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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zur Angleichung von Einzelzylinderluftzahlen eines Verbrennungsmotors nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät ist jeweils aus der
DE 10 2007 002 740 A1 der Anmelderin bekannt. Bei der Angleichung von Einzelzylinderluftzahlen geht es um eine Verringerung zylinderindividueller Abweichungen der Luftzahl Lambda von einem gemeinsamen Sollwert, der in der Regel beim stöchiometrischen Wert Lambda gleich 1 liegt. Diese im Folgenden auch als Vertrimmungen bezeichneten Abweichungen sind unbekannt und mit einem im Summenabgas mehrerer Zylinder angeordneten Luftzahlsensor nicht unmittelbar messbar.
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Zur Einhaltung der gesetzlichen Abgasvorschriften für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren werden insbesondere mit Ottomotoren ausgerüstete Fahrzeuge mit mindestens einem Drei-Wege-Katalysator ausgestattet. Daneben befindet sich stromaufwärts des ersten Katalysators eine Lambdasonde als Luftzahlsensor. Mit Hilfe einer Lambdaregelung wird die Luftzahl λ des Summenabgases auf einen sehr engen Bereich um das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ =1) geregelt. Sowohl Bauteiltoleranzen der Einspritzventile als auch Streuungen der Luftfüllung einzelner Zylinder führen auch bei stöchiometrischem Summenabgas zu Abweichungen der Einzelzylinderluftzahlen vom stöchiometrischen Sollwert.
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Dabei wird durch die Lambdaregelung die gesamte Kraftstoffmenge lediglich so eingestellt, dass sich diese Abweichungen im Summenabgas gegenseitig ausgleichen. Bei motomahen Katalysatoren ist jedoch die Durchmischung der Abgasvolumina einzelner Zylinder vor dem Eintritt in den Katalysator gering. Diese Abgasvolumina mit nicht stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchströmen dann den Katalysator in räumlich getrennten Querschnittsbereichen, was im Folgenden auch als strähnige Durchströmung bezeichnet wird.
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Durch Einzelzylinderluftzahlen mit nicht stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis steigen einerseits die Rohemissionen des Verbrennungsmotors an. Darüber hinaus führt die strähnige Durchströmung zu einer Abnahme der Schadstoffkonvertierung des Katalysators. Dadurch lassen sich die strengen Emissionsvorschriften in den USA (z. B. SULEV) oder in Europa (z. B. EU 4) unter Umständen nur mit großem Aufwand erfüllen.
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Für eine direkt auf dem Zeitverhalten des Luftzahlsensorsignals basierende Regelung der Einzelzylinderluftzahlen muss der Einfluss der unterschiedlichen zylinderindividuellen Abgasvolumina im Sensorsignal ausreichend erkennbar sein. Voraussetzung dafür ist eine günstige Einbaulage des Luftzahlsensors. Bei derzeit eingesetzten Verfahren zur Einzelzylinder-Lambdaregelung, wie sie zum Beispiel in der
DE 101 34 555 C2 beschrieben werden, erfolgt eine Modellierung der Einflüsse des Abgaskrümmers und des Luftzahlsensors auf eine Zylinderindividuelle Luftzahlermittlung. Dieses Modell berücksichtigt im Wesentlichen die Gaslaufzeit der zylinderindividuellen Abgasvolumina vom Eintritt in den Abgaskrümmer bis zum Messelement der stetigen Lambdasonde. Weiterhin geht auch die zeitabhängige Durchmischung der Abgasvolumina am Ort der Sonde in die Modellbildung ein.
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Als Zustandsgrößen des Modells werden die entsprechenden Einzelzylinderluftzahlen gewählt, die dann mit Hilfe eines als regelungstechnischer Beobachter realisierten Rechenmodells aus den Abtastwerten des Sondensignals geschätzt werden. Bei der Abtastung des Sondensignals wird jedem Zylinder ein bestimmtes Zeitfenster zugeordnet, dessen relative Lage zu den Arbeitsspielgrenzen last- und drehzahlabhängig festzulegen ist. Nach der Schätzung der Einzelzylinderluftzahlen durch den Beobachter werden die zugehörigen zylinderindividuellen Kraftstoffmengen durch jeweils einen PI-Regler auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Sollwert gebracht.
