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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Aus der
DE 103 05 656 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ausgehend von dem Vergleich einer ersten zylinderspezifischen Größe, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisiert, mit einem Sollwert für diese Größe eine Stellgröße eines Stellelements zur Beeinflussung wenigstens einer Stellgröße verwendet wird. Zur Bildung der Größe wird das Ausgangssignal eines Körperschallsensors verwendet. Ausgehend von dem Signal eines Körperschallsensors wird dort ein Merkmal gewonnen, dass auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird.
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Aus der
DE 101 59 017 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Wenigstens ein Sensor dient zur Erfassung einer ersten Größe, die den Druck im Brennraum wenigstens eines Zylinders charakterisiert. Ausgehend von dieser ersten Größe wird ein zweite Größe ermittelt, die den Verlauf der Verbrennung charakterisiert. Diese zweite Größe dient zur Steuerung und/oder Regelung von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine.
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Die
DE 197 09 395 C2 beschreibt eine Klopfregelung in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen. Jeweils einer Gruppe von Zylindern ist ein Klopfsensor zugeordnet, der die Klopfsignale aller Verbrennungen in den Zylindern einer Gruppe erfaßt und einer Auswerteeinheit zuführt. Ein Steuergerät legt die Steuergrößen der Zündung zylinderselektiv fest.
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Die
DE 40 00 220 A1 beschreibt eine Kraftstoffsteuerung für einen Verbrennungsmotor. Diese weist einen Lufttemperatursensor in einem Luftansaugrohr und einen Zylinderdrucksensor auf. Eine Steuereinheit berechnet die Luftmasse in jedem Zylinder auf Basis der gemessenen Ansauglufttemperatur und des Zylinderdruckes und steuert die Kraftstoffeinspritzung des Motors, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis zu erreichen.
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Zylinderspezifische Größen, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisieren können auch ausgehend von einem Brennraumdrucksensor gewonnen werden. Ausgehend von einem Körperschallsensor und/oder einem Brennraumdrucksensor können verschiedene Merkmale, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisierend gewonnen und zur Regelung verwendet werden.
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Zukünftig werden bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen, sogenannte homogene und/oder teilhomogene Brennverfahren eingesetzt, um die Partikel- und Stickoxidemissionen deutlich reduzieren zu können. Zur Einhaltung der Emissionen, Geräusche und der Verbrauchsvorgaben ist die exakte Einhaltung eines vorgegebenen Brennverlaufs notwendig. Hierzu wird wie im obigen Stand der Technik beschrieben, ausgehend von einer Zylinderdruckmessung und/oder einer Körperschallmessung eine Kenngröße, die den Brennverlauf charakterisiert im folgenden bestimmt. Diese Kenngröße wird im folgenden auch als Merkmal bezeichnet.
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Die Sensorik und Signalaufbereitung, insbesondere zur Erfassung der Druckgrößen, ist aufwendig und kostenintensiv. Es stellt sich daher die Aufgabe, die Kosten zu minimieren, wobei gleichzeitig die Vorteile einer entsprechenden Regelung und/oder Steuerung beibehalten werden.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass anstelle eines Sensor bei jedem Zylinder nur an einem Zylinder, der im folgenden als Leitzylinder bezeichnet ist, ein entsprechender Sensor angeordnet ist. Ausgehend von diesem einen Sensor wird ein entsprechendes Merkmal für diesen Leitzylinder gewonnen und zur Regelung und/oder Steuerung verwendet. Mittels einer Ausgleichsfunktionalität werden die anderen Zylinder an diesen Leitzylinder angepasst. Hierzu werden ausgehend von wenigstens einer zweiten Größe mittels der Ausgleichsfunktionalität Abweichungswerte ermittelt. Diese charakterisieren die Abweichung des jeweiligen Zylinders vom Leitzylinder.
