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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gleichstellung von Lambda-Werten
der einzelnen Zylinder eines Verbrennungsmotors mit den Schritten: Fortlaufendes
Erfassen von Messwerten eines Abgasparameters in einem vom Abgas
aller Zylinder durchströmten
Abgasleitungsabschnitt des Verbrennungsmotors, aus einer Vielzahl
erfasster Messwerte, Bilden eines Gütemaßes der Gleichstellung von Lambda-Werten,
das bei gleichen Lambda-Werten aller Zylinder ein Extremum annimmt,
und über
wenigstens zwei verschiedene Zylinder erfolgendes Verstellen von
Lambda-Werten einzelner
Zylinder so, dass das Gütemaß das Extremum
annimmt.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die dieses Verfahren ausführt, mit
einem Steuergerät,
das fortlaufend Messwerte eines Messwertgebers erfasst, der in einem
vom Abgas aller Zylinder durchströmten Abgasleitungsabschnitt
des Verbrennungsmotors angeordnet ist und aus der Vielzahl erfasster
Messwerte das Gütemaß bildet
und über
zylinderindividuelle Lambda-Stellglieder die Verstellung der Lambda-Werte
vornimmt.
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Ein
solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der
DE 101 15 902 C1 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird als Abgasparameter eine Temperatur
im Abgas hinter einem Katalysator, oder eine NOx-Konzentration im
Abgas hinter dem Katalysator erfasst. Die
DE 101 15 902 C1 geht von der
Erkenntnis aus, dass es Abgasparameter gibt, die stromabwärts des
Katalysators nur dann einen Extremwert einnehmen, wenn nicht nur
der Mittelwert aller Abgasteilströme der einzelnen Zylinder einem Lambda-Wert
von eins entspricht, sondern wenn auch alle Abgasteilströme selbst
aus Verbrennungsvorgängen
mit Lambda = 1 stammen. Dies sei dadurch bedingt, dass der Katalysator
nur in diesem Fall optimale katalytische Wirkung zeige. Bei der Temperatur
des Abgases stromabwärts
des Katalysators handele es sich um einen besonders einfach zu erfassenden
Parameter, der sich bei konstantem Summen-Lambda nur in Abhängigkeit
von den durch katalytische Reaktionen im Katalysator in exotherme Energie
umwandelbaren Abgasbestandteilen verändert. Steige beispielsweise
mit zunehmender Streuung der Einzelzylinder-Lambda-Werte, das heißt mit zunehmender
Lambda-Ungleichstellung, die Emission von HC und CO bei gleichzeitig
steigendem Sauerstoffgehalt von Abgas an, führe dies zu einer gesteigerten
exothermen Konvertierungsreaktion im Katalysator, die sich in einer
Temperaturerhöhung stromabwärts des
Katalysators auswirke.
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Nun
ist es aber so, dass die Temperatur hinter dem Katalysator nicht
nur von exothermen Reaktionen im Katalysator, sondern auch von den
je nach Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors stark schwankenden
Abgastemperaturen vor dem Katalysator beeinflusst wird. Außerdem liegt
zwischen einem Messpunkt hinter dem Katalysator und den Auslassventilen
des Verbrennungsmotors eine verhältnismäßig große Strecke,
so dass sich Veränderungen
von Brennraum-Lambda-Werten
nur verzögert im
Temperatursignal hinter dem Katalysator abbilden. Darüber hinaus
nimmt der Katalysator selbst exotherme Reaktionswärme auf,
was Veränderungen
des Abgastemperatursignals hinter dem Katalysator dämpft. Soweit
nach der
DE 101 15
902 C1 eine Verwendung der Katalysatortemperatur selbst als
Abgasparameter vorgeschlagen wird, ist zu bedenken, dass die Wärmekapazität des Katalysators Änderungen
seiner Temperatur dämpft.
Dieser Parameter reagiert damit vergleichsweise träge auf Änderungen
der Zylindergleichstellung.
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Es
ist daher anzunehmen, dass eine Verwendung der Katalysatortemperatur
oder einer hinter dem Katalysator gemessenen Temperatur nur in Betriebszuständen des
Verbrennungsmotors, die über einen
gewissen Zeitraum stationär
sind, durchführbar ist.
