EP0170891A2 - Method and apparatus for specifically controlling each cylinder group in a multicylinder engine - Google Patents

Method and apparatus for specifically controlling each cylinder group in a multicylinder engine Download PDF

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EP0170891A2
EP0170891A2 EP85108335A EP85108335A EP0170891A2 EP 0170891 A2 EP0170891 A2 EP 0170891A2 EP 85108335 A EP85108335 A EP 85108335A EP 85108335 A EP85108335 A EP 85108335A EP 0170891 A2 EP0170891 A2 EP 0170891A2
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EP
European Patent Office
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cylinder
internal combustion
combustion engine
air ratio
injection
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EP85108335A
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German (de)
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EP0170891A3 (en
EP0170891B1 (en
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Ferdinand Dipl.-Ing. Grob
Josef Dipl.-Ing. Wahl
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Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0170891A3 publication Critical patent/EP0170891A3/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02D41/0082—Controlling each cylinder individually per groups or banks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1408—Dithering techniques

Definitions

  • the invention is based on a method for controlling and / or regulating a multi-cylinder internal combustion engine and a device for carrying out the method according to the type of the main claim or the secondary claim.
  • a device for carrying out the method according to the type of the main claim or the secondary claim.
  • a test signal generator for varying the metered fuel quantity and a sensor for detecting the size to be optimized are used and, based on a torque signal, the maximum power or the minimum specific fuel consumption is determined depending on the load area of the internal combustion engine.
  • the main advantage of the invention is a reduced fuel consumption of the internal combustion engine while maintaining good exhaust gas values despite larger permissible tolerances in the injection valves and in the filling of the individual cylinders. Furthermore, it proves to be advantageous that, according to the invention, that lambda is set for each cylinder at which the cylinder in question operates at its optimum efficiency. For a given engine design and for given operating conditions, the engine can thus be operated in the range of the theoretically minimal fuel consumption.
  • FIG. 1 and 2 show diagrams of an arbitrarily assumed torque curve of the cylinders of an internal combustion engine to explain the method according to the invention
  • FIG. 3 shows an embodiment of the device for carrying out the method
  • FIG. 4 shows a flow chart to explain the mode of operation of the embodiment of FIG. 3
  • FIG. 5 6 shows a time diagram to explain the application of the method to a multi-cylinder internal combustion engine with only a single injection valve.
  • the cylinder-specific injection quantities are varied in opposite directions until the torque variations assume a minimum due to the wobbling of the injection times.
  • the essential boundary condition of this method is to keep the sum of the individual injection times constant so that the operating point of the internal combustion engine as well as the average exhaust gas composition are preserved.
  • the results of such a cylinder-specific optimization process are plotted in FIG. 1b.
  • FIG. 1c shows the course of the cylinder-weighted total torque as a function of the injection time T 1 to illustrate the relationships.
  • the throttle valve position ⁇ serves as a parameter, with ⁇ assuming 5 [wE] in the present case.
  • the optimization process now proceeds in such a way that the injection times or quantities (T + T 2 ) for cylinders 1 and 2 are wobbled in opposite directions to the injection times (T 3 + T 4 ) for cylinders 3 and 4.
  • the boundary condition that the sum of all four injection times should remain unchanged must also be observed here.
  • the wobbling of the injection quantity in connection with a phase analysis of the output signal for the torque or the speed of the internal combustion engine serves to determine the direction of the required adjustment of the mean values of (T + T 2 ) and (T 3 + T 4 ) in such a way that a maximum torque results, that is, the torque modulation approaches zero.
  • the determined ratio values of the injection quantities T 1 , T 2 and T 3 2 T 4 are first stored.
  • the fourth condition is that the sum of all injection times must have a constant value.
  • Such iterative methods for solving coupled systems of equations are well known per se, so that the person skilled in the art can also easily carry out the method according to the invention iteratively.
  • FIG. 3 shows the circuit structure of a device for carrying out the described optimization process.
  • a microcomputer 50 the components CPU 51, RAM 52, ROM 53, timer 54, first input / output unit 55 and second input / output unit 56 are connected to one another via an address and a data bus 57.
  • An oscillator 58 is used to time the program sequence in the microcomputer 50, which is connected on the one hand directly to the CPU 51 and on the other hand via a divider 59 to the timer 54.
  • the signals of an exhaust gas probe 63, a speed sensor 64 and a reference mark sensor 65 are fed to the first input / output unit 55 via conditioning circuits 60, 61 and 62, for example.
  • the battery voltage 66, the throttle valve position 67, the cooling water temperature 68 and the output signal of the torque transmitter 69 are provided as further input variables. If the torque of the internal combustion engine is obtained directly from the speed, the speed sensor 64 could also be used to detect the torque.
  • the input variables are connected to a series circuit comprising a multiplexer 74 and an analog-to-digital converter 75 via associated conditioning circuits 70, 71, 72 and 73.
  • the function of the multiplexer 74 and the analog-digital converter 75 can be implemented, for example, by the 0809 module from National Semiconductors.
  • the multiplexer 74 is controlled via a line 76 starting from the first input / output unit 55.
  • the second input / output unit 56 controls injection valves 78 of the internal combustion engine via power output stages 77.
  • the fuel is an injection system with one injection valve per cylinder or an injection system with a single injection valve arranged in the air intake duct of the internal combustion engine.
  • the injection times T i10 ' T i30 for example of cylinders 1 and 3 of the internal combustion engine, are swept in opposite directions by the amount ⁇ T i .
  • the individual cylinder injection times are changed in accordance with the result of the comparison under the boundary condition of a constant total injection time.
  • the cylinder-specific injection times are modified accordingly after a new phase comparison.
  • the sum of the injection times here for example T i1 and T i3, assumes a constant value.
  • the third optimization could alternatively be carried out with the injection times T i2 , T i 3 ).
  • the wobble signals in the example of optimization mierun g svor g to g is the injection time Til, Ti3 and the associated torque or speed signals applied.
  • the injection time T i1 is increased by the for a predetermined, for example, operating parameter-dependent, time period ⁇ Amount d T increased and the injection time T i3 decreased by the amount ⁇ T.
  • the reaction of the internal combustion engine to these modified injection times can manifest itself in an increase or decrease in torque.
  • the injection time T i1 (T i3 ) is increased (decreased) or decreased (increased) under the boundary condition a constant total injection time (T i1 + T i3 ).
  • the optimization process continues in such a way that the injection time T i1 is reduced by the amount ⁇ T and the injection time T i3 is increased by ⁇ T.
  • the phase of the torque change of the internal combustion engine also changes accordingly.
  • digital filters as described in the German application P 34 03 304.7, can advantageously be used.
  • the first injection pulse is sprayed off at a point in time selected in such a way that after the running time (injection valve ⁇ intake valve) it reaches the intake valve of the fourth cylinder exactly at the time of opening. Accordingly, the 2nd injection pulse appears in the second cylinder.
  • injection valve ⁇ intake valve injection valve ⁇ intake valve
  • the injection quantity assigned to the individual cylinder can now be varied. Again, the injection pulses belonging to two cylinders or cylinder groups . wobbled in opposite directions and varied in opposite directions so that, as already described, there is a maximum torque.
  • the proposed cylinder optimization can be used at any operating point of the internal combustion engine, of course also at the min or P max operating point. It is also possible to use a superordinate control loop, for example using a lambda probe, to regulate the air ratio lambda averaged over all cylinders to a specific value which can be predefined depending on the operating parameters. Then, as already described above, the maximum efficiency of the internal combustion engine is found with the aid of the single cylinder optimization for this operating point.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur zylindergruppenspezifischen Regelung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens zur zylindergruppenspezifischen Optimierung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Regelstrategie weist einen ersten Schritt zur Erzeugung von zeitabhängigen Signalen zur Beeinflussung der Luftzahl Lambda des wenigstens zwei beliebigen, jeweils wenigstens einen Zylinder umfassenden Zylindergruppen zugeführten Betriebsgemisches, derart, daß die Luftzahl zylindergruppenspezifisch modifiziert und die mittlere Luftzahl des allen Zylindern zugeführten Betriebsgemisches konstant gehalten wird, auf. Anschließend folgt ein zweiter Schritt zur Erfassung der sich in einer Änderung einer Ausgangsgröße äußernden Reaktion der Brennkraftmaschine auf die Signale des ersten Schritts und ein dritter Schritt zur Beeinflussung des Wirkungsgrades der einzelnen Zylindergruppen der Brennkraftmaschine gemäß den Ergebnissen des zweiten Schritts. Es ist damit gewährleistet, daß jeder Zylindergruppe bzw. jedem Zylinder ein Betriebsgemisch mit derjenigen Luftzahl zugeführt wird, bei der ein Wirkungsgradmaximum auftritt. Für eine vorgegebene Motorkonstruktion und für vorgegebene Betriebsbedingungen kann der Motor damit in dem Bereich betrieben werden, in dem der minimale theoretische Kraftstoffverbrauch vorliegt.A method for cylinder group-specific control of a multi-cylinder internal combustion engine and a device for carrying out the method for cylinder group-specific optimization of the efficiency of the internal combustion engine are proposed. The control strategy has a first step for generating time-dependent signals for influencing the air ratio lambda of the operating mixture supplied to at least two arbitrary cylinder groups, each comprising at least one cylinder, in such a way that the air ratio is modified for specific cylinder groups and the mean air ratio of the operating mixture supplied to all cylinders is kept constant. on. This is followed by a second step for detecting the reaction of the internal combustion engine, which is expressed in a change in an output variable, to the signals of the first step and a third step for influencing the efficiency of the individual cylinder groups of the internal combustion engine in accordance with the results of the second step. This ensures that each cylinder group or each cylinder is supplied with an operating mixture with the air ratio at which an efficiency maximum occurs. For a given engine design and for given operating conditions, the engine can thus be operated in the area in which the minimum theoretical fuel consumption is present.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des Nebenanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der DE-OS 29 41 977 bzw. der Parallelanmeldung US-Sn-43 42 097 beschrieben. Zur Optimierung des abgegebenen Moments einer Brennkraftmaschine bzw. des spezifischen Kraftstoffverbrauchs wird ein Testsignalgenerator zur Variation der zugemessenen Kraftstoffmenge und ein Sensor zur Erfassung der zu optimierenden Größe verwendet und ausgehend von einem Momentensignal das Leistungsmaximum bzw. der minimale spezifische Kraftstoffverbrauch je nach Lastgebiet der Brennkraftmaschine bestimmt. Obwohl sich derartige Einrichtungen im praktischen Betrieb recht gut bewährt haben, sind noch Weiterentwicklungen und Verbesserungen möglich, die insbesondere im Hinblick auf die verschärfte Abgasgesetzgebung und auf die Bestrebungen, den Benzinverbrauch der Brennkraftmaschinen zu senken, zum Tragen kommen.The invention is based on a method for controlling and / or regulating a multi-cylinder internal combustion engine and a device for carrying out the method according to the type of the main claim or the secondary claim. Such a device is already described in DE-OS 29 41 977 or the parallel application US-Sn-43 42 097. To optimize the delivered torque of an internal combustion engine or the specific fuel consumption, a test signal generator for varying the metered fuel quantity and a sensor for detecting the size to be optimized are used and, based on a torque signal, the maximum power or the minimum specific fuel consumption is determined depending on the load area of the internal combustion engine. Although such devices have proven themselves very well in practical operation, further developments and improvements are still possible, particularly with regard to the stricter exhaust gas legislation and the requirements exercises to reduce the gasoline consumption of the internal combustion engines come into play.