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Dies bedeutet, der Leitzylinder unterliegt einer Brennverlaufsregelung, die entweder auf dem Zylinderdrucksignal oder einem Körperschallsignal basiert. Durch die Verwendung weiterer Sensoren, wie beispielsweise der Drehzahl und/oder eines Lambdasignals werden die Abweichungen der anderen Zylinder vom Leitzylinder erfasst und ausgehend von dieser ermittelten Abweichung werden durch geeignete Ausgleichsfunktionen zylinderindividuelle Stellereingriffe an den übrigen Zylindern vorgenommen. Diese Ausgleichsfunktion kann vorteilhafterweise auch ausgehend von anderen Messgrößen und/oder aus den Messgrößen abgeleiteten Größen erfolgen.
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Die Anpassung abhängig von den Abweichungswerten kann unterschiedlich ausgestaltet sein. So kann vorgesehen sein, dass zylinderindividuelle Eingangsgrößen der Steuerungen, wie beispielsweise der Drehmomentsollwert und oder der Ansteuerbeginnsollwert, additiv und/oder multiplikativ korrigiert werden. Alternativ kann auch vorgesehen, dass die Abweichungswerte als weitere Eingangsgrößen den Steuerungen zugeführt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine sogenannte AQ50-Regelung erfolgt, d. h. es wird der Kurbelwellenwinkel ermittelt, bei dem 50% der gesamten in der Verbrennung umgesetzten Energie freigesetzt worden ist. Diese Winkellage wird auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass nicht ein, sondern mehrere Leitzylinder verwendet werden. So kann beispielsweise bei V-Motoren vorgesehen sein, dass mehrere Zylinder zu einer sogenannten Bank zusammengefasst werden, wobei jeder Bank von Zylindern ein Leitzylinder zugeordnet ist.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen die 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und 2 und 3 verschiedene über dem Ansteuerbeginn und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge aufgetragene Signale.
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In 1 ist eine Brennkraftmaschine mit 100 bezeichnet. Diese beinhaltet wenigstens einen sogenannten Leitzylinder 101. Die übrigen Zylinder sind mit 102 bezeichnet. Der Leitzylinder 101 ist dadurch ausgezeichnet, dass ihm ein Sensor 105 zugeordnet ist, der ein den Verbrennungsverlauf charakterisierendes Signal abgibt.
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Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Sensor, der den Druck im Brennraum des Leitzylinders erfasst. Alternativ zu dem Brennraumdrucksensor können auch andere Sensoren verwendet werden, ausgehend von deren Signalen ähnliche Merkmale abgeleitet werden können. Beispielsweise kann ein Körperschallsensor eingesetzt werden.
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Des weiteren ist ein erster Sensor 110 vorgesehen, der ein Drehzahlsignal N bereitstellt. Ein zweiter Sensor 120 liefert ein Signal L bezüglich der Sauerstoffkonzentration im Abgas.
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Den übrigen Zylindern 102 ist eine erste Steuerung 130 zugeordnet, die die Einspritzung von Kraftstoff in die übrigen Zylinder 102 steuert. Dem Leitzylinder 101 ist eine zweite Steuerung 135 zugeordnet, die die Einspritzung in den Leitzylinder steuert. Die Steuerung 130 und 135 beinhalten wenigstens eine Beeinflussung des Beginns der Kraftstoffeinspritzung. Üblicherweise ist ferner eine Beeinflussung der Dauer der Kraftstoffeinspritzung vorgesehen. Des weiteren ist eine Luftsystemsteuerung 140 vorgesehen, die die Luftmenge, die den einzelnen Zylindern zugeführt wird, steuert.
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Eine Ansteuerbeginnsollwertvorgabe 150 gibt einen Sollwert ABS vor, der den gewünschten Ansteuerbeginn der Einspritzung charakterisiert, an die erste und zweite Steuerung. Eine Drehmomentsollwertvorgabe 160 gibt einen Sollwert MS für das gewünschte Drehmoment an die Steuerungen 130 und 135. Das Signal ABS gelang über eine Auswahl 198 und einen Verknüpfungspunkt 199 zu der ersten Steuerung 130. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 198 liegt ein Ausgangssignal DAB von einer Brennverlaufsgleichstellung 190.
