstoffeinspritzsystem der Druck imRail und/oder das Fördervolumen der Hochdruckpumpe, dann erhöht sich auch das dafür von der Nockenwelle aufzubringende Drehmoment .
Dieses veränderte Drehmoment bewirkt eine weitere Verwindung der Nockenwelle. Dies wiederum führt zu einer unerwünschten Ab- weichung der Steuerzeiten der Einlassventile, die umso größer ist, je größer der Abstand der jeweiligen Nocke vom Nockenwellensensor ist. Die unerwünschte Abweichung der Steuerzeiten wirkt sich wiederum auf die Luftmenge aus, mit der der jeweilige Zylinder gefüllt wird, und damit auch auf die zugehörige Kraftstoffmenge .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer
Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge anzugeben, bei welchen die unerwünschten Einflüsse von Druckveränderungen im Rail und/oder einer Veränderung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe der Brennkraftmaschine auf die in den Zylindern erfolgenden Verbrennungsvorgänge reduziert sind. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass trotz der Verwendung nur eines Nockenwellensensors die uner¬ wünschten Einflüsse einer Verwindung der Nockenwelle durch
Druckveränderungen im Rail und/oder einer Veränderung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe auf die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern reduziert sind. Dies geschieht insbesondere durch eine zylinderindividuelle Luftmassen- und Kraftstoff- massenermittlung, wobei eine zylinderindividuelle Einhaltung eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gewährleistet ist und die Anzahl von im Abgas enthaltenen SchadstoffPartikeln reduziert ist. Diese Vorteile werden insbesondere dadurch erzielt, dass in Abhängigkeit vom Ist-Raildruck und der einzuspritzenden
Kraftstoffmenge eine zylinderindividuelle Ermittlung eines Phasen-Korrekturwertes, eine zylinderindividuelle Ermittlung von korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen durch Auswertung der gemessenen Nockenwellenposition und des jeweiligen Pha- senkorrekturwertes , eine zylinderindividuelle Ermittlung einer Luftmasse in Abhängigkeit von der ermittelten korrigierten Ist-Nockenwellenposition und eine zylinderindividuelle Er¬ mittlung einer Kraftstoffeinspritzmasse in Abhängigkeit von der zylinderindividuell ermittelten Luftmasse vorgenommen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Adaption der korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen und damit auch der ermittelten zylinderindividuellen Luftmasse unter Verwendung des Ausgangssignals eines Drucksensors, der entweder im Saugrohr oder im jeweiligen Zylinder angeordnet ist und Informationen über den Istdruck im Saugrohr oder im jeweiligen Zylinder bereitstellt. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge und
Figur 2 eine detailliertere Darstellung von Teilen der in der
Figur 1 gezeigten Vorrichtung.
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Verbesserung der in den Zylindern einer Brennkraftmaschine erfolgenden Verbrennungsvorgänge . Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung weist einen Frischlufteingangskanal 9 auf, in welchem ein Frischlufteingang 11, eine Luftreinigungsvorrichtung 12 und eine Eingangsklappe 13 enthalten sind. Des Weiteren weist die gezeigte Vorrichtung einen Abgaskanal 5 auf, der an den Ausgang 2b der Turbine 2 eines Abgasturboladers 1 angeschlossen ist. Der Abgaskanal 5 enthält einen Abgaska¬ talysator 17, einen Abzweig 18 und einen Dämpfer 19. Im Abzweig 18 zweigt ein Abgasrückführkanal 6 ab. Dieser weist einen Abgaskühler 20 und ein Abgasrückführventil 8 auf.
Der Ausgang des Abgasrückführventils 8 ist mit einem ersten Eingang 7a eines Mischers 7 verbunden. Der Ausgang der Eingangsklappe 13 des Frischlufteingangskanals 9 ist an den zweiten Eingang 7b des Mischers 7 angeschlossen.
Der Ausgang 7c des Mischers 7 ist mit dem Eingang 4a eines Verdichters 4 des Abgasturboladers verbunden. Der Verdichter 4 weist ein Verdichterrad auf, welches drehfest auf einer Welle 3 befestigt ist, mit welcher auch ein Turbinenrad der Turbine 2 drehfest verbunden ist.
Dem Eingang 2a der Turbine werden die Abgase einer Brennkraftmaschine 16 in Form eines Abgasstromes zugeführt. Dieser Abgasstrom treibt das Turbinenrad an. Dadurch wird auch die Welle 3 des Abgasturboladers 1 in Drehung versetzt. Diese Drehung der Welle wird auf das Verdichterrad übertragen.