So haben beispielsweise Untersuchungen gezeigt, daß die einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine im Normalfall mit unterschiedlichem Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben werden. Ursachen hierfür sind u.a. in einer unterschiedlichen Saugrohrführung sowie in nicht völlig identischen Einspritzventilen zu suchen.For example, studies have shown that the individual cylinders of an internal combustion engine are normally operated with different air-fuel ratios. The reasons for this include to look for in a different intake manifold guide and in not completely identical injection valves.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine genau die Steuergrößen zuzumessen, die er benötigt, um für den betreffenden Arbeitspunkt im Wirkungsgradoptimum zu arbeiten.It is therefore an object of the invention to precisely measure the control variables that are required for each individual cylinder of the internal combustion engine in order to work at the optimum efficiency for the relevant operating point.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Als wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich ein verringerter Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine unter Beibehaltung guter Abgaswerte trotz größerer zulässiger Toleranzen bei den Einspritzventilen sowie bei der Füllung der einzelnen Zylinder. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß sich gemäß der Erfindung für jeden Zylinder dasjenige Lambda einstellt, bei dem der betreffende Zylinder in seinem Wirkungsgradoptimum arbeitet. Für eine gegebene Motorkonstruktion und für gegebene Betriebsbedingungen kann der Motor damit im Bereich des theoretisch minimalen Kraftstoffverbrauchs betrieben werden.The main advantage of the invention is a reduced fuel consumption of the internal combustion engine while maintaining good exhaust gas values despite larger permissible tolerances in the injection valves and in the filling of the individual cylinders. Furthermore, it proves to be advantageous that, according to the invention, that lambda is set for each cylinder at which the cylinder in question operates at its optimum efficiency. For a given engine design and for given operating conditions, the engine can thus be operated in the range of the theoretically minimal fuel consumption.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unter- bzw. Nebenansprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.Further advantages of the invention emerge in connection with the subclaims or dependent claims, from the following description and the drawing.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 und Figur 2 Diagramme eines willkürlich angenommenen Drehmomentverlaufs der Zylinder einer Brennkraftmaschine zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Figur 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels der Figur 3, Figur 5 ein Zeitdiagramm einiger wesentlichen Signalgrößen und Figur 6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Anwendung des Verfahrens auf eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit nur einem einzigen Einspritzventil.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described and explained in more detail below. 1 and 2 show diagrams of an arbitrarily assumed torque curve of the cylinders of an internal combustion engine to explain the method according to the invention, FIG. 3 shows an embodiment of the device for carrying out the method, FIG. 4 shows a flow chart to explain the mode of operation of the embodiment of FIG. 3, FIG. 5 6 shows a time diagram to explain the application of the method to a multi-cylinder internal combustion engine with only a single injection valve.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Auf die Einrichtungen zum Optimieren von Betriebskenngrössen einer Brennkraftmaschine, die nicht zylinderspezifisch wirken, soll im weiteren nicht eingegangen werden, da deren Funktionsweise beispielsweise in der DE-OS 28 47 021 (UK-Patentanmeldung 20 34 930A), dem SAE-Paper 72 02 54 oder auch der US-PS 40 64 846 ausreichend erläutert ist. Im allgemeinen liegt diesen Methoden eine Extremwertregelung zugrunde, bei der eine Eingangsgröße der Brennkraftmaschine beispielsweise periodisch variiert wird. Die Reaktion der Brennkraftmaschine auf diese periodische Variation wird über eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine, beispielsweise das Drehmoment überwacht. Entsprechend diesem Überwachungsergebnis wird eine Eingangsgröße der Brennkraftmaschine so lange verstellt, bis die Variation der Ausgangsgröße auf ein Minimum gesunken ist. Bei allen bekannten Verfahren bleibt jedoch unberücksichtigt, daß in der Regel jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine ein anderes Betriebsgemisch zur Verfügung gestellt wird. Die Variationen des Betriebsgemisches für die einzelnen Zylinder sind beispielsweise auf unterschiedliche Füllungen oder unterschiedliche Einspritzmengen zurückzuführen.The devices for optimizing the operating parameters of an internal combustion engine that do not have a cylinder-specific effect will not be discussed further below, since their mode of operation is described, for example, in DE-OS 28 47 021 (UK patent application 20 34 930A), SAE paper 72 02 54 or the US-PS 40 64 846 is sufficiently explained. In general, these methods are based on extreme value control, in which an input variable of the internal combustion engine is varied, for example, periodically. The reaction of the internal combustion engine to this periodic variation is monitored via an output variable of the internal combustion engine, for example the torque. In accordance with this monitoring result, an input variable of the internal combustion engine is adjusted until the variation in the output variable has dropped to a minimum. At All known methods, however, do not take into account the fact that a different operating mixture is generally made available to each individual cylinder of the internal combustion engine. The variations in the operating mixture for the individual cylinders can be attributed, for example, to different fillings or different injection quantities.

