DE10115902C1

DE10115902C1 - Lambda-Zylindergleichstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10115902C1
Application number: DE2001115902
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ellmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2021-03-31

Abstract

Zur Lambda-Gleichstellung bei einer auf Lambda = 1 geregelten, einen Katalysator im Abgastrakt aufweisenden Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem fortlaufend im Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromabwärts des Katalysators oder der Katalysator ein Abgasparameter erfasst wird, der ein lokales Minimum zeigt, wenn die Verbrennung in allen Zylindern bei Lambda = 1 erfolgt. Die Kraftstoffversorgung bei jeweils zwei Zylindern wird durch gleichzeitige Anreicherung des Gemisches für den einen und Abmagerung für den anderen Zylinder vertrimmt, wobei die Vertrimmung so gewählt ist, dass das zusammengeführte Abgas beider Zylinder einem Abgas einer Verbrennung von gemittelt Lambda = 1 entspricht und die Vertrimmung so eingestellt wird, dass der Abgasparameter minimiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lambda- Gleichstellung von Zylindern einer auf Lambda = 1 geregelten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die im Abgastrakt einen Ka talysator aufweist.

Zur Verbesserung der Abgasqualität bei Brennkraftmaschinen, wie sie insbesondere zur Einhaltung zukünftiger Emissions grenzwerte erforderlich ist, wird über die übliche Lambda- Regelung hinaus, die bekannterweise zur optimalen Katalysa torwirkung eine Brennkraftmaschine im Mittel immer mit stöchiometrischem Gemisch betreibt, auch eine Zylindergleich stellung hinsichtlich der zylinderindividuellen Gemischbil dung angestrebt, damit jeder einzelne Zylinder im Mittel mit Lambda = 1 entsprechendem Gemisch versorgt wird.

A priori ist dies nicht immer gegeben, da sowohl die für die Kraftstoffzuteilung zuständigen Einspritzventile gewissen Se rienstreuungen unterliegen, als auch die für die jeweilige Zylinderfüllung verantwortlichen Parameter. Diese Abweichun gen führen selbst bei einer neuwertigen Brennkraftmaschine zu Lambdastreuungen zwischen den Zylindern. Bei modernen Serien maschinen können diese Abweichungen ±5% überschreiten. Aus Emissionsgesichtspunkten wäre jedoch eine Reduzierung der Lambdawert-Streuungen der Einzelzylinder auf einen Wert unter ±2% über den gesamten Betriebsbereich anzustreben.

Diese Reduzierung durch fertigungstechnischen Aufwand, d. h. durch hochpräzise Einspritzventile und exakte Bearbeitung des Lufteinlasssystems, insbesondere der Einlassventile, zu erreichen, ist mit vertretbarem Aufwand nicht möglich. Man geht statt dessen den Weg, im Betrieb der Brennkraftmaschine die den einzelnen Zylinder zugeführten Kraftstoffmengen derart zu korrigieren, dass die Zylinderstreuungen ausgeglichen werden. Dies wird üblicherweise als Lambda-Gleichstellung bezeichnet.

Aus der DE 40 40 527 A1 ist es zur Lambda-Gleichstellung be kannt, im Abgastrakt für jeden Zylinder einer Brennkraftma schine eine individuelle Lambdasonde vorzusehen, die so ange ordnet ist, dass sie nur mit dem Teilabgasstrom aus dem ihr zugeordneten Zylinder beaufschlagt wird. Damit kann jeder Zy linder einer individuellen Lambda-Regelung unterworfen wer den. Diesen Vorteil erkauft man sich allerdings mit einem ho hen Messfühleraufwand. Darüber hinaus ist die Signalverarbei tung einer solchen Vielzahl von Lambdasonden aufwendig, wes halb teure Betriebssteuergeräte erforderlich sind.

In der EP 05 53 570 A2 ist beschrieben, wie man mit nur einer Lambdasonde eine Lambda-Gleichstellung erreichen kann. Dazu ist dort, wo im Abgastrakt die Teilabgasströme aus den ein zelnen Zylindern zusammengeführt werden, eine Lambdasonde an geordnet, die den Lambda-Wert des Abgases mit so hoher zeit licher Auflösung erfasst, dass die Beiträge der einzelnen Zy linder im zusammengeführten Abgas aufgelöst werden können. Dies erfordert zum einen eine sehr schnelle Lambdasonde, zum anderen eine sehr schnelle Datenverarbeitung. Darüber hinaus stößt dieses System mit steigender Zylinderzahl schnell an seine Grenzen. Weiter bestehen strenge Anforderungen an die Einbauposition der Lambdasonde und die Ausbildung des Abgas krümmers, welche anderen Optimierungskriterien, z. B. minima lem Abgasgegendruck gegenläufig sind.