Dies wird durch die
DE
101 15 902 C1 bestätigt, die
eine Lambda-Gleichstellung dann als relativ schwierig beziehungsweise
durch Störungen
beeinflussbar bezeichnet, wenn die Brennkraftmaschine einen stark
dynamischen Betriebszustand, das heißt eine Betriebsphase mit stark
wechselnden Betriebsparametern, zum Beispiel wechselnder Last und/oder
wechselnder Drehzahl durchläuft.
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Weiterer
Stand der Technik ist aus der
DE 101 34 555 A1 bekannt. Nach dieser Schrift
wird das Signal einer vor dem Katalysator angeordneten sauerstoffempfindlichen
Abgassonde für
eine Lambda-Gleichstellung ausgewertet. Dazu wird das dynamische
Verhalten des Abgaskrümmers
mit Hilfe eines Modells beschrieben, das im Wesentlichen die Gaslaufzeit
der zylinderindividuellen Abgaspakete vom Eintritt in den Abgaskrümmer bis
zum Einbauort der Abgassonde berücksichtigt.
Weiter geht auch die zeitabhängige
Durchmischung der Abgaspakete am Ort der Abgassonde in die Modellbildung
ein. Als Zustandsgrößen des
Modells werden die entsprechenden Einzelzylinder-Lambda-Werte gewählt, die
dann mit Hilfe eines regelungstechnischen Beobachter-Modells aus den Abtastwerten
des Abgassondensignals geschätzt
werden. Bei der Abtastung des Abgassondensignals wird jedem Zylinder
ein bestimmtes Zeitfenster zugeordnet, dessen relative Lage zu einem
Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors (2 Kurbelwellenumdrehungen)
last- und drehzahlabhängig festzulegen
ist. Nach der Schätzung
der Einzelzylinder-Lambda-Werte durch das Beobachter-Modell werden
die zugehörigen
zylinderindividuellen Kraftstoffmengen durch jeweils einen PI-Regler
auf einen stöchiometrischen
Lambda-Wert (Lamda = 1) eingeregelt. Obwohl dieses Verfahren mit
Blick auf die benötigte
Rechenzeit und den Speicherplatzbedarf bereits sehr komplex ist,
wird die Dynamik der Abgassonde, das heißt ihr Vermögen, Abgaswerte verschiedener
Zylinder aufzulösen,
nur stark vereinfacht in der Laufzeitkompensation der Abgaspakete
berücksichtigt.
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Es
ist ferner zu beachten, dass die eingangs genannte
DE 101 15 902 C1 sich von
derartigen Lösungen
abgrenzt, weil diese zum einen eine sehr schnelle Lambda-Sonde,
zum anderen eine sehr schnelle Datenverarbeitung benötigten und
daher mit steigender Zylinderzahl schnell an ihre Grenzen kämen. Weiter
bestünden
strenge Anforderungen an die Einbauposition der Abgassonde und die
Ausbildung des Abgaskrümmers,
welche anderen Optimierungskriterien, zum Beispiel einem minimalen
Abgasdruck, im Wege stehen würden.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Gleichstellung von Lambda-Werten
der einzelnen Zylinder eines Verbrennungsmotors, das die genannten
Nachteile vermeidet oder zumindest verringert.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass eine stromaufwärts
eines vom Abgas des Verbrennungsmotors durchströmten Katalysators messbare
Größe als Abgasparameter
verwendet wird.
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Ferner
wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass
der Messwertgeber stromaufwärts
eines vom Abgas des Verbrennungsmotors durchströmten Katalysators angeordnet
ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Verwendung einer stromaufwärts
des Katalysators messbaren Größe verringert
die Reaktionszeit im Vergleich zu einer Verwendung von hinter dem
Katalysator oder im Katalysator erfassten Größe. Durch die erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit
ist das Verfahren darüber
hinaus unempfindlicher gegenüber
wechselnden Betriebsparametern wie Last und/oder Drehzahl.
