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EP3047131A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

Info

Publication number
EP3047131A1
EP3047131A1 EP14749739.0A EP14749739A EP3047131A1 EP 3047131 A1 EP3047131 A1 EP 3047131A1 EP 14749739 A EP14749739 A EP 14749739A EP 3047131 A1 EP3047131 A1 EP 3047131A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
combustion
specific
value
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14749739.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Döring
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DOERING, ANDREAS
Original Assignee
MAN Diesel and Turbo SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Diesel and Turbo SE filed Critical MAN Diesel and Turbo SE
Publication of EP3047131A1 publication Critical patent/EP3047131A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • 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
    • F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B5/00—Engines characterised by positive ignition
    • F02B5/02—Methods of operating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
    • F02B77/085—Safety, indicating, or supervising devices with sensors measuring combustion processes, e.g. knocking, pressure, ionization, combustion flame
    • F02B77/086—Sensor arrangements in the exhaust, e.g. for temperature, misfire, air/fuel ratio, oxygen sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
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    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
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    • F02D41/1441—Plural sensors
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    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
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    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1461—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine having a plurality of cylinders, namely a method for cylinder-specific combustion control on at least some cylinders, preferably on all cylinders of the internal combustion engine.
  • DE 10 2005 058 820 A1 discloses a method for operating an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine, in which at least one variable which characterizes a respective course of combustion in an associated combustion chamber is calculated individually for each cylinder, depending on this at least a parameter characterizing the course of combustion is influenced by the regulation of cylinder-individual fuel injection parameters.
  • the procedure is such that a cylinder pressure measurement is carried out on the cylinders in order to calculate a variable characterizing the combustion in the respective cylinder as a function of the cylinder pressure measurement.
  • calculated actual combustion values are compared with corresponding combustion target values in order to influence fuel injection parameters for each individual cylinder as a function of a control deviation.
  • the actual combustion values are calculated, for example, from the measured cylinder pressure
  • the combustion in the cylinders of the internal combustion engine can be optimized only to a limited extent for compliance with emission limit values. This is due, inter alia, to the fact that, for example, from the cylinder pressure no conclusions about wear or a change in the injection characteristics of fuel injectors can be obtained.
  • the present invention has the object to provide a novel method for operating an internal combustion engine, by means of which a cylinder-specific control of the cylinder of the internal combustion engine can be improved.
  • a combustion actual value is individually recorded for the respective cylinder and the respective metrologically sensed actual combustion value is compared with a combustion target value, for each of the cylinders , for which a cylinder-specific combustion control takes place, to determine at least one cylinder-specific control deviation between the desired combustion value and the actual combustion value, wherein for each cylinder for which a cylinder-specific combustion control takes place, at least one cylinder-specific control variable is determined on the basis of the or each cylinder-specific control deviation, on the basis of these the respective cylinder is driven or operated to the respective actual combustion value the respective combustion setpoint and minimizing de r approximate the respective control deviation.
  • a combustion actual value is not calculated from other measured variables, but rather measured individually for each cylinder.
  • Such a measured, cylinder-individual combustion actual value of the respective cylinder is then compared with a corresponding combustion target value to determine a control deviation for each cylinder, and to determine a cylinder-specific control variable for the respective cylinder on the basis of this cylinder-specific control deviation so that the actual combustion value matches the combustion target value of the respective cylinder can be tracked.
  • the operation of an internal combustion engine compared to known cylinder-specific regulations can be significantly improved.
  • the or each actual combustion value is detected by means of at least one cylinder-specific exhaust gas sensor for each cylinder, wherein the respective actual combustion value at the respective exhaust gas sensor of the respective cylinder is exclusively in a cylinder-specific crankshaft angle range is detected in order to minimize the interaction with the exhaust gas discharged from other cylinders in the cylinder-individual combustion actual detection.
  • the or each combustion actual value is detected by measurement with the aid of a common exhaust gas sensor for a plurality of cylinders for which the exhaust gas of several cylinders is always supplied exclusively to a cylinder, in order to minimize interaction with the exhaust gas expelled from other cylinders in the cylinder-specific combustion value detection.
  • the combustion target value of the cylinder is dependent on the operating point of the internal combustion engine.
  • the use of operating-point-dependent combustion nominal values is preferred, since optimum operation of the internal combustion engine can then be ensured in each case for different operating points via a cylinder-specific combustion control.