Am Beispiel einer 2-Zylinderbrennkraftmaschine soll der Kern der Erfindung näher erläutert werden. In Figur 1a ist zu diesem Zweck der für die beiden Zylinder unterschiedlich angenommene Drehmomentverlauf M1 und M2 der Einzelzylinder in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung α und damit in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge aufgetragen. Um die numerische Behandlung des Problems zu vereinfachen, wurde willkürlich ein parabelförmiger Verlauf des Drehmoments gemäß

Figure imgb0001
Figure imgb0002
mit α gleich Drosselklappenstellung bzw. angesaugte Luftmenge und

  • Tj, T2 gleich Einzelzylindereinspritzzeiten angesetzt.
The essence of the invention will be explained in more detail using the example of a 2-cylinder internal combustion engine. For this purpose, the torque curve M 1 and M 2 of the individual cylinders, which is assumed to be different for the two cylinders, is plotted in FIG. 1a as a function of the throttle valve position α and thus as a function of the amount of air drawn in. In order to simplify the numerical treatment of the problem, a parabolic curve according to the torque was arbitrarily used
Figure imgb0001
Figure imgb0002
with α equal to throttle valve position or air intake and
  • T j , T 2 equal to single cylinder injection times.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in allen weiteren Abbildungen auch nicht das Gesamtsummendrehmoment als Summe der Einzeldrehmomente sondern das durch die Zylinderanzahl dividierte Summendrehmoment aufgetragen. Die Einspritzzeit geht in diese Kurven als Parameter ein. Durch die spezielle Wahl des Verlaufs der Einzelzylinder-Drehmomente wird simuliert, daß Zylinder 1 eine größere Füllung als Zylinder 2 aufweist. Dies geht daraus hervor, daß für gleiche Einspritzzeiten Tl = T2 = 7 [w.E.] der Drehmomentverlauf des ersten Zylinders schon bei einer Drosselklap-. penstellung α = 4 [w.E.] gegenüber α= 6 [w.E.] beim zweiten Zylinder sein Drehmomentmaximum erreicht. Aufgrund dieser unterschiedlichen Füllung der Einzelzylinder kann das auf die Zylinderzahl bezogene Summendrehmoment (1/2 Σ M) bei einer Drosselklappenstellung α = 5[w.E.] nicht die Werte der Einzelzylindermomente erreichen. Um den Einzelzylinderdrehmomentverlauf bzw. den zylinderspezifischen Wirkungsgrad zu optimieren, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei konstanter Ansaugluftmenge die Einspritzmenge für die beiden Zylinder der Brennkraftmaschine in der Weise gegenläufig zu wobbeln, daß die Summeneinspritzzeit bzw. -menge aller Zylinder konstant gehalten wird. Ein Vergleich der Phasenlage des Wobbelsignals für die Einspritzzeiten mit dem Signal eines Gebers für das Drehmoment der Brennkraftmaschine liefert die zylinderspezifischewEinspritzzeiten zur Erzielung des maximalen Drehmoments der Brennkraftmaschine. Aufgrund der Ergebnisse des Phasenvergleiches werden die zylinderspezifischen Einspritzmengen gegenläufig so lange variiert, bis die Drehmomentvariationen aufgrund des Wobbelns der Einspritzzeiten ein Minimum annehmen. Die wesentliche Randbedingung dieses Verfahrens besteht darin, die Summe der einzelnen Einspritzzeiten konstant zu halten, damit der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ebenso wie die mittlere Abgaszusammensetzung erhalten bleiben. In Figur 1b sind die Resultate eines solchen zylinderspezifischen Optimierungsvorganges aufgetragen. Dem Zylinder 1, der bei gleicher Drosselklappenstellung α einen höheren Füllungsgrad aufweist als Zylinder 2, wird nach dem Optimierungsverfahren eine höhere Kraftstoffmenge entsprechend einer Einspritzzeit T1 = 8[w.E.] zugeführt, während der Zylinder 2 mit Einspritzzeiten T2 = 6 [w.E.] bedient wird. Die Summe der Einspritzzeiten und damit die zugeführte Kraftstoffmenge blieb also unverändert, während das zylinderbezogene Gesamtdrehmoment (1/2 Σ M) um 25 % von 4 [w. E.] auf 5 [w. E.] angestiegen ist. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine um 25 % erhöht würde. In Figur 1c ist zur Veranschaulichung der Zusammenhänge der Verlauf des zylindergewichteten Summenmoments als Funktion der Einspritzzeit T1 aufgetragen. Als Parameter dient die Drosselklappenstellung α, wobei α im vorliegenden Fall 5 [w.E.] annimmt. Die Einspritzzeit T2 ist über die Bedingung, daß die Summe der Einspritzzeit T1 und T2 eine Konstante (hier Konstante = 14) bilden soll, implizit in der Summendrehmomentfunktion enthalten. Aus dieser Figur 1c ist zu entnehmen, daß die zweizylindrige Brennkraftmaschine dann ein optimales Drehmoment abgibt und somit im Wirkungsgradmaximum betrieben wird, wenn die Einspritzzeit T1 den Wert 8 [w.E.] bei einer Gesamteinspritzzeit T1 und T2 von 14 [w.E.] bei einer Drosselklappenstellung α = 5[w.E.] annimmt. Dieser Vorgang wird nun für jede Drosselklappenstellung wiederholt.For the sake of clarity, the total torque as the sum of the individual torques is not plotted in all the other figures, but rather the total torque divided by the number of cylinders. The injection time is included in these curves as a parameter. Through the special choice of the course of the single-cylinder torques it is simulated that cylinder 1 has a larger filling than cylinder 2. This follows from the fact that for the same injection times T l = T 2 = 7 [wE] the torque curve of the first cylinder is already at a throttle valve. Pen position α = 4 [wE] compared to α = 6 [wE] reached its maximum torque in the second cylinder. Due to this different filling of the individual cylinders, the total torque based on the number of cylinders (1/2 Σ M) with a throttle valve position α = 5 [wE] cannot reach the values of the individual cylinder torques. In order to optimize the single-cylinder torque curve or the cylinder-specific efficiency, it is now proposed according to the invention to wobble the injection quantity for the two cylinders of the internal combustion engine in opposite directions with a constant intake air quantity in such a way that the total injection time or quantity of all cylinders is kept constant. A comparison of the phase position of the wobble signal for the injection times with the signal of a sensor for the torque of the internal combustion engine provides the cylinder-specific injection times for achieving the maximum torque of the internal combustion engine. On the basis of the results of the phase comparison, the cylinder-specific injection quantities are varied in opposite directions until the torque variations assume a minimum due to the wobbling of the injection times. The essential boundary condition of this method is to keep the sum of the individual injection times constant so that the operating point of the internal combustion engine as well as the average exhaust gas composition are preserved. The results of such a cylinder-specific optimization process are plotted in FIG. 1b. The cylinder 1, which has a higher fill level than cylinder 2 at the same throttle valve position α, is optimized a higher fuel quantity corresponding to an injection time T 1 = 8 [wE], while the cylinder 2 is operated with injection times T 2 = 6 [wE]. The sum of the injection times and thus the amount of fuel supplied remained unchanged, while the total cylinder-related torque (1/2 Σ M) increased by 25% from 4 [w. E.] to 5 [w. E.] has increased. This is equivalent to the fact that the efficiency of the internal combustion engine would be increased by 25%. FIG. 1c shows the course of the cylinder-weighted total torque as a function of the injection time T 1 to illustrate the relationships. The throttle valve position α serves as a parameter, with α assuming 5 [wE] in the present case. The injection time T 2 is implicitly included in the total torque function on the condition that the sum of the injection times T 1 and T 2 should form a constant (here constant = 14). It can be seen from this figure 1c that the two-cylinder internal combustion engine delivers an optimal torque and is therefore operated at the maximum efficiency when the injection time T 1 is 8 [wE] with a total injection time T 1 and T 2 of 14 [wE] with a Throttle valve position assumes α = 5 [wE]. This process is now repeated for each throttle valve position.