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Im
Vergleich zur
DE 101
34 555 A1 kann bei der Erfindung sowohl auf eine Modellierung
der Dynamik des Abgaskrümmers
als auch auf eine Unterteilung des Verlaufs von Abtastwerten des
Abgassondensignals in einzelne, den einzelnen Zylindern zugeordnete
Zeitfenster, verzichtet werden. Vielmehr geht bei der Erfindung
stets der Einfluss aller Zylinder im Verlauf der Abtastwerte des
vor dem Katalysators angeordneten Messwertgeber in die Auswertung
ein. Als Folge ergibt sich durch die Erfindung eine wesentlich größere Robustheit
gegenüber
Störungen der
Sonden-Dynamik.
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Mit
Blick auf Ausgestaltungen des Verfahrens ist bevorzugt, dass eine
stromaufwärts
des Katalysators herrschende Sauerstoffkonzentration im Abgas als
Abgasparameter verwendet wird.
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Da
eine solche Abgassonde in der Regel bereits zur Regelung eines Summen-Lambda-Wertes für sämtliche
Zylinder vorhanden ist, erlaubt diese Ausgestaltung eine Realisierung
ohne zusätzlichen Sensor.
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Bevorzugt
ist auch, dass die Sauerstoffkonzentration mit einer Abgassonde
vom Breitbandtyp erfasst wird.
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Die
Verwendung einer Breitbandsonde, wie sie zum Beispiel im Kraftfahrtechnischen
Taschenbuch, 22. Aufl., ISBN 3 540-622 19-5, auf den Seiten 492 und 493
dargestellt ist, erlaubt eine Regelung mit sehr kleinen Amplituden
in Verbindung mit hoher Dynamik. Diese hohe Dynamik erlaubt eine
weitere Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit im Rahmen der vorliegenden
Erfindung. Allerdings lässt
sich die vorliegende Erfindung prinzipiell auch mit einer Zircon-Dioxid-Sonde
mit Sprungcharakteristik oder einer resistiven Sonde durchführen, wie
sie auf den Seiten 491–493
des Kraftfahrtechnischen Taschenbuches ebenfalls erläutert werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein
Startwert eines Gütemaßes bestimmt
wird, in einem ersten Schritt Lambda-Werte einer Kombination von
wenigstens zwei Zylindern mit einander entgegengesetzten Vorzeichen so
geändert
werden, dass sich die Änderungen gegenseitig
kompensieren und ein erstes Gütemaß auf der
Basis der geänderten
Lambda-Werte bestimmt wird, in einem zweiten Schritt die Lambda-Werte
der gleichen Zylinder um gleiche Beträge, aber mit vertauschten Vorzeichen
geändert
werden, ein zweites Gütemaß auf der
Basis der erneut geänderten
Lambda-Werte gebildet wird, die quadratische Funktion bestimmt wird,
die durch den Startwert des Gütemaßes, das
erste Gütemaß und das
zweite Gütemaß definiert
wird, das Minimum der quadratischen Funktion bestimmt wird, und
die Lambda-Werte der gleichen Zylinder so verstellt werden, dass
erneut bestimmte erste und zweite Gütemaße näher an dem Minimum liegen als
die vor der Annäherung
bestimmten ersten und zweiten Gütemaße.
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Durch
diese gezielte, jeweils zeitlich begrenzte Verstellung der Einzelzylinder-Lambda-Werte
gegenüber
einem unbekannten Ausgangszustand wird jeweils die damit verbundene
Veränderung
im gesamten Signal der Abgassonde bewertet. Bei der Kompensation
wird die Summe der Lambda-Werte konstant
gehalten, so dass sich keine negativen Auswirkungen auf die Abgasemissionen
und das Drehmoment des Verbrennungsmotors ergeben. Das Bestimmen
der quadratischen Funktion erlaubt eine einfache Korrelation der
bestimmten Gütemaße mit einem
zunächst
unbekannten Minimum, wobei eine quadratische Funktion, da sie bereits
durch drei Werte eindeutig festgelegt ist, schnell und mit geringem Aufwand
bestimmbar ist.
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Eine
weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass nach einer
Annäherung
ein Betrag einer Differenz der erneut bestimmten ersten und zweiten
Gütemaße bestimmt
und mit einem vorbestimmten ersten Schwellwert verglichen wird und dass
die Annäherung
iterativ so oft erfolgt, bis der Betrag kleiner als der vorbestimmte
erste Schwellenwert ist.
