Beschreibung

Brennkraftmaschine und Verfahren und Vorrichtung zum Betrei ^¬ ben einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, die jeweils einen Brennraum umfassen. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine einen Ansaugtrakt, einen Ab ^¬ gastrakt und eine Abgasruckfuhrleitung. Der Ansaugtrakt kommuniziert über je einen Zylindereinlasskanal des Ansaugtrakts abhangig von einer Schaltstellung je mindestens eines Gaseinlassventils mit je einem der Brennraume . Der Abgastrakt kom ^¬ muniziert abhangig von einer Schaltstellung je mindestens eines Gasauslassventils mit je einem der Brennraume. über die Abgasruckfuhrleitung ist abhangig von einer Schaltstellung eines Abgasruckfuhrventils Abgas aus dem Abgastrakt hin zu den Einlasskanalen des Ansaugtrakts ruckfuhrbar. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine können in vorgegebenen Betriebszustanden der Brennkraftmaschine durch Ruckfuhren von Abgas und durch Zufuhren des Abgases zu einem erneuten Verbrennungsprozess verringert werden. Durch das Ruckfuhren des Abgases verringert sich eine Verbrennungstemperatur. Dadurch werden bei dem Verbrennungsprozess gegenüber der Schadstoffproduktion ohne Ruckfuhren des Abgases weniger Schadstoffe erzeugt.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein zylinderindividuelles überprüfen einer Abgasruckfuhrung ermöglichen .

Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.

Die Erfindung zeichnet sich aus gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftma ^¬ schine umfasst mindestens zwei Zylinder, einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt und eine Abgasruckfuhrleitung. Die Zylinder umfassen jeweils einen Brennraum. Der Ansaugtrakt kommuniziert über je einen Zylindereinlasskanal des Ansaugtrakts ab ^¬ hangig von einer Schaltstellung je mindestens eines Gaseinlassventils mit je einem der Brennraume . Der Abgastrakt kom ^¬ muniziert abhangig von einer Schaltstellung je mindestens eines Gasauslassventils mit je einem der Brennraume. über die Abgasruckfuhrleitung ist abhangig von einer Schaltstellung eines Abgasruckfuhrventils Abgas aus dem Abgastrakt hin zu den Einlasskanalen des Ansaugtrakts ruckfuhrbar. Die Brennkraftmaschine hat je einen Gemischlufttemperatursensor zum Erfassen je einer Gemischlufttemperatur in den Einlasskanalen.

Die Gemischlufttemperatursensoren in den Einlasskanalen ermöglichen ein zylinderindividuelles Erfassen der Gemischluft ^¬ temperatur. Die Gemischluft setzt sich zusammen aus ruckge- fuhrtem Abgas aus dem Abgastrakt und aus Frischluft, die über den Ansaugtrakt angesaugt wurde. Die Gemischlufttemperatur ergibt sich somit aus der Abgastemperatur des ruckgefuhrten Abgases und aus der Frischlufttemperatur der angesaugten Frischluft. Das Erfassen der Gemischlufttemperaturen ermöglicht, zu überprüfen, ob das ruckgefuhrte Abgas gleichmaßig auf die einzelnen Zylinder verteilt wird. Somit ermöglicht dies ein zylinderindividuelles überprüfen der Abgasruckfuhr- rung .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung weisen die Gemischlufttemperatursensoren eine Ansprechzeit auf, die kleiner als 100 msek ist. Dies ermog-

licht, die Gemischlufttemperaturen aufgrund der Abgasruckfuh- rung besonders präzise zu erfassen. Die Ansprechzeit ist die Zeitdauer, die einer der Gemischlufttemperatursensoren benotigt, um nach einer abrupten Temperaturanderung ein präzises Messergebnis zu liefern.

Die Erfindung zeichnet sich aus gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens zwei Zylinder, einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt und eine Abgasruckfuhrleitung. Die Zylinder umfassen jeweils einen Brennraum. Der Ansaugtrakt kommuniziert über je einen Zylindereinlasskanal des Ansaugtrakts abhangig von einer Schaltstellung je mindestens eines Gaseinlassventils mit je einem der Brennraume. Der Abgastrakt kommuniziert abhangig von einer Schaltstellung je mindestens eines Gasauslassventils mit je einem der Brennraume. über die Abgasruck ^¬ fuhrleitung ist abhangig von einer Schaltstellung eines Ab- gasruckfuhrventils Abgas aus dem Abgastrakt hin zu den Ein- lasskanalen des Ansaugtrakts ruckfuhrbar. Zum Betreiben der Brennkraftmaschine wird je eine Gemischlufttemperatur in zu ^¬ mindest zwei Zylindereinlasskanalen ermittelt. Die ermittel ^¬ ten Gemischlufttemperaturen werden verglichen. Es wird auf eine Ungleichverteilung ruckgefuhrten Abgases erkannt, falls ein Unterschied zwischen den ermittelten Gemischlufttempera ^¬ turen großer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.