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Trotz hoher Komplexität bezüglich Rechenzeit und Speicherplatzbedarf ist mit einem derartigen modellbasierten Verfahren der Einfluss der Sonden-Dynamik nur stark vereinfacht in der Laufzeitkompensation der Abgasvolumina abbildbar.
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Die eingangs genannte
DE 10 2007 002 740 A1 offenbart ein Verfahren zur Verringerung der Abweichungen von Einzelzylinderluftzahlen bei Ottomotoren auf der Basis von Fourierkoeffizienten, die aus einer Spektralanalyse der im Summenabgas erfassten Luftzahl λ ermittelt werden. Bei diesem Ansatz wird die Reaktion des Verbrennungsmotors auf gezielte Variationen der eingespritzten Kraftstoffmenge, die jeweils zu Veränderungen der Einzelzylinderluftzahlen führen, unter Verwendung der genannten Fourierkoeffizienten zur Gleichstellung herangezogen.
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Bei dem aus der
DE 10 2007 002 740 A1 bekannten Verfahren werden insbesondere bestimmte Spektralanteile des Signals der Lambdasonde bestimmt. In einem dort dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Spektralanteile der Arbeitsspielfrequenz und der doppelten Arbeitsspielfrequenz bestimmt. Eine vergleichsweise große Abweichung einer einzelnen Einzelzylinderluftzahl vom Sollwert wird zum Beispiel zu einem vergleichsweise großen Spektralanteil bei der Arbeitspielfrequenz führen. Der Spektralanteil stellt daher ein Gütemaß für die Gleichheit der Einzelzylinderluftzahlen dar. Je kleiner die Abweichungen der Einzelzylinderluftzahlen von einem gemeinsamen Sollwert sind, desto kleiner sind die Gütemaße.
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Die
DE 10 2004 026 176 B3 betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern hat den Zylindern zugeordnete Einspritzventile, die Kraftstoff zumessen, wobei eine Abgassonde in einem Abgastrakt angeordnet ist und ihr Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Ein Abtast-Kurbelwellenwinkel (CRK_SAMP), bezogen auf eine Bezugsposition des Kolbens des jeweiligen Zylinders, wird zum Erfassen des Messsignals ermittelt, und zwar abhängig von einer das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder charakterisierenden Größe oder einem Umgebungsdruck (AMP) oder einem Öffnungsgrad (OG_WG) eines Bypassventils eines Bypasses zu einer Turbine, die in dem Abgastrakt angeordnet ist. Zu dem Abtast-Kurbelwellenwinkel (CRK_SAMP) wird das Messsignal erfasst und dem jeweiligen Zylinder zugeordnet.
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Die
DE 10 2006 024 182 A1 betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Emissionen von einer Brennkraftmaschine enthält allgemein das Bestimmen eines Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals anhand der Motordrehzahl und einer Luftströmung in den Motor. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Ist-Luft/KraftstoffGemisch-Signals von einem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Sensor und das Vergleichen des Referenz-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signals mit dem Ist-Luft/Kraftstoff-Gemisch-Signal. Ferner enthält das Verfahren das Bestimmen anhand des Vergleichs, ob eine Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung auftritt, und das Setzen eines Serviceindikators anhand der Bestimmung, ob die Luft/Kraftstoff-Ungleichgewichtsbedingung aufgetreten ist.
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Im Anschluss an eine Bestimmung der Gütemaße sieht das bekannte Verfahren eine versuchsweise erfolgende Veränderung von Einzelzylinderluftzahlen vor. Eine solche Veränderung erfolgt zum Beispiel durch eine Änderung zylinderindividuell dosierter Kraftstoffmengen. Dies führt in der Regel zu einer Veränderung der genannten Spektralanteile und damit auch zu einer Veränderung der genannten Gütemaße. Eine Verringerung des Gütemaßes wird dann auftreten, wenn sich die Abweichung der versuchsweise veränderten Einzelzylinderluftzahl von ihrem Sollwert verringert. Die Veränderung der Einzelzylinderluftzahl wird dann beibehalten. Gegebenenfalls wird die veränderte Einzelzylinderluftzahl als neuer Basiswert für einen weiteren Iterationsschritt verwendet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weiteren Verbesserung dieses auf einem Spektralansatz basierenden Verfahrens zur Gleichstellung der Einzelzylinderluftzahlen.