  • a NOx actual value is detected with the aid of an exhaust gas sensor embodied as a NOx sensor.
  • a fuel / air ratio or residual oxygen content is detected as a combustion actual value for each cylinder for which a cylinder-specific combustion control takes place with the aid of an exhaust-gas sensor designed as a lambda sensor.
  • the metrological detection of the cylinder-specific actual combustion values via NOx sensors or lambda sensors is preferred.
  • Fig. 1 a schematic representation of an internal combustion engine with several
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, namely a method for cylinder-specific combustion control on the alleviate an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a highly schematic diagram of an internal combustion engine 10 having a plurality of cylinders 11.
  • the number shown in Fig. 1 of six cylinders 1 1 and the grouping of these cylinders 1 1 in two cylinder groups is purely exemplary nature.
  • the turbine 15 of the exhaust-gas turbocharger 14 can be supplied with the exhaust gas leaving the cylinders 11 via an exhaust-gas line 16.
  • a cylinder-specific combustion control on an internal combustion engine 10, for which purpose with the aid of at least one exhaust gas sensor 17 on the exhaust gas of each cylinder 1 1, for which a cylinder-specific combustion control is to take place, for the respective cylinder 1 1 individually at least one combustion actual value is detected metrologically.
  • This respective metrologically detected actual combustion value of the respective cylinder 1 1 is compared with a corresponding desired combustion value in order to determine a cylinder-specific control deviation between the combustion target value and the measured combustion actual value for the respective cylinder for which a cylinder-specific combustion control is to take place.
  • a cylinder-specific control variable is then determined for each cylinder for which cylinder-specific combustion control is to be carried out, on the basis of which the respective cylinder 1 1 is controlled or operated in order to reduce the respective combustion actual value to the respective combustion target value while minimizing the approximate the respective control deviation.
  • each cylinder 1 1 of the internal combustion engine 10 is assigned an individual exhaust gas sensor 17.
  • Each cylinder-specific exhaust gas sensor 17 is arranged in the flow direction of the exhaust gas downstream of the respective cylinder 1 1 and upstream of a junction 18 of a cylinder-individual exhaust gas outlet 19 with the exhaust pipe 16. It is also possible that the exhaust gas sensors 17 protrude into combustion chambers of the cylinder 1 1.
  • each cylinder-specific exhaust gas sensor 17 the exhaust gas of the respective cylinder 1 1 is subjected to a cylinder-specific metrological detection, so as to determine at least one cylinder-individual combustion actual value for each cylinder 1 1. It is provided that at the respective exhaust gas sensor 17 of the respective cylinder 1 1, the respective actual combustion value is detected exclusively in a cylinder-specific crankshaft angle range in order to minimize interaction with the exhaust gas expelled from other cylinders during cylinder-specific detection of the combustion actual values or due to valve deletions completely avoid the exhaust valves.
  • the exhaust gas conducted via the cylinder-specific exhaust gas sensors 17, as seen in the flow direction of the exhaust gas, is conducted into the exhaust gas line 16 downstream of the turbine 15.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment, in which a common exhaust gas sensor 17 is provided for determining the cylinder-specific actual combustion values for the cylinders 11, for which a cylinder-specific combustion control is carried out.
  • This exhaust gas sensor 17 is in each case coupled to the cylinder-specific exhaust gas outlet channels 19 with the interposition of valves 20 so as to supply the exhaust gas to the common exhaust gas sensor 17 always exclusively of a cylinder 1 1.
  • the actuation of the valves 20 again takes place as a function of the cylinder-specific crankshaft angle range in order to supply exhaust gas of the respective cylinder 11 to the common exhaust gas sensor 17 when the exhaust valves of the respective cylinder 1 1 discharge exhaust gas by opening the valve 20 assigned to this cylinder 11
  • the exhaust gas conducted via the common exhaust gas sensor 17 is conducted downstream of the turbine 15 of the exhaust gas turbocharger 14 into the exhaust gas line 16.
  • run times of the exhaust gas from the cylinders 11 to the exhaust gas sensors 17 can be taken into account in the variants of FIGS.
  • these may be NOx sensors and / or lambda sensors.
  • an NOx sensor is used as exhaust gas sensors 17 and in FIG. 2 as a common exhaust gas sensor, a difference between a desired NOx value and a cylinder-specific, metrologically detected NOx is determined as a cylinder-specific control deviation. actual value determined.
