DE19741965C1

DE19741965C1 - Verfahren zur Laufruheregelung

Info

Publication number: DE19741965C1
Application number: DE19741965A
Authority: DE
Inventors: Achim Przymusinski; Dirk Heinitz; Andreas Hartke
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: FR2768772A1; FR2768772B1; GB9820652D0; GB2329979A; GB2329979B; US6085143A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufruheregelung bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei laufender Brennkraftmaschine treten Drehungleichförmig keiten auf, die durch systematische Fehler am Kraftstoffzu meßsystem und an der Brennkraftmaschine selbst verursacht sind. Durch diese Abweichungen leisten die einzelnen Zylinder einen unterschiedlichen Beitrag zum abgegebenen Moment. Dabei spielen unter anderem Toleranzen der Maschine, insbesondere einzelner Einspritzkomponenten eine Rolle, die nur mit einem besonders hohen Aufwand reduzierbar sind. Die unterschiedli chen Momentenbeiträge der einzelnen Zylinder wirken sich im stationären Betrieb (z. B. im Leerlauf) durch ein Schütteln des Fahrzeuges aus. Im instationären Betrieb kommt es durch die unterschiedlichen Momentenzuwächse zu einer ungleichför migen Beschleunigung und zu einer Verschlechterung der Abgas werte.

Aus DE 41 22 139 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Drehbeschleunigung jedes einzelnen Zylinders erfaßt wird und Abweichungen zwischen den einzelnen Zylindern durch Ände rung der den Zylindern zugeteilten Kraftstoffmengen ausgegli chen werden.

In der DE 196 49 424 A1 ist ein Motorgeschwindigkeitssteuer verfahren zum Steuern des Motorausgangsdrehmomentes gemäß ei nem Motordrehmomentbedarfes für eine Brennkraftmaschine be kannt, das als das Drehmoment bestimmt ist, das erforderlich ist, um die Motorgeschwindigkeit einer Zielmotorgeschwindig keit zu steuern. Dabei wird eine vorbestimmte Festlegung von abgeschätzten Bedarfswerten für ein stationäres Drehmoment als eine Funktion von einem vorbestimmten Motorarbeitszustand gespeichert. Der gegenwärtige Motorarbeitszustand wird be stimmt und aus der gespeicherten Festlegung ein gegenwärtiger abgeschätzter stationärer Drehmomentbedarf als eine Funktion von den gegenwärtigen Motorarbeitszustand festgestellt und der Fehler des stationären Drehmomentbedarfs abgeschätzt. Der gegenwärtige stationäre Drehmomentbedarf wird in einer Richtung eingestellt um den abgeschätzten Fehler des statio nären Drehmomentbedarfs zu minimieren und das Motorausgangs drehmoment wird gemäß dem eingestellten gegenwärtigen statio nären Drehmomentbedarf gesteuert.

Es liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein ver bessertes Verfahren zur Laufruheregelung einer Mehrzylinder brennkraftmaschine anzugeben.

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet (Ansprüche 2 bis 5).

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also ein Prozeßmodell vor, das aus den laufend bestimmten Zustandsgrößen der Brenn kraftmaschine eine charakteristische Prozeßgröße schätzt, die den Sollwert für die Motorregelung darstellt. Zustandsgrößen sind Istwerte, insbesondere die Drehzahl, der der Brennkraft maschine zugeführte Kraftstoffmenge, sowie Betriebstempera tur, Ladedruck und Abgasrückführparameter. Charakteristische Prozeßgröße kann insbesondere Drehmoment oder die Drehzahl sein (vergl. Ansprüche 3 und 4).

Diese Schätzung wird mit einem entsprechenden Istwert vergli chen, der aus einer der gemessenen Zustandsgrößen bestimmt wird. Aus diesem Istwert ergibt sich der Drehbeschleu nigungsbeitrag jedes einzelnen Zylinders. Ein Regler korri giert die Verbrennung in den einzelnen Zylindern so, daß der Istwert sich dem Sollwert annähert. Die unterschiedlichen Beiträge der einzelnen Zylinder werden somit ausgeglichen. Als weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkt diese Laufruheregelung sowohl für stationäre als auch für in stationäre Betriebsphasen der Brennkraftmaschine.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Graph mit mittlerem Drehmoment und zylinder spezifischem Drehmoment einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Regel verfahrens,

Fig. 3 fünf Graphen mit dem zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter, wobei

Fig. 3a den zeitlichen Verlauf der zugeführten Kraftstoff masse,

Fig. 3b den zeitlichen Verlauf der Drehzahl,

Fig. 3c den zeitlichen Verlauf eines aus der gemessenen Zu standsgröße bestimmten Istwertes M_R,

Fig. 3d den Wert einer geschätzten, charakteristischen Prozeßgröße M_L,

Fig. 3e den zeitlichen Verlauf einer Regeldifferenz ΔM_E dar stellt.

