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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phasenadaptation
einer zylinderselektiven Lambdaregelung bei einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine.
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Um
bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen die Rohemissionen zu senken,
die Laufruhe zu verbessern und gegebenenfalls defekte Einspritzventile
anzuzeigen, wird angestrebt, dass die Lambdawerte der einzelnen
Zylinder mittels einer gemeinsamen Beobachtersonde zuverlässig bestimmbar bzw.
steuerbar sind. Dazu ist es erforderlich, dass die zeitliche Verzögerung mit
welcher der jeweilige Lambdawert eines einzelnen Zylinders an der
Beobachtersonde ankommt, genau bekannt ist. Andernfalls ist der
gemessene Lambdawert der einzelnen Zylinder nicht korrekt und muss
der Lambdawert bei einer größeren Phasenverschiebung
sogar einem anderen Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet werden.
Spätestens
dann wird das Regelungssystem instabil, d.h. es schwingt zwischen
seinem oberen und unteren Anschlag hin und her, so dass die zylinderselektive
Lambdaregelung nicht mehr zufriedenstellend durchgeführt werden
kann. Um das Regelungssystem wieder in einen stabilen Zustand zu überführen, ist
eine geeignete Phasenadaptation erforderlich, welche störende Einflüsse ausgleicht.
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Ein
aus der Druckschrift
DE
10 2004 036 034 B3 bekanntes Adaptationsverfahren sieht
vor, dass bei einem der Zylinder in wenigstens einer ersten Verbrennungsperiode
der Lambdawert erhöht
wird, in wenigstens einer zweiten Verbrennungsperiode der Lambdawert
verringert wird und dass das Sig nal einer Lambdasonde ausgewertet
wird. Zur Verbesserung der Genauigkeit wird dort eine sukzessive Durchführung der
Lambdawertänderung
an allen Zylindern vorgeschlagen. Basierend auf dieser zeitaufwändigen Auswertung
wird die Lambdaregelung vorgenommen.
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Die
Druckschrift
DE 102
06 402 C1 beschreibt dagegen ein anderes Verfahren zur
zylinderselektiven Lambdaregelung bei einer Brennkraftmaschine mit
mehreren Zylindern, wobei die Differenz aus einem Lambda-Sollwert
und einem Lambda-Istwert zur Bestimmung einer Einspritzkorrekturzeit
für einen
Zylinder dient. Dazu wird der Lambda-Sollwert für diesen Zylinder in ersten
Zeitabschnitten um eine erste Anregungsamplitude erhöht, in zweiten
Zeitabschnitten um eine zweite Anregungsamplitude vermindert. Der
Lambda-Istwert wird
dann für
diesen Zylinder in Abhängigkeit
von der ersten und der zweiten Anregungsamplitude aus den Lambda-Istwerten,
die den ersten und zweiten Zeitabschnitten entsprechen, als der
Lambda-Istwert mit fehlender Anregungsamplitude bestimmt.
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In
der Druckschrift
DE
102 60 721 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Diagnose der dynamischen Eigenschaften einer zur zylinderindividuellen
Lambdaregelung verwendeten zeitlich hochauflösenden Lambdasonde geoffenbart.
Dort ist vorgesehen, dass wenigstens eine Stellgröße der Lambdaregelung
erfasst wird, mit einer vorgebbaren maximalen Schwelle verglichen
wird und dass im Falle des Überschreitens
der maximalen Schwelle das dynamische Verhalten der Lambdasonde
für die
zylinderindividuelle Lambdaregelung als nicht mehr ausreichend bewertet
wird.
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Und
die Druckschrift
DE
103 04 245 B3 betrifft schließlich ein weiteres Verfahren
zur Adaptation einer Signalabtastung von Lambdasondensignalwerten
bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine. Die Adaptation erfolgt
durch die Optimierung einer Kenngröße, nämlich indem eine Phasenverschiebung
der Zeitpunkte zur Signalerfassung vorgenommen wird.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
verbessertes Verfahren zur Phasenadaptation bei einer zylinderselektiven Lambdaregelung
bereitzustellen, welches sich durch eine besonders schnelle und
einfache Durchführbarkeit
auszeichnet.