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Der
erste Schwellenwert ist dabei eine hinreichend klein zu wählende,
von der Rechengenauigkeit und Störungen
des Sondensignals abhängige Schranke.
Es hat sich gezeigt, dass die dann resultierende bleibende Abweichung
der Gütemaße und damit
der verbleibenden Einzelzylinder-Lambda-Werte für die betrachtete Zylinderkombination vernachlässigbar
klein ist.
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Bevorzugt
ist auch, dass das Verfahren für eine
Auswahl von Kombinationen verschiedener Zylinder durchgeführt wird,
wobei die Auswahl sämtliche
Zylinder erfasst.
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Durch
diese fortlaufende Iteration über
alle Zylinder sind dann bis auf eine vernachlässigbar geringe Regelabweichung
alle Einzelzylinder-Lambda-Werte gleich.
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Ferner
ist bevorzugt, dass nach Abschluss einer Lambda-Gleichstellung sämtlicher Zylinder ein Gleichstellungs-Gütemaß bestimmt wird, aus dem Gleichstellungs-Gütemaß ein zweiter
Schwellenwert gebildet wird, nachfolgend weitere Gütemaße bestimmt
und mit dem zweiten Schwellenwert verglichen werden und eine erneute
Gleichstellung der Lambda-Werte dann ausgelöst wird, wenn ein weiteres
Gütemaß größer als
der zweite Schwellenwert ist.
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Durch
diese Ausgestaltung wird das Gleichstellungs-Verfahren nur dann ausgeführt, wenn
es erforderlich ist, was die Rechenzeit-Erfordernisse verringert.
Mit Blick darauf, dass das Steuergerät in der Regel sämtliche
Funktionen des Verbrennungsmotors steuert und in Hintergrundprogrammen
zum Beispiel Diagnose- und Adaptionsverfahren steuert, können auch
diese Hintergrundprogramme mit ausreichender Rechenzeit abgearbeitet
werden.
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Bevorzugt
ist auch, dass die Vielzahl der Messwerte während zwei Kurbelwellenumdrehungen ermittelt
wird und dass das Gütemaß als Abweichung eines
Quadrates einer durch die Zahl der Messwerte dividierten Summe der
Messwerte von einem Mittelwert bestimmt wird, der als durch die
Zahl der Messwerte dividierte Summe der Quadrate der Messwerte ermittelt
wird.
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Durch
die Ermittlung der Vielzahl über
zwei Kurbelwellenumdrehungen ist sichergestellt, dass zu jeder während eines
Arbeitsspiels erfolgten Veränderung
von Einzelzylinder-Lambda-Werten ein Gütemaß bestimmt wird. Dabei hat
sich die spezielle Bildung des Gütemaßes als
im Hinblick auf den Rechenzeitbedarf und die Genauigkeit besonders
geeignet erwiesen.
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Mit
Blick auf Ausgestaltungen der Vorrichtungen ist bevorzugt, dass
das Steuergerät
wenigstens eine der genannten Ausgestaltungen von Verfahren steuert.
Dadurch stellen sich die in Zusammenhang mit den Ausgestaltungen
des Verfahrens erläuterten Vorteile
ohne Verwendung zusätzlicher
Steuergeräte ein.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar
sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 einen
Verlauf von Messwerten über
einem Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors;
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3 Einspritzmuster,
wie sie bei einer zylinderindividuellen Lambda-Wert-Verstellung
auftreten;
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4 ermittelte
Gütemaße und Lambda-Wert-Verstellungen;
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5 ein
erstes Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel
erfindungsgemäßer Verfahren;
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6 ein
detaillierteres Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Verfahren;
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7 eine
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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8 eine
weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen Verbrennungsmotor 10, der aus einem Ansaugsystem 12 mit
Luft und über zylinderindividuelle
Einspritzventile 14, 16, 18 und 20 mit
Kraftstoff versorgt wird. Abgase des Verbrennungsmotors 10 werden
von einem Abgassystem 22 gesammelt und zu einem Katalysator 24 geführt, der im
Abgas enthaltene Schadstoffe konvertiert.