Der Verdichter saugt das im Mischer 7 gebildete und dem Eingang 4a des Verdichters zugeführte Frischluft/Abgas-Gemisch an und verdichtet dieses. Das verdichtete Frischluft/Abgas-Gemisch wird am Ausgang 4b des Verdichters ausgegeben und über einen Ladeluftkühler 14 und eine Drosselklappe 15 der Brennkraft-
maschine 16 zugeführt. Das in der Brennkraftmaschine gebildete Abgas wird - wie bereits oben ausgeführt wurde - an den Eingang 2a der Turbine 2 ausgegeben. Ferner weist die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung eine Steuereinheit 10 auf. Diese enthält eine Recheneinheit und mehrere Speichereinheiten, in denen Tabellen und Kennfelder abgespeichert sind. Der Steuereinheit 10 werden als Ein¬ gangssignale die Ausgangssignale einer Vielzahl von Sensoren zugeführt, welche der Steuereinheit Ist-Werte einer Vielzahl von Parametern zuführen. Dazu gehört unter anderem ein Sensor, der die Betätigungen des Fahrpedals detektiert. Anhand der Aus¬ gangssignale dieses Sensors erkennt die Steuereinheit 10 das Vorliegen eines Beschleunigungswunsches. Des Weiteren gehört dazu ein Sensor, der der Steuereinheit 10 Informationen über den Ist-Saugrohrdruck bereitstellt. Dieser Sensor ist zwischen der Drosselklappe 15 und der Brennkraftmaschine 16 vorgesehen. Ferner gehören dazu Sensoren, die Informationen über den Ist-Druck in den Zylindern der Brennkraftmaschine 16 bereit- stellen.
Die Steuereinheit 10 ermittelt unter Auswertung der Aus¬ gangssignale der Sensoren, der abgespeicherten Tabellen und der abgespeicherten Kennfelder Steuersignale, mittels welcher Komponenten der dargestellten Vorrichtung angesteuert werden.
Unter anderem ist die Steuereinheit 10 derart ausgebildet, dass sie Ansteuersignale sl für das Abgasrückführventil 8 ermittelt und an dieses ausgibt. Mittels dieser Ansteuersignale sl wird je nach momentanem Bedarf der Öffnungszustand des Abgasrück- führventils 8 verändert, um dem Mischer 7 mehr oder weniger Abgas zuzuführen .
Des Weiteren ist die Steuereinheit 10 derart ausgebildet, dass sie die Luftmasse der Brennkraftmaschine 16 zylinderindividuell ermittelt und die zylinderindividuell ermittelte Luftmasse zur Ermittlung einer jeweils zugehörigen Kraftstoffeinspritzmasse verwendet .
Dies wird nachfolgend anhand der Figur 2 näher erläutert, welche eine detailliertere Darstellung von Teilen der in der Figur 1 dargestellten Vorrichtung zeigt. Insbesondere sind in der Figur 2 die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine 16 veran¬ schaulicht .
Dazu gehören eine Hochdruckpumpe 21, ein Rail 22, welches mit Kraftstoffinj ektoren 23, 24, 25 und 26 verbunden ist, eine Nockenwelle 27, welche Nocken 28 - 36 trägt, Einlassventile 37 - 44, insgesamt vier Zylinder 45 - 48, in welchen jeweils ein Kolben 49 - 52 auf- und abbewegbar ist, und eine Kurbelwelle 53, welche über Pleuelstangen 54 - 57 mit den Kolben verbunden ist. Dazu gehören des Weiteren die bereits in der Figur 1 gezeigte Steuereinheit 10 sowie ein Nockenwellensensor 58, ein No- ckenwellenversteller 59, ein Kurbelwellensensor 60 und Sensoren 61, deren Ausgangssignale der Steuereinheit 10 zugeführt werden. Zu diesen Sensoren gehören unter anderem ein Raildrucksensor, ein Saugrohrdrucksensor und in den Zylindern angeordnete Drucksensoren .