In der DE 197 41 965 C1 sowie der DE 197 00 711 C2 wird zur Lambda-Gleichstellung der Ansatz verfolgt, die Laufunruhe der Brennkraftmaschine auszuwerten. Aus einer zylinderselektiven Erfassung der Laufunruhe wird ein entsprechender Korrektur faktor berechnet, der dann zu optimaler Laufruhe führt. Al lerdings ist eine solche Regelung, die alle Zylinder hin sichtlich des von ihnen abgegebenen Momentes ausgleicht, nicht unbedingt gleichbedeutend mit Lambda-Gleichstellung, da dabei auch andere Parameter eine Rolle spielen, wie z. B. un terschiedliche Verdichtungsverhältnisse in den Zylindern usw. Lediglich im geschichteten Magerbetrieb fremdgezündeter Brennkraftmaschinen besteht eine ausreichend enge Verknüpfung zwischen Laufunruhe und Lambda-Gleichstellung, die zu annä hernd befriedigenden Ergebnissen führt.

Ausgehend vom Problem der Lambda-Gleichstellung liegt der Er findung die Aufgabe zugrunde, ein Lambda-Zylindergleich stellungsverfahren anzugeben, das ohne gesteigerten apparati ven Aufwand eine exakte Gleichstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Lambda- Gleichstellung bei einer auf Lambda = 1 geregelten, einen Ka talysator im Abgastrakt aufweisenden Mehrzylinder- Brennkraftmaschine, bei dem fortlaufend im Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromabwärts des Katalysators oder am Ka talysator ein Abgasparameter erfasst wird, der ein lokales Extremum zeigt, wenn die Verbrennung in allen Zylindern bei Lambda = 1 erfolgt, und die Kraftstoffversorgung bei jeweils zwei Zylindern durch gleichzeitige Anreicherung des Gemisches für den einen und Abmagerung für den anderen Zylinder ver trimmt wird, wobei die Vertrimmung so gewählt ist, dass das zusammengeführte Abgas beider Zylinder einem Abgas einer Ver brennung von gemittelt Lambda = 1 entspricht, und die Vertrimmung so eingestellt wird, dass der Abgasparameter maxi miert bzw. minimiert wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es Abgaspara meter gibt, die stromabwärts des Katalysators nur dann einen Extremwert einnehmen, wenn nicht nur der Mittelwert aller Ab gasteilströme Lambda = 1 entspricht, sondern wenn auch alle Abgasteilströme selbst aus Verbrennungsvorgängen mit Lambda = 1 stammen. Dies ist dadurch bedingt, dass der Katalysator nur in diesem Fall optimale katalytische Wirkung zeigt.

Um nun das Auffinden dieses Zustandes, in dem der Abgaspara meter den Minimalwert einnimmt, zu ermöglichen, wird die Kraftstoffversorgung für zwei Zylinder bewusst vertrimmt, d. h. der eine Zylinder wird mit fetterem Gemisch, der andere mit magererem Gemisch versorgt. Die gegensinnige Vertrimmung der Kraftstoffversorgung für die zwei Zylinder wird dabei so gestaltet, dass die Zylindervertrimmungen sich gegenseitig aufheben, mithin das Abgas beider Zylinder im Mittel immer noch Lambda = 1 entspricht. Dadurch wird erreicht, dass wäh rend des Auffindens des Minimums keine erhöhte Abgasemission entsteht.

Durch die erfindungsgemäß mögliche Zylindergleichstellung wird die Abgasqualität bei einer Brennkraftmaschine weiter verbessert. Weiter wirken sich durch Alterung verursachte Verschlechterungen des Katalysators nicht mehr so stark aus, weshalb es nicht mehr nötig ist, wie bislang den Katalysator großzügig zu dimensionieren. Mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren können also kleinere Katalysatoren eingesetzt werden, was nicht nur Kostenvorteile bringt, sondern auch aufgrund geringeren Abgasgegendruckes die Kraftstoffökonomie bzw. Lei stung der Brennkraftmaschine steigert.