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Gelöst wird
diese Aufgabe, indem zwei der Zylinder in ihrem Lambdawert vertrimmt
werden, das Signal einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten
hochauflösenden
Beobachtersonde analysiert wird, um die Lambdawerte der einzelnen Zylinder
zu bestimmen, die Lambdawerte der einzelnen Zylinder miteinander
verglichen werden, um aus dem Vergleichsergebnis einen Phasenverschiebungsbereich
zu ermitteln und aus dem Phasenverschiebungsbereich einen Korrekturwert
zur sprunghaften Phasenadaptation zu verwenden. Auf diese Weise
ist es möglich
eine sehr schnelle Phasenadaptation durchzuführen, die eine deutliche Verbesserung
der zylinderselektiven Lambdaregelung bewirkt. Dabei unterscheiden
sich die Größen der
einzelnen Phasenverschiebungsbereiche in Abhängigkeit von der Anzahl der
Zylinder sowie dem jeweiligen Vergleichsergebnis.
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Zweckmäßig wird
bei dem Verfahren zur Phasenadaptation eingangs eine Schwingungserkennung
der Lambdaregelung durchgeführt
um festzustellen, ob bei der zylinderselektiven Lambdaregelung eine
Instabilität
vorliegt und ein tatsächlicher
Adaptationsbedarf besteht, oder ob die zylinderselektive Lambdaregelung
stabil ist und somit noch kein Adaptationsbedarf besteht. Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
wird das erfindungsgemäße Verfahren
auch nur dann gestartet, wenn die Brennkraftmaschine betriebswarm
ist, ein Lambdawert aller Zylinder von 1,0 eingestellt ist, vorgegebene
Last- und Drehzahlgrenzen
eingehalten sind und/oder keine zu hohe Beladung eines eventuelle
vorhandenen Aktivkohlefilters vorliegt.
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Bevorzugt
wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Phasenadaptation ein
erster der Zylinder zu einem größeren Lambdawert
vertrimmt und wird ein zweiter der Zylinder zu einem kleineren Lambdawert
vertrimmt. Beson ders bevorzugt beträgt die Vertrimmung des Lambdawertes
des ersten Zylinders gegenüber
dem stöchiometrischen
Gleichgewicht bis ca. 5 % in Richtung „Mager" und beträgt die Vertrimmung des zweiten
Zylinders bis ca. 5 % in Richtung „Fett". Solche geringfügigen Vertrimmungen der Lambdawerte
von nur zwei Zylindern der Brennkraftmaschine bewirken lediglich
eine unbedeutende Verschlechterung der Rohemissionen.
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Vorteilhaft
wird bei dem Vergleich der Lambdawerte der einzelnen Zylinder eine
Staffelung der Lambdawerte nach ihrer Größe bzw. eine Fallunterscheidung
getroffen, die je nach Anzahl der Zylinder festlegt, welcher Zylinder
einer Bank der Brennkraftmaschine den größten Lambdawert, den zweit
größten Lambdawert,
ggf. den nächst
größten Lambdawert
und schließlich
den kleinsten Lambdawert aufweist.
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Werden
also zum Beispiel bei drei Zylindern der Lambdawert des ersten Zylinders
und der Lambdawert des zweiten Zylinders vertrimmt, während der Lambdawert
des dritten Zylinders nicht beeinflusst wird, so gibt es hierfür sechs
verschiedene Fälle.
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Und
würden
bei vier Zylindern beispielsweise der Lambdawert des ersten Zylinders
und der Lambdawert des dritten Zylinders vertrimmt, während die
Lambdawerte des zweiten Zylinders und des vierten Zylinders nicht
beeinflusst werden, so gäbe es
hierfür
unter Berücksichtigung
der Zündfolge
der Brennkraftmaschine acht verschiedene Fälle.