Dies ermöglicht das zylinderindividuelle überprüfen der Ab- gasruckfuhrung. Die Gemischlufttemperaturen können mittels der Gemischlufttemperatursensoren ermittelt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung wird der Schwellenwert abhangig von einer Last, einer Kuhlwassertemperatur und/oder einer Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben. Dies ermöglicht, eine vom Betriebs ^¬ zustand, der durch die Last, die Kuhlwassertemperatur und/oder die Drehzahl vorgegeben ist, abhangige Ungleichver-

teilung des ruckgefuhrten Abgases bei der Beurteilung der Ungleichverteilung des ruckgefuhrten Abgases zu berücksichtigen. Dies tragt dazu bei, dass nicht unnötigerweise auf die Ungleichverteilung des ruckgefuhrten Abgases geschlossen wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung wird in einem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mindestens ein Korrekturwert so ermittelt, dass die in dem vorgegebenen Betriebszustand er ^¬ mittelten Gemischlufttemperaturen unter Berücksichtigung des Korrekturwerts aneinander angeglichen sind. Der vorgegebene Betriebszustand kann in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Stillstand der Brennkraftmaschine oder ein Betriebszu ^¬ stand sein, in dem kein Abgas ruckgefuhrt wird.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen naher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Brennkraftmaschine,

Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- ubergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Abgastrakt 4, einen Motorblock 2 und mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Zylinder Z1-Z4 mit je einem Zylin ^¬ derkopf 3 und je einem Brennraum 9. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und je einen Zylindereinlasskanal 7, der hin zu je einem der Brennraume 9 des Motorblocks 2 gefuhrt ist. Der Ansaugtrakt (1) kommuni ^¬ ziert abhangig von einer Schaltstellung eines Gaseinlassven-

tils (12) mit einem der Brennraume (9) . Der Abgastrakt (4) kommuniziert abhangig von einer Schaltstellung eine Gasauslassventils (13) mit einem der Brennraume (9) . Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8, die über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1-Z4 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine kann aber auch jede beliebige größere An ^¬ zahl von Zylindern Z1-Z4 umfassen. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine Diesel-Brennkraftmaschine oder ein mager ^¬ laufender Otto-Motor mit Direkteinspritzung und bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet.

In dem Zylinderkopf 3 ist bevorzugt ein Kraftstoff- Einspritzventil 18 angeordnet. Alternativ kann das Kraft ^¬ stoff-Einspritzventil 18 auch in dem Zylindereinlasskanal 7 angeordnet sein. Falls die Brennkraftmaschine mit Benzin be ^¬ trieben wird, so ist in dem Zylinderkopf 3 vorzugsweise eine Zündkerze angeordnet.

In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 23 angeordnet. über eine Abgasruckfuhrleitung 22 kommuniziert der Abgastrakt 4 abhangig von einer Schaltstellung eines Abgasruckfuhrven- tils 24 mit dem Ansaugtrakt 1. Durch die Abgasruckfuhrleitung 22 kann Abgas aus dem Abgastrakt 4 in den Ansaugtrakt 1 ruck- gefuhrt werden. Dabei kann mit dem Abgasruckfuhrventil 24 ei ^¬ ne Abgasruckfuhrrate vorgegeben werden.

Eine Steuereinrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgroßen erfassen und jeweils den Wert der Messgroße ermitteln. Betriebsgroßen umfassen die Messgroßen und von diesen abgeleitete Großen der Brennkraftmaschine. Betriebsgroßen können repräsentativ sein für einen aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Der aktuel ^¬ le Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann viele Be ^¬ triebspunkte der Brennkraftmaschine umfassen. Die Steuerein ^¬ richtung 25 ermittelt abhangig von mindestens einer der Betriebsgroßen mindestens eine Stellgroße, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels

entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.

Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Ansauglufttemperatursensor 32, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdruck- sensor 34, der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zuge ^¬ ordnet wird, eine Abgassonde 38, die stromabwärts des Abgas ^¬ katalysators 23 angeordnet ist und deren Messsignal repräsen ^¬ tativ ist für ein Luft/Kraftstoff-Verhaltnis des Abgases, und zu jedem Zylindereinlasskanal 7 je einen Gemischlufttempera ^¬ tursensor 40 zum Erfassen je einer Gemischlufttemperatur in dem entsprechenden Zylindereinlasskanal 7, insbesondere zum Erfassen einer ersten Gemischlufttemperatur T_CYL_1 und einer zweiten Gemischlufttemperatur T_CYL_2.

Je nach Ausfuhrungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusatzliche Sensoren vorhanden sein.

Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Kraftstoff- Einspritzventil 18 und/oder das Abgasruckfuhrventil 24 und gegebenenfalls die Zündkerze.

Bei einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine wird für einen Verbrennungsprozess in dem Brennraum 9 weniger Kraftstoff zu ^¬ gemessen, als mit dem Sauerstoff in dem Brennraum 9 verbrannt werden kann. Dadurch bilden sich gegenüber einem Fettbetrieb und/oder einem stochiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine vermehrt Stickoxide, die dann in dem Abgas enthalten sind. Die Stickoxide sind umweltschadlich und gesundheits-

schädlich. Durch Ruckfuhren von Abgas aus dem Abgastrakt 4 hin zu dem Ansaugtrakt 1 bildet das Abgas mit der angesaugten Frischluft eine Gemischluft. Die Gemischluft wird dem Verbrennungsprozess zugeführt. Dadurch verringert sich eine Verbrennungstemperatur des Verbrennungsprozesses. Dies kann dazu beitragen, die Stickoxidproduktion wahrend des Verbrennungsprozesses zu verringern. Ferner kann das Ruckfuhren des Abgases einen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringern.

Vorzugsweise ist auf einem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ein Programm (Figur 2) zum Betreiben der Brennkraftmaschine gespeichert. Das Programm dient zum überprüfen der Abgasruckfuhrung, insbesondere zum überprüfen einer Gleichverteilung des ruckgefuhrten Abgases auf die einzelnen Zylinder Z1-Z4, insbesondere auf die einzelnen Brennraume 9. Das Abgas kann beispielsweise aufgrund der Konstruktion des An ^¬ saugtrakts und/oder aufgrund von Verschleißerscheinungen in dem Ansaugtrakt ungleichmäßig auf die einzelnen Zylinder Zl- Z4 verteilt sein.

Das Programm wird vorzugsweise in einem Betriebszustand, in dem Abgas ruckgefuhrt wird, in einem Schritt Sl gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.

In einem Schritt S2 werden in jedem Einlasskanal 7 jedes Zylinders Z1-Z4 jeweils eine der Gemischlufttemperaturen, insbesondere die erste Gemischlufttemperatur T_CYL_1 des ersten Einlasskanals und die zweite Gemischlufttemperatur T CYL 2 des zweiten Einlasskanals ermittelt. Die erste Gemischluft ^¬ temperatur T_CYL_1 ist vorzugsweise dem ersten Zylinder Zl zugeordnet und die zweite Gemischlufttemperatur T CYL 2 ist vorzugsweise dem zweiten Zylinder Z2 zugeordnet. Vorzugsweise werden die Gemischlufttemperaturen für jeden der Zylinder Zl bis Z4 ermittelt. Eine Gesamtgemischlufttemperatur ist repräsentativ für eine Abgasruckfuhrrate, da das ruckgefuhrte Ab ^¬ gas sich auf die Gesamtgemischlufttemperatur auswirkt. Die

Gesamtgemischlufttemperatur ergibt sich aus den einzelnen Gemischlufttemperaturen, insbesondere aus der ersten und der zweiten Gemischlufttemperatur T_CYL_1, T_CYL_2.

In einem Schritt S3 wird ein Unterschied DELTA zwischen den ermittelten Gemischlufttemperaturen ermittelt, insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Gemischlufttemperatur T_CYL_1, T_CYL_2, vorzugsweise unter der in dem Schritt S3 angegebenen Berechnungsvorschrift. Falls mehr als zwei Ge ^¬ mischlufttemperaturen erfasst werden, können sie beispielsweise jeweils paarweise mit einander verglichen werden. Wenn zwei oder mehr dieser Gemischlufttemperaturen naherungsweise gleich sind, so können diese Gemischlufttemperaturen als Referenzwerte für den Vergleich mit den anderen Gemischlufttemperaturen dienen.