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Ausgehend von dem um den Korrekturwert DAB korrigierten Ansteuerbeginnsollwert ABS und dem Drehmomentsollwert MS berechnen die erste Steuerung 130 und die zweite Steuerung 135 Ansteuersignale für Steller im Bereich der einzelnen Zylinder zur Festlegung des Einspritzbeginns und/oder des Einspritzendes und damit der Einspritzmenge. Des weiteren steuert die Luftsystemsteuerung 140 die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge.
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Eine Merkmalsberechnung 170 berechnet ausgehend von dem Signal PZ des Sensors 105 ein Merkmal AQ50, das den Ist-Verbrennungsverlauf charakterisiert. Dieses Signal AQ50 gelangt zu einem Verknüpfungspunkt 171 an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal eine AQ50-Sollwertvorgabe 172 anliegt. Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 171, das die Differenz zwischen AQ50-Sollwertvorgebe und AQ50 darstellt, wird ein AQ50-Regler 175 beaufschlagt. Das Ausgangssignal des AQ50-Reglers 175 gelangt über einen Verknüpfungspunkt 176 zu der zweiten Steuerung 135, die die Einspritzung in den Leitzylinder steuert.
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An dem zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 176 liegt das Ausgangssignal ABS der Ansteuerbeginnsollwertvorgabe 150. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des AQ50-Reglers 175 und das Ausgangssignal der Ansteuerbeginnsollwertvorgabe 150 über eine Auswahl 198 zu dem Verknüpfungspunkt 199 und dann zu der ersten Steuerung 130 gelangt.
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Das Ausgangssignal L des Sensors 120 gelangt über eine erste Aufbereitung 180 zu der Brennverlaufsgleichstellung 190. Entsprechend gelangt das Ausgangssignal N des Sensors 110, wenn über eine Drehzahlaufbereitung 185 ebenfalls zur Brennverlaufsgleichstellung 190. Mit dem Ausgangssignal DM der Brennverlaufsgleichstellung wird zum einen die erste Einspritzsteuerung und das Ausgangssignal MS der Drehmomentsollwertvorgabe 160 über den Verknüpfungspunkt 195 beaufschlagt. Ferner gelangt das Ausgangssignal DM über ein Summenglied 196 zur Luftsystemsteuerung 140. Die Größen DM und DAB entsprechen den Abweichungswerten, die die Abweichung der einzelnen Zylinder vom Leitzylinder charakterisieren.
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Ausgehend von dem Sollwert ABS des Ansteuerbeginns und dem Sollwert MS für das Drehmoment berechnet die erste Steuerung 130 und die zweite Steuerung 135 den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge, die die entsprechenden Zylinder zumessen sollen. Um eine genaue Steuerung zu erzielen, ist dem Leitzylinder 101 ein Brennraumdrucksensor 105 zugeordnet. Die Merkmalsberechnung 170 berechnet ausgehend von dem Signal PZ des Sensors 105 ein Merkmal AQ50, dass den Verbrennungsverlauf charakterisiert.
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Als Merkmal AQ50 können verschiedene aus dem Brennraumdrucksignal und/oder aus dem Körperschallsignal abgeleitete Größen verwendet werden. So werden insbesondere die Winkellage, bei der bestimmte Prozentsätze der bei der gesamten in der Verbrennung umgesetzten Energie freigesetzt worden sind, verwendet. So kann beispielsweise ein Prozentsatz von ca. 10 bis 20% als Brennbeginn verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Winkellage, bei der 50% der Energie umgesetzt wurden, diese Winkellage dient zur Charakterisierung der Verbrennungsschwerpunktes. Der Prozentsatz im Bereich von 70 bis 90% kann als Verbrennungsende verwendet werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Merkmal aus dem Energieumsatz, also aus einer aus dem Druckverlauf abgeleiteten Größe wie z. B. dem Heizverlauf, gewonnen wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Merkmal ausgehend von dem Heizverlauf die echte Schwerpunktlage, das heißt der geometrische Flächenschwerpunkt des Heizverlaufes, ermittelt wird. Ferner kann das Maximum der Energieumsatzrate dQmax bzw. prozentuale Schwellwerte, wie z. B. 50% dQmax, als Merkmal verwendet werden. Alle Prozentanteile können sich auf die Gesamtverbrennung eines Zyklus und/oder auf Teilverbrennungen beziehen. Alternativ können auch aus dem Druckverlauf direkt ableitbare Merkmale zur Anwendung kommen. Dies sind zum Beispiel die Lage des Druckmaximums, die Lage des Differenzdruckmaximums, das heißt die Differenz zwischen Druck im gefeuerten Betrieb und Kompressionsdruck, die Lage des Druckgradientenmaximums und prozentuale Schwellen von Druckverhältnissen zwischen Druck und Schleppdruck.