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Ein
Steuergerät 26 steuert
den Verbrennungsmotor 10 und verarbeitet dazu zum Beispiel
Signale eines Luftmassenmessers 28, eines Drehzahlsensors 30,
der auch die Winkelstellung einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 detektiert, sowie
eines Messwertgebers 32 aus.
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Der
Messwertgeber 32 ist in einem Abgasleitungsabschnitt 34 des
Abgassystems 22 angeordnet, der vom Abgas aller Zylinder
Z1, ..., Z4 des Verbrennungsmotors 10 durchströmt wird.
Der Messwertgeber 32 ist zum Beispiel als Breitband-Lambda-Sonde realisiert
und liefert Signale u, die ein Maß für die Sauerstoffkonzentration
im Abgasleitungsabschnitt 34 darstellen. Alternativ zur
Verwendung der Sauerstoffkonzentration als Abgasparameter kann aber auch
ein anderer Abgasparameter, beispielsweise eine Temperatur des Abgases
vor dem Katalysator 24 verwendet werden. Die Einspritzventile 14, 16, 18 und 20 stellen
Beispiele von zylinderindividuellen Lambda-Stellgliedern dar. Das
Steuergerät 26 bildet auf
der Grundlage von Signalen des Luftmassenmessers 28 und
des Drehzahlsensors 30 Basiswerte von Einspritzimpulsbreiten
zur Ansteuerung der Einspritzventile 14, ..., 18,
die durch einen in das Steuergerät 26 integrierten
Regler so korrigiert werden, dass sich in der Summe der Zylinder
Z1, ..., Z4 ein gewünschter
Lambda-Wert einstellt.
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Der
auch als Luftzahl bezeichnete Lambda-Wert stellt bekanntlich das
Verhältnis
einer durch den Verbrennungsmotor 10 durchgesetzten Luftmasse
zu der Luftmasse dar, die für
eine stöchiometrische
Verbrennung des zugemessenen Kraftstoffs erforderlich ist. Sowohl
Bauteiltoleranzen der Einspritzventile 14, ..., 18 als
auch Streuungen der Luftfüllungen
einzelner Zylinder Z1, ..., Z4 führen
zu Abweichungen der Einzelzylinder Lambda-Werte vom Lambda-Wert
des Summenabgases.
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2 zeigt
mit der Linie
36 einen typischen Verlauf eines Ausgangssignals
u des Messwertgebers
32 über einer Zeitspanne, die zwei
Kurbelwellenumdrehungen, also 720° Kurbelwinkel
(KW) entspricht. Das Summen-Lambda entspricht dabei einem Wert,
der in der
2 durch die mit der Ziffer
38 bezeichnete
Gerade repräsentiert
wird. Für
eine Gleichstellung der Lambda-Werte der einzelnen Zylinder Z1,
..., Z4 erfolgt nun eine fortlaufende Erfassung von N Messwerten
u
0–u
N–1 in
einem Arbeitsspiel oder Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors
10.
Aus dieser Vielzahl erfasster Messwerte u
0–u
N–1 wird
ein Gütemaß G der
Gleichstellung von Lambda-Werten gebildet, das bei gleichen Lambda-Werten
aller Zylinder ein Extremum annimmt. Dies ist beispielsweise der
Fall, wenn das Gütemaß G als
Abweichung eines Quadrates einer durch die Zahl N der Messwerte
u
0 bis u
N–1 dividierte
Summe der Messwerte von einem Mittelwert bestimmt wird, der als
durch die Zahl N der Messwerte u
0 bis u
N–1 dividierte
Summe der Quadrate der Messwert ermittelt wird:
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3 veranschaulicht,
wie ein solches Gütemaß durch
Verstellen von Lambda-Werten einzelner Zylinder verstellt werden
kann. Dazu sind in der 3 Einspritzmuster a), b) und
c) mit jeweils vier Linien dargestellt, wobei jede Linie einer Einspritzimpulsbreite
eines Zylinders entspricht. Im Fall der 3a)
sind die Einspritzimpulsbreiten aller Zylinder Z1, Z2, Z3 und Z4
gleich. Bei der 3b) wurde die Einspritzimpulsbreite
des Zylinders Z3 verkleinert und die Einspritzimpulsbreite des Zylinders
Z4 um den gleichen Betrag vergrößert, so
dass sich in der Summe beim Einspritzmuster der 3b)
der gleiche Lambda-Wert einstellt wie beim Einspritzmuster der 3a). Analog wurde das Einspritzmuster
der 3c) gegengleich zum Einspritzmuster
der 3b) verhindert, so dass im Fall
der 3c) der Einspritzimpuls für den dritten
Zylinder Z3 um den gleichen Betrag vergrößert ist, um den die Einspritzimpulsbreite
des Zylinders Z4 verringert ist, wobei der Betrag der Änderungen
hier genauso groß ist
wie im Fall der 3b). Für jedes
der Einspritzmuster a), b) und c) wird auf die vorher beschriebene
Weise ein Gütemaß G bestimmt.