  • an injection pressure of the respective cylinder is preferably increased as a manipulated variable for the respective cylinder 1 1 and / or an injection start into the respective cylinder Cylinder 1 1 shifted late and / or an ignition timing of the respective cylinder 1 1 retarded and / or deactivates a pilot injection into the respective cylinder 1 1 and / or activates a post-injection into the respective cylinder 1 1.
  • the injection pressure of the respective cylinder 1 becomes the cylinder-specific control variable 1 and / or the start of injection into the respective cylinder 1 1 is postponed and / or the Zündzeitung of the respective cylinder 1 1 shifted early and / or the pilot injection into the respective cylinder 1 1 activated and / or the post-injection into the respective cylinder 1 1 deactivated.
  • the selection of the manipulated variable depends on the design of the respective internal combustion engine 10, in particular whether a self-igniting or spark-ignited internal combustion engine 10 is to be operated.
  • a lambda sensor is used as the exhaust gas sensors 17 in FIG. 1 or as the common exhaust gas sensor 17 in FIG. 2, preferably fuel / air ratios or residual oxygen contents are determined as cylinder-specific combustion actual values. Then, if a cylinder-specific control deviation between the setpoint and the actual value of the cylinder-individual fuel / air ratio is greater than zero, a fuel injection quantity is preferably increased as a control variable in the respective cylinder 1 1 and / or throttling a charge air to the respective cylinder 1 1 reduced , On the other hand, if the cylinder-specific control deviation between the desired value and the actual value of the fuel / air ratio is less than zero, the fuel injection quantity into the respective cylinder 11 is preferably reduced as a cylinder-specific actuating variable and / or the throttling of the charge air supply to the respective cylinder 1 1 increased.
  • a turning point as a cylinder-specific combustion actual value within a measuring interval.
  • combustion target values which are dependent on the operating point of the internal combustion engine 10 are used as combustion target values for the cylinders 11 of the internal combustion engine 10.
  • the desired combustion values may be cylinder-specific combustion nominal values or also nominal values which are identical for all cylinders 11 of the internal combustion engine 10. It is also possible to determine a plurality of combustion actual values for each cylinder 1 1 in order to compare them with corresponding combustion target values and, depending thereon, to determine at least one cylinder-specific manipulated variable on the basis of which the respective cylinder 11 is operated. In this case, NOx actual values in combination with actual values of the residual oxygen content or air / fuel ratio can be determined and compared with corresponding desired values. In this context, NOx sensors and lambda sensors can form a non-destructively separable unit.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit mehreren Zylindern (11), nämlich Verfahren zur zylinderindividuellen Verbrennungsregelung, wobei mit Hilfe mindestens eines Abgassensors (17) an dem Abgas jedes Zylinders (11) der Brennkraftmaschine, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, für den jeweiligen Zylinder (11) individuell mindestsens ein Verbrennungsistwert messtechnisch erfasst wird und der jeweilige messtechnisch erfasste Verbrennungsistwert mit einem Verbrennungssollwert verglichen wird, um für jeden der Zylinder (11), für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, mindestens eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Verbrennungssollwert und dem Verbrennungsistwert zu ermitteln, und wobei für jeden Zylinder (11), für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, auf Grundlage der oder jeder zylinderindividuellen Regelabweichung mindestens eine zylinderindividuelle Stellgröße bestimmt wird, auf Grundlage derer der jeweilige Zylinder (11) betrieben wird, um den jeweiligen Verbrennungsistwert dem jeweiligen Verbrennungssollwert und Minimierung der jeweiligen Regelabweichung anzunähern.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, nämlich ein Verfahren zur zylinderindividuellen Verbrennungsregelung an zumindest einigen Zylindern, vorzugsweise an allen Zylindern, der Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen müssen immer strengere Emissionsgrenzwerte erfüllen. Eine Möglichkeit, solche Emissionsgrenzwerte zu erfüllen, besteht darin, den Betrieb der Brennkraftmaschine über eine Regelung zu optimieren. Dabei ist es grundsätzlich auch schon bereits bekannt, an einer Brennkraftmaschine die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine individuell zu regeln.