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Dieses so gewonnene Merkmal AQ50 wird mit einem entsprechenden Sollwert der Sollwertvorgabe 172 verglichen und die Regelabweichung dem AQ50-Regler 175 zugeführt. Dieser Regler ermittelt den Korrekturwert, mit dem der Ansteuerbeginn und/oder die Einspritzmenge derart zu korrigieren ist, dass der entsprechende Sollwert erreicht wird.
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Bei einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ausgehend von dem AQ50-Regler 175 lediglich die Ansteuerung des Leitzylinders verändert wird. Bei einer zweiten Alternative ist vorgesehen, dass bei allen Zylindern ein entsprechender Stelleingriff vorgenommen wird. Das heißt, dass bei allen Zylindern die Ansteuerung um den gleichen Wert verändert wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Reglers 175 als Korrekturwert zum Sollwert ABS bzw. zum Sollwert MS hinzu addiert wird bzw. dass diese Sollwerte mit dem Ausgangssignal des Reglers korrigiert werden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass zusätzlich zur Regelung eines Merkmals, dass lediglich bei einem Zylinder erfasst wurde, durch geeignete Sensorsignale die Abweichung der übrigen Zylinder von diesem Leitzylinder erfasst wird. Als besonders geeignet haben sich dabei die Drehzahl N und/oder das Lambdasignal L erwiesen. D. h. diese entsprechenden Signale werden in der ersten Aufbereitung bzw. zweiten Aufbereitung 180 bzw. 185 derart aufbereitet, dass die Abweichungen der einzelnen Zylinder vom Leitzylinder ermittelt werden. Die Brennverlaufsgleichstellung 190 bestimmt dann Korrekturwerte DAB, mit denen die Ansteuerbeginnsollwerte ABS der einzelnen Zylinder korrigiert werden und/oder einen Korrekturwert DM für die einzelnen Zylinder mit dem das Moment MS korrigiert wird.
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Dies bedeutet, ausgehend von dem Lambda- und/oder dem Drehzahlsignal wird ein zylinderindividuelles Signal ermittelt, dass die Abweichungen der einzelnen Zylinder vom Leitzylinder angibt. Ausgehend von dieser Abweichung ermittelt dann die Brennverlaufsgleichstellung 190 für jeden Zylinder entsprechende Korrekturwerte DAB bzw. DM zur Beeinflussung der Einspritzung in diesen Zylindern. Diese Korrekturwerte geben die Abweichung des einzelnen Zylinders vom Leitzylinder an und werden auch als Abweichungswerte bezeichnet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich oder alternativ ausgehend von den einzelnen Abweichungen auf das Luftsystem eingegriffen wird. Dieser Eingriff erfolgt ebenfalls zylinderindividuell oder, wenn dies nicht möglich ist, global.
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Auf teilhomogene bzw. homogene Brennverfahren haben die Luftmenge, die vorzugsweise über die Abgasrückführrate eingestellt wird, der Einspritzbeginn bzw. der Brennbeginn und die Menge an eingespritztem Kraftstoff wesentlichen Einfluss. Wesentliche Messgrößen zur Charakterisierung des Brennvorgangs sind der Lambdawert, d. h. die Sauerstoffkonzentration im Abgas, der Zündverzug, der beispielsweise durch das Merkmal AQ50 erfasst wird, und die Drehzahl N bzw. das abgegebene Moment.