Typische Gütemaße G, die sich
bei einer solchen Verstellung einstellen, sind in der 4 dargestellt,
wobei das Gütemaß G0 zum Einspritzmuster
der 3a), das Gütemaß G1 zum Einspritzmuster der 3b) und das Gütemaß G2 zum Einspritzmuster der 3c) gehört. Dabei versteht es sich,
dass die Korrelation der Gütemaße G0, G1
und G2 zu den Einspritzmustern a), b) und c) aus der 3 lediglich
Beispielcharakter hat und qualitativ auch anders aussehen kann,
zum Beispiel so, dass das Einspritzmuster 3c)
zu einer Vergrößerung des
Gütemaßes und
das Einspritzmuster aus der 3b zu
einer Verkleinerung des Gütemaßes führt. Es
ist jedoch festzuhalten, dass man Gütemaße G0, G1 und G2, so wie es
in der 4 dargestellt ist, über Veränderungen Δti der Einspritzimpulsbreiten
auftragen kann, wobei Δti
zum Beispiel den Veränderungen
der Einspritzimpulsbreiten in der 3 entspricht.
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Festzuhalten
ist auch, dass sich bei der beschriebenen Art der Veränderung
der Einspritzimpulsbreiten und der beschriebenen Art der Bildung von
Gütemaßen G ein
zumindest annähernd
parabelförmiger
Verlauf 40 einstellt, der ein Minimum Gmin an der Stelle 42 besitzt.
Da ein solcher parabelförmiger
Verlauf 40 durch drei Punkte eindeutig bestimmbar ist,
ergibt sich die Möglichkeit,
aus einer Bildung von drei Gütemaßen G0,
G1 und G2 ein Gütemaß Gmin zu
bestimmen und dies mit einer bestimmten Änderung der Einspritzimpulsbreiten Δti zu korrelieren.
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Es
versteht sich, dass die Δti
hier nur als Beispiele für
Stellgrößen genannten
sind, mit denen sich der Lambda-Wert einzelner Zylinder Z1, ...
Z4 des Verbrennungsmotors 10 verändern lässt. Prinzipiell können zylinderindividuelle
Lambda-Werte aber auch durch Eingriffe auf die Luftfüllung einzelner
Zylinder oder die Menge des in einzelne Zylinder zurückgeführten Abgases
verändert
werden.
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5 zeigt
ein erstes Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Verfahren. Dabei
wird aus einem Schritt 44, der ein übergeordnetes Programm zur
Steuerung des Verbrennungsmotors 10 repräsentiert,
ein Schritt 46 erreicht, in dem eine Vielzahl von N Messwerten
ui erfasst wird, wobei der Laufindex i von
0 bis N–1
läuft und
die ui den in Zusammenhang mit der 2 erläuterten Messwerten
entsprechen. Daran schließt
sich die Bildung eines Gütemaßes G im
Schritt 48 an, wobei das Gütemaß zum Beispiel nach der oben
angegebenen Gleichung gebildet werden kann. Das im Schritt 48 gebildete
Gütemaß G entspricht
zum Beispiel dem Gütemaß G0 aus
der 4. Im Schritt 50 erfolgt dann eine Verstellung
von Lambda-Werten λk, λl von wenigstens zwei verschiedenen Zylindern
so, dass das Gütemaß das Extremum
annimmt.
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6 zeigt
ein detaillierteres Flussdiagramm als Ausgestaltung des Flussdiagramms
der 5. Auch hier entspricht der Schritt 44 einem übergeordneten
Hauptprogramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10.