So offenbart die DE 10 2005 058 820 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei welchem zylinderindividuell wenigstens eine Größe, die einen jeweiligen Verlauf einer Verbrennung in einem zugehörigen Brennraum charakterisiert, berech- net wird, wobei abhängig von dieser wenigstens einen, den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Größe die Regelung von zylinderindividuellen Kraftstoffeinspritzparametern beeinflusst wird. Hierbei wird so vorgegangen, dass an den Zylindern eine Zylinderdruckmessung erfolgt, um abhängig von der Zylinderdruckmessung eine die Verbrennung im jeweiligen Zylinder charakterisierende Größe zu berechnen. Derart berechnete Verbrennungsistwerte werden mit entsprechenden Verbrennungssollwerten verglichen, um abhängig von einer Regelabweichung als Stellgrößen für die Zylinder zylinderindividuell Kraftstoffeinspritzparameter zu beeinflussen. Dann, wenn, wie aus der DE 10 2005 058 820 A1 vorgeschlagen, die Verbrennungsistwerte zum Beispiel aus dem gemessenen Zylinderdruck berechnet werden, kann die Verbrennung in den Zylindern der Brennkraftmaschine nur in eingeschränkten Umfang zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten optimiert werden. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass zum Beispiel aus dem Zylinderdruck keine Rückschlüsse über einen Verschleiß bzw. eine Veränderung der Einspritzcharakteristik von Kraftstoffeinspritzdüsen gewonnen werden können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit Hilfe dessen eine zylinderindividuelle Regelung der Zylinder der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird mit Hilfe mindestens eines Abgassensors an dem Abgas jedes Zylinders der Brennkraftmaschine, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, für den jeweiligen Zylinder individuell mindestsens ein Ver- brennungsistwert messtechnisch erfasst und der jeweilige messtechnisch erfasste Verbrennungsistwert mit einem Verbrennungssollwert verglichen, um für jeden der Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, mindestens eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Verbrennungssollwert und dem Verbrennungsistwert zu ermitteln, wobei für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, auf Grundlage der oder jeder zylinderindividuellen Regelabweichung mindestens eine zylinderindividuelle Stellgröße bestimmt wird, auf Grundlage derer der jeweilige Zylinder angesteuert bzw. betrieben wird, um den jeweiligen Verbrennungsistwert dem jeweiligen Verbrennungssollwert und Minimierung der jeweiligen Regelabweichung anzunähern. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, für solche Zylinder, für welche eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgen soll, für den jeweiligen Zylinder individuell mindestens einen Verbrennungsistwert messtechnisch zu erfassen. Erfindungsgemäß wird demnach ein Verbrennungsistwert nicht aus anderen Messgrö- ßen berechnet, sondern vielmehr für jeden Zylinder individuell messtechnisch er- fasst. Ein solcher gemessener, zylinderindividueller Verbrennungsistwert des jeweiligen Zylinders wird dann mit einem entsprechenden Verbrennungssollwert verglichen, um zylinderindividuell eine Regelabweichung zu bestimmten, und auf Basis dieser zylinderindividuellen Regelabweichung für den jeweiligen Zylinder ei- ne zylinderindividuelle Stellgröße zu bestimmen, sodass der Verbrennungsistwert dem Verbrennungssollwert des jeweiligen Zylinders nachgeführt werden kann. Hiermit kann der Betrieb einer Brennkraftmaschine gegenüber bekannten zylinderindividuellen Regelungen deutlich verbessert werden. Insbesondere ist es möglich, über die Regelung einen Verschleiß bzw. eine Veränderung des Einspritzver- haltens von Kraftstoffeinspritzdüsen über die Regelung zu kompensieren.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, der oder jeder Verbrennungsistwert mit Hilfe mindestens eines zylinderindividuellen Abgassen- sors messtechnisch erfasst, wobei an dem jeweiligen Abgassensor des jeweiligen Zylinders der jeweilige Verbrennungsistwert ausschließlich in einem zylinderindividuellen Kurbelwellenwinkelbereich erfasst wird, um bei der zylinderindividuellen Verbrennungsistwert-Erfassung eine Wechselwirkung mit dem von anderen Zylindern ausgestoßenem Abgas zu minimieren. Nach einer zweiten, alternativen vor- teilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für mehrere Zylinder, für die eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, der oder jeder Verbrennungsistwert mit Hilfe eines gemeinsamen Abgassensors messtechnisch erfasst, wobei dem gemeinsamen Abgassensor mehrerer Zylinder das Abgas immer ausschließlich eines Zylinders zugeführt wird, um bei der zylinderindividuellen Verbrennungsist- wert-Erfassung eine Wechselwirkung mit dem von anderen Zylindern ausgestoßenem Abgas zu minimieren. Sowohl die erste vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung als auch die zweite, alternative vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erlauben eine exakte messtechnische Bestimmung zylinderindividueller Verbrennungsistwerte, und zwar ohne die Gefahr, dass die an dem Abgas eines Zylinders vorgenommene messtechnische Erfassung eines Verbrennungsistwerts durch eine Wechselwirkung mit dem von anderen Zylindern ausgestoßenen Abgas beeinträchtigt wird.
