DE3429525A1 - Verfahren zur zylindergruppenspezifischen regelung einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur zylindergruppenspezifischen regelung einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
R. 19551
1-6-T. 198U Vb/Wl
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Verfahren zur z.ylindergruppenspezifischen Regelung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Purehfuhrung des Verfahrens
Stand der Technik
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 Hauptans.pruchs bzw. des Nebenanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der DErOS 29 U 1 977
bzw. der Parallelanmeldung US-Sn-ii-3 h2 $9Τ beschrieben. Zur
Optimierung des abgegebenen Moments einer Brennkraftmaschine V^1 '£
bzw. des spezifischen Kraftstoffverbrauchs wird ein Testsig- '·,'■■-nalgenerator
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 Bestre-
- -2" - ■ R. 19551
bungen, den Benzinverbrauch der Brennkraftmaschinen zu senken,
zum Tragen kommen.
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.
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.
Vorteile der Erfindung
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.
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.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unter- bzw. Nebenansprüchen, aus der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung.
- ·€ - R. 19551
Zeichnung
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 k ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels
der Figur 3, Figur 5 ein Zeitdiagramm einiger wesentlichen Signalgrößen und Figur β ein Zeitdiagramm
zur Erläuterung der Anwendung des Verfahrens auf eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit nur einem einzigen Einspritzventil.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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 ^T
(UK-Patentanmeldung 20 3^ 930A), dem SAE-Paper 72 02 5h
oder auch der US-PS ho 6h 8^6 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. Ent sprechend diesem Überwachungsergebnis wird eine Eingangsgröße
der Brennkraftmaschine so lange verstellt, bis die Variation der Ausgangsgröße auf ein Minimum gesunken ist. Bei
-Jr- R- 19551
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 Be.triebsgemisches für
die einzelnen Zylinder sind beispielsweise auf unterschiedliche Füllungen oder unterschiedliche Einspritzmengen
zurückzuführen.
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 eier
Einzelzylinder in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung JL und damit in Abhängigkeit von der angesaugten
Luftmenge aufgetragen. Um die numerische Behandlung des Problems zu vereinfachen, wurde willkürlich ein parabelformiger
Verlauf des Drehmoments gemäß
M1 = - ( JL - T1 + 3)2 + T1 - 2
M2 = - ( JL - T2 + 1)2 + T2 - 2
mit JL gleich Drosselklappenstellung bzw. angesaugte Luftmenge und
T1, Tp gleich Einzelzylxndereinspritzzeiten angesetzt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in allen weiteren Abbildungen auch nicht das Gesamtsummendrehmoment als Summe
der Einzeldrehinomente 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
- # - R. 19551
wird simuliert, daß Zylinder 1 eine größere Füllung als
Zylinder 2 aufweist. Dies geht daraus hervor, daß für gleiche Einspritzzeiten T1 = T2 = 7£w.E-3der Drehmomentverlauf
des ersten Zylinders schon bei einer Drosselklappenstellung oL = U£w.E.J gegenüber oü = öfw.E.^beim zweiten
Zylinder sein Drehmomentmaximum erreicht. Aufgrund dieser
unterschiedlichen Füllung der Einzelzylinder kann das auf die Zylinderzahl bezogene Summendrehmoment (1/2 eEÜ M) bei
einer Drosselklappenstellung JL - 5£w. EJ 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 Wobbeisignals für die
Einspritzzeiten mit dem Signal eines Gebers für das Drehmoment
der Brennkraftmaschine liefert die zylinderspezifische»Einspritzzeiten
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 Wobbeins der Ein'spritzzeiten 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 oC einen höheren Füllungsgrad
aufweist als Zylinder 2, wird nach dem Optimie-
-.Anm.: w.E. = willkürliche Einheiten
- fr - R. 19551
rungsverfahren eine höhere Kraftstoffmenge entsprechend ■
einer Einspritzzeit T = 8£w.E.3 zugeführt, während der
Zylinder 2 mit Einspritzzeiten T? = 6fw. Ξ ·3 "bedient wird.