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Eine verspätete Verbrennung, d. h. ein später Brennbeginn hat bei dem homogenen Verfahren eine Verringerung des Wirkungsgrades, d. h. ein geringeres Drehmoment zur Folge. In dessen Folge sinkt die Drehzahl. Eine Erhöhung der Abgasrückführrate führt zu einer Verringerung des Sauerstoffgehaltes sowie zu einer späteren Verbrennung. Die spätere Verbrennung hat eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge.
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Entsprechend hat eine erhöhte Menge einen Drehzahlanstieg sowie eine Verringerung des Lambdasignals zur Folge. Ein späterer Ansteuerbeginn hat ebenfalls eine spätere Verbrennungslage zur Folge.
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Die gezeigten Zusammenhänge gelten sowohl für den Mittelwert aller Zylinder des Motors wie auch für jeden einzelnen Zylinder. Durch Toleranzen z. B. im Einspritzsystem oder der Abgasrückführung kommt es zwischen den einzelnen Zylindern zu Unterschieden in den Messgrößen.
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Erfindungsgemäß wird der Sauerstoffgehalt im Abgas direkt durch den zweiten Sensor 120 erfasst. Dabei ist erforderlich, dass das Signal L zeitlich so gut aufgelöst ist, dass die Lambdawerte den einzelnen Zylindern zugeordnet werden können. Das erzeugte Drehmoment wird indirekt über die hochaufgelöste Messung der Drehzahl N mittels des ersten Sensors 110 ermittelt. Durch Messung des Brennraumdrucks mittels des Sensors 105 wird die Verbrennungslage ausgehend von dem Merkmal AQ50 ermittelt.
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In 2 ist mit einer durchgezogenen Linie das erzeugte Drehmoment M sowie mit einer gestrichelten Linie der Wert L der Sauerstoffkonzentration als Funktion des Ansteuerbeginns AB bei konstanter Kraftstoffmenge aufgetragen. Ferner sind mit senkrechten gestrichelten Linien die Bereiche A, B und C markiert. Die Sauerstoffkonzentration L ist nahezu unabhängig von dem Ansteuerbeginn. Das Moment M steigt bei einer Verstellung des Ansteuerbeginns von früh in Richtung dem oberen Totpunkt an. Im Bereich des oberen Totpunkts fällt das Moment mit weiterer Verschiebung des Ansteuerbeginns nach spät ab. In den Bereichen A und C besteht ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen dem Moment und dem Ansteuerbeginn.
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Die Funktion des Drehmoments ist streng monoton und damit umkehrbar. Dies gilt insbesondere für den Bereich C und A, in dem im wesentlichen die Brennkraftmaschine im teilhomogenen Betrieb betrieben wird. D. h. aus der Drehzahl bzw. dem Drehmoment kann auf den Brennbeginn geschlossen werden.
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Die Mehrdeutigkeit, ob der aktuelle Betriebspunkt sich in dem Gebiet A oder C befindet, kann erfindungsgemäß wie folgt aufgelöst werden. Mittels des Leitzylinders wird der Absolutwert der Lage des Brennbeginns ermittelt. Üblicher Weise wird davon ausgegangen, dass für die übrigen Zylinder der Brennbeginn in einem ähnlichen Winkelbereich liegt, d. h. befindet sich der Leitzylinder im Bereich A, so befinden sich die übrigen Zylinder ebenfalls im Bereich A. Eine weitere Möglichkeit um zu erkennen, in welchem Bereich sich die Brennkraftmaschine befindet, ergibt sich durch Erkennen des Regelsinns, d. h. wird der Ansteuerbeginn in Richtung spät verschoben und steigt das Moment an, so befindet sich die Brennkraftmaschine im Bereich A, fällt sie dagegen ab, befindet sie sich im Bereich C.