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Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Einzelzylinderluftzahlen zunächst nacheinander in mehrere Richtungen verändert werden, für jede Veränderung ein Gütemaß bestimmt und gespeichert wird, eine Näherung für den Gradienten des Gütemaßes aus den Veränderungen und den für die Veränderungen bestimmten Gütemaßen gebildet wird und eine weitere gesteuerte Veränderung der Einzelzylinderluftzahlen in der zur Richtung der Näherung des Gradienten entgegengesetzten Richtung erfolgt.
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Dabei wird hier unter dem Gradienten die aus der Vektoranalysis bekannte vektorwertige Ableitung einer skalaren Funktion verstanden, die in Richtung des steilsten Anstiegs der skalaren Funktion weist. Die skalare Funktion ist dabei das Gütemaß, das hier als Funktion der Veränderung der Einzelzylinderluftzahlen betrachtet wird.
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Durch die gesteuerte Veränderung der Einzelzylinderluftzahlen in der zur Richtung der Näherung des Gradienten entgegengesetzten Richtung und iterative Wiederholung der Verfahrensschritte nähert man sich dem gewünschten Gleichstellungspunkt auf einer steil verlaufenden Änderungskurve des Gütemaßes.
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Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren den Vorteil einer sehr großen Robustheit gegenüber Veränderungen der Systemtotzeit zwischen einer Änderung einer zylinderindividuellen Luftzahl und einer daraus resultierenden Reaktion des Luftzahlsensors besitzt. Veränderungen der Systemtotzeit werden zum Beispiel durch Streuungen und/oder Änderungen der Reaktionszeiten von Luftzahlsensoren und/oder Veränderungen des Abgasvolumenstroms hervorgerufen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen 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:
- 1 das technische Umfeld der Erfindung;
- 2 ein Signaldiagramm mit einem Frequenzspektrum eines Luftzahlsensorsignals;
- 3 eine Ermittlung zylinderindividueller Komponenten eines Verstellschritts, der zu einer Angleichung von Einzelzylinderluftzahlen führt; und
- 4 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Einzelnen zeigt die 1 einen als Ottomotor ausgeführten Verbrennungsmotor 10 mit mehreren Zylindern 12, 14, ..., n. Der Verbrennungsmotor 10 bekommt Verbrennungsluft über eine Luftzuführung 16 zugeführt. Die Masse der zugeführten Verbrennungsluft wird mit einem Luftmassenmesser 18 bestimmt, der in einer Ausgestaltung ein Heissfilm-Luftmassenmesser ist und der in der Luftzuführung 16 angeordnet ist. Die Masse der zugeführten Verbrennungsluft wird über ein Luftmassenstellglied beeinflusst. In der Ausgestaltung, die in der 1 dargestellt ist, ist das Luftmassenstellglied eine in der Luftzuführung 16 angeordnete Drosselklappe.
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Das Abgas des Verbrennungsmotors 10 wird über einen Abgasstrang 22 abgeführt, in dem eine Abgasreinigungsvorrichtung 24 angeordnet ist. Im Rahmen einer Ausgestaltung ist die Abgasreinigungsvorrichtung 24 ein Drei-Wege-Katalysator. Weiterhin ist im Abgasstrang 22 ein Luftzahlsensor 26 angeordnet, dessen Signal L einem Steuergerät 28 zugeführt wird. Das Steuergerät 28 empfängt darüber hinaus Signale mL weiterer Sensoren 18 etc. in denen sich Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 10 wie Luftmasse und Drehzahl abbilden.