Die Vertrimmung hält also das Summen-Lambda, d. h. den mitt leren Lambdawert des Abgasgemisches aus allen Zylindern stets konstant. Somit ist die Lambda-Geichstellung nicht anfällig für etwaige Lambda-abhängige Quereinflüsse. Darüber hinaus wird die normale, bei modernen Brennkraftmaschinen übliche Trimm- oder Führungsregelung in keiner Weise beeinflusst. Schließlich sind weiter keine besonderen Anforderungen an das Zeitverhalten der herkömmlichen Lamba-Regelung zu stellen.

Als Abgasparameter kommt jeder Parameter in Frage, der ein lokales Minimum oder Maximum zeigt, wenn das Abgas jedes Zy linders Lambda = 1 entspricht, also Lambda-Gleichstellung er reicht ist. Ein besonders einfach zu erfassender Parameter ist die Temperatur des Abgases stromabwärts des Katalysators (Anspruch 2). Bei konstantem Wärmestrom zum Katalysator und weitgehend gleichbleibenden Umgebungsbedingungen verändert sich die Tem peratur stromab des Katalysators bei konstantem Summenlambda nur in Abhängigkeit von den durch katalytische Reaktion im Katalysator in exoterme Energie umwandelbaren Abgasbestand teile. Steigt beispielsweise mit zunehmender Streuung der Einzelzylinder-Lambdawerte, d. h. mit zunehmender Lambda- Ungleichstellung, die CO-Konzentration, die HC-Konzentration oder gleichzeitig die HC-Konzentration und der Sauerstoffge halt im Abgas an, wobei das Summenabgas natürlich dem Wert Lambda = 1 beibehält, führt dies zu einer gesteigert exother men Konvertierungsreaktion im Katalysator, die sich in einer Temperaturerhöhung stromab des Katalysators auswirkt.

Das Grundprinzip der Erfindung, wonach die Beeinflussung der Zylinder individuellen Einspritzmenge bei gleichzeitig kon stantem Summenlambda die Abgaszusammensetzung vor und nach dem Katalysator so beeinflusst, dass mittels eines Gütekriteriums, nämlich dem lokalen Minimum eines Abgasparameters, bei einer Variation des Zylinder individuellen Lambda-Wertes ein Optimum bezüglich Abgaszusammensetzung und der Katalysator konvertierungseigenschaften erreicht wird, kann auch unter Rückgriff auf andere Abgasparameter als die Temperatur er reicht werden. Beispielsweise zeigt auch die NO_x-Konzen tration im Abgas stromab eines Katalysators genau dann ein Maximum, wenn alle Zylinder genau mit stöchimetrischen Ge misch, d. h. bei Lambda = 1 betrieben werden. Während die Verwendung der Temperatur als Abgasparameter nur besonders geringen Aufwand erfordert, hat die Verwendung von NO_x den Vorteil, dass die Einflüsse der Umgebung hinsichtlich der Ab gastemperatur keine Rolle spielen. Die Verwendung von NO_x als Abgasparameter zum Durchführen der Lambda-Gleichstellung (vergl. Anspruch 3) ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dieser Parameter bei der Regelung der Brennkraftmaschine ohnehin erfasst wird, da dann kein zusätzlicher Sensor nötig ist. Die Verwendung dieser Ab gaskomponenten hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Lambda-Gleichstellung mit schlechterem Konvertierungsverhal ten des Katalysators besser wird, da ein z. B. durch Alterung verschlechterter Katalysator die Ausbildung des Minimums bei Lambda-Gleichstellung aller Zylinder verdeutlicht, d. h. das Minimum ist leichter aufzufinden. Dieser Sachverhalt ist re lativ ungewöhnlich, da normalerweise mit schlechterem Kataly satorverhalten die Abgasregelung, zu der auch die Lambda- Gleichstellung zählt, schwieriger wird.

