DE102010036485B3

DE102010036485B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102010036485B3
Application number: DE102010036485A
Authority: DE
Inventors: Martin Wirth; Oliver Berkemeier; Klemens Grieser; Marco Marceno; Jan Linsel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: CN102400804A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffeinspritzung wird eine Einspritzdauer eines Einspritzventils des Verbrennungsmotors verändert, eine Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors gemessen, aus der Abgaszusammensetzung eine Abweichung eines Durchflusses des Einspritzventils von einem Nominalwert ermittelt und das Einspritzventil mit einer zum Ausgleich der ermittelten Abweichung angepaßten Einspritzdauer angesteuert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors.
Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzte Verbrennungsmotoren, werden heute in der Regel mit einer Kraftstoffeinspritzung, beispielsweise einer Direkteinspritzung, ausgestattet. Die dabei eingesetzten Einspritzventile sind mit engen Toleranzen im Durchfluß spezifiziert, um sicherzustellen, dass beim Betrieb allen Zylindern die vorgesehene und insbesondere allen Zylindern die gleiche Kraftstoffmenge bzw. Kraftstoffmasse zugeführt wird. Ungewollte Abweichungen von der vorgesehenen Kraftstoffmasse können durch Abweichungen des Durchflusses von einem Nominalwert auftreten, beispielsweise aufgrund von Fertigungsfehlern oder durch Ablagerungen oder Verschleiß während der Laufzeit des Motors. Derartige Abweichungen können beispielsweise eine für eine Abgasnachbehandlung ungünstige Abgaszusammensetzung verursachen, können zu ungleichen Drehmomenten der einzelnen Zylinder und damit zu Drehschwingungen im Antriebsstrang führen und können eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge haben. Die gleichen unerwünschten Wirkungen können durch unterschiedliche Luftmassenströme verursacht werden, die von ungewollten Unterschieden in der Luftzuführung der einzelnen Zylinder herrühren.
Einspritzventile werden zur Vermeidung von Abweichungen in der eingespritzten Kraftstoffmasse unter Einhaltung enger Toleranzen, beispielsweise ±5% im Durchfluß, hergestellt. Die hierfür notwendigen Fertigungsverfahren sind aufwendig und erhöhten die Herstellungskosten der Einspritzventile.
Aus der DE 195 20 037 A1 ist es bekannt, in einer Testvorrichtung mit Hilfe von Motorsensoren die Reaktion einer Einspritzvorrichtung auf ein Brennstoffliefersignal zu bestimmen, gemäß dieser Reaktion die Einspritzvorrichtung zu kategorisieren, die ermittelte Kategorie auf der Einspritzvorrichtung anzugeben und bei der Inbetriebnahme der Einspritzvorrichtung die Kategorie in eine Steuerung einzugeben. Hierdurch kann beim Betrieb der Einspritzvorrichtung eine Steuerung die Dauer eines Brennstoffliefersignals derart steuern, dass durch die Einspritzvorrichtung eine nominale Kraftstoffmenge geliefert wird. Durch den notwendigen Testbetrieb entsteht hierbei ein zusätzlicher Fertigungsaufwand; außerdem kann durch die vorgesehene Sensorik die Reaktion der Einspritzvorrichtung nur indirekt und damit ungenau bzw. mit großer Verzögerung ermittelt werden. Schließlich können beispielsweise verschleißbedingte Veränderungen der Einspritzvorrichtung während der Laufzeit eines Motors oder Abweichungen der Luftzuführung von Sollwerten auf diese Weise nicht kompensiert werden.
In der DE 10 2006 009 920 A1 wird ein Verfahren offenbart zur Bestimmung zylinderindividueller Korrekturwerte für Einspritzdüsen einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, in den Kraftstoff über ein Einspritzventil eingespritzt werden kann. Dabei werden die Öffnungsparameter des Einspritzventils variiert und eine mit der Einspritzmenge korrelierende physikalische Größe der Brennkraftmaschine gemessen und daraus ein Korrekturwert ermittelt. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens ist lediglich eine Mittelung vorgesehen.
