DE19720009C2 - Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylindergleichstel­ lung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Kritische Betriebsbereiche einer Dieselbrennkraftmaschine sind Leerlauf und niedrige Teillast. Obwohl in diesem Be­ triebsbereich die Verbrauchswerte im Vergleich zu einer Otto- Brennkraftmaschine sehr günstig sind, wird bei modernen Die­ selbrennkraftmaschinen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die Leerlaufdrehzahl weiter abgesenkt. Dabei wirken sich Unregel­ mäßigkeiten der Drehmomentabgabe, die beispielsweise darauf beruhen, daß aufgrund von Toleranzen der einzelnen Einspritz­ komponenten den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine unterschiedliche Kraftstoffmengen eingespritzt werden, in ei­ ner immer größeren, bemerkbaren Ungleichförmigkeit der Dreh­ zahl aus. Die entstehenden Ungleichförmigkeiten können zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zu einer nicht mehr zu vernach­ lässigenden Laufunruhe führen und Vibrationen verursachen.

Aus der DE 34 03 260 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Steuern bzw. Regeln der Menge an Brennstoff, die in einen Mehrzylindermotor eingespritzt wird, bekannt. Dabei wird die Motordrehzahl periodisch bei jedem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel erfaßt, um eine Mehrzahl von Motordreh­ zahlwerten zu erhalten, deren Zahl gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Zahl der Motorenzylinder ist. Entweder maxima­ le oder minimale Werte unter der Mehrzahl der Motordrehzahl­ daten werden bestimmt und diese Verfahrensschritte werden für eine Zeitdauer wiederholt, die alle Leistungshübe in den Zy­ lindern umfaßt, und durch eine Mehrzahl von Sätzen der Moto­ rendrehzahldaten erhalten wird. Dann wird die Ordnung der Mo­ tordrehzahldaten, die den maximalen oder minimalen Wert in­ nerhalb eines jeden Satzes ergeben, bestimmt und eine Majori­ tätsentscheidung wird getroffen, um zu bestimmen, welcher Rang der Daten am häufigsten in allen Sätzen das Maximum oder Minimum ergibt. Die Differenz zwischen Maximal- oder Minimal­ werten wird für jeden Datensatz bestimmt und der Betrag an Brennstoff, der dem Motor zugeführt werden soll, wird so ge­ steuert, daß die Differenz bei allen Zylindern gleich wird. Der Betrag an Brennstoff, der dem Motor zugeführt wird, wird grundlegend durch Verwendung von Betriebsparametern des Mo­ tors bestimmt und eine Basisbrennstoffeinspritzmenge wird un­ ter Verwendung der Differenz korrigiert.

In der US 4,590,907 ist ein Verfahren zur Zylindergleichstel­ lung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer mehr­ zylindrigen Brennkraftmaschine bekannt, wobei zur adaptiven Gleichstellung der Zylindereinspritzmenge Drehzahlabweichun­ gen erfaßt und ausgewertet werden. Hierzu werden Werte für die Drehzahl der Expansion und Werte für die Drehzahl bei der Kompression für jeden einzelnen Zylinder der Brennkraftma­ schine erfaßt und daraus jeweils eine Drehzahldifferenz ge­ bildet. In Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz werden zy­ linderindividuelle Adaptionsmengen für den einzuspritzenden Kraftstoff zur Zylindermengengleichstellung ermittelt. Da­ durch können Motorvibrationen aufgrund von unterschiedlichen Mengen an eingespritzten Kraftstoff gemindert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die durch ungleichmäßige Drehmomentabgabe hervorgerufene Dreh­ zahlungleichförmigkeit der einzelnen Zylinder einer mehrzy­ lindrigen Brennkraftmaschine auf einfache Weise minimiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch Heranziehung der gefilterten Drehzahldifferenz zwischen Kompression und Expansion des einzelnen Zylinders zur Gleichstellung der Kraftstoff-Einspritzmenge wird der Energiegewinn des Verbrennungsvorganges ausgenutzt. Dieser Energiegewinn wird für alle Zylinder gleichgesetzt, wodurch sich eine erhöhte Laufruhe, insbesondere im unteren Teillast­ betrieb und im Leerlauf ergibt. Hierzu werden in Abhängigkeit von der gefilterten Drehzahldifferenz zylinderindividuelle Adaptionsmengen für die Zylindermengengleichstellung ermit­ telt, in dem aus den gefilterten Drehzahldifferenzen ein Drehzahlmittelwert über alle Zylinder gebildet und eine Re­ gelabweichung eines jeden Zylinders zum Mittel der Abweichung aller Zylinder berechnet wird. Abhängig von der Regelabwei­ chung sind Werte für eine Leerlaufkraftstoffmenge in einem Kennfeld abgelegt, die bei der Berechnung der Adaptionswerte berücksichtigt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der einzigen Zeich­ nungsfigur näher erläutert. Es zeigt in Form eines Ablaufpla­ nes die einzelnen Schritte zur Zylindergleichstellung (Cy­ linder Balancing) durch Ermittlung der zylinderindividuellen Adaptionswerte für die einzuspritzende Kraftstoffmenge.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird überprüft, ob vor­ gegebene Bedingungen erfüllt sind, die eine Einberechnung der Adaptionswerte (Cylinder Balancing-Werte) in die Gesamtformel für die Einspritzmenge erlauben. Hierzu wird beispielsweise abgefragt, ob sich die Brennkraftmaschine im Betriebszustand Teillast oder Leerlauf befindet, die Drehzahl der Brennkraft­ maschine unterhalb eines vorgegebenen Drehzahlgrenzwertes liegt und die Fahrerwunschmenge, die z. B. aus einem Pedalwert abgeleitet wird, von Null verschieden ist. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so wird das Verfahren mit den Ver­ fahrensschritten S12 und S13 fortgesetzt. Es wird ein Wert ME_ADD_CBALneu gleich Null gesetzt, d. h. es findet aufgrund des momentan vorliegenden Betriebspunktes der Brennkraftma­ schine keine Angleichung der den einzelnen Zylindern zuzufüh­ renden Kraftstoffmenge statt. Das Verfahren ist damit been­ det.