Anhand der Figur 2 soll das Verfahren für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine erläutert werden. In Figur 2a sind analog zu der Figur 1a die Einzelzylinder-Drehmomentkurven sowie der zylinderbezogene Gesamtdrehmomentverlauf aufgegetragen. Dabei wurde vorausgesetzt, daß die Zylinder 1, 2 und 3 die gleiche Füllung und dementsprechend auch die gleichen Drehmomentverläufe M1, 2, 3 aufweisen. Zylinder 4 arbeitet dagegen mit einem geringen Füllgrad, so daß das Drehmomentmaximum erst bei größeren Drosselklappenstellungen α bzw. Luftmengen erreicht wird. Die willkürlich angenommenen Einzelzylinderdrehmomentverläufe sollen folgenden Gleichungen genügen:

Figure imgb0003
Figure imgb0004
Figure imgb0005
 The method for a four-cylinder internal combustion engine will be explained with reference to FIG. The single-cylinder torque curves and the cylinder-related total torque curve are plotted in FIG. 2a analogously to FIG. 1a. It was assumed that cylinders 1, 2 and 3 have the same filling and, accordingly, the same torque profiles M 1 , 2 , 3 . Cylinder 4, on the other hand, works with a low degree of filling, so that the maximum torque only occurs with a larger throttle valve Pen positions α or air volumes is reached. The arbitrarily assumed single-cylinder torque curves should satisfy the following equations:
Figure imgb0003
Figure imgb0004
Figure imgb0005

Der Optimierungsvorgang läuft nun in der Weise ab, daß zunächst die Einspritzzeiten bzw. -mengen (T + T2) für Zylinder 1 und 2 gegenläufig zu den Einspritzzeiten (T3 + T4) für Zylinder 3 und 4 gewobbelt werden. Auch hier ist die Randbedingung, daß die Summe aller vier Einspritzzeiten unverändert bleiben soll, einzuhalten. Das Wobbeln der Einspritzmenge in Verbindung mit einer Phasenbetrachtung des Ausgangssignals für das Drehmoment bzw. die Drehzahl der Brennkraftmaschine dient dazu, die Richtung der erforderlichen Verstellung der Mittelwerte von (T + T2) sowie (T3 + T4) so festzulegen, daß sich ein maximales Drehmoment ergibt, d.h. daß die Drehmomentmodulation gegen Null geht. Die ermittelten Verhältniswerte der Einspritzmengen T1, T2 und T32 T4 werden zunächst abgespeichert. Der beschriebene Vorgang wird nun in gleicher Weise für zwei weitere Zylindergruppen oder Zylinder wiederholt. Durch wechselweises Kombinieren der Zylinder bzw. Zylindergruppen und Wiederholung des Optimierungsvorganges wird für den betreffenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine nach einigen Schritten das absolute Drehmomentmaximum bzw. der absolute minimale spezifische Kraftstoffverbrauch eingestellt. Das Ergebnis kann beispielsweise in einem lernenden Kennfeld festgehalten werden. Ein Wechsel der Zylindergruppen bzw. Einzelzylinder ist deshalb erforderlich, da durch jeden einzelnen Optimierungsvorgang nur das Verhältnis zweier Kraftstoffeinspritzmengen festgelegt werden kann. Im Falle einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine sind vier Unbekannte, nämlich vier Einspritzzeiten zu ermitteln. Es ist daher erforderlich, den Optimierungsvorgang dreimal zu wiederholen, so daß drei verschiedene Einspritzzeitenverhältnisse für verschiedene Zylinder bzw. Zylindergruppen gewonnen werden. Als vierte Bedingung wird herangezogen, daß die Summe aller Einspritzzeiten einen konstanten Wert annehmen muß. Zur Bestimmung der vier Unbekannten, den vier Einspritzzeiten für jeden Einzelzylinder stehen somit vier Gleichungen (drei Einspritzzeitenverhältnisse, Summe T = konstant) zur Verfügung, so daß die Berechnung der Einzelzylindereinspritzzeiten problemlos erfolgen kann. Sollte sich im jeweiligen Spezialfall herausstellen, daß eine Kopplung zwischen den Variablen vorliegt, es sich also nicht um vier voneinander unabhängige Variable handelt, so ist eine alternative Ermittlung der zylinderspezifischen Einspritzzeiten angebracht. Ein mehrmaliges Wiederholen des beschriebenen Optimierungsvorganges liefert dann nach einigen Durchgängen das gleiche Ergebnis. Derartige iterative Methoden zur Lösung von gekoppelten Gleichungssystemen sind an sich wohl bekannt, so daß der betreffende Fachmann das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auch iterativ durchführen kann.The optimization process now proceeds in such a way that the injection times or quantities (T + T 2 ) for cylinders 1 and 2 are wobbled in opposite directions to the injection times (T 3 + T 4 ) for cylinders 3 and 4. The boundary condition that the sum of all four injection times should remain unchanged must also be observed here. The wobbling of the injection quantity in connection with a phase analysis of the output signal for the torque or the speed of the internal combustion engine serves to determine the direction of the required adjustment of the mean values of (T + T 2 ) and (T 3 + T 4 ) in such a way that a maximum torque results, that is, the torque modulation approaches zero. The determined ratio values of the injection quantities T 1 , T 2 and T 3 2 T 4 are first stored. The process described is now repeated in the same way for two further cylinder groups or cylinders. By alternately combining the cylinders or cylinder groups and repeating the optimization process, the absolute torque maximum or the absolute minimum specific fuel consumption is set for the relevant operating point of the internal combustion engine after a few steps. The result can, for example, be recorded in a learning map. A change of Cylinder groups or single cylinders are necessary because only the ratio of two fuel injection quantities can be determined by each individual optimization process. In the case of a four-cylinder internal combustion engine, four unknowns, namely four injection times, have to be determined. It is therefore necessary to repeat the optimization process three times, so that three different injection time ratios are obtained for different cylinders or groups of cylinders. The fourth condition is that the sum of all injection times must have a constant value. To determine the four unknowns, the four injection times for each individual cylinder, four equations (three injection time ratios, total T = constant) are available, so that the calculation of the single cylinder injection times can be carried out without any problems. If it turns out in the respective special case that there is a coupling between the variables, i.e. there are not four independent variables, an alternative determination of the cylinder-specific injection times is appropriate. Repeating the described optimization process several times then delivers the same result after a few passes. Such iterative methods for solving coupled systems of equations are well known per se, so that the person skilled in the art can also easily carry out the method according to the invention iteratively.