Vorzugsweise ist der Verbrennungssollwert der Zylinder abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Die Verwendung betriebspunktabhängiger Ver- brennungssollwerte ist bevorzugt, da dann für unterschiedliche Betriebspunkte jeweils ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine über eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung gewährleistet werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Verbren- nungsistwert für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, ein NOx-lstwert mit Hilfe eines als NOx-Sensor ausgebildeten Abgassensors erfasst. Zusätzlich oder alternativ wird als Verbrennungsistwert für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis bzw. Restsauerstoffgehalt mit Hilfe eines als Lambda- Sensor ausgebildeten Abgassensors erfasst. Die messtechnische Erfassung der zylinderindividuellen Verbrennungsistwerte über NOx-Sensoren oder Lambda- Sensoren ist bevorzugt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü- chen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 : eine schematisierte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit mehreren
Zylindern und mit einer Abgasaufladungseinrichtung zur Verdeutlichung eine schematisierte Darstellung einer weiteren Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und mit Abgasaufladungseinrichtung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, nämlich ein Verfahren zur zylinderindividuellen Verbrennungsregelung an den lindern einer Brennkraftmaschine.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert ein Schema einer Brennkraftmaschine 10 mit meh- reren Zylindern 1 1 . Die in Fig. 1 gezeigte Anzahl von sechs Zylindern 1 1 sowie die Gruppierung dieser Zylinder 1 1 in zwei Zylindergruppen ist rein exemplarischer Natur. Den Zylindern 1 1 der Brennkraftmaschine 10 kann, ausgehend von einer Ladeluftleitung 12, Ladeluft zugeführt werden, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Ladeluft in einem Verdichter 13 eines Abgasturboladers 14 verdichtet wird. Hierzu benötigte Energie wird in einer Turbine 15 des Abgasturboladers dadurch gewonnen, dass in der Turbine 15 Abgas, welches die Zylinder 1 1 der Brennkraftmaschine 10 verlässt, entspannt wird. So kann der Turbine 15 des Abgasturboladers 14 das die Zylinder 1 1 verlassende Abgas über eine Abgaslei- tung 16 zugeführt werden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, an einer Brennkraftmaschine 10 eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung zu etablieren, wobei hierzu mit Hilfe mindestens eines Abgassensors 17 an dem Abgas jedes Zylinders 1 1 , für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgen soll, für den jeweiligen Zylinder 1 1 individuell mindestens ein Verbrennungsistwert messtechnisch erfasst wird. Dieser jeweilige messtechnisch erfasste Verbrennungsistwert des jeweiligen Zylinders 1 1 wird mit einem entsprechenden Verbrennungssollwert verglichen, um für den jeweiligen Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgen soll, eine zylinderindividuelle Regelab- weichung zwischen dem Verbrennungssollwert und dem messtechnisch erfassten Verbrennungsistwert zu ermitteln. Auf Grundlage dieser zylinderindividuellen Regelabweichung wird dann für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgen soll, eine zylinderindividuelle Stellgröße bestimmt, auf Grundlage derer der jeweilige Zy- linder 1 1 angesteuert bzw. betrieben wird, um den jeweiligen Verbrennungsistwert dem jeweiligen Verbrennungssollwert unter Minimierung der jeweiligen Regelabweichung anzunähern.
Gemäß der Fig. 1 ist jedem Zylinder 1 1 der Brennkraftmaschine 10 ein individuel- ler Abgassensor 17 zugeordnet. Jeder zylinderindividuelle Abgassensor 17 ist in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts des jeweiligen Zylinders 1 1 und stromaufwärts einer Vereinigungsstelle 18 eines zylinderindividuellen Abgasauslasskanals 19 mit der Abgasleitung 16 angeordnet. Es ist auch möglich, dass die Abgassensoren 17 in Brennräume der Zylinder 1 1 hineinragen.