Gemäß DE 10 2006 051 701 A1 wird eine Gesamteinspritzung in eine Basiseinspritzung und mindestens eine Messeinspritzung aufgeteilt. Die Einspritzdauer der Messeinspritzung wird sukzessive verringert und die der Basiseinspritzung erhöht, wobei eine Gesamteinspritzmenge gleich bleibt. Hierdurch soll die eingespritzte Kraftstoffmenge im Kleinmengenbereich, d. h. bei kurzen Einspritzdauern, zuverlässig erfasst werden. Gemäß US 7 219 005 B2 wird eine Referenz-Einspritzung durch eine Mehrfach-Einspritzung ersetzt, von der angenommen wird, dass dadurch eine gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Hierdurch wird ein Achsenabschnitt des linearen Teils der Kennlinie des Einspritzventils sowie der Teil der Kennlinie, der kurzen Einspritzdauern entspricht, bestimmt. Eine Abweichung des Durchflusses des Einspritzventils von einem Nominalwert kann bei diesen Verfahren nicht mit ausreichender Genauigkeit oder nur mit erhöhtem Aufwand ermittelt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei dem bzw. bei der die vorstehend diskutierten Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
Bei einem Verbrennungsmotor mit einer Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei einem Ottomotor mit einer stratifizierten Einspritzung (stratified injection, SI), ist mindestens ein Einspritzventil vorgesehen, um einem Verbrennungsraum für einen Verbrennungsvorgang eine bestimmte Kraftstoffmasse zuzuführen. Die Kraftstoffmasse wird dabei von einer Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen, beispielsweise der Leistungsanforderung an den Motor und von der Motordrehzahl, bestimmt und das Einspritzventil entsprechend angesteuert. Hierfür werden von der Motorsteuerung entsprechende Einspritzparameter des Einspritzventils gewählt; insbesondere hängt die dem Verbrennungsraum zugeführte Kraftstoffmasse vom Durchfluß, d. h. von der pro Zeiteinheit durch das Ventil fließenden Kraftstoffmasse, und der Einspritzdauer ab.
Erfindungsgemäß wird eine Einspritzdauer des mindestens einen Einspritzventils des Verbrennungsmotors verändert, d. h., das mindestens eine Einspritzventil des Verbrennungsmotors wird von der Steuerungseinrichtung mit einer gegenüber einem Ausgangszustand veränderten Einspritzdauer angesteuert. Ein solches Variieren der Einspritzdauer, insbesondere gegenüber einem voreingestellten Ausgangzustand oder gegenüber einem optimalen Zustand, wird auch als ”Vertrimmen” bezeichnet.
Aufgrund der Veränderung der Einspritzdauer wird eine veränderte Kraftstoffmenge in den dem Einspritzventil zugeordneten Verbrennungsraum eingespritzt. Hierdurch ändert sich die Zusammensetzung des durch die Verbrennung entstehenden Abgases. Erfindungsgemäß wird in einem zweiten Schritt die durch die Vertrimmung veränderte Zusammensetzung des Abgases gemessen.
Erfindungsgemäß wird schließlich das Einspritzventil von der Steuerungseinrichtung derart angesteuert, dass die ermittelte Abweichung des Durchflusses vom Nominalwert durch eine entsprechend angepaßte Einspritzdauer ausgeglichen wird. Insbesondere wird ein verringerter Durchfluß durch eine verlängerte Einspritzdauer ausgeglichen, während bei einem erhöhten Durchfluß das Einspritzventil mit einer verkürzten Einspritzdauer betrieben wird. Im einfachsten Fall kann die Abweichung als Quotient zwischen dem nominellen Durchfluß und dem ermittelten Durchfluß angegeben werden und eine nominelle Einspritzdauer im gleichen Verhältnis angepaßt werden.
Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Abweichung des Durchflusses eines Einspritzventils von einem Nominalwert ermittelt und die Einspritzdauer entsprechend angepaßt wird, wird auf einfache Weise erreicht, dass die eingespritzte Kraftstoffmasse einem Nominalwert entspricht. Hierdurch kann insbesondere gewährleistet werden, dass die eingespritzte Kraftstoffmasse für alle Zylinder des Verbrennungsmotors gleich ist. Der Nominalwert der eingespritzten Kraftstoffmasse ist insbesondere derart bestimmt, dass die Kraftstoffmasse im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung oder den Kraftstoffverbrauch optimiert ist. Dabei kann der Nominalwert von Betriebsparametern des Motors, beispielsweise Drehzahl und Leistungsanforderung, abhängig sein.
Auf diese Weise können fertigungsbedingte und/oder durch Verschleiß oder Ablagerungen bedingte Abweichungen des Durchflusses eines Einspritzventils ausgeglichen werden. Hierdurch kann eine bessere Einhaltung der nominellen Kraftstoffmasse bei der Einspritzung erreicht werden. Ferner können die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Einspritzventile weiter gefaßt werden, wodurch eine einfachere und kostengünstigere Herstellung ermöglicht wird. Außerdem können auch Abweichungen der Luftzuführung ausgeglichen werden.
In bevorzugter Weise wird das Verfahren während des normalen Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt. Da die Einspritzdauer nur für eine relativ kurze Zeitspanne und nur in einen beschränkten Maß vertrimmt werden muß, erfolgt hierdurch nur eine vorübergehende und geringfügige, insbesondere für den Fahrer eines mit dem Verbrennungsmotor ausgerüsteten Kraftfahrzeugs kaum wahrnehmbare Veränderung des Betriebsverhaltens des Motors. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit eine Testfunktion darstellen, die während einer Testphase beim Betrieb des Motors ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass keine zeitaufwendige Aufnahme des Durchflusses des Einspritzventils während der Fertigungsprozesses bzw. bei der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors notwendig ist, und dass die Einspritzdauer dem aktuellen Durchfluß des Einspritzventils angepaßt und somit auch eine verschleiß- oder ablagerungsbedingte Veränderung des Durchflusses bzw. der Luftzufuhr ausgeglichen werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Testfunktion beim Betrieb des Verbrennungsmotors wiederholt ausgeführt. Dabei kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Testfunktion in festen Zeitabständen, bezogen auf die Betriebsdauer des Verbrennungsmotors, durchgeführt wird. Die Zeitabstände können dabei durch diejenige Betriebsdauer gegeben sein, innerhalb derer eine wesentliche Veränderung des Durchflusses eines Einspritzventils aufgrund von Verschleiß und/oder Ablagerungen möglich ist. Anstelle einer zeitgesteuerten Durchführung der Testfunktion kann auch beispielsweise eine zurückgelegte Fahrstrecke eines mit dem Verbrennungsmotor ausgerüsteten Kraftfahrzeugs für die Auslösung der Testfunktion zugrunde gelegt werden. Dabei können die der Durchführung des Verfahrens zugrunde gelegten Intervalle unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter, etwa der Anzahl der Startvorgänge, ermittelt werden. In bevorzugter Weise wird die Testfunktion automatisch gestartet und ausgeführt. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Verbrennungsmotor stets mit der Einspritzung einer der nominellen entsprechenden Kraftstoffmasse betrieben wird.