Liefert die Abfrage in Verfahrensschritt S1 ein positives Er­ gebnis, sind also die genannten Bedingungen erfüllt, wird im Verfahrensschritt S2 überprüft, ob auch die Adaptionsbedin­ gung erfüllt ist. Eine Adaption der zylinderindividuellen Kraftstoffmengen zur Zylindergleichstellung ist nur im Be­ triebszustand Leerlauf zugelassen. Befindet sich die Brenn­ kraftmaschine außerhalb des Leerlaufbereiches, so findet kei­ ne Adaption statt und der zylinderindividuelle Adaptionswert bleibt unverändert (Verfahrensschritt S11):

ME_ADD_CBALneu = ME_ADD_CBALalt.

Anschließend wird im Verfahrensschritt S13 dieser Wert ausge­ geben und das Verfahren ist zu Ende.

Ist die Adaptionsbedingung aber erfüllt, werden die zylinder­ individuellen Korrekturmengen laufend aktualisiert. Die Be­ rechnung erfolgt auf der Basis der Abweichung von Expansions- und Kompressionsdrehzahl des zu betrachtenden Zylinders. Hierzu werden im Verfahrensschritt S3 die Werte für die Dreh­ zahl bei Expansion N_EXP und die Drehzahl bei Kompression N_CPR für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine einzeln er­ faßt, daraus jeweils die Differenz gebildet und diese gefil­ tert, beispielsweise durch eine gleitende Mittelwertbildung:

N_DIF_CBAL_GMW(i) = N_DIF(i) . N_DIF_MITKO + N_DIF_CBAL_GMW(i - m) . (1-N_DIF_MITKO)

mit N_DIF_CBAL_GMW(i): neuer Mittelwert
N_DIF_CBAL_GMW(i - m): alter Mittelwert
N_DIF(i) = N_EXP(i) - N_CPR(i): Drehzahldifferenz zwi­ schen Expansion und Kompression
N_DIF_MITKO: Mittelungskonstante, deren Wert zwischen 0 und 1 wählbar ist
i: Zylindernummer
m: Zylinderanzahl

Aus den für jeden Zylinder auf diese Weise ermittelten Werten N_DIF_CBAL_GMW(i) wird im Verfahrensschritt S4 der Mittelwert über alle Zylinder gebildet:

N_DIF_CBAL_MW_GMW = 1/m . Σ m|i=1 N_DIF_CBAL_GMW(i)

Im anschließenden Verfahrensschritt S5 wird die Regelabwei­ chung N_DIF_CBAL(i) eines jeden Zylinders zum Mittel der Ab­ weichungen aller Zylinder und der I-Anteil des Leerlaufreg­ lers (PID-Regler) berechnet:

N_DIF_CBAL(i) = N_DIF_CBAL_MW_GMW - N_DIF_CBAL_GMW(i).

Abhängig von der Regelabweichung N_DIF_CBAL(i) sind in einem Kennfeld eines Speichers der Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine zugehörige Werte für den I-Anteil der Leerlaufkraftstoffmenge KF_ME_ADD_I_CBAL als neuer Cylinder- Balancing Wert abgelegt.