In Fig. 1 ist das mittlere Drehmoment einer Brennkraftma schine sowie das spezifische Drehmoment der einzelnen Zylin der über der Kurbelwellenstellung α aufgetragen. Wie man sieht, leisten die Zylinder I bis IV eines Vierzylindermotors unterschiedliche Beiträge zum mittleren Drehmoment, das in Kurve 1 dargestellt ist. Kurve 2, nämlich das spezifische Drehmoment, durchläuft ein sich nach jedem Arbeitsspiel wie derholendes Muster. Die Beiträge der einzelnen Zylinder sind mit I, II, III und IV bezeichnet. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die systematisch bedingten unterschiedli chen Momentenbeiträge durch Änderung der Kraftstoffzumessung für die einzelnen Zylinder so auszugleichen, daß alle Zylin der das gleiche mittlere Drehmoment abgeben. Dieses hier für einen Vierzylinder dargestellte Verfahren ist natürlich auch für Brennkraftmaschinen mit beliebiger anderer Zylinderzahl anwendbar.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Durch führen des Regelungsverfahrens. Ein Modell 3 ist ein inverses Streckenmodell, das durch Kennfelder oder Differentialglei chungen hinterlegt ist. Das Modell 3 schätzt aus Zustandsgrö ßen Z (z. B. Drehzahl, eingespritzte Kraftstoffmasse, Lade druck) der Brennkraftmaschine 6 eine charakteristische Pro zeßgröße M_L, z. B. die zu erwartende Drehzahländerung der Kur belwelle. Ein Meßglied 4 mißt die tatsächliche Drehzahl und berechnet daraus die Drehzahländerung. Dieser Istwert M_R er faßt den Drehbeschleunigungsbeitrag jedes einzelnen Zylin ders. Ein Differenzglied 7 rechnet aus dem Sollwert M_L und dem Istwert M_R eine Regeldifferenz ΔM_E, die einem Regler 5 zugeführt wird. Der Regler 5 führt jedem Zylinder eine solche Kraftstoffmasse zu, daß die Regeldifferenz ΔM_E minimiert wird. Zur Adaption des Modells 3 ist in Fig. 2 noch eine Schaltung 8, 9, 10 vorgesehen, worauf noch eingegangen wird.

Fig. 3 zeigt den Verlauf relevanter Größen im erfindungsge mäßen Regelungsverfahren. In Fig. 3a ist die Masse m des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffes über die Zeit t aufgetragen. Zum Zeitpunkt t₁ wird die Kraftstoffmasse m li near bis zum Zeitpunkt t₂ erhöht, indem die Fahrpedalstellung verändert wird. Zum Zeitpunkt t₃ wird die zugeteilte Kraft stoffmasse bis zum Zeitpunkt t₄ wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgenommen. In Fig. 3b ist der dazugehörige Drehzahlverlauf N aufgezeichnet. Ab dem Zeitpunkt t₁ erhöht sich die Drehzahl bis zu einem Maximalwert und ab t₃, wenn der Fahrer das Fahrpedal wieder zurücknimmt, sinkt sie auf den ursprünglichen Wert ab. In Fig. 3d ist die vom Prozeß modell 3 aus den die Brennkraftmaschine beschreibenden Zustandsgrößen geschätzte charakteristische Prozeßgröße M_L dargestellt. Das Modell schätzt mit Hilfe eines inversen Streckenmodells, das durch Kennfelder hinterlegt ist, die charakteristische Prozeßgröße. In diesem Ausführungsbeispiel schätzt das Modell 3 die Änderung der Drehzahl, also den Verlauf der Drehbeschleunigung M_L. Zur Schätzung des Dreh beschleunigungsverlaufes M_L verwendet das Modell 3 gemessene Zustandsgrößen Z der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl und eingespritzte Kraftstoffmasse. Es sind darüber hinaus aber noch weitere gemessene Zustandsgrößen Z, wie z. B. Ladedruck, Abgasrückführung, Einspritzbeginnwinkel, etc. denkbar. Als charakteristische Prozeßgröße M_L kann auch das von der Brenn kraftmaschine abgegebene Moment angesehen werden. Die cha rakteristische Größe M_L wird innerhalb des Modells 3 z. B. hinsichtlich Umwelteinflüsse (Kühlmitteltemperatur) kor rigiert.

In Fig. 3c ist der zeitliche Verlauf der Drehzahländerung dargestellt. Das Meßglied 4 mißt die Drehzahl und berechnet die Drehzahländerung. Der Istwert M_R stellt somit den Drehbe schleunigungsbeitrag jedes einzelnen Zylinders dar. In Fig. 3c sieht man deutlich den gezackten Kurvenverlauf, wobei die Zackenspitzen jeweils den Beitrag jedes einzelnen Zylinders wiedergeben. In dem Differenzglied 7 wird aus dem Istwert M_R und dem vom Modell geschätzten Sollwert M_L der Drehzahlände rung eine Regeldifferenz ΔM_E für den Regler 5 gebildet. Hier für muß das Modell 3 die charakteristische Prozeßgröße in ei ner zeitlichen Auflösung schätzen, die der zeitlichen Auflö sung des Istwerts entspricht.