Bei einer Brennkraftmaschine mit mehr als zwei Zylindern kön nen die Zylinder nacheinander paarweise gleichgestellt wer den (Anspruch 4). Bei einer Drei-Zylinderbrennkraftmaschine wird zuerst ein Zylinderpaar gleichgestellt und dann der Dritte mit einem Zylinder des Paares abgeglichen. Nach mindestens zwei, höch stens drei Durchläufen sind dann alle Zylinder der Brennkraftmaschine Lambda gleichgestellt. Bei einer Vierzylinder- Brennkraftmaschine wird zuerst ein Zylinderpaar und dann das verbleibende Zylinderpaar gleichgestellt. Dann wird jeweils ein Zylinder der beiden Paare hinsichtlich des Lambda-Wertes abgeglichen. Nach mindestens drei und maximal sechs Durchläu fen ist eine vollständige Lambda-Gleichstellung erreicht. Bei einer Fünfzylinder-Brennkraftmaschine wird zuerst ein Zylin derpaar, dann ein weiteres Zylinderpaar, das aus den verblei benden drei Zylindern ausgewählt wird, abgeglichen und dann der verbleibende letzte Zylinder mit einem der vier bereits abgeglichenen. In einem letzten Schritt wird die so gleich gestellte Dreiergruppe mit dem verbliebenen Zylinderpaar ega lisiert. Somit kann nach mindestens vier und maximal zehn Ab gleichschritten eine Fünfzylinder-Brennkraftmaschine hin sichtlich des Lambda-Wertes gleichgestellt werden. Bei diesen mehrfachen Durchläufen muss natürlich, wenn ein Zylinder ei nes Paares verändert wird, der andere Zylinder bei der Verän derung entsprechend berücksichtigt werden, damit die Gleich stellung zwischen dem Zylinderpaar erhalten bleibt.

In der Regel wird das aufzufindende lokale Minimum des Abgas parameters relativ schwach ausgeprägt sein. Dies ist, wie ausgeführt, insbesondere bei neuwertigen Brennkraftmaschinen mit noch nicht durch Alterung verschlechterten Katalysatoren der Fall. Um das Auffinden dieses Minimums zu erleichtern, ist es in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung des halb vorgesehen, mehrere unterschiedliche Vertrimmungen der Kraftstoffversorgung für dieselben zwei Zylinder durchzufüh ren, um diejenige Vertrimmung aufzufinden, bei der der Abgas parameter das lokale Minimum zeigt (vergl. Anspruch 5). Hierbei kann an ein Gra dientenverfahren gedacht werden, das dem Gradienten des Ab gasparameters folgt, bis das lokale Minimum erreicht ist. Alternativ zu einem solchen Gradientenverfahren ist es möglich, eine lineare Näherung vorzunehmen.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist es deshalb vorzusehen, in einer ersten Vertrimmung die Kraftstoffversorgung der zwei Zylinder zuerst durch Anreicherung (Anfettung) des Gemisches des ersten der zwei Zylinder und gleichzeitige Abmagerung des Gemisches des zweiten der zwei Zylinder zu vertrimmen und einen zuge ordneten ersten Messwert des Abgasparameters zu ermitteln, und dann eine gegensinnige zweite Vertrimmung der Kraftstoff versorgung durchzuführen und einen zugeordneten zweiten Mess wert des Abgasparameters zu ermitteln sowie dann aus erstem und zweitem Messwert diejenige Vertrimmung zu bestimmen, bei der der Abgasparameter das lokale Minimum zeigt (Anspruch 6). Bei diesem Vorgehen lässt sich eine lineare Approximation an das Minimum erreichen.

Eine höhere Genauigkeit bei allerdings etwas erhöhtem Rechen aufwand kann erreicht werden, wenn der Funktionsverlauf des Abgasparameters in der Nähe des lokalen Minimums genauer be kannt ist. Untersuchungen haben ergeben, dass es sich hierbei oft um eine Parabelform handelt. Es kann deshalb zur exakte ren Gleichstellung angebracht sein, mit erstem und zweitem Messwert eine Parabelapproximation durchzuführen (vergl. Anspruch 7). Gegebenen falls muss noch ein weiterer Messwert bei einer dritten Ver trimmung erzeugt werden, um das Verfahren hinsichtlich der Genauigkeit zu verbessern oder des Rechenaufwandes zu verein fachen.

Durchläuft die Brennkraftmaschine einen stark dynamischen Be triebszustand, d. h. eine Betriebsphase mit stark wechselnden Betriebsparametern, z. B. wechselnder Last und/oder wechseln der Drehzahl, kann mitunter die Lambda-Gleichstellung relativ schwierig bzw. durch Störeinflüsse gestört sein. Es ist des halb in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorge sehen, die Vertrimmung nur dann vorzunehmen, wenn Betriebspa rameter der Brennkraftmaschine innerhalb bestimmter Rahmen werte liegen und somit ausreichend stationäre Betriebsbedin gungen gesichert sind (vergl. Anspruch 8).