Die Testfunktion kann alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors ausgeführt werden. Hierbei können insbesondere solche Kombinationen von Betriebsparametern für den Start der Testfunktion vorbestimmt werden, bei denen das Verfahren ohne wesentliche Beeinträchtigung des Betriebs durchgeführt werden kann bzw. die aufgrund der Abgaszusammensetzung eine zuverlässige Messung des Durchflusses ermöglichen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren bei unterschiedlichen Betriebszuständen bzw. unterschiedlichen Kombination von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, die jeweils ermittelte Abweichung des Durchflusses und/oder die zum Ausgleich der Abweichung jeweils ermittelte Einspritzdauer gespeichert werden und das Einspritzventil mit einer dem aktuellen Betriebszustand entsprechenden Einspritzdauer angesteuert wird. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass die Auswirkung eines veränderten Durchflusses auch beispielsweise von der Drehzahl und der Last des Verbrennungsmotors abhängen kann, die den Nominalwert der eingespritzten Kraftstoffmasse bestimmen. Die ermittelten Werte können beispielsweise in Form eines Kennfelds oder mehrerer, von weiteren Parametern abhängiger Kennfelder gespeichert werden. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors wird in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Betriebspunkt auf die gespeicherten Daten zugegriffen und die Einspritzdauer entsprechend gewählt. Dadurch, dass die Testfunktion bei unterschiedlichen Betriebszuständen durchgeführt wird und zur Steuerung des Einspritzventils beim Betrieb auf die jeweils ermittelten Daten zurückgegriffen wird, kann eine besonders genaue und unter unterschiedlichen Bedingungen jeweils optimale Anpassung der Einspritzdauer zur Angleichung der eingespritzten Kraftstoffmasse an einen Nominalwert erzielt werden.
In bevorzugter Weise ist die Veränderung der Einspritzdauer eine Verlängerung und/oder eine Verkürzung der Einspritzdauer gegenüber einer voreingestellten Einspritzdauer, d. h. der Einspritzdauer in einem Ausgangszustand vor Beginn des Verfahrens bzw. vor dem Start der Testfunktion. Die Einspritzdauer im Ausgangszustand kann dabei sowohl eine nominelle Einspritzdauer sein als auch eine aufgrund eines früheren Durchlaufs des Verfahrens ermittelte Einspritzdauer des jeweiligen Einspritzventils.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abgaszusammensetzung mit Hilfe einer Lambdasonde eines Abgassystems des Verbrennungsmotors gemessen. Dabei kann direkt auf die von der Lambdasonde der Regelung zur Verfügung gestellte Messung des λ-Werts zugegriffen werden, der eine Angabe über das Verhältnis der bei der Verbrennung eingesetzten Kraftstoffmasse zu der zur Verfügung stehenden Luftmasse macht, so dass hieraus die jeweils eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt werden kann. Da insbesondere in mit Ottomotoren betriebenen Kraftfahrzeugen in der Regel derartige Lambdasonden zur Regelung eines 3-Wege-Katalysators vorhanden sind, wird hierbei ohne zusätzlichen Aufwand eine Messung der Zusammensetzung des Abgases ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann sowohl aus einer Mehrzahl von Einspritzvorgängen mit unveränderter Einspritzdauer, d. h. im Ausgangszustand vor Beginn der Testfunktion, als auch aus einer Mehrzahl von Einspritzvorgängen mit erfindungsgemäß variierter Einspritzdauer jeweils ein Mittelwert der entsprechenden Abgaszusammensetzung ermittelt werden. Hierdurch wird eine genauere Bestimmung der Abweichung des Durchflusses des Einspritzventils von einem Nominalwert ermöglicht.
In vorteilhafter Weise wird die Abgaszusammensetzung nach einer vorgebbaren Wartezeit nach einer Veränderung der Einspritzdauer gemessen. Die Wartezeit kann beispielsweise von der Trägheit der Lambdasonde und von der Länge und dem Volumen des Abgaswegs vom Ausgang des betreffenden Verbrennungsraums zur Lambdasonde abhängen und derart bemessen sein, dass die Lambdasonde einen für die betreffende Einspritzdauer des Einspritzventils zutreffenden Meßwert liefert. Insbesondere kann die Wartezeit auch von einer Einschwingzeit der Lambdaregelung abhängen. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung des Durchflusses weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Einspritzdauer kontinuierlich verändert. Die Vertrimmung der Einspritzdauer kann über eine Rampe gesteuert werden, so dass der Betrag der Abweichung der Einspritzdauer von der nominellen bzw. von der zuvor eingestellten Einspritzdauer bis zu einem Maximalwert allmählich zunimmt. Nach Erreichung des Maximalwerts kann dieser für eine Mehrzahl von Einspritzvorgängen gehalten werden oder es wird eine Vertrimmung in der anderen Richtung gestartet oder die Testfunktion für das betreffende Einspritzventil wird beendet. Die Rampe kann insbesondere derart angelegt sein, dass die Lambdaregelung die Veränderung der Abgaszusammensetzung ausregeln kann, so dass die Abgasnachbehandlung nicht gestört wird. Beispielsweise kann der Betrag der Vertrimmung über eine Zeitspanne von ca. 2 sec oder mehr kontinuierlich erhöht werden, wodurch die Lambdaregelung in der Regel nicht gestört wird. Hierdurch wird nicht nur eine besonders genaue Bestimmung des Durchflusses erreicht, sondern auch eine erhöhte Schadstoffemission vermieden.