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Jede
dieser Staffelungen bzw. jeder dieser Fälle entspricht einem bestimmten
durch das Signal der hochauflösenden
Beobachtersonde festgelegten Phasenverschiebungsbereich bzw. Kurbelwellenwinkel,
wobei alle sechs bzw. alle acht Phasenverschiebungsbereiche zusammen
zwei volle Kurbelwellenumdrehungen also insgesamt 720 Grad ergeben.
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Bevorzugt
wird für
den Korrekturwert aus dem ermittelten Phasenverschiebungsbereich
der untere Grenzwert des Kurbelwellenbereiches gewählt.
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Damit
kann ausgehend von der sprunghaften Adaptation um den unteren Grenzwert,
welche quasi eine Grundadaptation darstellt noch eine weitere Feinadaptation
zu größeren Kurbelwellenwinkeln hin,
d.h. in eine vorgegebene Richtung durchgeführt werden, wodurch die Feinadaptation
ebenfalls relativ schnell erfolgen kann.
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Und
besonders bevorzugt wird für
den Korrekturwert aus dem ermittelten Phasenverschiebungsbereich
der Mittelwert des Kurbelwellenbereiches gewählt. Dieser Mittelwert des
Phasenverschiebungsbereiches stellt je nach den gegebenen Anforderungen
eventuell bereits eine hinreichend genaue Phasenadaptation dar,
so dass es keiner weiteren Feinadaptation mehr bedarf.
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Gemäß einer
besonderen Weiterbildung wird nach der sprungartigen Phasenverschiebung
um den gewählten
Korrekturwert durch schrittweises langsames Integrieren eine weitere
inkrementelle Feinadaptation vorgenommen. Diese Feinadaptation ist
absolut gesehen nur geringfügig
und daher relativ schnell durchführbar.
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Schließlich wird
die Vertrimmung der Lambdawerte der zwei Zylinder wieder zurückgenommen und
wird die Brennkraftmaschine wieder in den regulären Betriebszustand zurückgeführt.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden
Zeichnungsfiguren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 Eine vereinfachte Darstellung einer Brennkraftmaschine
mit einer zylinderselektiven Lambdaregelung;
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2 eine
Darstellung des Gesamtzylinderlambdas einer Zylinderbank der Brennkraftmaschine bei
korrekter Phasenlage und bei verstellter Phasenlage;
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3 eine
Darstellung der verschiedenen Einzelzylinderlambdas und der zugeordneten
Phasenverschiebungsbereiche bei drei Zylindern; und
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4 eine
weitere Darstellung der verschiedenen Einzelzylinderlambdas und
der zugeordneten Phasenverschiebungsbereiche bei vier Zylindern.
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Die
in 1 gezeigte sechszylindrige Brennkraftmaschine 1 in
V-Anordnung weist zwei Zylinderbänke 2, 2' mit jeweils
drei Zylindern I, II, III und IV, V, VI auf. Jeder dieser beiden
Zylinderbänke 2, 2' ist ein Abgaskrümmer 3, 3' mit einer zeitlich
hochauflösenden
Beobachtersonde 4, 4' zugeordnet. Diese Beobachtersonde 4, 4' ist so innerhalb
des Abgaskrümmers 3, 3' positioniert,
dass die verschiedenen Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII oder λIV, λV, λVI mit einem bestimmten zeitlichen
Verzug dort nacheinander auftreffen. Grundsätzlich können die Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII oder λIV, λV, λVI in Abhängigkeit von
den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1 also den
drei Zylindern I, II, III oder IV, V, VI der jeweiligen Bank 2, 2' zugeordnet
werden. Diese Zuordnung kann durch äußere Einflüsse jedoch stark beeinflusst
werden, so dass ein Offset bzw. eine Phasenverschiebung Δφ auftritt.