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Blockdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Abgastrakt,

Fig. 2 die Abgastemperatur stromabwärts eines Katalysators als Funktion der Lambda-Ungleichstellung bei einem Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraft-Maschine;

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung der Fig. 2, jedoch für verschiedene Abgaskomponenten, und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ver fahrens zur Lambda-Gleichstellung.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dar stellt, die mehrere Zylinder aufweist. Der Betrieb der Brenn kraftmaschine 1 wird von einem Betriebsteuergerät 2 gesteu ert. Den (nicht dargestellten) Zylindern der Brennkraftma schine, im vorliegenden Beispiel handelt es sich um vier Zy linder, teilt ein Kraftstoff-Zufuhrsystem 3, das im vorlie genden Beispiel als Einspritzanlage ausgebildet ist, unter Ansteuerung des Betriebsteuergerätes 2 Kraftstoff zu. Die bei der Verbrennung in der Brennkraftmaschine entstandenen Abgase strömen in einen Abgastrakt 4, in dem sich ein Katalysator 5 befindet, der Drei-Wege-Eigenschaften hat. Der Katalysator 5 hat bei einem Lambda-Wert λ₀ optimale Wirkung. λ₀ kann je nach Katalysator zwischen 0,99 und 1 liegen.

Zum Lambda-geregelten Betrieb der Brennkraftmaschine 1, der für optimale Drei-Wege-Wirkung des Katalysators 5 erforder lich ist, ist stromaufwärts des Katalysators 5 eine Lambdasonde 7 vorgesehen, die ihre Messwerte über nicht näher bezeichnete Leitungen an das Betriebssteuergerät 2 abgibt. Stromabwärts des Katalysators 5 befindet sich ein die Tempe ratur des Abgases erfassender Temperaturfühler 6, der seine Messwerte ebenfalls über nicht näher bezeichnete Leitungen einem im Betriebssteuergerät 2 vorgesehenen Gleichstellungs regler 8 zuführt. Das Betriebssteuergerät 2 erhält ferner die Messwerte weiterer Messaufnehmer, insbesondere für die Dreh zahl, Last, usw. Mit Hilfe dieser Messwerte steuert das Be triebssteuergerät 2 den Betrieb der Brennkraftmaschine 1.

Der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgt dabei in einer Lambda-Regelung so, dass das den Sauerstoffgehalt im Rohabgas anzeigende Signal der Lambdasonde 7 im Mittelwert einen vor bestimmten Signalpegel entspricht, der Lambda = 1 zugeordnet ist.

Die Lambdasonde 7 erhält im Abgastrakt 4 das Gemisch aus den Teilabgasströmen der vier Zylinder der Brennkraftmaschine 1. Sie zeigt deshalb einen Wert an, der dem mittleren Lambda- Wert der Verbrennungen in den einzelnen Zylindern entspricht. Dieser Wert wird im folgenden als Summen-Lambda bezeichnet. Das Betriebssteuergerät 2 regelt den Betrieb der Brennkraft maschine nach diesem Summen-Lambda. Einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine 1 können deshalb, je nach Abweichungen Ihrer Kraftstoffversorgung von konstruktiv vorgesehenen Verhal ten, bei einem Lambda-Wert betrieben sein, der von 1 ab weicht. Die Regelung auf das Summen-Lambda garantiert jedoch, dass solche Abweichungen über alle Zylinder zu null gemittelt werden.

Um nun die Lambda-Ungleichheit der einzelnen Zylinder, die aus erwähnten Gründen trotz des korrekten Summen-Lambdas ge geben ist, bewirkt der Gleichstellungsregler 8 eine solche Vertrimmung des Kraftstoffzufuhrsystems 3 für die einzelnen Zylinder, das nicht nur das Summen-Lambda den Wert 1 annimmt, sondern dass jeder Zylinder der Mehrzylinder-Brennkraft maschine 1 mit einem Lambda = 1 entsprechenden Gemisch be trieben wird. Dazu wird in einer ersten Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellte Zusammenhang zwischen Lambda- Abweichungen und Temperatur des Abgases am Temperaturfühler 6 stromabwärts des Katalysators 5 ausgenutzt.

Bei konstantem Wärmestrom zum Katalysator durch das Abgas verändert sich die Temperatur am Temperaturfühler 6 in Abhän gigkeit der durch katalytische Reaktion im Katalysator in exoterme Energie umwandelbaren Abgasbestandteile.