In bevorzugter Weise wird die Vertrimmung der Einspritzdauer, die Messung der Abgaszusammensetzung, die Bestimmung der Abweichung des Durchflusses vom Nominalwert und die Ansteuerung zum Ausgleich der Abweichung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Einspritzventilen, die insbesondere einer Mehrzahl an Verbrennungsräumen bzw. Zylindern zugeordnet sind, für jedes Einspritzventil separat durchgeführt; bei den übrigen Einspritzventilen bleibt die Einspritzdauer dabei unverändert. Insbesondere wird das Verfahren nacheinander für jedes Einspritzventil durchgeführt, wobei jeweils ein einzelnes Einspritzventil entsprechend angesteuert und die darauf beruhende Veränderung der Abgaszusammensetzung gemessen wird. Hierdurch kann eine Abweichung des Durchflusses jedes Einspritzventils besonders genau bestimmt und kompensiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Einspritzventilen die Einspritzdauer für eine Mehrzahl von Einspritzventilen gleichzeitig variiert. Insbesondere kann bei einer Veränderung der Einspritzdauer eines Einspritzventils eine gegenläufige Veränderung der Einspritzdauer mindestens eines weiteren Einspritzventils oder aller weiteren Einspritzventile aufgeschaltet werden. Die Veränderung der jeweiligen Einspritzdauern kann insbesondere derart gesteuert werden, dass die Summe der von den Einspritzventilen eingespritzten Kraftstoffmassen unverändert ist. In diesem Fall ergeben sich dann, wenn die Einspritzventile im Ausgangszustand jeweils die nominelle Kraftstoffmasse abgeben, bei einer kleinen Vertrimmung keine Veränderung der Abgaszusammensetzung und daher keine Veränderung des Signals einer Lambdasonde. Eine Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung bzw. des Signals der Lambdasonde läßt daher in besonders empfindlicher Weise eine Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge von der Sollmenge und somit eine Abweichung des Durchflusses eines Einspritzventils vom Nominalwert erkennen. Ist die Testfunktion derart gestaltet, dass nacheinander für jedes der Einspritzventile des Verbrennungsmotors eine entsprechende Variation der Einspritzdauer mit gegenläufiger Veränderung der Einspritzdauern der anderen Einspritzventile vorgenommen wird, so läßt sich identifizieren, bei welchem der Einspritzventile eine Abweichung des Durchflusses vorliegt und dadurch für jedes der Einspritzventile die Abweichung messen.