Je nach Größe dieser Phasenverschiebung Δφ verlässt die
zylinderselektive Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 1 sogar ihren
stabilen Bereich und das System beginnt zu schwingen.
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In 2 ist
das von der Beobachtersonde 4 ermittelte Gesamtzylinderlambda λges der drei
Zylinder I, II, III dargestellt. Dabei zeigt die gestrichelte Linie
das Signal λges*
ohne eine Phasenverschiebung Δφ und zeigt
die durchgezogene Linie das Signal λges mit einer Phasenverschiebung Δφ von 120 Grad
Kurbelwellenwinkel φ.
Aus 2 wird deutlich, dass die Phasenverschiebung Δφ von 120
Grad Kurbelwellenwinkel φ so
groß ist,
dass die zylinderselektive Lambdaregelung den Stabilitätsbereich
verlassen hat. Dieser Stabilitätsbereich
ist nahe der Minima, Maxima und Wendepunkten der Kurve λges* an den
oberen Totpunkten OT I, OT II, OT III der Kurbelwelle durch schraffierte
Flächen
angedeutet.
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Somit
wird bei geeigneten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 spätestens
dann, wenn eine instabile Lambdaregelung auftritt, das erfindungsgemäße Verfahren
zur Phasenadaptation gestartet. Dazu wird am Beispiel der drei Zylinder
I, II, III umfassenden Zylinderbank 2 jeweils eine Vertrimmung Δλ des Lambdawertes λI des ersten
Zylinders I und eine Vertrimmung Δλ des Lambdawertes λII zweiten
Zylinders II vorgenommen. Die Vertrimmung erfolgt, indem der erste
Zylinder I gegenüber
dem ursprünglichen
Wert von λ0
= 1,0 in Richtung „Mager" zu einem größeren Lambdawert λI von 1,05
verstellt wird und der zweite Zylinder II gegenüber dem ursprünglichen
Wert von λ0
= 1,0 in Richtung „Fett" zu einem kleineren
Lambdawert λII
von 0,95 verstellt wird. Durch die Phasenverschiebung Δφ und die
Vertrimmung Δλ wird das
Gesamtzylinderlambda λges leicht
verzerrt.
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Durch
eine Analyse des Signals λges
der hochauflösenden
Beobachtersonde 4 können
für jeden
Zylinder I, II, III der Brennkraftmaschine 1 die Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII über dem
Kurbelwellenwinkel φ der
Brennkraftmaschine 1 ermittelt werden. Die in 3 dargestellten
Kurven der drei Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII schneiden sich bei zwei
Umdrehungen der Kurbelwelle, das heißt während eines Kurbelwellenwinkels φ von 720
Grad, insgesamt sechsmal miteinander. Dabei wird durch zwei benachbarte
Schnittpunkte der drei Kurven jeweils einer von insgesamt sechs
Phasenverschiebungsbereichen Δφ1, Δφ2, Δφ3, Δφ4, Δφ5, Δφ6 definiert.
Die so gebildeten Phasenverschiebungsbereiche Δφ1, Δφ2, Δφ3, Δφ4, Δφ5, Δφ6 legen eine Staffelung der Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII nach
Ihrer Größe fest
und können
in ihrer Breite jeweils stark variieren.
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Die
in 3 dargestellten Bereiche Δφ1, Δφ2, Δφ3, Δφ4, Δφ5, Δφ6 entsprechen der folgenden
Staffelung der Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII:
Δφ1 λIII > λI > λII,
Δφ2 λI > λIII > λII,
Δφ3 λI > λII > λIII,
Δφ4 λII > λI > λIII,
Δφ5 λII > λIII > λI und
Δφ6 λIII > λII > λI.
