DE102008060929A1 - Verfahren zur Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors (V) mit mehreren Zylindern (Zi) und mindestens einem Drucksensor (Si) für jeden Zylinder (Zi) zur Ermittlung eines Zylinderinnendrucks in dem jeweiligen Zylinder (Zi), wobei Kraftstoffeinspritzmengen (Mi), die den einzelnen Zylindern (Zi) jeweils während eines Arbeitszyklus zugeführt werden, mittels eines Regelkreises einander angeglichen werden. Dabei wird in jedem Zylinder (Zi) während eines Arbeitszyklus des Zylinders (Zi) wenigstens ein erster Zylinderinnendruck (pi1) erfasst, bevor ein Kolben in dem Zylinder (Zi) einen oberen Totpunkt erreicht, und wenigstens ein zweiter Zylinderinnendruck (pi2), nachdem der Kolben in dem Zylinder (Zi) den oberen Totpunkt erreicht hat. Für jeden Zylinder (Zi) wird wenigstens eine Druckdifferenz (Deltapi) durch Subtraktion eines ersten Zylinderinnendrucks (pi1) von einem zweiten Zylinderinnendruck (pi2) gebildet und aus den Druckdifferenzen (Deltapi) werden Regelgrößen (ri) des Regelkreises zur Angleichung der Kraftstoffeinspritzmengen (Mi) der Zylinder (Zi) gebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern und mindestens einem Drucksensor für jeden Zylinder zur Ermittelung eines Zylinderinnendrucks in dem Zylinder, wobei Kraftstoffeinspritzmengen, die den einzelnen Zylindern jeweils während eines Arbeitszyklus zugeführt werden, mittels eines Regelkreises einander angeglichen werden.
  • Bei Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern führen Bauteiltoleranzen und/oder Einspritzmengenfehler zu Momentenunterschieden zwischen den Zylindern und damit zu einer Drehungleichförmigkeit, die die Laufruhe und damit auch das Geräusch des Verbrennungsmotors beeinträchtigt. Weiterhin führen die erwähnten Einspritzmengenfehler der einzelnen Zylinder zu zylinderindividuellen Emissionsunterschieden und damit zu einer möglichen Aufweitung des Emissionsstreubandes eines Motors.
  • Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zur Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern bekannt.
  • Aus der DE 19945618 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei legt die Ansteuerdauer wenigstens eines elektrisch betätigten Ventils die einzuspritzende Kraftstoffmenge fest. In bestimmten Betriebszuständen wird eine Mindestansteuerdauer ermittelt, bei der gerade Kraftstoff eingespritzt wird. Ausgehend von einem Startwert wird die Ansteuerdauer erhöht oder verringert. Die Ansteuerdauer, bei der eine Änderung des Signals auftritt, wird als Mindestansteuerdauer gespeichert. Als Signal wird eine die Drehungsgleichförmigkeit charakterisierende Größe, ein Ausgangssignal einer Lambdasonde oder ein Ausgangssignal einer Ionenstromsonde verwendet.
  • Aus der DE 19741965 C1 ist ein Verfahren zur Laufruheregelung einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine bekannt. Ein inverses Streckenmodell schätzt aus Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Drehzahl, Kraftstoffmenge, Betriebstemperatur und/oder eines Ladedrucks, eine charakteristische Prozessgröße. Der geschätzte Wert geht als ein Sollwert in die Regelung ein. Die Verbrennung in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine wird mittels eines Reglers so korrigiert, dass ein von einem Messglied ermittelter Istwert, der den Drehbeschleunigungsbeitrag eines jeden Zylinders anzeigt, dem Sollwert angenähert wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere vereinfachtes, Verfahren zu einer Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bezweckt eine Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern und mindestens einem Drucksensor für jeden Zylinder zur Ermittelung eines Zylinderinnendrucks in dem Zylinder, wobei Kraftstoffeinspritzmengen, die den einzelnen Zylindern jeweils während eines Arbeitszyklus zugeführt werden, mittels eines Regelkreises einander angeglichen werden. Dabei wird in jedem Zylinder während eines Arbeitszyklus des Zylinders wenigstens ein erster Zylinderinnendruck erfasst, bevor ein Kolben in dem Zylinder einen oberen Totpunkt erreicht, und wenigstens ein zweiter Zylinderinnendruck erfasst, nachdem der Kolben in dem Zylinder den oberen Totpunkt erreicht hat. Für jeden Zylinder wird wenigstens eine Druckdifferenz durch Subtraktion eines ersten Zylinderinnendrucks von einem zweiten Zylinderinnendruck gebildet und aus den Druckdifferenzen werden Regelgrößen des Regelkreises zur Angleichung der Kraftstoffeinspritzmengen der Zylinder gebildet.