In Fig. 2 ist die Temperaturänderung ΔT als Funktion der Lambda-Variation Δλ_Z als Temperaturkurve 10 dargestellt. Die Lambda-Variation Δλ_Z ist dabei die Lambda-Abweichung eines einzelnen Zylinders der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 vom Sollwert Lambda = 1. Zur Aufnahme der Temperaturkurve 10 wur de der Lambda-Wert eines Zylinders abweichend vom Sollwert variiert. Die Abweichung ist als Δλ_Z aufgetragen. Bei dieser Variation wurde allerdings das Summen-Lambda der Mehrzylin der-Brennkraftmaschine 1 konstant gehalten, d. h. Kraftstoff mehr- oder -mindermengen, die zur Erzeugung der Lambda- Variation Δλ_Z dem Zylinder beaufschlagt wurden, wurden insge samt gegensinnig bei den anderen Zylindern als Kraftstoffmin der- oder -mehrmengen berücksichtigt.

Der Verlauf der Temperaturkurve 10 ist in der Tatsache be gründet, dass die Exothermie der Konvertierungsreaktion im Katalysator 5 mit steigender Lambda-Abweichung zwischen den Zylindern zunimmt, auch wenn das Summen-Lambda konstant den Wert Lambda = 1 hat.

Der nahezu parabelförmige Verlauf der Temperaturkurve 10 mit einem Minimum bei verschwindender Lambda-Variation Δλ_Z, d. h. dann, wenn der betrachtete Zylinder genau mit Lambda = 1 be trieben wird, wird im in Fig. 4 schematisch dargestellten Verfahren zur Zylindergleichstellung ausgenutzt. Dabei werden jeweils zwei Zylinder gegeneinander bewusst ungleich ge stellt, um das lokale Minimum der Temperaturkurve 10 aufzu finden. Bei einer Kraftstoffversorgung, bei der der Tempera turfühler 6 einem dem lokalen Minimum der Temperaturkurve 10 entsprechenden Wert anzeigt, sind die zwei Zylinder, die zur Auffindung des Temperaturminimums durch bewusste Ungleich stellung verwendet wurden, hinsichtlich Ihres Lamda-Wertes gleichgestellt; sie müssen jedoch nicht beide mit Lambda = 1 entsprechendem Gemisch versorgt sein. Dies ist erst dann er reicht, wenn alle Zylinder paarweise gegeneinander gleichge stellt wurden und zugleich die Randbedingung eingehalten ist, dass das Summen-Lambda immer Lambda = 1 entspricht, da dann zwangsläufig alle Zylinder individuell bei Lambda = 1 betrie ben werden.

Beim Geichstellungsverfahren wird in einem Schritt S1 das Verfahren gestartet. In einem Schritt S2 wird abgefragt, ob stationäre Bedingungen vorliegen, d. h. ob die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere Drehzahl und Last, anzeigen, dass stationäre Bedingungen vorliegen. Dazu können die zeitlichen Änderungen dieser Parameter geeignet ausgewer tet werden. Liegen keine stationären Bedingungen vor (N- Verzweigung) wird vor Schritt S2 zurückgesprungen. Liegen stationäre Bedingungen vor, werden zuerst zwei Zylinder aus gewählt.

Dabei wird zur folgenden Beschreibung exemplarisch von fol gender Konfiguration ausgegangen: Zylinder Z1 mager, Zylinder Z2 fett, Zylinder Z3 mager und Zylinder Z4 exakt Lambda = 1. Daß diese Konfiguration exemplarisch nur der Beschreibung halber gewählt ist und auch andere Konfigurationen zum ge wünschten Ergebnis führen, wird später noch erläutert werden.

Dann wird in einem Schritt S3 die Temperatur T_nK0 mit dem Temperaturfühler 6 gemessen und dann gespeichert.

Nun wird in einem Schritt S4 die Kraftstoffversorgung für Zy linder Z1 gegenüber Zylinder Z2 vertrimmt (Z1+ und Z2-). Die Kraftstoffversorgung der Zylinder Z3 und Z4 bleibt unverän dert. Damit das Summen-Lambda weiter den Wert 1 behält, wird die dem Zylinder Z1 vorenthaltene Kraftstoffmasse dem Zylin der Z2 zusätzlich zugeführt (Σλ = 1). Die Konfiguration der Zylinder ist in Schritt S4 dann also: Zylinder Z1 verstärkt mager, Zylinder Z2 verstärkt fett, Zylinder Z3 unverändert mager, Zylinder Z4 unverändert Lambda = 1.

In einem darauffolgenden Schritt S5 wird wiederum mittels des Temperaturfühlers 6 die Temperatur gemessen und als Wert T_nK1 abgelegt.