In Figur 2b ist das Ergebnis des Optimierungsvorgangs dargestellt, nämlich Einspritzzeiten Tl = T2 = T3 = 7,5fw.E.J und T4 = 5,5 [w.E.] für eine Drosselklappenstellung α = 4,5 [w.E.] Auch in diesem Beispiel ergibt sich eine ca. 20 %ige Erhöhung des mittleren Gesamtdrehmoments pro Zylinder. In Figur 2c ist analog zur Figur 1c die Abhängigkeit des mittleren Gesamtdrehmoments pro Zylinder von der Einspritzzeit T1 für eine bestimmte Drosselklappenstellung α = 4,5 [w.E.] aufgetragen. Die Einspritzzeiten T2, T3 und T4 sind über die Bedingungen Tl = T2 = T und is T. = konstant impli- zit enthalten. Der Extremwert dieser Kurve liegt bei einer Einspritzzeit T1 = 7,5 [w.E.], so daß die optimalen Einspritzzeitwerte der Figur 2b, wie nicht anders zu erwarten, bestätigt werden.FIG. 2b shows the result of the optimization process, namely injection times T l = T 2 = T 3 = 7.5fw.EJ and T 4 = 5.5 [wE] for a throttle valve position α = 4.5 [wE] For example, there is an approximately 20% increase in the average total torque per cylinder. In 2c, the dependency of the average total torque per cylinder on the injection time T 1 for a specific throttle valve position α = 4.5 [wE] is plotted. The injection times T 2, T 3 and T 4 are the conditions T l = T 2 = T and T is. = consistently implicit. The extreme value of this curve lies at an injection time T 1 = 7.5 [wE], so that the optimal injection time values of FIG. 2b are confirmed, as is not to be expected.

Für eine Brennkraftmaschine mit einer hier nicht betrachteten Zylinderzahl sind die einzelnen Verfahrensschritte analog anzuwenden, wobei sich einzig und allein die Anzahl der Schritte und der Wechsel von gegenläufig gewobbelten Zylindern bzw. Zylindergruppen ändert.For an internal combustion engine with a number of cylinders not considered here, the individual method steps are to be applied analogously, the only change being the number of steps and the change of oppositely wobbled cylinders or cylinder groups.

Figur 3 zeigt den Schaltungsaufbau einer Einrichtung zur Durchführung des geschilderten Optimierungsverfahrens. In einem Mikrocomputer 50 sind die Komponenten CPU 51, RAM 52, ROM 53, Timer 54, erste Ein/Ausgabe-Einheit 55 und zweite Ein/Ausgabe-Einheit 56 über ein Adress- und einen Datenbus 57 miteinander verbunden. Zur Zeitsteuerung des Programmablaufes im Mikrocomputer 50 dient ein Oszillator 58, der einerseits direkt an die CPU 51 und andererseits über einen Teiler 59 an den Timer 54 angeschlossen ist. Der ersten Ein/Ausgabe-Einheit 55 werden über Aufbereitungsschaltungen 60, 61 und 62 beispielsweise die Signale einer Abgassonde 63, eines Drehzahlgebers 64 sowie eines Bezugsmarkengebers 65 zugeführt. Als weitere Eingangsgrößen sind die Batteriespannung 66, die Drosselklappenstellung 67, die Kühlwassertemperatur 68 sowie das Ausgangssignal des Drehmomentgebers 69 vorgesehen. Falls das Drehmoment der Brennkraftmaschine direkt aus der Drehzahl gewonnen wird, könnte auch der Drehzahlgeber 64 zur Erfassung des Drehmomentes eingesetzt werden.FIG. 3 shows the circuit structure of a device for carrying out the described optimization process. In a microcomputer 50, the components CPU 51, RAM 52, ROM 53, timer 54, first input / output unit 55 and second input / output unit 56 are connected to one another via an address and a data bus 57. An oscillator 58 is used to time the program sequence in the microcomputer 50, which is connected on the one hand directly to the CPU 51 and on the other hand via a divider 59 to the timer 54. The signals of an exhaust gas probe 63, a speed sensor 64 and a reference mark sensor 65 are fed to the first input / output unit 55 via conditioning circuits 60, 61 and 62, for example. The battery voltage 66, the throttle valve position 67, the cooling water temperature 68 and the output signal of the torque transmitter 69 are provided as further input variables. If the torque of the internal combustion engine is obtained directly from the speed, the speed sensor 64 could also be used to detect the torque.

Diese Eingangsgrößen sind über zugeordnete Aufbereitungsschaltungen 70, 71, 72 und 73 mit einer Serienschaltung aus einem Multiplexer 74 und einem Analog-Digital-Wandler 75 verbunden. Die Funktion des Multiplexers 74 und des Analog-Digital-Wandlers 75 kann beispielsweise durch den Baustein 0809 von National Semiconductors realisiert werden. Die Steuerung des Multiplexers 74 erfolgt über eine Leitung 76 ausgehend von der ersten Ein/Ausgabe-Einheit 55. Die zweite Ein/Ausgabe-Einheit 56 steuert über Leistungsendstufen 77 Einspritzventile 78 der Brennkraftmaschine an. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es unerheblich, ob der Kraftstoff über eine Einspritzanlage mit einem Einspritzventil pro Zylinder oder um eine Einspritzanlage mit einem einzigen im Luftansaugkanal der Brennkraftmaschine angeordneten Einspritzventil handelt.These input variables are connected to a series circuit comprising a multiplexer 74 and an analog-to-digital converter 75 via associated conditioning circuits 70, 71, 72 and 73. The function of the multiplexer 74 and the analog-digital converter 75 can be implemented, for example, by the 0809 module from National Semiconductors. The multiplexer 74 is controlled via a line 76 starting from the first input / output unit 55. The second input / output unit 56 controls injection valves 78 of the internal combustion engine via power output stages 77. For the application of the method according to the invention, it is immaterial whether the fuel is an injection system with one injection valve per cylinder or an injection system with a single injection valve arranged in the air intake duct of the internal combustion engine.