Im Bereich jedes zylinderindividuellen Abgassensors 17 wird das Abgas des jeweiligen Zylinders 1 1 einer zylinderindividuellen messtechnischen Erfassung unterzogen, um so für jeden Zylinder 1 1 mindestens einen zylinderindividuellen Verbrennungsistwert zu ermitteln. Dabei ist vorgesehen, dass an dem jeweiligen Abgas- sensor 17 des jeweiligen Zylinders 1 1 der jeweilige Verbrennungsistwert ausschließlich in einem zylinderindividuellen Kurbelwinkelwellenbereich erfasst wird, um bei der zylinderindividuellen Erfassung der Verbrennungsistwerte eine Wechselwirkung mit dem von anderen Zylindern ausgestoßenen Abgas zu minimieren oder angängig von Ventilüberscheidungen der Auslassventile gar vollständig zu vermeiden. Da die Auslassventile der einzelnen Zylinder 1 1 in unterschiedlichen Kurbelwellenwinkelbereichen öffnen und demnach Abgas aus den jeweiligen Zylindern 1 1 in unterschiedlichen Kurbelwellenwinkelbereichen abführen, kann so vermieden werden, dass bei der Erfassung zylinderindividueller Verbrennungsistwerte das Abgas anderer Zylinder diese Istwert-Erfassung beeinträchtigt. Gemäß Fig. 1 wird das über die zylinderindividuellen Abgassensoren 17 geleitete Abgas in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Turbine 15 in die Abgasleitung 16 geleitet.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei welcher zur Ermittlung der zylinderindividuellen Verbrennungsistwerte für die Zylinder 1 1 , für die eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, ein gemeinsamer Abgassensor 17 vorhanden ist. Dieser Abgassensor 17 ist jeweils mit den zylinderindividuellen Abgasauslasskanälen 19 unter Zwischenschaltung von Ventilen 20 gekoppelt, um so dem gemeinsamen Abgassensor 17 das Abgas immer ausschließlich eines Zylinders 1 1 zuzuführen. Die Ansteuerung der Ventile 20 erfolgt dabei wiederum abhängig vom zylinderindividuellen Kurbelwinkelwellenbereich, um dann, wenn die Auslassventile des jeweiligen Zylinders 1 1 Abgas ausstoßen, durch Öffnung des diesem Zylinder 1 1 zugeordneten Ventils 20 Abgas des jeweiligen Zylinders 1 1 dem ge- meinsamen Abgassensor 17 zuzuführen. Auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird das über den gemeinsamen Abgassensor 17 geführt Abgas stromabwärts der Turbine 15 des Abgasturboladers 14 in die Abgasleitung 16 geleitet.
Bei der Istwert-Erfassung können in den Varianten der Fig. 1 und 2 Laufzeiten des Abgases von den Zylindern 1 1 zu den Abgassensoren 17 berücksichtigt werden.
Bei den zylinderindividuellen Abgassensoren 17 der Fig. 1 bzw. beim gemeinsamen Abgassensor 17 der Fig. 2, die jeweils zur zylinderindividuellen Ermittlung eines Verbrennungs-Ist-Werts verwendet werden, kann es sich um NOx-Sensoren und/oder um Lambda-Sensoren handeln.
Dann, wenn in Fig. 1 als Abgassensoren 17 NOx-Sensoren und in Fig. 2 als gemeinsamer Abgassensor ein NOx-Sensor zum Einsatz kommt, wird als zylinderindividuelle Regelabweichung eine Differenz zwischen einem NOx-Sollwert und ei- nem zylinderindividuellen, messtechnisch erfassten NOx-lstwert ermittelt. Dann, wenn diese Regeldifferenz größer als Null ist, wenn also der NOx-Sollwert größer als der NOx-lstwert ist, wird vorzugsweise als Stellgröße für den jeweiligen Zylinder 1 1 ein Einspritzdruck des jeweiligen Zylinders erhöht und/oder ein Ein- spritzbeginn in den jeweiligen Zylinder 1 1 nach spät verschoben und/oder ein Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders 1 1 nach spät verschoben und/oder eine Voreinspritzung in den jeweiligen Zylinder 1 1 deaktiviert und/oder eine Nacheinspritzung in den jeweiligen Zylinder 1 1 aktiviert. Dann hingegen, wenn die zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem NOx-Sollwert und dem mess- technisch erfassten NOx-lstwert kleiner als Null ist, wenn also der NOx-lstwert größer als der NOx-Sollwert ist, wird als zylinderindividuelle Stellgröße der Einspritzdruck des jeweiligen Zylinders 1 1 verringert und/oder der Einspritzbeginn in den jeweiligen Zylinder 1 1 nach früh verschoben und/oder der Zündzeitung des jeweiligen Zylinders 1 1 nach früh verschoben und/oder die Voreinspritzung in den jeweiligen Zylinder 1 1 aktiviert und/oder die Nacheinspritzung in den jeweiligen Zylinder 1 1 deaktiviert. Die Auswahl der Stellgröße hängt von der Bauart der jeweiligen Brennkraftmaschine 10 ab, insbesondere davon, ob eine selbstzündende oder fremdgezündete Brennkraftmaschine 10 betrieben werden soll.