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Das Steuergerät 28 verarbeitet diese Signale nach Maßgabe eines im Steuergerät abgelegten Programms und ebenfalls dort gespeicherter Daten zu Stellgrö-ßen S_20, S_30, mit denen Stellglieder des Verbrennungsmotors 10 wie das Luftmassenstellglied 20, eine Anordnung 30 zylinderindividueller Kraftstoff-Injektoren, und gegebenenfalls weitere Stellglieder angesteuert werden. Das Steuergerät 28 ist darüber hinaus dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer oder mehreren der hier vorgestellten Ausgestaltungen zu steuern.
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Das Steuergerät 28 ist insbesondere dazu eingerichtet, das Signal L des Luftzahlsensors 26 spektral zu analysieren. Ein Ergebnis einer solchen Analyse, bei der das Signal L in seine Frequenzbestandteile zerlegt wird, ist in der 2 in einem Signaldiagramm dargestellt. In dem Signaldiagramm sind Werte von Fourierkoeffizienten FK in willkürlichen Einheiten über möglichen Werten der Arbeitsspielfrequenz eines Zylinders des Verbrennungsmotors 10 aufgetragen.
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Ein erstes Gütemaßelement 31 und ein zweites Gütemaßelement 33 sind gekennzeichnet. Das erste Gütemaßelement 31 ist in dem dargestellten Beispiel ein in einer Fourieranalyse bestimmter Fourierkoeffizient, der bei einer Drehzahl eines Vierzylinderverbrennungsmotors von 1500 Umdrehungen pro Minute auftritt. Dieser Drehzahl entspricht bei einem Viertaktmotor einer auf einen Zylinder bezogenen Arbeitsspielfrequenz von 12,5 Hz. Das der ersten Oberschwingung zuzuordnende zweite Gütemaßelement 33 ist dementsprechend ein Fourierkoeffizient, der einer Frequenz von 25 Hertz zugeordnet ist. Der vergleichsweise gro-ße Wert des ersten Gütemaßelements 31 ergibt sich in dem dargestellten Beispiel durch eine 10%-ige Abweichung der Luftzahl eines Zylinders des Verbrennungsmotors 10 vom stöchiometrischen Wert, während die anderen Zylinder stöchiometrisch oder so betrieben werden, dass die Luftzahl Lambda über die betroffenen Zylinder im Mittel gleich 1 ist.
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Zur Bestimmung und Verringerung der Abweichungen der Einzelzylinderluftzahlen in den Zylindern 12, 14, ..., n können das erste Gütemaßelement 31 und das zweite Gütemaßelement 33 in einem Vektor zusammengefasst werden oder eine skalare Größe aus beiden als Gütefaktor gebildet werden. Mit Hilfe dieses Gütefaktors, kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch für die einzelnen Zylinder angepasst werden. Die Anpassung erfolgt dabei dadurch, dass die Einzelzylinderluftzahlen zunächst nacheinander in mehrere Richtungen verändert werden, für jede Veränderung ein Gütemaß bestimmt und gespeichert wird, eine Näherung für den Gradienten des Gütemaßes aus den Veränderungen und den für die Veränderungen bestimmten Gütemaßen gebildet wird und eine weitere gesteuerte Veränderung der Einzelzylinderluftzahlen in der zur Richtung der Näherung des Gradienten entgegengesetzten Richtung erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die spektralen Anteile bei einer Gruppe von n Zylindern bei der Arbeitsspielfrequenz und ganzzahligen Vielfachen der Arbeitsspielfrequenz ermittelt, die kleiner als der auf die nächstniedrigere ganze Zahl abgerundete Quotient n/2 sind.
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Bevorzugt ist auch, dass das Gütemaß jeweils in Abhängigkeit von einer Summe einer geradzahligen Potenz der ermittelten spektralen Anteile gebildet wird. Es ist insbesondere bevorzugt dass das Gütemaß jeweils in Abhängigkeit von einer Summe der Quadrate der ermittelten spektralen Anteile gebildet wird.