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung hängt natürlich ganz erheblich von der Programmierung des Microcomputers ab. In der deutschen Patentanmeldung P 34 03 394.7 ist schon recht ausführlich der Programmablauf für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine mit Vorsteuerung, Extremwertregelung und Kennfeldlernverfahren beschrieben. Deshalb sollen im weiteren anhand der Figur 4 nur diejenigen Verfahrensschritte blockschaltmäßig erläutert werden, die typisch für eine zylinderspezifische Optimierung sind. Nach dem Einschalten der Zündung werden im Hauptprogramm die betriebsparameterabhängigen Einspritzmengen bzw. -zeiten berechnet bzw. aus einem Kennfeld ausgelesen, wobei zunächst gleiche Einspritzzeiten Tin0 für jeden Zylinder n der Brennkraftmaschine vorausgesetzt werden. Weiterhin werden im Hauptprogramm Zündzeitpunkte und andere Größen berechnet. Die zylinderspezifische Optimierung der Kraftstoffzumessung bzw. des Wirkungsgrades geschieht mittels des Unterprogramms Tin. Zunächst werden die Einspritzzeiten Ti10' Ti30 beispielsweise der Zylinder 1 und 3 der Brennkraftmaschine gegenläufig um den Betrag ΔTi gewobbelt. Nach einem Phasenvergleich zwischen Drehmomentänderung bzw. Drehzahländerung und Wobbelsignal beispielsweise des Zylinders 1 werden die Einzelzylindereinspritzzeiten entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs unter der Randbedingung einer konstanten Summeneinspritzzeit verändert. Anschließend erfolgt die Abfrage ob die durch das Wobbeln der Einspritzzeit hervorgerufene Drehmoment- bzw. Drehzahländerung näherungsweise den Wert Null annimmt bzw. einen bestimmten unteren Schwellwert unterschritten hat. Ist dies der Fall, so wird das Verhältnis der Einspritzzeiten für den ersten und dritten Zylinder gespeichert. Liegt die Drehmomentänderung noch über einem vorgegebenen Schwellwert, so werden die zylinderspezifischen Einspritzzeiten nach einem erneuten Phasenvergleich entsprechend modifiziert. Als Randbedingung bei der Variation der zylinderspezifischen Einspritzzeiten ist immer zu berücksichtigen, daß die Summe der Einspritzzeiten, hier beispielsweise Ti1 und Ti3 einenkonstanten Wert annimmt.The functioning of the device described naturally depends very considerably on the programming of the microcomputer. In the German patent application P 34 03 394.7, the program sequence for the fuel metering in an internal combustion engine with pilot control, extreme value control and map learning method is described quite extensively. Therefore, only those method steps that are typical of a cylinder-specific optimization are to be explained in terms of block switching in the following with reference to FIG. 4. After the ignition is switched on, the injection quantity or times dependent on the operating parameters are calculated in the main program or read out from a characteristic diagram , with the same injection times T in0 being initially assumed for each cylinder n of the internal combustion engine. Ignition times and other variables are also calculated in the main program. The cylinder-specific optimization of fuel metering and efficiency takes place by means of the subroutine T in . First, the injection times T i10 ' T i30, for example of cylinders 1 and 3 of the internal combustion engine, are swept in opposite directions by the amount ΔT i . After a phase comparison between torque change or speed change and wobble signal of, for example, cylinder 1, the individual cylinder injection times are changed in accordance with the result of the comparison under the boundary condition of a constant total injection time. Subsequently, there is a query as to whether the torque or speed change caused by the wobbling of the injection time approximately assumes the value zero or has fallen below a certain lower threshold value. If this is the case, the ratio of the injection times for the first and third cylinders is stored. If the change in torque is still above a predetermined threshold value, the cylinder-specific injection times are modified accordingly after a new phase comparison. As a boundary condition when varying the cylinder-specific injection times, it must always be taken into account that the sum of the injection times, here for example T i1 and T i3, assumes a constant value.

Im nächsten Schritt werden beispielsweise die Einspritzzeiten der Zylinder 2 und 4 gemäß dem Unterprogramm Tin optimiert und die Einspritzzeiten als Verhältnis in einem Speicher abgelegt. Nach einer weiteren Optimierung einer dritten Kombination von Einzelzylindern bzw. Einzelzylindergruppen im vorliegenden Ausführungsbeispiel entweder Zylinder 1 und 4 oder 2 und 3 liegen ausreichende Informationen vor, um die zylinderspezifischen Einspritzzeiten zu berechnen. Durch die gepunktete mit "Iterationsschritte" gekennzeichnete Verbindungslinie soll angedeutet werden, daß die Optimierung häufiger als hier angedeutet zur iterativen Annäherung der zylinderspezifischen Einspritzzeiten durchgeführt werden kann. Im Idealfall sind für eine n-zylindrige Brennkraftmaschine (n - 1)-Optimierungsvorgänge für verschiedene Zylinder bzw. Zylindergruppen erforderlich. Dies geht anhand eines kurzen Beispiels für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine aus der folgenden Aufstellung hervor:

  • 1. Optimierung: Ti1/Ti3 = Konstante 1
  • 2. Optimierung: Ti2/Ti4 = Konstante 2
  • 3. Optimierung: Ti1/Ti4 = Konstante 3
In the next step, for example, the injection times of cylinders 2 and 4 are optimized in accordance with subroutine T in and the injection times are stored as a ratio in a memory. After further optimization of a third combination of individual cylinders or individual cylinder groups in the present exemplary embodiment, either cylinders 1 and 4 or 2 and 3, sufficient information is available to calculate the cylinder-specific injection times. The dotted connection line marked with "iteration steps" is intended to indicate that the optimization to the itera is more frequent than indicated here tive approximation of the cylinder-specific injection times can be performed. Ideally, an n-cylinder internal combustion engine (n-1) optimization processes for different cylinders or cylinder groups are required. This can be seen from a short example of a four-cylinder internal combustion engine from the following list:
  • 1. Optimization: T i1 / T i3 = constant 1
  • 2. Optimization: T i2 / T i4 = constant 2
  • 3. Optimization: T i1 / T i4 = constant 3

(die 3. Optimierung könnte auch mit den Einspritzzeiten Ti2, Ti3 alternativ durchgeführt werden).

Figure imgb0006

Somit stehen also für die vier unbekannten Einzelzylindereinspritzzeiten aufgrund von drei Optimierungsvorgängen und der Summenbedingung vier unabhängige Gleichungen zur Verfügung, die sich ohne weiteres lösen lassen.(The third optimization could alternatively be carried out with the injection times T i2 , T i 3 ).
Figure imgb0006
This means that four independent equations are available for the four unknown single-cylinder injection times based on three optimization processes and the sum condition, which can be easily solved.

Um zu gewährleisten, daß während des Optimierungsvorganges die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine annähernd konstante Werte aufweisen, sind entsprechende, an sich bekannte Abfrageeinrichtungen vorgesehen, die bei zu großen Änderungen den Optimierungsvorgang unterbrechen bzw. neu starten.In order to ensure that the operating conditions of the internal combustion engine have approximately constant values during the optimization process, corresponding, known interrogation devices are provided which interrupt or restart the optimization process if the changes are too great.