  • Als alternative Regelgröße ist auch der mittlere indizierte Druck eines Zylinders des Verbrennungsmotors geeignet, welcher aus einer festlegbaren Anzahl gemessener Zylinderdruckwerte und einem zugehörigen bekannten inkrementalen Hubvolumen berechnet wird.
  • Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass die Druckdifferenzen ein Maß für die den Zylindern jeweils zugeführten Kraftstoffeinspritzmengen sind. Je höher eine einem Zylinder zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge ist, umso höher ist auch die entsprechende Druckdifferenz. Daher können aus den Druckdifferenzen Regelgrößen gebildet werden, die als Mengenersatzsignale für die den Zylindern jeweils zugeführten Kraftstoffeinspritzmengen fungieren.
  • Die Bildung derartiger Mengenersatzsignale hat den Vorteil, dass sie einen nur geringen Rechenaufwand erfordert, da die ihnen zugrunde liegenden Druckdifferenzen durch einfache Differenzbildung zweier Zylinderinnendrücke gebildet werden. Diese einfache Bildung der Regelgrößen hat zudem die Vorteile, dass nur eine kurze Signalkette und ein geringer Filterungsaufwand bei der Signalverarbeitung benötigt wird, wodurch die Verarbeitungszeit reduziert und die Genauigkeit der Regelung erhöht werden. Ferner erfordert das Verfahren vorteilhaft einen geringen Hardwareaufwand. Insbesondere werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt, sofern die einzelnen Zylinder bereits Drucksensoren aufweisen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Angleichung von Kraftstoffeinspritzmengen für Zylinder eines Verbrennungsmotors, und
  • 2 ein Diagramm für Druckdifferenzen und korrigierten Druckdifferenzen von Zylinderinnendrücken in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen Regelkreis zur Angleichung von Kraftstoffeinspritzmengen Mi für Zylinder Zi eines Verbrennungsmotors V mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei nimmt der Index i Werte von 1 bis n an, wobei n eine Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors V bezeichnet.
  • Jeder Zylinder Zi weist einen Drucksensor Si auf. Mittels des Drucksensors Si werden während eines Arbeitszyklus des Zylinders Zi ein erster Zylinderinnendruck pi1 und ein zweiter Zylinderinnendruck pi2 des Zylinders Zi erfasst. Der erste Zylinderinnendruck pi1 wird erfasst, bevor ein Kolben in dem Zylinder Zi einen oberen Totpunkt erreicht, und der zweite Zylinderinnendruck pi2 wird erfasst, nachdem der Kolben in dem Zylinder Zi den oberen Totpunkt erreicht hat.
  • Bevorzugt werden dabei der erste Zylinderinnendruck pi1 und der zweite Zylinderinnendruck pi2 bei Stellungen einer mit dem Kolben des jeweiligen Zylinders Zi verbundenen Kurbelwelle erfasst, die, bezogen auf den oberen Totpunkt, zueinander symmetrisch liegen, so dass Kurbelwellenwinkel dieser Stellungen um einen gleichen Kurbelwellenwinkelbetrag, beispielsweise 80 Grad, von einem Kurbelwellenwinkel abweichen, der dem oberen Totpunkt entspricht.