Weiterhin wird das erfindungsgemäße Verfahren iterativ durchgeführt. Insbesondere wird bei einer für jedes Einspritzventil separat durchführten Vertrimmung der Einspritzdauer nach einem Durchgang, bei dem für jeden Zylinder des Motors eine Abweichung des Durchflusses ermittelt worden ist, eine entsprechende Veränderung der Einspritzdauer jedes Zylinders zur Kompensation der Abweichungen aufgeschaltet. Diese jeweiligen Einspritzdauern dienen in einem weiteren Durchgang des Verfahrens als Ausgangswerte, von denen ausgehend wiederum die Einspritzdauern vertrimmt werden, um die Abweichungen der Durchflüsse der Einspritzventile in dem weiteren Durchgang noch genauer zu bestimmen. Die hierbei ermittelten Abweichungen werden ebenfalls durch entsprechende Veränderungen der Einspritzdauern kompensiert. Durch mehrfache iterative Durchführung des Verfahrens ist eine besonders genaue Kompensation bestehender Abweichungen der Durchflüsse der Einspritzventile von Nominalwerten möglich. Ferner kann auch bei Vorliegen weiterer Ursachen für Abweichungen von einer Soll-Abgaszusammensetzung, beispielsweise bei Abweichungen im zugeführten Luftmassenstrom, eine besonders genaue Kompensation erzielt werden, ebenso wie in dem Fall, dass die Abgaszusammensetzung in nichtlinearer Weise von der Einspritzdauer bzw. von der eingespritzten Kraftstoffmasse abhängt. Eine iterative Durchführung des Verfahrens ist auch bei anderen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise bei einer Vertrimmung eines Ventils mit einer gegenläufigen Veränderung der Einspritzdauern der anderen Ventile, vorteilhaft für eine genauere Kompensation bestehender Abweichungen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffeinspritzung umfaßt eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung mindestens eines Einspritzventils mit einer veränderbaren Einspritzdauer und Sensormittel zur Messung einer Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors, wobei die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuerungseinrichtung umfaßt insbesondere Prozessormittel zur Ermittlung des Durchflusses eines Einspritzventils aus einer Messung der Abgaszusammensetzung und zur Ermittlung einer Einspritzdauer zur Kompensation eines veränderten Durchflusses. Ferner kann die Steuerungseinrichtung Speichermittel umfassen zur Speicherung von Meßwerten der Abgaszusammensetzung sowie von weiteren Daten, die die Ermittlung einer Einspritzdauer ermöglichen, so dass eine eingespritzte Kraftstoffmasse einer Soll-Kraftstoffmasse entspricht, wobei die Soll-Kraftstoffmasse von den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abhängen kann. Die Steuerungseinrichtung ist dafür ausgebildet, das Einspritzventil mit einer derart ermittelten Einspritzdauer anzusteuern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß 1 wird bei einem Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst für einen Zylinder mit der Ordnungsnummer z geprüft, ob solche Betriebsbedingungen vorliegen, die eine Durchführung einer Testfunktion, bei der die Einspritzdauer eines dem Zylinder z zugeordneten Einspritzventils gezielt verändert wird, gestatten. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise weil bei Durchführung der Testfunktion der Betrieb des Motors gestört würde oder weil keine repräsentativen oder keine ausreichend konstanten Bedingungen vorliegen, wird das Verfahren abgebrochen.
Wenn aufgrund der aktuellen Betriebsparameter das Verfahren durchgeführt werden kann, wird ein Mittelwert des Meßwerts der Abgaszusammensetzung, der insbesondere an einem Ausgang der Lambdaregelung abgenommen werden kann, über einen Zeitraum von beispielsweise 10 sec gebildet. Der betreffende Mittelwert kann auch schon vor der Feststellung der Durchführbarkeit der Testfunktion ermittelt worden sein. Der Ausgangszustand der Testfunktion ist der ermittelte Mittelwert der Abgaszusammensetzung sowie die bereits gewählte Einspritzdauer des Einspritzventils bzw. der zuvor ermittelte Durchfluß des Einspritzventils oder ein auf dem ermittelten Durchfluß beruhender Anpassungsfaktor, um den die nominelle Einspritzdauer verändert worden ist. Die Werte des Ausgangszustands werden gespeichert.
Zur Durchführung der Testfunktion wird nun die Einspritzdauer des Einspritzventils beispielsweise um ca. 10% erhöht, so dass sich eine Vergrößerung der eingespritzten Kraftstoffmasse um ca. 10% ergibt. Ggf. nach einer Wartezeit wird der Wert der Lambdaregelung ermittelt und über einen Zeitraum von beispielsweise ebenfalls ca. 10 sec ein Mittelwert gebildet. Hieraus wird die Abgaszusammensetzung ermittelt, die sich durch die um ca. 10% erhöhte Kraftstoffmasse ergibt.