Die Regeldifferenz ΔM_E ist in Fig. 3e über der Zeit aufgetra gen. Wie zu sehen ist, ist sie völlig unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebszustand (vor dem Zeitpunkt t₁), oder in einer instationären Be triebsphase arbeitet, also zwischen t₁ und t₂. Die Regeldif ferenz ΔM_E drückt nur noch die Beiträge der einzelnen Zylin der zur Laufunruhe aus. Jeder Zacken ist dem Beitrag eines Zylinders zugeordnet. Damit ist der Regler 5 in der Lage, den Verbrennungsvorgang in den einzelnen Zylindern der Brenn kraftmaschine so zu korrigieren, daß die Regeldifferenz ΔM_E minimal wird. Die Stellgröße für die Brennkraftmaschine ist die eingespritzte Kraftstoffmasse. Es ist aber auch denkbar, die Einspritzzeit oder jede andere Größe, die das abgegebene Moment des einzelnen Zylinders beeinflußt, zu verwenden.

Die einzelnen Regelalgorithmen des Reglers 5 sollen das mitt lere abgegebene Moment der Brennkraftmaschine im Mittel nicht verändern, d. h. das Verfahren soll zu keiner Veränderung des insgesamt abgegebenen Momentes führen. Solche Momentverände rungen treten jedoch auf, wenn die Sollwertschätzung M_L des Modells 3 nicht korrekt ist. Ein solcher Fehler kann z. B. ma schinenseitig bedingt sein, insbesondere durch Alterungser scheinungen, oder durch nicht im Modell 3 berücksichtigte langsam veränderliche Umwelteinflüsse, wie z. B. den Umge bungsdruck. Deshalb soll in einer bevorzugten Ausführungsform das Modell 3 in einem stationären Betriebspunkt adaptiert werden, z. B. im Leerlauf oder bei Vollast. In einem Meßglied zur Adaption 8 wird die Drehzahländerung M_M gemessen und über mindestens ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine 6 zu M_M gemittelt. Ferner wird die geschätzte Prozeßgröße des Modells 3 in einer Mittelwertsbildung gemittelt und der Mittelwert M_L zusammen mit M_M liefert in einem Differenzglied 10 einen Mo dellfehler ΔM_L. Das Modell 3 wird nun so korrigiert, daß der rückgeführte Modellfehler ΔM_L zu Null wird.

Wenn der Regler 5 sein Regelziel, die Größe ΔM_E zu minimieren oder idealerweise zu Null zu machen, nicht erreicht, so kann eine Fehlermeldung erzeugt werden. Der Fehlerzustand zeigt dann eine Fehlfunktion des entsprechenden Zylinders an, z. B. ungenügende Kompression oder ein Schaden im Einspritzsystem.

Claims

1. Verfahren zur Laufruheregelung einer Mehrzylinderbrenn kraftmaschine, bei dem die Drehbeschleunigung jedes einzelnen Zylinders erfaßt wird und die Abweichungen zwischen den ein zelnen Zylindern von einer Motorregelung durch Änderung der zugeteilten Kraftstoffmenge für jeden einzelnen Zylinder aus geglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß
laufend bestimmte Zustandsgrößen Z des Motors (6) gemessen werden,
ein Modell (3) aus diesen Zustandsgrößen (Z) eine charakteri stische Prozeßgröße (M_L) schätzt, die einen Sollwert für die Motorregelung darstellt,
ein momentaner Istwert (M_R)aus einer dem Sollwert entspre chenden, gemessenen Zustandsgröße (Z) bestimmt wird, wobei der Drehbeschleunigungsbeitrag jedes einzelnen Zylin ders in den Istwert (M_R) eingeht, und aus dem Sollwert (M_L) und dem Istwert (M_R) eine Regeldif ferenz (ΔM_E) für einen Regler (5) gebildet wird, der die Ver brennung in den einzelnen Zylindern so korrigiert, daß die Regeldifferenz (ΔM_E) minimal wird und
das Modell (3) in stationären Betriebspunkten an Veränderun gen der Regelstreckenparameter, insbesondere Alterungser scheinungen der Brennkraftmaschine (6) adaptiert wird, indem die vom Modell (3) geschätzte Größe (M_L) in einem Element (9) gemittelt wird, von einer Adaptionsfunktion ein entsprechen der tatsächlicher Wert (M_M) für diesen stationären Betrieb spunkt bestimmt wird und das Modell (3) so geändert wird, daß die Differenz zwischen dem gemittelten Wert (M_L) und dem tatsächlichen Wert (M_M) Null ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Fehlerzustand angezeigt wird, insbeson dere ein Zylinderausfall, wenn es dem Regler (5) nicht ge lingt, die Verbrennung in den einzelnen Zylindern so zu kor rigieren, daß die Regeldifferenz (ΔM_E) minimal wird.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Soll-/Istwert das Drehmoment verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Soll-/Istwert der Drehzahlverlauf ver wendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Modell (3) ein inverses Streckenmodell verwendet, das durch Kennfelder hinterlegt ist.