Die Summe der Einspritzzeiten und damit die zugeführte Kraftstoffmenge blieb also unverändert, während das
zylinderbezogene Gesamtdrehmoment (1/2 5£. M) um 25 % von
H [w.E.J auf 5 £w. E.J 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 aL , wobei oi.
im vorliegenden Fall 5 £w. E .J annimmt. Die Einspritzzeit T„
ist über die Bedingung, daß die Summe der Einspritzzeit T.
und T_ eine Konstante (hier Konstante = 1U) bilden soll,
implizit in der Summendrehmomentfunktion enthalten. Aus
dieser Figur 1c ist zu entnehmen, daß die zweizylindrige Brennkraftmaschine dann ein optimales Drehmomeai abgabt und
somit im Wirkungsgradmaximum betrieben wird, wenn die Einspritzzeit T1 den Wert 8Cw.E.Jbei einer Gesamteinspritzzeit
T1 und Tp von 1 k £w. E.J bei einer Drosselklappenstellung
ab = 5 £w. E .J annimmt. Dieser Vorgang wird nun für jede
Drosselklappenstellung wiederholt.
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 o , aufweisen. Zylinder
k arbeitet dagegen mit einem geringen Füllgrad, so daß das Drehmomentmaximum erst bei größeren Drosselklap-
-Z- R. 19551
penstellungen cL "bzw. Luftmengen erreicht wird. Die -willkürlich
angenommenen Einzelzylinderdrehmomentverläufe sollen
folgenden Gleichungen genügen:
M1, 2, 3 - - (eL" ^ + 3)2 H- T1 - 2
\ = - CoL- tu + D2 + T1+ - 2
Mit T1 = T2 = T3 = Tj1 = T.
Der Optimierungsvorgang läuft nun in der Weise ab, daß zunächst die Einspritzzeiten bzw. -mengen (T1 + T2) für Zylinder
1 und 2 gegenläufig zu den Einspritzzeiten (T- + T.)
für Zylinder 3 und k gewobbelt werden. Auch hier ist die Randbedingung j daß die Summe aller vier Einspritzzeiten
unverändert bleiben soll, einzuhalten. Das Wobbein 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 + T?) sowie
(T_ + T. ) so festzulegen, daß sich ein maximales Drehmoment ergibt, d.h. daß die Drehmomentmodulation gegen Null geht.
Die ermittelten Verhältniswerte der Einspritzmengen T , T2 und T_, T. 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
- % - R- 19551
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 Verfugung,
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.
In Figur 2b ist das Ergebnis des Optimierungsvorgangs dargestellt,
nämlich Einspritzzeiten T. = T2 = T- = 7j5fw.E.J
und T, = 5j5fw.E.Jfür eine. Drosselklappenstellung cL· - U,5£v.E.J
Auch in diesem Beispiel ergibt sich eine ca. 20 $ige Erhöhung des mittleren Gesamtdrehmoments pro. Zylinder. In
- Sf ' ■ R· 19551
Figur 2c ist analog zur Figur 1c die Abhängigkeit des mittleren Gesamtdrehmoments pro Zylinder von der Einspritzzeit
T1 für eine bestimmte Drosselklappenstellung Ji = U,5^w.E.J
aufgetragen. Die Einspfitzzeiten Tp, T3 und T. sind über
die Bedingungen T1 = Tn = T_ und 2>
T. = konstant implizit enthalten. Der Extremwert dieser Kurve liegt bei einer
Einspritzzeit T1 = 7»5Jj»".eJ, so daß die optimalen Einspritzzeitwerte
der Figur 2b, wie nicht anders zu erwarten, bestätigt werden.
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.
Figur 3 zeigt den Schaltung-saufbau einer Einrichtung zur
Durchführung des geschilderten Öptimierungsverfahrens. In
einem Mikrocomputer 50 sind die Komponenten CPU 51, RAM 52,
ROM 53, Timer 5k, 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 5^- angeschlossen ist. Der
ersten Ein/Ausgabe-Einheit 55 werden über Aufbereitungsschaltungen 60, 61 und 62 beispielsweise die Signale einer
Abgassonde 63, eines Drehzahlgebers 6^ 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 6k zur Erfassung des Drehmomentes
eingesetzt werden.