In Figur 5 sind die Wobbelsignale am Beispiel eines Opti- mierungsvorganges der Einspritzzeiten Til, Ti3 und die zugehörigen Drehmoment- bzw. Drehzahlsignale aufgetragen. Für eine vorgegebenene, beispielsweise betriebsparameterabhängige Zeitdauer τ wird die Einspritzzeit Ti1 um den Betrag d T erhöht und die Einspritzzeit Ti3 um den Betrag Δ T erniedrigt. Die Reaktion der Brennkraftmaschine auf diese modifizierten Einspritzzeiten kann sich in einer Drehmomenterhöhung oder Drehmomentabsenkung äußern. Je nach dem, ob die Erhöhung der Einspritzzeit des Zylinders 1 zu einer Drehmomenterhöhung (in Phase) oder einer Drehmomentabsenkung (gegen Phase) führt, wird die Einspritzzeit Ti1 (Ti3) erhöht (erniedrigt) bzw. erniedrigt (erhöht) unter der Randbedingung einer konstanten Summeneinspritzzeit (Ti1 + Ti3). Nach Ablauf der ersten Zeitdauer τ läuft der Optimierungsvorgang in der Weise weiter, daß die Einspritzzeit Ti1 um den Betrag Δ T verringert und die Einspritzzeit Ti3 um Δ T vergrößert wird. Entsprechend ändert sich auch die Phase der Drehmomentänderung der Brennkraftmaschine. Zur Auswertung der Phasenlage zwischen dem Wobbelsignal der Einspritzzeit und der daraus resultierenden Drehmoment- bzw. Drehzahländerung lassen sich in vorteilhafter Weise digitale Filter, wie in der deutschen Anmeldung P 34 03 304.7 geschildert, einsetzen.In Figure 5, the wobble signals in the example of optimization mierun g svor g to g it is the injection time Til, Ti3 and the associated torque or speed signals applied. The injection time T i1 is increased by the for a predetermined, for example, operating parameter-dependent, time period τ Amount d T increased and the injection time T i3 decreased by the amount Δ T. The reaction of the internal combustion engine to these modified injection times can manifest itself in an increase or decrease in torque. Depending on whether the increase in the injection time of the cylinder 1 leads to an increase in torque (in phase) or a decrease in torque (against phase), the injection time T i1 (T i3 ) is increased (decreased) or decreased (increased) under the boundary condition a constant total injection time (T i1 + T i3 ). After the first time period τ, the optimization process continues in such a way that the injection time T i1 is reduced by the amount Δ T and the injection time T i3 is increased by Δ T. The phase of the torque change of the internal combustion engine also changes accordingly. To evaluate the phase position between the wobble signal of the injection time and the resulting change in torque or speed, digital filters, as described in the German application P 34 03 304.7, can advantageously be used.

Während die bisher erläuterten Anwendungen immer eine Brennkraftmaschine mit Einzelzylindereinspritzung betrafen, soll anhand der Figur 6 kurz die Anwendung der Erfindung auf eine Brennkraftmaschine mit einem einzigen zentralen Einspritzventil erläutert werden. In dem Diagramm der Figur 6 sind die Zündzeitpunkte, die Öffnungszeiten der Einlaßventile und die Einspritzimpulse für das zentrale Einspritzventil über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen. Dabei wurde eine Zündfolge 1-3-4-2 für die Zylinder 1 bis 4 angenommen. Der Einspritzvorgang muß nun so synchronisiert werden, daß jedem Zylinder ein Einspritzimpuls zugeordnet werden kann bzw. daß die pro Einspritzimpuls zugeführte Kraftstoffmenge zum größten Teil zu einem einzigen Zylinder gelangt.While the previously explained applications always concerned an internal combustion engine with single cylinder injection, the application of the invention to an internal combustion engine with a single central injection valve will be briefly explained with reference to FIG. In the diagram in FIG. 6, the ignition times, the opening times of the intake valves and the injection pulses for the central injection valve are plotted against the crankshaft angle. An ignition sequence 1-3-4-2 was assumed for cylinders 1 to 4. The injection process must now be synchronized so that an injection pulse can be assigned to each cylinder or that the quantity of fuel supplied per injection pulse for the most part reaches a single cylinder.

Im Beispiel wird der erste Einspritzimpuls zu einem derart gewählten Zeitpunkt abgespritzt, daß er nach Ablauf der Laufzeit (Einspritzventil → Einlaßventil) genau zum Öffnungszeitpunkt des Einlaßventiles des 4. Zylinders bei diesem ankommt. Entsprechend erscheint der 2. Einspritzimpuls beim zweiten Zylinder. In der Praxis kann es sich durchaus als notwendig erweisen, den Beginn der Einspritzzeitdauer betriebsparameterabhängig zu verschieben, um die Laufzeiten vom Einspritzventil zum Einlaßventil zu berücksichtigen. Bei gegebener Gesamteinspritzmenge pro zwei Umdrehungen kann nun die dem einzelnen Zylinder zugeordnete Einspritzmenge variiert werden. Wiederum werden die zu zwei Zylindern oder Zylindergruppen gehörigen Einspritzimpulse.gegenläufig gewobbelt und im Mittel gegenläufig so variiert, daß sich, wie bereits beschrieben, ein maximales Drehmoment ergibt.In the example, the first injection pulse is sprayed off at a point in time selected in such a way that after the running time (injection valve → intake valve) it reaches the intake valve of the fourth cylinder exactly at the time of opening. Accordingly, the 2nd injection pulse appears in the second cylinder. In practice, it may prove necessary to shift the start of the injection period depending on the operating parameters in order to take into account the running times from the injection valve to the intake valve. Given the total injection quantity per two revolutions, the injection quantity assigned to the individual cylinder can now be varied. Again, the injection pulses belonging to two cylinders or cylinder groups . wobbled in opposite directions and varied in opposite directions so that, as already described, there is a maximum torque.

Die vorgeschlagene Zylinderoptimierung läßt sich in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, natürlich auch im bemin bzw. Pmax -Betriebspunkt anwenden. Es ist ebenso möglich, durch einen übegeordneten Regelkreis, beispielsweise unter Verwendung einer Lambda-Sonde die über alle Zylinder gemittelte Luftzahl Lambda auf einen bestimmten Wert, der unter Umständen betriebsparameterabhängig vorgebbar ist, einzuregeln. Anschließend wird dann, wie schon oben beschrieben, mit Hilfe der Einzelzylinderoptimierung für diesen Betriebspunkt das Wirkungsgradmaximum der Brennkraftmaschine gefunden. Besonders interessant sind im Hinblick auf die zukünftige Abgasgesetzgebung die Betriebspunkte bei Lambda = 1. Der übergeordnete Regelkreis hält dann in an sich bekannter Weise mittels einer (Lambda = 1)-Sonde die mittlere Luftzahl auf dem Wert Lambda = 1. Mittels einer Einzelzylinderoptimierung läßt sich nun für jeden Zylinder genau das Lambda einstellen, bei dem der betreffende Zylinder in seinem Wirkungsgradmaximum arbeitet. Da ohne Optimierung die Toleranzen A Lambda im Lambda-Wert von Zylinder zu Zylinder ohne weiteres bei Δ Lamda ~ 0,1 liegen können, ist nach einer Optimierung mit einer wesentlich geringeren Schwankungsbreite zu rechnen. Eine geringere Schwankungsbreite des LambdaWertes von Zylinder zu Zylinder würde darüber hinaus Vorteile bei der Katalysatordimensionierung bringen, da heutige Katalysatoren wegen dieser Schwankungsbreite recht voluminös aufgebaut sind, um über mehrere Verbrennungstakte der Brennkraftmaschine zu mitteln.The proposed cylinder optimization can be used at any operating point of the internal combustion engine, of course also at the min or P max operating point. It is also possible to use a superordinate control loop, for example using a lambda probe, to regulate the air ratio lambda averaged over all cylinders to a specific value which can be predefined depending on the operating parameters. Then, as already described above, the maximum efficiency of the internal combustion engine is found with the aid of the single cylinder optimization for this operating point. The operating points at lambda = 1 are particularly interesting with regard to future exhaust gas legislation. The higher-level control circuit then keeps the mean air ratio at the value lambda = 1 in a manner known per se by means of a (lambda = 1) probe now for each cylinder, set exactly the lambda at which the cylinder in question operates at its maximum efficiency. Since the tolerances A lambda in the lambda value from cylinder to cylinder can easily lie at Δ lambda ~ 0.1 without optimization, a significantly smaller fluctuation range can be expected after optimization. A smaller fluctuation range of the lambda value from cylinder to cylinder would also bring advantages in the dimensioning of the catalytic converter, since today's catalysts are constructed quite voluminously due to this fluctuation range in order to average over several combustion cycles of the internal combustion engine.