Im nächsten Schritt S6 wird nun die Kraftstoffversorgung für die Zylinder Z1 und Z2 in entgegengesetzter Richtung verän dert, d. h. gegenüber der Ausgangskonfiguration wird dem Zy linder Z1 eine zusätzliche Kraftstoffmasse zugeführt und dem Zylinder Z2 eine entsprechende Kraftstoffmasse vorenthalten. Somit liegt in Schritt S6 folgende Konfiguration vor: Zylin der Z1 weniger mager, Zylinder Z2 weniger fett, Zylinder Z3 unverändert mager und Zylinder Z4 unverändert Lambda = 1. Die sich dabei einstellende Temperatur T_nK2 am Temperaturfühler 6 wird ebenfalls erfasst und abgespeichert.

Die drei Temperaturen T_nK0. . .2 mit den jeweils zugeordneten Vertrimmungen entsprechen drei Punkten auf der Temperaturkur ve 10 der Fig. 2. Man kann somit in einem Schritt S8 diejeni gen Kraftstoffmassen m1 und m2 als Funktion der gemessenen Temperaturen ermitteln, bei denen das Minimum der Temperatur kurve 10 erreicht ist. Dann sind beide Zylinder Z1 und Z2 hinsichtlich Ihres Lambda-Wertes aufeinander abgeglichen. Diese Kraftstoffmassen, die auch als ein Korrekturfaktor vor liegen können, der zylinderindividuell bei der Ansteuerung der Kraftstoffzufuhr 3 berücksichtigt werden muß, bewirkt, daß beide Zylinder Z1 und Z2 exakt denselben Lambda-Wert wäh rend der Verbrennung haben.

Da bei den Veränderungsschritten S4 und S6 sowie bei Start des Verfahrens S1 das Summen-Lambda konstant Lambda = 1 ein hielt, wäre bei einer Zwei-Zylinderbrennkraftmaschine nach Schritt S8 eine absolute Gleichstellung beider Zylinder auf Lambda = 1 erreicht. Da es sich bei der Brennkraftmaschine 1 im vorliegenden Fall aber um eine Vierzylinder-Brennkraft maschine handelt, ist nach Schritt S8 noch keine absolute Gleichstellung erreicht.

Es wird deshalb in einem Schritt S9 abgefragt, ob alle Zylin der der Brennkraftmaschine gegeneinander gleichgestellt wur den. Dies ist im vorliegenden Fall nicht gegeben, weshalb zum Schritt S2 zurückgesprungen wird. (N-Verzweigung), wobei zuvor noch in einem Schritt S10 ein neues Zylinderpaar ausgewählt wird. Dabei wird einer der bereits gleichgestellten Zylinder mit einem der bislang noch nicht behandelten Zylinder kombi niert, beispielsweise die Zylinder Z2 und Z3.

Werden anschließend die Zylinder Z3 und Z4 in einem erneuten Durchlauf durch die Schritte S2 bis S8 gleichgestellt, ist, wenn zugleich die Rahmenbedingung, dass das Summen-Lambda den Wert 1 behalten muss, eingehalten wurde, eine komplette abso lute Gleichstellung aller Zylinder erreicht.

Welches Zylinderpaar zuerst der Vertrimmung unterzogen wird und dadurch gegeneinander gleichgestellt wird, ist für die Durchführung des Verfahrens unbeachtlich, solange die Ver trimmung eine Temperaturänderung bewirkt. Dies ist nur dann nicht der Fall, wenn beide Zylinder schon gleichgestellt sind. Diese Konfiguration kann aber relativ einfach daran er kannt werden, dass die Temperatur T_nK0 gleich der Temperatur T_nK1 ist. In einem solchen Fall wird ein Zylinder des Zylin derpaares zu wechseln sein. Die diesbezügliche Abfrage zwi schen den Schritten S5 und S6 ist der besseren Übersichtlich keit halber in Fig. 4 nicht eingezeichnet.

Das beschriebene Verfahren bietet eine Möglichkeit, das loka le Minimum der Temperaturkurve 10 aufzufinden. Die Genauig keit lässt sich steigern, wenn nicht nur drei Temperaturen T_nK0. . .2 bei entsprechenden Vertrimmungen eines Zylinderpaa res erzeugt werden, sondern mehr, z. B. vier. Hierzu kann ei ne entsprechende, in Fig. 4 gestrichelt dargestellte, Schleife vorgesehen werden, um mehr als drei Vertrimmungen vorzu nehmen und die zugeordneten Temperaturen zu erfassen und so eine genauere Auffindung des lokalen Minimums der Temperatur kurve 10 zu ermöglichen.