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In 3 ist die Abhängigkeit des Drehmoments und der Sauerstoffkonzentration bei konstantem Ansteuerbeginn und steigender Kraftstoffmenge aufgetragen. Sowohl der Kehrwert des Lambdawertes (1/L) als auch das Drehmoment steigen, stetig monoton mit wachsender Einspritzmenge an. Dies bedeutet, ist der Betriebspunkt, der durch Drehzahl und Menge definiert ist, eines Leitzylinders bekannt, kann auf die zylinderindividuelle Abgasrückführrate und Mengentoleranzen geschlossen werden.
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In der folgenden Tabelle 1 sind alle Kombinationen der zylinderindividuellen Abweichungen bezogen auf den Leitzylinder aufgeführt, dazu ist die Auswirkung auf die Messgröße Drehzahl N und Lambda L angegeben. In der ersten Zeile ist eine zu geringe Kraftstoffmenge, in der zweiten Zeile eine normale Kraftstoffmenge und in der dritten Zeile eine zu hohe Kraftstoffmenge aufgetragen. In der ersten Spalte ist eine zu große, in der zweiten eine normale und in der dritten Spalte eine zu geringe Zylinderfüllung aufgetragen. Mit N0 bzw. L0 ist ein normaler Wert, mit N+ bzw. L+ ist ein zu hoher Wert, mit N++ bzw. L++ ist ein deutlich zu hoher Wert, mit N- bzw. L- ist ein zu kleiner Wert und mit N-- bzw. L-- ist ein deutlich zu kleiner Wert bezeichnet. Die Werte sind relativ zu dem Mittelwert aller Zylinder betrachtet.
| Kraftstoff menge | Füllung |
| + | 0 | |
| - | L++
N0 | L+
N- | L0
N-- |
| 0 | L+
N+ | L0
N0 | L-
N- |
| + | L0
N++ | L-
N+ | L--
N0 |
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Es ist zu erkennen, dass jeder Kombination von Mengen- und Füllungsfehler eine eindeutige Kombination von Messgrößen bezüglich der Drehzahl und des Lambdawerts zuordenbar ist. Ausgehend von den gemessenen Werten für Drehzahl und Lambda, wird jedem Zylinder ein Wertepaar aus Füllung und Kraftstoffmenge zugeordnet, die die Abweichung vom Leitzylinder angibt. In der dargestellten Ausführungsform wird dabei lediglich zwischen zu hohem, zu niedrigen und normalem Werten bei der Kraftstoffmenge und der Füllung unterschieden.
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Im Folgenden werden die zylinderindividuellen Möglichkeiten zur Steuerung des Brennverlaufs beschrieben. Eine Drehmomentgleichstellung in den Intervallen A und B, die im konventionellen Magerbetrieb bzw. bei einer Abgasnachbehandlung mit magerer Haupteinspritzung durchlaufen werden, erfolgt über die Stellgröße Ansteuerende bzw. Einspritzmenge. Beim teilhomogenen Brennverfahren erfolgt in der Regel eine sehr frühe Einspritzung. Die Beeinflussung des Drehmoments erfolgt in diesem Fall über den Ansteuerbeginn sowie die Einspritzmenge.
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Für den Angleich des Brennverlaufs an den Leitzylinder ist ein Drehmomentabgleich allein nicht hinreichend, da die Drehmomentkurve nicht über alle Intervalle umkehrbar ist, d. h. das gleiche Drehmoment kann im Intervall A und im Intervall B über unterschiedliche Ansteuerbeginne bei unterschiedlichen Einspritzmengen gebildet werden. Zum Abgleich des Brennverlaufs entsprechend dem Leitzylinder bestehen zwei alternative Methoden.
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Bei einem ersten Verfahren erfolgt der Abgleich sowohl über das Drehmoment als auch über das Lambdasignal. Bei der zweiten Alternative erfolgt der Drehmomentabgleich durch Beobachten des Betriebszustandes z. B. durch Vorsteuerung des Betriebspunktes und Begrenzung des Stellbereiches der Ausgleichsfunktion oder Identifikation der Streckenverstärkung bezüglich Drehmoment für jeden Zylinder im Arbeitspunkt.