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Das resultierende Paraboloid des Gütemaßes wird von den Vertrimmungsrichtungen aufgespannt. Es liegt in einem n-1-dimensionalen Unterraum. Die 3 zeigt einen Ausschnitt des Paraboloids bei zwei beliebigen Vertrimmungsrichtungen. Im Einzelnen zeigt die 3 ein Koordinatensystem, das von zwei Achsen aufgespannt wird. Jede Achse ist einem Zylinder zugeordnet, wobei der Index i einem der beiden Zylinder und der Index j dem anderen der beiden Zylinder zugeordnet ist. Auf den Achsen liegende Werte repräsentieren Abweichungen dλi, dAj der Einzelzylinderluftzahl Ai, Aj des betreffenden Zylinders von ihrem Sollwert. Eine solche Abweichung wird auch als Vertrimmung bezeichnet. Jeder Punkt der Ebene entspricht damit einem Wertepaar von Abweichungen dAi, dAj der Einzelzylinderluftzahlen λi, λj in zwei Zylindern von Ihren Sollwerten. Ganz allgemein bezeichnet dA im Folgenden einen A-wertigen Vektor des Vertrimmungsmusters mit n-Elementen, wobei n die Zahl der Zylinder pro Bank ist: dλ = (dλ_1, dλ_2, ..., dλ_n). Die Vektorkomponente dλ_i bezeichnet damit eine A-wertige Abweichung des i-ten-Zylinders. Die Koordinaten des Wertepaares sind aus dem im Summenabgas erfassten Summenwert der Luftzahl Lambda nicht unmittelbar ableitbar.
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Mit Hilfe der spektralen Zerlegung und des Aufsummierens von Quadraten der Werte der Spektralkomponenten wird dem unbekannten Punkt jedoch ein bestimmter Wert eines Gütemaßes zugeordnet. Das Gütemaß ist damit insbesondere auch als Funktion von Punkten der Ebene darstellbar. Aufgrund seiner Bildung aus Quadraten der Werte der Spektralkomponenten besitzt das als Funktion der Punkte der Ebene dargestellte Gütemaß die Form eines Paraboloids. Ein bei einem bestimmten Wert des Gütemaßes erfolgender Schnitt durch das Paraboloid lässt sich damit als zu diesem Wert zugehörige Höhenlinie in die Ebene projizieren. Die 3 zeigt einige dieser geschlossenen Höhenlinien 32, 34, 36, 38.
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Grundsätzlich werden alle n Zylinder durch den Algorithmus verstellt. Die Zahl der Freiheitsgrade reduziert sich jedoch um 1 durch die Randbedingung, dass die Summe der einzelnen Vertrimmungen dλ_i für sämtliche Zylinder einer Bank gleich Null ist. Dabei wird unter einer Bank jede Gruppe von Zylindern verstanden, deren Abgas an einem gemeinsamen Abgassensor vorbeiströmt. Man wählt also die Anregungsmuster dA so, dass obige Bedingung erfüllt ist. Sinnvoll ist es zudem, für die Ermittlung des Gradienten einen Satz von (n-1) zueinander orthogonalen Anregungsmustern zu wählen. Diese Muster bilden dann eine orthogonale Basis für den (n-1)-dimensionalen Raum der Vertrimmungsmuster. Bezüglich dieser Basis kann man dann den Gradienten bestimmen. Dies geht klassisch mittels des zentralen Differenzenquotienten:
für jede Richtung i der Basis. Dabei ist x_i die Koordinate zur i_ten-Basisrichtung. Mittels einer Koordinatentransformation kann man eine für die Implementierung günstige Form erhalten.
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In der 3 repräsentieren die weiter vom Koordinatenursprung entfernt liegenden Höhenlinien größere Werte des Gütefaktors GK und damit größere Abweichungen dλ_i, dλ_j der Einzelzylinderluftzahlen Ai, Aj von einem gemeinsamen Sollwert. Große GK-Werte sind insofern schlechter als kleine GK-Werte.
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Für die weitere Erläuterung wird angenommen, dass die Einzelzylinderluftzahl λi zunächst um dλi und die Einzelzylinderluftzahl Aj zunächst um dAj gegenüber einem gemeinsamen Sollwert verschoben sind. Dadurch ergibt sich ein Gütemaß GK(dAi, dλj). In der 3 entspricht der gemeinsame Sollwert dem Koordinatenursprung (0,0). Die Beträge dAi und dλj sind zunächst unbekannt. Ausgehend von diesen zunächst unbekannten Beträgen dλi und dAj werden die Einzelzylinderluftzahlen zunächst nacheinander in mehrere Richtungen 40, 42, 44, 46 verändert.