  • Aus dem ersten Zylinderinnendruck pi1 und dem zweiten Zylinderinnendruck pi2 wird für jeden Zylinder Zi mittels einer Steuereinheit C eine Regelgröße ri des Regelkreises gebildet, die als ein Mengenersatzsignal für die dem Zylinder Zi zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge Mi fungiert.
  • Dazu wird für jeden Zylinder Zi durch Subtraktion des ersten Zylinderinnendrucks pi1 von dem zweiten Zylinderinnendruck pi2 eine Druckdifferenz Δpi gebildet gemäß Δpi = pi2 – pi1. [1]
  • Aus der Druckdifferenz Δpi wird eine korrigierte Druckdifferenz Δpi,c gebildet, indem zu der Druckdifferenz Δpi ein von einer momentanen Motordrehzahl D des Verbrennungsmotors V abhängiger Korrekturwert pc addiert wird, der einem gespeicherten Korrekturwertkennfeld für den Korrekturwert pc in Abhängigkeit von der Motordrehzahl D entnommen wird. Die korrigierte Druckdifferenz Δpi,c ergibt sich somit aus der Druckdifferenz Δpi und dem Korrekturwert pc gemäß Δpi,c = Δpi + pc. [2]
  • Durch die Addition des Korrekturwertes pc zu der Druckdifferenz Δpi wird berücksichtigt, dass der Zusammenhang zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Mi und der Druckdifferenz Δpi von der Motordrehzahl D abhängt. Dadurch wird vorteilhaft die Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge Mi über die Druckdifferenz Δpi verbessert.
  • Die korrigierten Druckdifferenzen Δpi,c oder die mit einem Skalierungsfaktor multiplizierten korrigierten Druckdifferenzen Δpi,c werden als Regelgrößen ri verwendet. Sie werden zur Angleichung der Kraftstoffeinspritzmenge Mi der Zylinder Zi von einem Sollwert w subtrahiert, wodurch für jeden Zylinder Zi ein Abweichungswert ei gemäß ei = w – ri [3]gebildet wird.
  • Der Sollwert w wird dabei in einer Ausführung der Erfindung einem gespeicherten Sollwertkennfeld für den Sollwert in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße des Verbrennungsmotors V, beispielsweise der Motordrehzahl D und/oder einer Temperatur, entnommen.
  • In einer alternativen Ausführung wird der Sollwert w aus den Regelgrößen ri ermittelt, beispielsweise indem aus den momentanen Werten der Regelgrößen ri ein Mittelwert oder ein gewichteter Mittelwert über alle Zylinder Zi gebildet wird.
  • Die Abweichungswerte ei werden einem Regler R zugeführt, mittels dessen für jeden Zylinder Zi aus dem Abweichungswert ei eine Einspritzdauer ti ermittelt wird, während derer in einem folgenden Arbeitszyklus Kraftstoff in den Zylinder Zi einzuspritzen ist.
  • Die von dem Regler R für den jeweiligen Zylinder Zi ermittelte Einspritzdauer ti wird zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge Mi verwendet, die dem Zylinder Zi zugeführt wird, beispielsweise indem sie als Ansteuerdauer einer Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder Zi verwendet wird. Die den Zylindern Zi jeweils zugeführten Kraftstoffeinspritzmengen Mi werden außerdem von Störgrößen di beeinflusst, die durch Bauteiltoleranzen der Zylinder Zi und/oder Einspritzmengenfehler bedingt sind.