Dann, wenn als Abgassensoren 17 in Fig. 1 bzw. als gemeinsamer Abgassensor 17 in Fig. 2 ein Lambda-Sensor verwendet wird, werden als zylinderindividuelle Verbrennungsistwerte vorzugsweise Kraftstoff/Luft-Verhältnisse bzw. Restsauerstoffgehalte ermittelt. Dann, wenn eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des zylinderindividuellen Kraftstoff/Luft- Verhältnisses größer als Null ist, wird als Stellgröße vorzugsweise eine Kraftstoffeinspritzmenge in den jeweiligen Zylinder 1 1 erhöht und/oder eine Drosselung einer Ladeluftzufuhr zum jeweiligen Zylinder 1 1 verringert. Dann hingegen, wenn die zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses kleiner als Null ist, wird als zylinderindividuelle Stell- große vorzugsweise die Kraftstoffeinspritzmenge in den jeweiligen Zylinder 1 1 verringert und/oder die Drosselung der Ladeluftzufuhr zum jeweiligen Zylinder 1 1 erhöht. Bei der messtechnischen Ermittlung der Verbrennungsistwerte ist es möglich, entweder den aktuellen Messwert des Verbrennungsistwerts zu verwenden, oder aus über ein Messintervall erfassten Messwerten des Verbrennungsistwerts einen Mittelwert oder einen Maximalwert oder ein zeitliches Integral zu ermitteln und diese Größe dann als zylinderindividuellen Verbrennungsistwert zu verwenden.
Ebenso ist es möglich, innerhalb eines Messintervalls einen Wendepunkt als zylinderindividuellen Verbrennungsistwert zu verwenden.
Bei relativ schnell laufenden Brennkraftmaschinen ist die Verwendung von Mittelwerten als Verbrennungsistwerte bevorzugt. Bei relativ langsam laufenden Brennkraftmaschinen ist die Verwendung von Maximalwerten oder zeitlichen Integralen oder Wendepunkten als Verbrennungsistwerte bevorzugt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Verbrennungssollwerte für die Zylinder 1 1 der Brennkraftmaschine 10 Verbrennungssollwerte verwendet werden, die vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 abhängig sind.
So ist es möglich, für einen Volllastbetrieb und einen Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 10 unterschiedliche Verbrennungssollwerte für die Zylinder 1 1 der Brennkraftmaschine 10 bereitzuhalten. So kann für die unterschiedlichen Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 10 ein optimaler Betrieb derselben gewährleistet werden, um Abgasemissionsgrenzwerte einzuhalten.
Bei den Verbrennungssollwerten kann es sich und zylinderindividuelle Verbrennungssollwerte oder auch um Sollwerte handeln, die für alle Zylinder 1 1 der Brennkraftmaschine 10 identisch sind. Es können für jeden Zylinder 1 1 auch mehrere Verbrennungsistwerte ermittelt werden, um dieselben mit entsprechenden Verbrennungssollwerten zu vergleichen und um abhängig hiervon mindestens eine zylinderindividuelle Stellgröße zu bestimmten, auf Grundlage derer der jeweilige Zylinder 1 1 betrieben wird. Hierbei können NOx-lstwerte in Kombination mit Istwerten des Restsauerstoffgehalts bzw. Kraftstoff/Luft- Verhältnisses ermittelt und mit entsprechenden Sollwerten verglichen werden. In diesem Zusammenhang können NOx-Sensoren und Lambda- Sensoren eine nicht zerstörungsfrei trennbare Einheit bilden.