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Jede Veränderung erfolgt jeweils ausgehend von dem ursprünglich unbekannten Verschiebevektor (dλi, dλj). Im Anschluss an jede Veränderung wird ein resultierendes Gütemaß bestimmt und gespeichert. Anschließend wird aus den bestimmten Gütemaßen eine Näherung für den Gradienten des Gütemaßes aus den bestimmten Gütemaßen gebildet. Für das Beispiel, das in der 3 dargestellt ist, wird im Folgenden davon ausgegangen, dass sich das Gütemaß bei Veränderungen in Richtungen 40, 42 verschlechtert, während es sich bei Veränderungen in Richtungen 44, 46 verbessert.
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Der durch die vektorielle Summe der Veränderungen in die Richtungen 40, 42 gebildete Vektor 48 stellt daher in der Darstellung der 3 eine Näherung 48 für den Gradienten des Gütemaßes GK bei dem unbekannten Wertepaar (dAi, dAj) dar.
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Da der Gradient die Richtung des steilsten Anstiegs und damit der steilsten Verschlechterung des Gütemaßes angibt, stellt die Gegenrichtung 50 die Richtung der steilsten Verbesserung des Gütemaßes GK dar.
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Für eine Angleichung der Einzelzylinderluftzahlen an ihren gemeinsamen Sollwert erfolgt daher erfindungsgemäß eine gesteuerte Veränderung der Einzelzylinderluftzahlen in der zur Richtung der Näherung 48 des Gradienten entgegengesetzten Richtung des Vektors 50.
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Diese Schrittfolge wird anschließend wiederholt, so dass eine weitere Angleichung der Einzelzylinderluftzahlen an ihren gemeinsamen Sollwert erfolgt. Die Wiederholung erfolgt gegebenenfalls so oft, bis das Gütemaß einen vorgegebenen Schwellenwert S unterschreitet. Auf diese Weise findet eine steil verlaufende Angleichung der Einzelzylinderluftzahlen an einen gemeinsamen Sollwert statt.
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3 stellt die Anregungen, die Isolinien des GK und die Gradientenrichtung jedoch nur qualitativ dar. Die an Hand der Beschreibung dieser qualitativen Darstellung ermittelte Iteration stellt daher nur eine Annäherung an den tatsächlichen Gradienten dar. Aus der Darstellung erkennt man nicht, wie der Gradient letztendlich berechnet wird.
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Tatsächlich wird der Gradient bevorzugt auf die folgende Art und Weise berechnet: Zur Bestimmung des Gradienten des Gütemaßes GK sind bei einem Motor mit n Zylindern pro Bank 2 * (n-1) Anregungsschritte vorgesehen. Die Anregung erfolgt in positiver und negativer Richtung bezüglich (n-1) Basisvertrimmmustern. Diese Basisvertrimmmuster werden zur Erzielung höchstmöglicher Genauigkeit so konstruiert, dass sie erstens zueinander orthogonal sind und zweitens sich je Muster eine mittlere Vertrimmung von Null ergibt. Die Vektorelemente der Vertrimmmuster bilden Einspritzkorrekturwerte für die einzelnen Zylinder der betrachteten Bank ab. Dabei gilt näherungsweise: t_i = df_i * t_nominal = - dλ_i * t_nominal, wobei t_i die Einspritzimpulsbreite des i-ten-Zylinders ist und wobei t_nominal eine ideale Einspritzimpulsbreite ist, wie sie für alle Zylinder vorgegeben wird und wobei df_i ein Korrekturfaktor ist.
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Nach Abschluss der Anregungen kann für die jedem Basismuster zuzuordnende Richtung der Gradient des Gütemaßes mittels zentralem Differenzenquotienten approximiert werden. Im Korrekturschritt wird jede Basisvertrimmrichtung mit ihrem negativen Gradientenanteil und einem die Stellschrittweite regulierenden Faktor multipliziert. Diese (n-1) Korrekturvektoren werden addiert und zur Kompensation der Einspritzzeiten der einzelnen Zylinder verwendet.