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Für die erste der genannten Alternativen sind in der folgenden Tabelle 2 die zylinderindividuellen Korrektureingriffe der Stellgrößen zur Gleichstellung des Brennverlaufs angegeben. In der ersten Zeile sind die Werte für eine zu niedrige Kraftstoffmenge, in der zweiten Zeile für eine normale und in der dritten Zeile für eine zu hohe Kraftstoffmenge angegeben. In der ersten Spalte sind die Werte für eine zu hohen, in der zweiten für eine normale und in der dritten Spalte für eine zu niedrige Füllung angegeben. Mit QK0 bzw. AB0 ist ein normaler Wert für die Einspritzmenge bzw. den Ansteuerbeginn, mit QK+ ein erhöhter Wert und mit QK- ein verringerter Wert für die Einspritzmenge bezeichnet. Mit AB S ist ein in Richtung Spät und mit AB F ein in Richtung früh verschobener Wert des Ansteuerbeginns bezeichnet.
| Kraftstoffmenge | Füllung |
| + | 0 | - |
| - | QK+
AB S | QK+
AB- | QK-
AB F |
| 0 | QK+
AB S+ | QK0
AB-S | QK-
AB F |
| + | QK-
AB S | QK-
AB 0 | QK-
AB F |
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Jedem Zylinder wird ausgehend aus dem aus Tabelle 1 ausgelesenen Wertepaar für die Abweichung der Kraftstoffmenge und die Füllung ein Korrekturwert zur Anpassung der eingespritzten Kraftstoffmenge und den Ansteuerbeginn ausgelesen.
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Bei dieser Ausgestaltung ist kein zylinderindividueller Luftmengensteller vorgesehen, so dass zylinderindividuelle Luftmengenunterschiede nicht direkt ausgleichbar sind. Ihre Wirkung auf den Brennverlauf werden deshalb indirekt korrigiert. D. h. Toleranzen der Abgasrückführrate/Füllung werden durch Eingriffe auf den Ansteuerbeginn und die eingespritzte Kraftstoffmenge ausgeglichen. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Füllungsunterschiede bei entsprechender zylinderindividueller Stellerkonfiguration direkt ausgeglichen werden.
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Im Folgenden wird die mit der in 1 dargestellten Anordnung verfolgte Regelstrategie beschrieben. Ziel der Steuerung ist es, einen vorgegebenen Brennverlauf, z. B. ein bestimmtes Merkmal, auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln, d. h. an allen Zylindern einzustellen. Hierzu sind mehrere Regelstrategien möglich, dieses Ziel wird mit Hilfe eines Leitzylinders und diverser Ausgleichsfunktionen erreicht.
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Bei einer ersten Strategie wird am Leitzylinder der Zylinderdruck gemessen und das entsprechende Merkmal beispielsweise AQ50 bestimmt. Der ermittelte Istwert wird von dem AQ50-Regler 175 mit dem Sollwert verglichen und eine Stellgröße bestimmt. Der Stelleingriff des Reglers, der nur ausgehend von dem Messwert für den Leitzylinder bestimmt wurde, wird auch allen anderen Zylindern aufgeschaltet, d. h. das Ausgangssignal des AQ50-Reglers 175 gelangt, wie mit der gestrichelt eingezeichneten Linie dargestellt, über die Auswahl 198 zu den übrigen Zylindern und unmittelbar zu dem Leitzylinder 135. Das heißt, dass ausgehend von dem Vergleich einer ersten zylinderspezifischen Größe, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisiert, mit einem Sollwert für diese Größe die erste Stellgröße der ersten Stellelemente aller Zylinder anpassbar ist. Diese Regelstrategie wird vorteilhafter Weise dann angewendet, wenn der Leitzylinder repräsentativ für alle anderen Zylinder ist, d. h. der zylinderindividuelle Fehler ist geringer als motorglobale Fehler. D. h. Geberadanbaufehler, Fehler des Luftmassenmessers usw. überwiegen gegenüber zylinderindividuellen Abweichungen. Die Ausgleichsfunktionen, d. h. die Brennverlaufsgleichstellung 190 sorgen für das Einregeln des Brennverlaufs in den übrigen Zylindern.