  • 2 zeigt ein Diagramm für Druckdifferenzen Δpi und korrigierte Druckdifferenzen Δpi,c in Abhängigkeit von der Motordrehzahl D für einen Verbrennungsmotor V mit sechs Zylindern Zi. Dabei sind die Druckdifferenzen Δp1 bis Δp6 der sechs Zylinder Z1 bis Z6 durch Verlaufskurven 1.1 bis 6.1 und die jeweils korrigierten Druckdifferenzen Δp1,c, bis Δp6,c durch korrigierte Verlaufskurven 1.2 bis 6.2 dargestellt und für jede Motordrehzahl D auf den Mittelwert der korrigierten Druckdifferenzen Δp1,c, bis Δp6,c bezogen, so dass dieser Mittelwert die Nulllinie des Diagramms bildet. Die Motordrehzahl ist dabei in der Einheit rpm angegeben, die die Anzahl von Umdrehungen pro Minute angibt.
  • Die korrigierte Druckdifferenz Δpi,c ergibt sich aus der zugehörigen Druckdifferenz Δpi durch Addition des von der Motordrehzahl D abhängigen Korrekturwertes pc gemäß Gleichung [2], wobei der Korrekturwert pc einem gespeicherten Korrekturwertkennfeld für den Korrekturwert pc in Abhängigkeit von der Motordrehzahl D entnommen wird.
  • Eine Weitergestaltung des Ausführungsbeispiels sieht vor, in jedem Zylinder Zi während eines Arbeitszyklus mehrere erste Zylinderinnendrücke pi1 bei jeweils verschiedenen Stellungen der Kurbelwelle zu erfassen, bevor ein Kolben in dem Zylinder Zi einen oberen Totpunkt erreicht, und/oder mehrere zweite Zylinderinnendrücke pi2, nachdem der Kolben in dem Zylinder Zi den oberen Totpunkt erreicht hat.
  • Entsprechend werden für jeden Zylinder Zi mehrere Druckdifferenzen Δpi durch Subtraktion eines ersten Zylinderinnendrucks pi1 von einem zweiten Zylinderinnendruck pi2 gebildet. Zu diesen Druckdifferenzen Δpi wird jeweils ein von der Motordrehzahl D abhängiger Korrekturwert pc addiert. Dabei hängt der addierte Korrekturwert pc bevorzugt von der Stellungen der Kurbelwelle ab, bei denen jeweils der erste Zylinderinnendruck pi1 und der zweite Zylinderinnendruck pi2 ermittelt werden.
  • Dadurch werden für jeden Zylinder Zi gemäß Gleichung [2] während eines Arbeitszyklus mehrere korrigierte Druckdifferenzen Δpi,c gebildet. Aus diesen wird für jeden Zylinder Zi eine Regelgröße ri gebildet, indem ein Mittelwert oder ein gewichteter Mittelwert der für den jeweiligen Zylinder Zi während eines Arbeitszyklus ermittelten korrigierten Druckdifferenzen Δpi,c gebildet wird.
  • Im Falle der Bildung eines gewichteten Mittelwertes kann die Wichtung dabei die Stellungen der Kurbelwelle berücksichtigen, bei denen jeweils der erste Zylinderinnendruck pi1 und der zweite Zylinderinnendruck pi2 ermittelt werden, aus denen die jeweilige Druckdifferenz Δpi gebildet wird. Ferner kann bei der Wichtung eine korrigierte Druckdifferenz Δpi,c weniger stark gewichtet oder bei der Mittelwert völlig unberücksichtigt bleiben, wenn ihr Wert signifikant von zeitlich vorher ermittelten Werten und/oder den Werten der anderen ermittelten korrigierten Druckdifferenz Δpi,c abweicht.
  • Durch eine derartige Bildung der Regelgrößen ri aus jeweils mehreren Druckdifferenzen Δpi können vorteilhaft Messungenauigkeiten und/oder statistische Schwankungen bei den Druckerfassungen ausgeglichen werden und dadurch die Qualität der Regelung verbessert werden.