7 X5 - R- 19551
Diese Eingangsgrößen sind über zugeordnete Aufbereitungsschaltungen
TO, 71, 72 und 73 mit einer Serienschaltung aus einem Multiplexer 7^ und einem Analog-Digital-Wandler
75 verbunden. »Die Funktion des Multiplexers 7^· und des
Analog-Digital-Wandlers 75 kann beispielsweise durch den
Baustein 0809 von National Semiconductors realisiert werden.
Die Steuerung des Multiplexers 7k erfolgt über eine Leitung
76 ausgehend von der ersten Ein/Ausgabe-Einheit 5.5·
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.
Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung hängt
natürlich ganz erheblich von der Programmierung des Microcomputers ab. In der deutschen Patentanmeldung P 3^· 03 39*+.7
ist schon recht ausführlich der Programmablauf für die Kraft stoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine
mit Vorsteuerung, Extremwertregelung und Kennfeldlernverfahren
beschrieben. Deshalb sollen im weiteren anhand der Figur h nur diejenigen Verfahrensschritte blockschaltmäßig
erläutert werden, die typisch für eine zylinderspezifische
Optimierung sind. Nach dem Einschalten der Zündung werden im Hauptprogramm die betriebsparameterabhangxgen Einspritzmengen
bzw. -zeiten berechnet bzw. aus einem Kennfeld ausgelesen, wobei zunächst gleiche Einspritzzeiten T. Q für
jeden Zylinder η der Brennkraftmaschine vorausgesetzt werden.
Weiterhin werden im Hauptprogramm Zündzeitpunkte und andere Größen berechnet. Die zylinderspezifische Optimierung
der Kraft stoffzumessung bzw. des Wirkungsgrades geschieht
- Jf - R. 19551
mittels des Unterprogramms T. . Zunächst werden die Einspritzzeiten
T,10, T. -_ beispielsweise der Zylinder 1 und 3 der
Brennkraftmaschine gegenläufig um den Betrag «ΔΤ. gewobbelt.
Nach einem Phasenvergleich zwischen Drehmomentänderung bzv. Drehzahländerung und Wobbeisignal 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 Wobbein der Einspritzzeit hervorgerufene Drehmoment- bzw. Drehzahländerung näherungsweise
den Wert Hull annimmt bzw. einen bestimmten unteren Schwellwert unterschritten hat. Ist dies der Fall, so wird
das Verhältnis der Ein'spritzzeiten für den ersten und dritten Zylinder gespeichert. Liegt die Drehmomentänderung
noch über einem vorgegebenen Schwellwert, so werden die zylinder spezifischen Einsprit'zzeiten 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 T.. und T._ einen
konstanten Wert annimmt.
Im nächsten Schritt werden beis-pielsweise die Einspritzzeiten
der Zylinder 2 und k gemäß dem Unterprogramm T. 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 k oder 2 und 3 liegen ausreichende Informationen
vor, um die zylinder spezifischen Einspritzzeiten zu berechnen. Durch die gepunktete mit "Iterationsschritte"
gekennzeichnete Verbindungslinie soll angedeutet werden, daß die Optimierung häufiger als hier angedeutet zur itera-
- 12 - R. 19551
tiven Annäherung der zylinderspezifischen Einspritzzeiten
durchgeführt werden kann. Im Idealfall sind für eine n-zylindrige Brennkraftmaschine (η - 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: T. /T .- = Konstante 1 ..· .:.
2. Optimierung: Lp/Lr = Konstante 2
3. Optimierung: T../T.« = Konstante 3
(die 3· Optimierung könnte auch mit den Einspritzzeiten
Lps L- alternativ durchgeführt werden).
L1 + T-ρ + L_ + L k = Konstante h.
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.
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 Figur 5 sind die Wobbeisignale am Beispiel eines Optimierungsvorganges
der Einspritzzeiten L1, L- und die
zugehörigen Drehmoment- bzw. Drehzahlsignale aufgetragen. Für eine vorgegebenene, beispielsweise betriebsparameterabhängige
Zeitdauer (, wird die Einspritzzeit L1 um den
- >3 - R. 19551
Betrag Λ T erhöht und die Ei-nsprit zzeit T. _ um den Betrag
Δ Τ 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 T... (T._) erhöht
(erniedrigt) bzw. erniedrigt (erhöht) unter der Randbedingung einer konstanten Summeneinspri'tzzeit (T... + T . _ )
Nach Ablauf der ersten Zeitdauer L läuft der Optimierungsvorgang in der Weise weiter, daß die Einspritzzeit T.. um
den Betrag A T verringert und die Einspritzzeit T., um 4 T
vergrößert wi-rd. 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 3^ 03 30U.J geschildert,
einsetzen.