Die Hochdruckpumpe 21 ist dazu vorgesehen, ihr zugeführten Kraftstoff auf einen hohen Druck zu bringen und den Kraftstoff hohen Druckes an das Rail 22 weiterzuleiten. Vom Rail 22 aus wird der Kraftstoff den Injektoren 23, 24, 25, 26 zugeführt und mittels dieser in jeweils einen der Zylinder 45 - 48 eingespritzt. Die Steuerung der Kraftstoffmenge und der Einspritzzeitpunkte erfolgt dabei in bekannter Weise durch die Steuereinheit 10.
Die Hochdruckpumpe 21 wird von der sich drehenden Nockenwelle 27 über den Nocken 36 angetrieben. Erhöht sich der Druck des Kraftstoffs im Rail 22 und/oder das Fördervolumen der Hochdruckpumpe 21, dann kommt es zu einer weiteren Verwindung der Nockenwelle.
Dies führt dazu, dass ein zylinderindividueller Offset der Nockenwellenpositionen gegenüber der mittels des Nockenwel-
lensensors 58 gemessenen Ist-Nockenwellenposition auftritt. Je weiter der jeweilige Zylinder von der Hochdruckpumpe 21 bzw. von dem die Hochdruckpumpe 21 antreibenden Nocken 36 entfernt ist, desto größer ist der genannte Offset. Des Weiteren erhöht sich der genannte Offset auch mit steigendem Raildruck und bei einer Zunahme des von der Hochdruckpumpe 21 zu fördernden Kraft¬ stoffvolumens .
Dieser zylinderindividuell unterschiedliche Offset führt dazu, dass die in den jeweiligen Zylinder über die jeweils zugehörigen Einlassventile eingebrachte Luftmasse von der von der Steu¬ ereinheit 10 vorgegebenen Soll-Luftmasse abweicht, so dass das in den jeweiligen Zylinder eingebrachte Luft-Kraftstoff- Verhältnis vom jeweils vorgegebenen, auf den Verbrennvorgang optimierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht. Dies führt zu einer unerwünschten Verschlechterung der in den Zylindern erfolgenden Verbrennungsvorgänge und einer erhöhten Anzahl der im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikel . Um diese Nachteile zu vermeiden, werden bei der vorliegenden Erfindung zylinderindividuell Phasenkorrekturwerte 501, 502, 503 und 504 ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt in Abhängigkeit vom Ist-Raildruck, der von dem Raildrucksensor gemessen wird, und der von der Steuereinheit 10 vorgegebenen einzuspritzenden Kraftstoffmenge, beispielsweise unter Verwendung eines Kenn¬ feldes. Die ermittelten Phasenkorrekturwerte werden von der Steuereinheit 10 der vom Nockenwellensensor 58 gemessenen Ist-Nockenwellenposition jeweils zylinderindividuell hinzuaddiert. Die durch diesen Additionsvorgang ermittelten zy- linderindividuell korrigierten Ist-Nockenwellenpositionen werden von der Steuereinheit 10 zu einer zylinderindividuellen Ermittlung der Luftmasse des jeweiligen Zylinders verwendet. Die zylinderindividuell ermittelte Luftmasse wird dann zu einer zylinderindividuellen Ermittlung einer jeweils zugehörigen Kraftstoffeinspritzmasse verwendet.
Um die zylinderindividuelle Ermittlung der Luftmasse weiter zu verbessern, werden die zylinderindividuell korrigierten No-
ckenwellenpositionen durch eine Messung der Einlassventil- schließzeitpunkte und/oder der Einlassventilöffnungszeitpunkte unter Verwendung der Ausgangssignale eines im Saugrohr vorgesehenen Saugrohrdrucksensors oder unter Verwendung der Ausgangssignale von in den Zylindern vorgesehenen Zylinderdrucksensoren adaptiert bzw. optimiert. Dabei wird zylinder¬ individuell jeweils ein weiterer Korrekturwert ermittelt und zusammen mit den bereits oben genannten Phasenkorrekturwerten 501, δ02, 503, 504 und der vom Nockenwellensensor 58 bereit- gestellten Informationen über die Ist-Nockenwellenposition zur Ermittlung eines weiter verbesserten Wertes für die zylinderindividuellen Luftmassen verwendet, welche wiederum zur Ermittlung einer jeweils zugehörigen optimierten Kraftstoffeinspritzmasse verwendet werden.
Ein wesentlicher Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass zylinderindividuell dafür gesorgt wird, dass ein vorgegebenes, gewünschtes
Luft-Kraftstoff-Verhältnis den Verbrennungsvorgängen in den Zylindern zugrunde liegt, so dass die Anzahl der im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikel minimiert ist.