  • 1.1
    Druckdifferenz eines ersten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    2.1
    Druckdifferenz eines zweiten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    3.1
    Druckdifferenz eines dritten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    4.1
    Druckdifferenz eines vierten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    5.1
    Druckdifferenz eines fünften Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    6.1
    Druckdifferenz eines sechsten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    1.2
    korrigierte Druckdifferenz eines ersten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    2.2
    korrigierte Druckdifferenz eines zweiten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    3.2
    korrigierte Druckdifferenz eines dritten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    4.2
    korrigierte Druckdifferenz eines vierten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    5.2
    korrigierte Druckdifferenz eines fünften Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    6.2
    korrigierte Druckdifferenz eines sechsten Zylinders in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl
    V
    Verbrennungsmotor
    Mi
    Kraftstoffeinspritzmenge
    Zi
    Zylinder
    n
    Zylinderanzahl
    Si
    Drucksensor
    pi1
    erster Zylinderinnendruck
    pi2
    zweiter Zylinderinnendruck
    C
    Steuereinheit
    ri
    Regelgröße
    Δpi
    Druckdifferenz
    D
    Motordrehzahl
    pc
    Korrekturwert
    Δpi,c
    korrigierte Druckdifferenz
    w
    Sollwert
    ei
    Abweichungswert
    R
    Regler
    ti
    Einspritzdauer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19945618 A1 [0004]
    • - DE 19741965 C1 [0005]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Laufruheregelung eines Verbrennungsmotors (V) mit mehreren Zylindern (Zi) und mindestens einem Drucksensor (Si) für jeden Zylinder (Zi) zur Ermittlung eines Zylinderinnendrucks in dem jeweiligen Zylinder (Zi), wobei Kraftstoffeinspritzmengen (Mi), die den einzelnen Zylindern (Zi) jeweils während eines Arbeitszyklus zugeführt werden, mittels eines Regelkreises einander angeglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Zylinder (Zi) während eines Arbeitszyklus des Zylinders (Zi) wenigstens ein erster Zylinderinnendruck (pi1) erfasst wird, bevor ein Kolben in dem Zylinder (Zi) einen oberen Totpunkt erreicht, und wenigstens ein zweiter Zylinderinnendruck (pi2) erfasst wird, nachdem der Kolben in dem Zylinder (Zi) den oberen Totpunkt erreicht hat, für jeden Zylinder (Zi) wenigstens eine Druckdifferenz (Δpi) durch Subtraktion eines ersten Zylinderinnendrucks (pi1) von einem zweiten Zylinderinnendruck (pi2) gebildet wird, und aus den Druckdifferenzen (Δpi) Regelgrößen (ri) des Regelkreises zur Angleichung der Kraftstoffeinspritzmengen (Mi) der Zylinder (Zi) gebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Regelgrößen (ri) aus den Druckdifferenzen (Δpi) zu jeder dieser Druckdifferenzen (Δpi) ein von einer momentanen Motordrehzahl (D) des Verbrennungsmotors (V) abhängiger Korrekturwert (pc) addiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (pc) einem gespeicherten Korrekturwertkennfeld entnommen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinderinnendruck (pi1) und der zweite Zylinderinnendruck (pi2), aus denen jeweils eine Druckdifferenz (Δpi) gebildet wird, bei Stellungen einer mit dem Kolben des jeweiligen Zylinders (Zi) verbundenen Kurbelwelle erfasst werden, deren Kurbelwellenwinkel um einen gleichen Kurbelwellenwinkelbetrag von einem Kurbelwellenwinkel abweichen, der dem oberen Totpunkt entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert der aktuellen Istwerte der Regelgrößen (ri) über die verschiedenen Zylinder (Zi) gebildet und in einem folgenden Durchlauf des Regelkreises zur Angleichung der Kraftstoffeinspritzmengen (Mi) der Zylinder als Führungsgröße dieses Regelkreises verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsgröße für den Regelkreis zur Angleichung der Kraftstoffeinspritzmengen (Mi) der Zylinder (Zi) einem gespeicherten Sollwertkennfeld entnommen wird.
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