In einer Abwandlung des Verfahrens zur Zylindergleichstellung kann statt der mit dem Temperaturfühler 6 erfassten Tempera tur stromabwärts des Katalysators 5 auch die Temperatur des Katalysators selbst verwendet werden, da diese die gleiche Abhängigkeit von der Lambda-Gleichstellung, wie die Tempera turkurve 10, aufweist.

In einem alternativen Verfahren ist es auch möglich, anstelle der Temperatur stromabwärts des Katalysators 5 eine Konzen tration einer Abgaskomponente zur Lambda-Gleichstellung zu verwenden, die bei Lambdagleichgestellten Zylindern ein Ex tremum aufweist. Ein Beispiel für solche Abgaskomponenten ist die NO_x-Konzentration.

Die NO_x-Konzentration in unbehandeltem Roh-Abgas einer Brenn kraftmaschine steigt zwar in der Umgebung von Lambda = 1 kon tinuierlich mit steigenden Lambda-Werten an, bedingt durch die in Fig. 3 dargestellte Abhängigkeit des Konvertierungs grades η des Katalysators 5 von der Lambda-Variation Δλ_Z, hat die NO_x-Konzentration stromab des Katalysators 5 eine ähnli che Abhängigkeit von der Lambda-Variation wie die Temperatur kurve 10 mit einem lokalen Maximum bei Lambdagleichgestellten Zylindern, d. h. bei verschwindender Lambda-Variation Δλ_Z.

Alternativ zur Verwendung der Temperatur kann somit die NO_x- Konzentration verwendet werden, um eine Zylindergleichstel lung hinsichtlich des Lambda-Wertes zu erreichen. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist natürlich ein NO_x-Sensor strom ab des Katalysators 5 erforderlich.

Ein die NO_x-Konzentration verwendendes Verfahren zur Lambda- Gleichstellung durchläuft somit ebenfalls die Schritte S1 bis S10 der Fig. 4, wobei in den Schritten S3, S5 und S7 nun nicht mehr Temperaturen gemessen und gespeichert werden, son dern NO_x-Konzentrationen.

Claims

1. Verfahren zur Lambda-Gleichstellung bei einer auf Lambda = 1 geregelten, einen Katalysator im Abgastrakt auf weisenden Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei dem
fortlaufend im Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromab wärts des Katalysators oder am Katalysator ein Abgaspara meter erfasst wird, der ein lokales Extremum zeigt, wenn die Verbrennung in allen Zylindern bei Lambda = 1 er folgt, und
die Kraftstoffversorgung bei jeweils zwei Zylindern durch gleichzeitige Anreicherung des Gemisches für den einen und Abmagerung für den anderen Zylinder vertrimmt wird, wobei
die Vertrimmung so gewählt ist, dass das zusammengeführte Abgas beider Zylinder einem Abgas einer Verbrennung von gemittelt Lambda = 1 entspricht, und
die Vertrimmung so eingestellt wird, dass der Abgaspara meter maximiert oder minimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abgasparameter die Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abgasparameter die NO_x-Konzentration im Abgas ist.

4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche zur Lambda- Gleichstellung bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens drei Zylindern, bei dem alle Zylinder nacheinander paarweise gleichgestellt werden.

5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem meh rere unterschiedliche Vertrimmungen durchgeführt werden, um diejenige Vertrimmung der Kraftstoffversorgung aufzufinden, bei der der Abgasparameter minimiert ist.

6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
in einer ersten Vertrimmung die Kraftstoffversorgung für die zwei Zylinder zuerst durch Anfettung des ersten der zwei Zylinder und gleichzeitige Abmagerung des zweiten der zwei Zylinder vertrimmt wird und ein zugeordneter erster Messwert des Abgasparameters ermittelt wird,
dann eine gegenseitige zweite Vertrimmung der Kraft stoffversorgung für die zwei Zylinder durchgeführt wird und eine zugeordneter zweiter Messwert des Abgasparame ters ermittelt wird und
aus erstem und zweitem Messwert diejenige Vertrimmung ermittelt wird, bei der der Abgasparameter das lokale Minimum zeigt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Ermittlung der Vertrimmung aus dem ersten und dem zweiten Messwert durch ei ne Parabelapproximation erfolgt.

8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Vertrimmung nur vorgenommen wird, wenn Betriebsparameter der Brennkraftmaschine innerhalb bestimmter Rahmenwerte liegen und stationären Betrieb der Brennkraftmaschine anzeigen.