Aus der Abgaszusammensetzung, insbesondere aus der Veränderung der Abgaszusammensetzung gegenüber dem Ausgangszustand, läßt sich ermitteln, ob und in welcher Weise der Durchfluß der Einspritzventile vom Nominal-, d. h. Sollwert abweicht. Durch die gezielte Variation der Einspritzdauer eines der Einspritzventile läßt sich dies gezielt für dieses Einspritzventil feststellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abweichung eines Durchflusses eines Einspritzventils eines Zylinders z und/oder einer Luftzuführung zu dem Zylinder z folgendermaßen ermittelt:
Bei dem Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass es sich um einen Motor mit einer Mehrzahl von Zylindern handelt und dass zur Messung der Abgaszusammensetzung eine Lambdasonde verwendet wird, die in einem Abgasstrang angeordnet ist, in welchen die Abgase aller Zylinder zusammengeführt werden. Die Anzahl der Zylinder des Motors bzw. derjenigen Zylinder, welche einer Lambdasonde zugeordnet werden können, wird im Folgenden mit Zyl bezeichnet, beispielsweise ist bei einem Vierzylindermotor Zyl = 4.
Die Abgaszusammensetzung wird durch die Lambdasonde in einem ersten Betriebszustand 1 und in einem zweiten Betriebszustand 2 gemessen. Der erste Betriebszustand ist dabei ein Ausgangszustand, während im zweiten Betriebszustand eine Testfunktion aktiviert ist.
Die Abgaszusammensetzung kann aus der Reaktion der Lambdaregelung abgeleitet werden. Der in der Lambdaregelung ermittelte Meßwert λ gibt das Verhältnis von Luft zu Brennstoff im Vergleich zu einem stöchiometrischen Gemisch an. Die Lambdasonde mißt hierbei eine gemittelte Abgaszusammensetzung, die einem Mittelwert der Zusammensetzungen der Abgase der einzelnen Zylinder z entspricht. Der gemittelte Meßwert λ₁ aller Zylinder im Zustand 1 ergibt sich als arithmetisches Mittel der Einzelwerte λ_1z aller Zylinder z, beispielsweise bei einem Vierzylindermotor: λ₁ = 1 / Zyl·(λ₁₁ + λ₁₂ + λ₁₃ + λ₁₄)
Dabei ist beispielsweise der Einzelwert λ₁₁ des Zylinders mit der Ordnungsnummer 1 definiert als:
wobei

ṁ_L,Zyl: den Luftmassenstrom eines Zylinders,
ṁ_B,Zyl: den Kraftstoffmassenstrom eines Zylinders und
Lst: das stöchiometrische Luftverhältnis

In einem zweiten Betriebszustand, bei welchem eine Testfunktion aktiviert wird, kann analog die gemittelte Abgaszusammensetzung λ₂ mit der aufgeschalteten Testfunktion ermittelt werden: λ₂ = 1 / Zyl·(λ₂₁ + λ₂₂ + λ₂₃ + λ₂₄) wobei beispielsweise bei Zylinder 1 die Einspritzdauer um den Faktor F_test verändert wird:
Dabei ist F_test = 1, wenn keine Veränderung der Einspritzdauer vorgenommen worden ist.
Der gesuchte Lambda-Fehler X₁ an Zylinder 1 kann somit gemäß
berechnet werden. Der ermittelte Wert X₁ für den Zylinder 1 ist ein Maß für die Abweichung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des zugeordneten ersten Zylinders.
Nach Durchführung der Testfunktion wird geprüft, ob diese erfolgreich durchgeführt worden ist, d. h. ob ein Wert für die Kompensation der Abweichung des Durchflusses vom Nominalwert ermittelt werden konnte oder ob sich beispielsweise während der Durchführung der Testfunktion der Betriebszustand des Motors derart verändert hat, dass keine aussagekräftige Messung erfolgen konnte. Im letzteren Fall wird die Testfunktion für den betreffenden Zylinder nochmals durchgeführt. Ist die Testfunktion für den Zylinder mit der Ordnungsnummer z erfolgreich durchgeführt worden, wird der ermittelte Kompensationswert für den betreffenden Zylinder berechnet und gespeichert und der Zylinder mit einer dem ermittelten Kompensationswert entsprechenden Einspritzdauer angesteuert. Der Kompensationswert kann beispielsweise der Quotient des nominellen Durchflusses und des ermittelten Durchflusses sein, der als Faktor zur Ermittlung der angepaßten Einspritzdauer verrechnet wird.