Um sicherzustellen, daß das Cylinder Balancing nicht gegen die Leerlaufregelung arbeitet, wird abhängig vom Verhalten des Leerlaufreglers entschieden, ob die Adaption die Korrek­ turmengen für die einzelnen Zylinder erhöhen oder verringern darf. Dazu wird im Betriebszustand Leerlauf der gleitende Mittelwert der Leerlauf-Kraftstoffmenge gebildet:

ME_GMW_LL(i) = ME_GMW_LL(i - 1) . (1-ME_MITKO_LL) + ME_LL . ME_MITKO_LL

mit ME_LL: aktuelle Leerlaufmenge
ME_MITKO_LL: Mittelungskonstante, deren Wert zwischen 0 und 1 wählbar ist.

Dies wird gemacht, um zu erkennen, in welche Richtung die Ad­ aption erfolgt, zu positiven oder negativen Werten hin.

Im Verfahrensschritt S7 wird geprüft, ob der Mittelwert der Leerlaufmenge ME_GMW_LL größer Null und der I-Anteil negativ ist. Ist dies der Fall, so wird im Verfahrensschritt S9 der Wert KF_ME_ADD_I_CBAL gleich Null gesetzt, andernfalls wird im Verfahrensschritt S8 überprüft, ob der Mittelwert der Leerlaufmenge ME_GMW_LL kleiner Null und der I-Anteil positiv ist. Liefert auch diese Abfrage ein positives Ergebnis, so wird ebenfalls zum Verfahrensschritt S9 verzweigt. Es findet eine Begrenzung des Kennfeldausgangswertes statt.

Liefern dagegen beide Abfragen in den Verfahrensschritten S7 und S8 negative Ergebnisse, so findet keine Begrenzung des Kennfeldausgangswertes KF_ME_ADD_I_CBAL statt und im Verfah­ rensschritt S10 erfolgt die Berechnung des neuen Adaptions­ wertes:

ME_ADD_CBALneu = ME_ADD_CBALalt + KF_ME_ADD_I_CBAL

Anschließend wird im Verfahrensschritt S13 die zur Zylinder­ gleichstellung berücksichtigende Adaptionsmenge (Korrektur­ menge) ME_ADD_CBAL ausgegeben, die additiv zur Fahrer­ wunschmenge bei der Gesamtformel zur Bestimmung der Ein­ spritzmenge eingeht. Diese Adaptionsmenge ist entweder Null (Verfahrensschritt S12), wenn aufgrund des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine die Cylinder Balancing-Funktion nicht berücksichtigt wird oder der alte, früher berechnete Wert, weil keine Adaption zugelassen ist (Verfahrensschritt S11) oder der im Verfahrensschritt S10 neuberechnete Wert.

Claims (3)

1. Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraft­ stoff-Einspritzmenge bei einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine, wobei zur adaptiven Gleichstellung der Zylinder

• - die Werte für die Drehzahl bei Expansion (N_EXP(i)) und die Drehzahl bei Kompression (N_CPR(i)) für jeden Zylinder (i) der Brennkraftmaschine erfaßt werden,
• - daraus jeweils eine Drehzahldifferenz (N_DIF(i)) gebildet wird,
• - die Drehzahldifferenz (N_DIF(i)) mittels einer gleitenden Mittelwertbildung (N_DIF_CBAL_GMW(i)) gefiltert wird,
• - in Abhängigkeit von der gefilterten Drehzahldifferenz (N_DIF_CBAL_GMW(i)) zylinderindividuelle Adaptionsmengen (ME_ADD_CBAL(i)) für die Zylindermengengleichstellung er­ mittelt werden, indem
• - aus den gefilterten Drehzahldifferenzen (N_DIF_CBAL_GMW(i)) ein Drehzahlmittelwert (N_DIF_CBAL_MW_GMW) über alle Zylin­ der (i) gebildet wird,
• - eine Regelabweichung (N_DIF_CBAL(i)) eines jeden Zylinders (i) zum Mittel der Abweichung (N_DIF_CBAL_MW_GMW) aller Zy­ linder (i) berechnet wird und
• - abhängig von der Regelabweichung (N_DIF_CBAL(i)) Werte für eine Leerlaufkraftstoffmenge (KF_ME_ADD_I_CBAL) in einem Kennfeld abgelegt sind, die bei der Berechnung der Adapti­ onswerte (ME_ADD_CBAL(i)) berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neue Adaptionswert berechnet wird aus dem alten Adaptionswert und dem Kennfeldwert zu
ME_ADD_CBALneu = ME_ADD_CBALalt + KF_ME_ADD_I_CBAL

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennfeldwert (KF_ME_ADD_I_CBAL) in Abhängigkeit vom Mittel­ wert der Leerlaufkraftstoffmenge (ME_GMW_LL(i)) begrenzt ist.