Aus diesem Hauptprogramm heraus wird zunächst der Schritt 52 erreicht, der
gewissermaßen
die Schritte 46, 48 und 50 aus der 5 zusammenfasst.
In diesem Schritt 52 wird durch Erfassung von Messwerten
ui zunächst
ein Startwert G0 eines Gütemaßes bestimmt
und anschließend
erfolgt eine Verstellung von zylinderindividuellen Lambda-Werten λk, λl,
wie es in Zusammenhang mit dem Schritt 50 erläutert worden
ist. Die Verstellung der Lambda-Werte λk, λl erfolgt
zum Beispiel über
Eingriffe auf die Einspritzimpulsbreiten ti, wie sie in Zusammenhang
mit der 3 erläutert wurden.
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Nach
der Bildung des Startwertes G0 erfolgt auf analoge Weise die Bildung
eines ersten Gütemaßes G1 auf
der Basis der geänderten
Lambda-Werte λk, λl. Der Schritt 54 schließt weitere
Veränderung
der Lambda-Werte λk, λl der gleichen Zylinder um gleiche Beträge, aber
mit vertauschten Vorzeichen ein. Im Anschluss daran erfolgt im Schritt 56 die
Bildung eines zweiten Gütemaßes G2.
Im Gegensatz zum Schritt 54 erfolgt im Schritt 56 zunächst keine
weitere Veränderung
der Lambda-Werte λk, λl. Die in den Schritten 52, 54 und 56 gebildeten
Gütemaße G0, G1 und
G2 können
zum Beispiel den in Zusammenhang mit der 4 erläuterten
Gütemaßen G0,
G1 und G2 entsprechen. Aus der Lage dieser drei Gütemaße G0, G1
und G2 über
den Stelleingriffen Δti
kann der parabelförmige
Verlauf 40, beziehungsweise die zugrunde liegende quadratische
Funktion bestimmt werden, die diese drei Werte G0, G1 und G2 miteinander
verbindet. Mit der Kenntnis der quadratischen Funktion lässt sich
auch ihr Minimum Gmin im Punkt 42 der Kurve 40 und
damit der Abstand der vorher gebildeten Gütemaße G0, G1 und G2 von diesem
Minimum Gmin ermitteln. Dies geschieht im Schritt 58. Damit
lässt sich
auch die zu dem Abstand korrelierende Stellgröße Δti bestimmen, die für eine Annäherung des
tatsächlichen
Gütemaßes an den
Minimalwert Gmin erforderlich ist. Im Schritt 60 werden
also die Lambda-Werte
der Zylinder, für
die Gütemaße G0, G1
und G2 gebildet worden sind, so verstellt, dass erneut bestimmte
erste und zweite Gütemaße G1, G2
näher an
dem Minimum Gmin liegen als die vor der Annäherung bestimmten ersten und
zweiten Gütemaße G1, G2.
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7 zeigt
eine Ausgestaltung, mit der die Qualität der Annäherung geprüft und eine weitere Annähgrung erzielt
werden kann. Dazu knüpft
die Schrittfolge der 7 an einen Schritt 62 an,
der das Ende der Verfahrensschrittfolge nach der 6 markiert.
Im Schritt 64, der damit nach einer im Schritt 60 erfolgenden
Annäherung
erfolgt, wird erneut ein Gütemaß G1 gebildet,
wobei für
die Details der Bildung auf die Erläuterung zu Schritt 54 verwiesen
wird. Weiter wird im Schritt 66 ein zweites Gütemaß G2 gebildet,
wobei diese Bildung in Analogie zur G2-Bildung im Schritt 56 erfolgt.
Daran schließt
sich eine Bildung der betragsmäßigen Differenz ΔG der in
den Schritten 64 und 66 gebildeten Gütemaße G1 und
G2 an.