In einem Schritt S4 wird überprüft, ob der Unterschied DELTA großer als ein vorgegebener Schwellenwert THD ist. Der Schwellenwert THD kann beispielsweise fest vorgegeben sein. Vorzugsweise wird jedoch der Schwellenwert THD abhangig von einer Last, einer Kuhlwassertemperatur und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben. Dies tragt der Tatsache Rechnung, dass sich die Ungleichverteilung des ruckgefuhrten Abgases bei unterschiedlichen Betriebspunkten, die durch die Last, die Kuhlwassertemperatur und/oder die Drehzahl charakterisiert sind, unterschiedlich auswirken kann und somit unterschiedlich kritisch sein kann. Ist die Bedingung des Schritts S4 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S4 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S5 fortge ^¬ setzt .

In dem Schritt S5 wird eine Fehlermeldung ERROR erzeugt, die repräsentativ für die Ungleichverteilung des ruckgefuhrten Abgases ist. Die Fehlermeldung ERROR kann beispielsweise durch ein Aufleuchten einer Motorkontrollleuchte einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt werden. Alternativ oder zusatz-

lieh kann abhangig von der Fehlermeldung ERROR ein Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher der Steuereinrichtung 25 vorgenommen werden. Ferner kann abhangig von der Fehlermeldung ERROR eine oder mehrere Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann der Zylinder Z1-Z4, zu dem zu wenig Abgas ruckgefuhrt wird, so betrieben werden, dass seine Sti ^¬ ckoxidemissionen trotz der zu niedrigen zylinderindividuellen Abgas-Ruckfuhrrate vorzugsweise möglichst gering sind, bei ^¬ spielsweise auf Kosten von Leistung oder Laufruhe. Beispiels ^¬ weise kann bei dem entsprechenden Zylinder Z1-Z4 ein Zumesszeitpunkt des Kraftstoffs bezogen auf den Kurbelwellenwinkel in Richtung spat verschoben werden und/oder es kann eine Einspritzmasse für den entsprechenden Zylinder Z1-Z4 verringert werden .

In einem Schritt S6 kann das Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine beendet werden. Vorzugsweise wird das Pro ^¬ gramm jedoch regelmäßig wahrend des Betriebs der Brennkraft ^¬ maschine abgearbeitet, insbesondere wahrend der Rückführung des Abgases.

Eine Funktion der Gemischlufttemperatursensoren 40 kann in einem vorgegebenen Betriebszustand überprüft werden. Der vorgegebene Betriebszustand umfasst beispielsweise einen Still ^¬ stand der Brennkraftmaschine oder einen Betriebszustand, in dem kein Abgas ruckgefuhrt wird. Dann sollte bei einwandfrei ^¬ er Funktion der Gemischlufttemperatursensoren 40 jeder der Gemischlufttemperatursensoren 40 naherungsweise den gleichen Messwert erzeugen. Falls ein Messwert eines der Gemischluft ^¬ temperatursensoren 40 in dem vorgegebenen Betriebszustand von den Messwerten der anderen Gemischlufttemperatursensoren 40 über ein vorgegebenes Maß abweicht, so kann dies kompensiert werden, indem ein Korrekturwert für den entsprechenden Gemischlufttemperatursensor 40 ermittelt wird. In dem vorgegebenen Betriebszustand fuhren dann unter Berücksichtigung des ermittelten Korrekturwerts alle Messwerte der Gemischlufttemperatursensoren 40 zu naherungsweise gleichen Gemischlufttem-

peraturen. Dabei kann abhangig von dem Korrekturwert der entsprechende Messwert des entsprechenden Gemischlufttemperatursensors 40 variiert werden. Beispielsweise kann zu dem ent ^¬ sprechenden Messwert grundsatzlich ein Messwert-Offset addiert oder abgezogen werden. Alternativ dazu kann der Korrekturwert bei der Auswertung der entsprechenden Messwerte berücksichtigt werden. Beispielsweise kann zu der abhangig von dem entsprechenden Messwert ermittelten Gemischlufttemperatur ein Temperatur-Offset addiert oder abgezogen werden.