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 β sind die Zündzeitpunkte, die Öffnungszeiten der Einlaßventile
und die Einspritzimpulse für das zentrale Einspritzventil
über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen. Dabei wurde eine Zündfolge 1-3-^-2 für die Zylinder 1 bis k angenommen. Der
Einspritzvorgang muß nun so synchronisiert werden5 daß jedem
Zylinder ein Einspritzimpuls zugeordnet werden kann bzw. daß die pro Einspritzimpuls zugeführte Kraftstoffmenge
zum größten Teil zu einem einzigen Zylinder gelangt.
- Vif - R. 19551
Im Beispiel wird der erste Einspritzimpuls zu einem derart
gewählten Zeitpunkt abgespritzt, daß er nach Ablauf
der Laufzeit (Einspritzventil fr Einlaßventil) genau
zum Öffnungszeitpunkt des Einlaßventiles des h. Zylinders
bei diesem ankommt. Entsprechend erscheint der 2. Einspritz
impuls 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.
Die vorgeschlagene Zylinderoptimierung läßt sich in jedem
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, natürlich auch im
be . bzw. P -Betriebspunkt anwenden. Es ist ebenso
mm max *
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
- v5 - R. 19551
für.jeden Zylinder genau das Lambda einstellen, bei dem
der betreffende Zylinder in seinem Wirkungsgradmaximum arbeitet. Da ohne Optimierung die Toleranzen Δ Lambda
im Lambda-Wert. von Zylinder zu Zylinder ohne weiteres bei ^ Lamda r>* 0,1 liegen können, ist nach einer Optimierung
mit einer wesentlich geringeren Schwankungsbreite zu rechnen. Eine geringere Schwankungsbreite des Lambda-Wertes
"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.
Claims (1)
- ι ι» "· Z...oft ·♦3Α29525R- 1955116»7· 198^ Vb/Wl.ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1AnsprücheΓIy 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.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Schritt die zylindergruppenspezifische Luftzahl für die jeweiligen Zylindergruppen geändert wird.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindergruppenspezifische Luftzahl gegensinnig geändert wird.- 2 .- R. 19551k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35 dadurch gekennzeichnet j daß die Änderung einer Ausgangsgröße als Reaktion der Brennkraftmaschine auf den ersten Schritt mit einem Schwellwert verglichen wird.5. Verfahren nach einem der Ansprüche! bis k gekennzeichnet durch die wiederholte Anwendung auf verschiedene Zylindergruppen, wobei die Wiederholzahl wenigstens durch die Anzahl der Zylinder bestimmt wird.'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.7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6S dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt die -Luftzahl Lambda zylindergrupppenspezifisch durch Variation der den Zylindergruppen zugeführten Kraftstoffmenge bei näherungsweise konstanter Luftzufuhr beeinflußt wird.8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet', daß die Kraft stoffzufuhr mittels wenigstens einem Einspritzventil betätigt und über die Einspritzzeitdauer und/oder den Einspritzzeitpunkt variiert wird.9' Verfahren nach einem der Ansprüche k bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Absinken der Ausgangsgrößenänderung der Brennkraftmaschine unter den Schwellwert die Amplitude der zeitabhängigen Signale oder die zyXindergruppenspezifischen Lambda-Werte bzw.· die Einspritzzeit gespeichert werden.- 3 - R. 1955110. 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.11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt eine Änderung des Drehmoments der Brennkraftmaschine erfaßt wird.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine als Ausgangsgröße herangezogen wird.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.1k. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennfeldwerte zylindergruppenspezifisch adaptierbar sind. ,15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Luft zahl des allen Zylindern zugeführten Betriebsgemisches auf einen betriebsparameterabhängig einstellbaren Wert geregelt wird.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- h - R. 19551Lambda 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.
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