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Im
Schritt 70 wird diese Differenz ΔG mit einem Schwellenwert SW1
verglichen. SW1 ist dabei eine hinreichend klein zu wählende,
von der Rechengenauigkeit und den Störungen der Messwerte ui abhängige
Schranke. Wenn ΔG
nicht kleiner als der Schwellenwert SW1 ist, wird die Schrittfolge
aus den Schritten 52–68 über den
Zwischenschritt 90, der die Flussdiagramme der 6 und 7 miteinander verbindet,
erneut durchlaufen, was eine weitere Annäherung an das Minimum Gmin
bewirkt. Die Annäherung
an das Minimum Gmin wird für
eine bestimmte Zylinderkombination dann iterativ so lange wiederholt,
bis die Differenz ΔG
den Schwellenwert SW1 unterschreitet. Im Schritt 82 erfolgt
dann eine Wiederholung der Schritte 52–68 und gegebenenfalls
90 für eine
andere Kombination verschiedener Zylinder. Dies wird für eine Auswahl
von Kombinationen verschiedener Zylinder durchgeführt, wobei
die Auswahl sämtliche
Zylinder erfasst.
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So
kann zum Beispiel bei einem Verbrennungsmotor mit drei Zylindern
zunächst
Zylinder 1 gegen Zylinder 2 durch Minimierung des Gütefaktors gleich
gestellt werden. Danach ist dann Zylinder 3 gegensinnig zu Zylinder
1 und 2 zu verstellen, wobei Zylinder 1 und 2 gleichsinnig um den
halben Betrag der Verstellung von Zylinder 3 verstellt werden. Bei
vier Zylindern ist in einem Ausführungsbeispiel
mit Zylinder 1 und 2 beziehungsweise mit Zylinder 3 und 4 wie oben
beschrieben zu verfahren. Danach kann dann das Paar aus Zylindern
1 und 2 gegen das Paar aus Zylindern 3 und 4 auf ein Minimum des
Gütefaktors eingestellt
werden. Bei fünf
Zylindern können
in einem Ausführungsbeispiel
die Kombinationen Zylinder 1 gegen Zylinder 2, Zylinder 3 gegen
Zylinder 4, Zylinder 5 gegen Zylinder 3 und Zylinder 4 und abschließend Zylinder
1 und 2 gegen Zylinder 3, 4 und 5 gleich gestellt werden.
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Diese
Angaben zu den auszuwählenden
Zylinderkombinationen und deren Reihenfolge setzen voraus, dass
die Abgastakte aller Zylinder das Sondensignal gleichmäßig beeinflussen.
Bei unsymmetrischen Abgaskrümmern
sind möglicherweise
andere Zylinderkombinationen als in den oben genannten Ausführungsbeispielen
günstiger,
so dass die Zusammensetzung der unterschiedlichen Kombinationen
entsprechend anzupassen ist. Alle ausgewählten Zylinderkombinationen
und damit alle Zylinder sind gleich gestellt, wenn für sie jeweils
die Abfrage im Schritt 70 bejaht wird. Damit ist die Lambda-Gleichstellung
der Zylinder zunächst
abgeschlossen.
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8 stellt
eine Ausgestaltung dar, mit der eine im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors erneut
auftretende Verschlechterung der Lambda-Gleichstellung erkannt werden
kann. Dazu wird im Anschluss an den Schritt 82 im Schritt 84 ein Gütefaktor
Gbal gebildet, der den Abschluss der Gleichstellung charakterisiert.
Daran schließt
sich im Schritt 86 die Bildung eines zweiten Schwellenwertes SW2
an, der zum Beispiel als Gbal + Offset gebildet wird, bevor zurück in das
Hauptprogramm des Schrittes 44 verzweigt wird. Aus dem
Hauptprogramm heraus wird in vorbestimmter Weise wiederholt der Schritt 88 erreicht,
in dem erneut ein Gütemaß G gebildet
und mit dem zweiten Schwellenwert SW2 verglichen. Dabei kann G so
gebildet werden, wie es in Zusammenhang mit der 5 erläutert worden
ist.
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Wenn
sich im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wieder
wenigstens eine der Einzelzylinder-Lambda-Werte verändert, so
nimmt das Gütemaß G wieder
zu. Ein Überschreiten
des Schwellenwertes SW2 durch das wieder vergrößerte Gütemaß G wird im Schritt 88 erkannt,
der in diesem Fall zum Schritt 90 verzweigt. Damit wird
ein erneuter Ablauf des beschriebenen Verfahrens zur Gleichstellung
von Lambda-Werten der einzelnen Zylinder eines Verbrennungsmotors 10 durchgeführt.