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Bei einer zweiten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Stelleingriff des Leitzylinders nicht zur Vorsteuerung auf die anderen Zylinder verwendet wird, d. h. das Ausgangssignal des AQ50-Reglers 175 gelangt lediglich zu dem Leitzylinder. Alleine die Ausgleichsfunktionen der Brennverlaufsgleichstellung 190 erzeugen Stelleingriffe für die übrigen Zylinder 130. Vorteilhafter Weise wird diese Strategie angewendet, wenn der Leitzylinder nicht repräsentativ für alle anderen Zylinder ist, d. h. die zylinderindividuellen Fehler sind größer als motorglobale Fehler. Dies bedeutet, dass ausgehend von dem Vergleich einer ersten zylinderspezifischen Größe, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisiert, mit einem Sollwert für diese Größe nur die erste Stellgröße des ersten Stellelements des Leitzylinders anpassbar ist.
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Ferner unterscheiden sich die Regelstrategien nach dem mittleren Stelleingriff über alle Zylinder der Ausgleichsfunktionen. Dabei sind folgende alternativen Ausgestaltungen möglich. Bei einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ausgleichsfunktionen keinen Stelleingriff auf den Leitzylinder besitzen, d. h. die Brennverlaufsgleichstellung 190 wirkt lediglich auf die erste Steuerung 130 zur Beeinflussung der Stellgrößen der übrigen Zylinder 102. D. h. der Mittelwert der Eingriffe an den übrigen Zylindern 102 entspricht dem Eingriff des Leitzylinders. D. h. der Mittelwert der Stellgröße für die Zylinder 102 ist gleich der Stellgröße des Leitzylinders 101. Dies bedeutet, dass die Abweichungswerte nur für die übrigen Zylinder ermittelt werden.
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Bei der alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ausgleichsfunktion auch einen Eingriff auf den Leitzylinder ausübt, d. h. alle Zylinder werden von der Ausgleichsfunktion, d. h. von der Brennverlaufsgleichstellung 190 gleich behandelt. In diesem Fall ist vorgesehen, dass der Mittelwert der Eingriffe auf alle Zylinder dem Wert Null entspricht. D. h. im Mittel nehmen die Korrekturen der Brennverlaufsgleichstellung den Wert Null an. Dies bedeutet, dass die Abweichungswerte für alle Zylinder ermittelt werden.
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Die Stelleingriffe der Ausgleichsfunktionen sind beschränkt. Stellgrenzen ergeben sich beispielsweise aus dem Übertragungsverhalten bzw. Streckenverstärkungen für einen Eingriff, wie beispielsweise in den Intervallen in 2 dargestellt ist. Ferner ergeben sich Einschränkungen durch Geräuschemissionen, d. h. es sind nicht beliebige Verschiebungen des Einspritzbeginns nach früh oder spät möglich. Bei großen zylinderspezifischen Abweichungen können die Ausgleichsfunktionen, d. h. die Stelleingriffe der Brennverlaufsgleichstellung für einige Zylinder an die Stellgrenze gelangen. Wird die Stellgrenze erreicht, wird diese Information verwendet, um die motorglobalen Stellgrößen Abgasrückführung geeignet zu ändern. Durch die daraus folgende Offsetkorrektur kann der Stellbereich der zylinderindividuellen Eingriffe für die Ausgleichsfunktionen ausreichend sein. Diese Information wird vom Block 196 ausgehend von den zylinderindividuellern Stellgrößen der Brennverlaufsgleichstellung gewonnen und der Steuerung 140 des Luftsystems zugeführt. Dies bedeutet, dass ausgehend von den Abweichungswerten eine motorglobale Stellgröße ermittelt wird.