Bezugszeichenliste
Brennkraftmaschine
Zylinder
Ladeluftleitung
Verdichter
Abgasturbolader
Turbine
Abgasleitung
Abgassensor
Vereinigungsstelle
Abgasauslasskanal
Ventil

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, nämlich Verfahren zur zylinderindividuellen Verbrennungsregelung, wobei mit Hilfe mindestens eines Abgassensors an dem Abgas jedes Zylinders der
Brennkraftmaschine, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, für den jeweiligen Zylinder individuell mindestsens ein Verbrennungsistwert messtechnisch erfasst wird und der jeweilige messtechnisch erfasste Verbrennungsistwert mit einem Verbrennungssollwert verglichen wird, um für jeden der Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, mindestens eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Verbrennungssollwert und dem Verbrennungsistwert zu ermitteln, und wobei für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, auf Grundlage der oder jeder zylinderindividuellen Regelabweichung mindestens eine zylinderindividuelle Stellgröße bestimmt wird, auf Grundlage derer der jeweilige Zylinder betrieben wird, um den jeweiligen Verbrennungsistwert dem jeweiligen Verbrennungssollwert und Minimierung der jeweiligen Regelabweichung anzunähern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, der oder jeder Verbrennungsistwert mit Hilfe mindestens eines zylinderindividuellen Abgassensors messtechnisch erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem jeweiligen Abgassensor des jeweiligen Zylinders der jeweilige Verbrennungsistwert ausschließlich in einem zylinderindividuellen Kurbelwellenwinkelbereich erfasst wird, um bei der zylinderindividuellen Verbrennungsistwert-Erfassung eine Wechselwirkung mit dem von anderen Zylindern ausgestoßenem Abgas zu minimipmn
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Zylinder, für die eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, der oder jeder Verbrennungsistwert mit Hilfe eines gemeinsamen Abgassensors messtechnisch erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem gemeinsamen Abgassensor mehrerer Zylinder das Abgas immer ausschließlich eines Zylinders zugeführt wird, um bei der zylinderindividuellen Verbrennungsistwert-Erfassung eine Wechselwirkung mit dem von anderen Zylindern ausgestoßenem Abgas zu minimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungssollwert der Zylinder abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, ein zylinderindividuellen Verbrennungssollwert vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsistwert für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, ein NOx-lstwert mit Hilfe eines als NOx- Sensor ausgebildeten Abgassensors erfasst wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem NOx-Sollwert und dem NOx-lstwert größer als Null ist, als Stellgröße ein Einspritzdruck des jeweiligen Zylinders erhöht und/oder ein Einspritzbeginn in den jeweiligen Zylinder nach spät verschoben und/oder ein Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders nach spät verschoben und/oder eine Voreinspritzung in den jeweiligen Zylinder deaktiviert und/oder eine Nacheinspritzung in den jeweiligen Zylinder aktiviert wird, und dass dann, wenn eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem NOx-Sollwert und dem NOx-lstwert kleiner als Null ist, als Stellgröße ein Einspritzdruck des jeweiligen Zylinders verringert und/oder ein Einspritzbeginn in den jeweiligen Zylinder nach früh verschoben und/oder ein Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders nach früh verschoben und/oder eine Voreinspritzung in den jeweiligen Zylinder aktiviert und/oder eine Nacheinspritzung in den jeweiligen Zylinder deaktiviert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsistwert für jeden Zylinder, für den eine zylinderindividuelle Verbrennungsregelung erfolgt, ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis bzw. Restsauerstoffgehalt mit Hilfe eines als Lambda-Sensor ausgebildeten Abgassensors erfasst wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses größer als Null ist, als Stellgröße eine Kraftstoffeinspritzmenge in den Zylinder erhöht und/oder eines Drosselung einer Ladeluftzufuhr verringert wird, und dass dann, wenn die zylinderindividuelle Regelabweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses kleiner als Null ist, als Stellgröße die Kraftstoffe! n- spritzmenge in den Zylinder verringert und/oder eine Drosselung einer Lade- luftzufuhr erhöht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsistwert der aktuelle Messwert des Verbrennungsistwerts verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungsistwert aus über ein Messintervall erfassten Messwerten ein Mittelwert oder ein Maximalwert oder zeitliches Intergral oder ein Wendepunkt verwendet wird.
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