Die gleiche Testfunktion wird sodann für die übrigen Zylinder durchgeführt. Es ist auch möglich, dass zunächst die Kompensationswerte bzw. die angepaßten Einspritzdauern für alle Zylinder ermittelt werden und erst danach auf die Zylinder aufgeschaltet, d. h. von der Steuerung eingesetzt werden. Das Verfahren kann iterativ in mehreren Durchgängen durchgeführt werden, wobei jeweils aufgrund der Messung der Abweichungen in einem Durchgang die entsprechenden Kompensationswerte aufgeschaltet werden und davon ausgehend ein weiterer Durchgang zur noch genaueren Bestimmung und Kompensation der Abweichungen durchgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffeinspritzung, wobei: eine Einspritzdauer eines Einspritzventils des Verbrennungsmotors verändert wird, eine Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors gemessen wird, aus der Abgaszusammensetzung eine Abweichung eines Durchflusses des Einspritzventils von einem Nominalwert ermittelt wird und das Einspritzventil mit einer zum Ausgleich der ermittelten Abweichung angepaßten Einspritzdauer angesteuert wird, wobei der Verbrennungsmotor eine Mehrzahl von Einspritzventilen aufweist und das Verfahren für jedes Einspritzventil durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren iterativ durchgeführt wird, indem nach einem ersten Durchgang des Verfahrens, bei dem für jedes Einspritzventil des Verbrennungsmotors eine Abweichung des Durchflusses ermittelt und eine entsprechend veränderte Einspritzdauer jedes Einspritzventils zum Ausgleich der Abweichungen aufgeschaltet wird, in einem weiteren Durchgang des Verfahrens die jeweiligen Einspritzdauern als Ausgangswerte dienen, von denen ausgehend die Einspritzdauern wiederum verändert werden, und die hierbei ermittelten Abweichungen durch entsprechende Veränderungen der Einspritzdauern kompensiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und/oder durch Zeitablauf gesteuert wiederholt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors wiederholt durchgeführt wird, die jeweils ermittelte Abweichung des Durchflusses und/oder die zum Ausgleich der Abweichung jeweils ermittelte Einspritzdauer gespeichert werden und das Einspritzventil mit einer dem aktuellen Betriebszustand entsprechenden Einspritzdauer angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Einspritzdauer eine Verlängerung und/oder eine Verkürzung der Einspritzdauer gegenüber einer voreingestellten Einspritzdauer ist und die Veränderung der Abgaszusammensetzung gegenüber der Abgaszusammensetzung bei der voreingestellten Einspritzdauer gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszusammensetzung mit Hilfe einer Lambdasonde gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das anstelle der Abgaszusammensetzung der Regeleingriff der Lambdasonde verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl aus einer Mehrzahl von Einspritzvorgängen mit unveränderter Einspritzdauer, d. h. im Ausgangszustand vor Beginn der Testfunktion, als auch aus einer Mehrzahl von Einspritzvorgängen mit erfindungsgemäß variierter Einspritzdauer jeweils ein Mittelwert der entsprechenden Abgaszusammensetzung ermittelt werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszusammensetzung nach einer Wartezeit nach der Veränderung der Einspritzdauer gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdauer kontinuierlich verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Veränderung der Einspritzdauer für ein Einspritzventil eine gegenläufige Veränderung der Einspritzdauer mindestens eines weiteren Einspritzventils durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffeinspritzung, umfassend eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung mindestens eines Einspritzventils mit einer veränderbaren Einspritzdauer sowie Sensormittel zur Messung einer Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.