Claims (16)

1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung von Betriebskenngrößen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einer Regelstrategie zur Optimierung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstrategie einen ersten Schritt zur Erzeugung von zeitabhängigen Signalen zur Beeinflussung der Luftzahl Lambda des wenigstens zwei beliebigen, jeweils wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine umfassenden Zylindergruppen zugeführten Betriebsgemisches, derart, daß die Luftzahl zylindergruppenspezifisch modifiziert und die mittlere Luftzahl des allen Zylindern zugeführten Betriebsgemisches zumindest annähernd konstant gehalten wird, einen zweiten Schritt zur Erfassung der sich in einer Änderung einer Ausgangsgröße äußernden Reaktion der Brennkraftmaschine auf die Signale des ersten Schrittes und einen dritten Schritt zur Beeinflussung des Wirkungsgrades der einzelnen Zylindergruppe der Brennkraftmaschine gemäß den Ergebnissen des zweiten Schrittes aufweist.1. A method for controlling and / or regulating operating parameters of a multi-cylinder internal combustion engine with a control strategy for optimizing the efficiency of the internal combustion engine, characterized in that the control strategy comprises a first step for generating time-dependent signals for influencing the air ratio lambda of at least two arbitrary, in each case at least Operating mixture supplied to a cylinder of the internal combustion engine comprising cylinder groups, such that the air ratio is modified specifically for the cylinder group and the average air ratio of the operating mixture supplied to all cylinders is kept at least approximately constant, a second step for detecting the reaction of the internal combustion engine to the signals which results in a change in an output variable of the first step and a third step for influencing the efficiency of the individual cylinder group of the internal combustion engine according to the results of the second step t. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Schritt die zylindergruppenspezifische Luftzahl für die jeweiligen Zylindergruppen geändert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in the third step the cylinder group-specific air ratio is changed for the respective cylinder groups. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindergruppenspezifische Luftzahl gegensinnig geändert wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the cylinder group-specific air ratio is changed in opposite directions. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung einer Ausgangsgröße als Reaktion der Brennkraftmaschine auf den ersten Schritt mit einem Schwellwert verglichen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the change in an output variable as a reaction of the internal combustion engine to the first step is compared with a threshold value. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch die wiederholte Anwendung auf verschiedene Zylindergruppen, wobei die Wiederholzahl wenigstens durch die Anzahl der Zylinder bestimmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4 characterized by the repeated application to different cylinder groups, the number of repetitions being determined at least by the number of cylinders. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindergruppen aus unterschiedlichen Zylindern kombiniert werden, wobei die Anzahl der Kombinationen durch wenigstens die Anzahl der Zylinder bestimmt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cylinder groups are combined from different cylinders, the number of combinations being determined by at least the number of cylinders. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt die Luftzahl Lambda zylindergrupppenspez-ifisch durch Variation der den Zylindergruppen zugeführten Kraftstoffmenge bei näherungsweise konstanter Luftzufuhr beeinflußt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in the first step, the air ratio lambda cylinder group specific ifisch is influenced by varying the amount of fuel supplied to the cylinder groups with approximately constant air supply. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzufuhr mittels wenigstens einem Einspritzventil betätigt und über die Einspritzzeitdauer und/oder den Einspritzzeitpunkt variiert wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the fuel supply is actuated by means of at least one injection valve and is varied over the injection period and / or the injection timing. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Absinken der Ausgangsgrößen- änderung der Brennkraftmaschine unter den Schwellwert die Amplitude der zeitabhängigen Signale oder die zylindergruppenspezifischen Lambda-Werte bzw. die Einspritzzeit gespeichert werden.9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that after a decrease in the output variable change of the internal combustion engine below the threshold, the amplitude of the time-dependent signals or the cylinder group-specific lambda values or the injection time are stored. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindergruppenspezifischen Einspritzzeitdauern bzw. -punkte gegensinnig modifiziert werden, so daß die gesamten Einspritzzeiten als Summe der Einzeleinspritzzeiten der einzelnen Zylinder einen konstanten Wert annimmt.10. The method according to claim 8, characterized in that the cylinder group-specific injection times or points are modified in opposite directions, so that the total injection times as a sum of the individual injection times of the individual cylinders assumes a constant value. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt eine Änderung des Drehmoments der Brennkraftmaschine erfaßt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a change in the torque of the internal combustion engine is detected in the second step. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine als Ausgangsgröße herangezogen wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the speed of the internal combustion engine is used as an output variable. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl Lambda das der Brennkraftmaschine zugeführten Betriebsgemisches durch ein Kennfeld vorgesteuert wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the air ratio lambda the operating mixture supplied to the internal combustion engine is pilot-controlled by a map. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennfeldwerte zylindergruppenspezifisch adaptierbar sind.14. The method according to claim 13, characterized in that the map values are adaptable to specific cylinder groups. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Luftzahl des allen Zylindern zugeführten Betriebsgemisches auf einen betriebsparameterabhängig einstellbaren Wert geregelt wird.15. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the average air ratio of the operating mixture supplied to all cylinders is regulated to an adjustable value depending on the operating parameters. 16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Microcomputer und peripheren Einrichtungen zur Optimierung des Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Funktion zur Erzeugung von zeitabhängigen Signalen zur Beeinflussung der Luftzahl Lambda des wenigstens zwei beliebigen, jeweils wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine umfassenden Zylindergruppen zugeführten Betriebsgemisches, derart, daß die Luftzahl, zylindergruppenspezifisch modifiziert und die mittlere Luftzahl des allen Zylindern zugeführten Betriebsgemisches zumindest annähernd konstant gehalten wird, eine zweite Funktion zur Erfassung der sich in einer Änderung einer Ausgangsgröße äußernden Reaktion der Brennkraftmaschine auf die Signale der ersten Funktion und eine dritte Funktion zur Beeinflussung des Wirkungsgrades der einzelnen Zylindergruppen der Brennkraftmaschine gemäß den Ergebnissen der zweiten Funktion vorgesehen ist.16. An apparatus for performing the method according to at least one of the preceding claims with a microcomputer and peripheral devices for optimizing the efficiency of an internal combustion engine, characterized in that a first function for generating time-dependent signals for influencing the air ratio Lambda of the at least two arbitrary operating mixtures supplied, each comprising at least one cylinder of the internal combustion engine, such that the air ratio, modified for specific cylinder groups, and the mean air ratio of the operating mixture supplied to all cylinders is kept at least approximately constant, a second function for detecting the change in a change an output variable-expressing reaction of the internal combustion engine to the signals of the first function and a third function for influencing the efficiency of the individual cylinder groups of the internal combustion engine according to the results of the second function.
EP85108335A 1984-08-10 1985-07-05 Method and apparatus for specifically controlling each cylinder group in a multicylinder engine Expired EP0170891B1 (en)

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DE3429525 1984-08-10
DE19843429525 DE3429525A1 (en) 1984-08-10 1984-08-10 METHOD FOR CYLINDER GROUP-SPECIFIC CONTROL OF A MULTI-CYLINDER COMBUSTION ENGINE AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD

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EP0170891A2 true EP0170891A2 (en) 1986-02-12
EP0170891A3 EP0170891A3 (en) 1986-12-30
EP0170891B1 EP0170891B1 (en) 1989-01-11

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