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Durch
einen Vergleich der drei Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII kann nun die Staffelung
nach der Größe angegeben
werden und kann dem entsprechend festgestellt werden, welcher Phasenverschiebungsbereich Δφ1, Δφ2, Δφ3, Δφ4, Δφ5, Δφ6 aktuell
vorliegt. Im vorliegenden Beispiel ist λI > λIII > λII, es liegt also der zweite
Bereich Δφ2 vor. Daraus kann
abgeleitet werden, dass der Korrekturwert φK für eine geeignete Phasenadaptation,
die das Lambdaregelungssystem der Brennkraftmaschine 1 wieder
in einen stabilen Zustand zurückführt, ebenfalls innerhalb
dieses Bereiches Δφ2 liegt,
der sich von ca. 100 bis 260 Grad erstreckt.
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Aus
dem in 3 markierten Phasenverschiebungsbereich Δφ2 wird anschließend ein
Korrekturwert φK
zur sprungartigen Phasenadaptation ausgewählt.
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Für diesen
Korrekturwert φK
bietet sich beispielsweise der untere Grenzwert des Bereiches Δφ2 von 100
Grad Kurbelwellenwinkel an, da somit bereits ein stabiler Zustand
des Regelungssystems erreicht wird und bei einer darauf folgenden
Feinadaptation bereits vorgegeben ist, dass diese Adaptation in
die Richtung größerer Winkel
geht.
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Alternativ
kann für
den Korrekturwert φK auch
der Mittelwert des Bereiches Δφ2 von 180
Grad Kurbelwellenwinkel gewählt
werden, da somit bei der sprungartigen Phasenadaptation in jedem
Fall eine maximale Korrektur erreicht wird.
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Der
gewählte
Korrekturwert φK
wird dann in einem nichtflüchtigen
Speicher festgehalten und gegebenenfalls wird noch eine Feinadaptation
durchgeführt,
bei welcher durch schrittweises langsames Integrieren eine weitere
inkrementelle Phasenadaptation vorgenommen wird.
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Abschließend wird
die Vertrimmung Δλ der beiden
Zylinder I und II zurückgenommen,
so dass wieder alle Zylinder I, II, III dieser Bank der Brennkraftmaschine
mit Lambda λ0
= 1,0 betrieben werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung
bei einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine 1 mit zwei
Bänken 2, 2' zu je drei
Zylindern I, II, III und IV, V, VI beschränkt.
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An
dem in 4 vereinfacht dargestellten Beispiel einer vier-
oder achtzylindrigen Brennkraftmaschine würden sich bei einer Vertrimmung Δλ von zwei
der vier Zylinder I, II, III, IV und unter Berücksichtigung der Zündfolge
acht Schnittpunkte der Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII, λIV bzw. acht verschiedene Phasenverschiebungsbereiche Δφ1, Δφ2, Δφ3, Δφ4, Δφ5, Δφ6, Δφ7, Δφ8 ergeben,
so dass der Korrekturwert φK
dann je nach Staffelung der Größe der Einzelzylinderlambdas λI, λII, λIII, λIV aus einem der
nachfolgenden acht Bereiche gewählt
wird.
Δφ1 λI > λII > λIV > λIII,
Δφ2 λII > λI > λIII > λIV,
Δφ3 λII > λIII > λI > λIV,
Δφ4 λIII > λII > λIV > λI,
Δφ5 λIII > λIV > λII > λI,
Δφ6 λIV > λIII > λI > λII,
Δφ7 λIV > λI > λIII > λII und
Δφ8 λI > λIV > λII > λIII.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2,
2'
- Zylinderbank
- 3,
3'
- Abgaskrümmer
- 4,
4'
- Beobachtersonde
- I,
II, III, IV, V, VI
- Zylinder
- λges
- Gesamtzylinderlambda
- λ0
- ursprüngliches
Lambda
- λI, λII, λIII, λIV, λV, λVI
- Einzelzylinderlambda
- Δλ
- Vertrimmung
- φ
- Kurbelwellenwinkel
- Δφ
- Phasenverschiebung
- φK
- Korrekturwert
- Δφ1, Δφ2, Δφ3, Δφ4, Δφ5, Δφ6, Δφ7, Δφ8
- Phasenverschiebungsbereich