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Das Verfahren zeichnet sich durch eine große Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen des Abgasvolumenstroms und einer gegebenenfalls variierenden Totzeit des Luftzahlsensors aus. Als vorteilhaft wird auch angesehen, dass das Verfahren keine Kenntnis der ursprünglichen Verschiebungen dAi, dλj erfordert. Es funktioniert damit unabhängig davon, welcher Punkt der Ebene durch die anfänglich unbekannten Verschiebungen der Einzelzylinderluftzahlen definiert wird. Wesentlich ist, dass sich diesem Punkt ein Gütefaktor zuordnen lässt und dass durch iterative Veränderungen der Einzelzylinderluftzahlen eine steil verlaufende Angleichung der Einzelzylinderluftzahlen an ihren gemeinsamen Sollwert erfolgt.
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Die einzelnen Veränderungsschritte sind dabei im Steuergerät 28 bekannt. Nach Abschluss der Angleichung kann das Steuergerät 28 aus der Kenntnis der Angleichungsschritte den ursprünglichen Vertrimmungsvektor dA bestimmen. Die Kenntnis des ursprünglichen Vertrimmungsvektors dA kann zur Diagnose verwendet werden. Weicht zum Beispiel die Einzelzylinderluftzahl dλ_i eines Zylinders mit Index i trotz gleicher Kraftstoffzumesssignale wie in anderen Zylindern stark von den Einzelzylinderluftzahlen der anderen Zylinder ab, wird dies in einer Ausgestaltung als Fehler des zugehörigen Kraftstoffeinspritzventils gewertet.
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4 zeigt ein Flussdiagramm des unter Bezug auf die 3 bereits beschriebenen Verfahrens. Dabei repräsentiert der der Schritt 52 ein Hauptprogramm HP zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10. Aus diesem Hauptprogramm heraus wird bedarfsweise der Schritt 54 erreicht, mit dem das Verfahren zur Angleichung von Einzelzylinderluftzahlen beginnt. Das Verfahren wird in einer Ausgestaltung einmal pro Fahrzyklus durchgeführt. Alternative Ausgestaltungen sehen eine Durchführung beim Vorliegen vorbestimmter Auslösekriterien vor.
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Im Schritt 54 wird zunächst die Einzelzylinderluftzahl eines Zylinders verstellt. Die Verstellung erfolgt z.B. in die Richtung 40 der 3. Anschließend erfolgt die Bestimmung und Speicherung des zugehörigen Gütemaßes.
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Bevorzugt ist auch, dass die zunächst in mehrere Richtungen erfolgende Veränderung der Einzelzylinderluftzahlen so erfolgt, dass zu jeder Veränderung in eine bestimmte Richtung auch eine Veränderung in deren Gegenrichtung erfolgt. In Bezug auf die 3 bedeutet das, dass zusätzlich zu der Verstellung der Einzelzylinderluftzahlen in die Richtung Punkt 40 eine Verstellung in die Richtung 44 erfolgt. Anschließend wird das Gütemaß in diesem Punkt bestimmt. Es gibt viele Möglichkeiten, den Gradienten zu approximieren. Der zentrale Differenzenquotient ist sehr einfach, konservativ, braucht aber vergleichsweise viele Anregungsschritte.
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Mit den Schritten 58 und 60 wird eine vergleichbare Verstellung und Gütemaßermittlung für eine andere Verstellrichtung wiederholt. Für Gruppen mit n Zylindem werden 2(n-1) Verstellungen durchgeführt. Dabei führt man erst (n-1) *2 Vertrimmungen (positive und negative Richtung) in die (orthogonalen) Basisrichtungen durch. Daraus erhält man die (n-1) Elemente des Gradientenvektors. Anschließend führt man einen Stellschritt in entgegengesetzter Richtung des Gradienten aus. Die Orthogonalität der Verstellrichtungen liefert eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Richtungen und der Beträge der Vektoren 48 und 50, die in den Schritten 62 und 64 erfolgt.
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Dabei wird der Vektor 48 als Näherung für den Gradienten des Gütemaßes aus den für die einzelnen Verstellrichtungen ermittelten Gütemaßen bestimmt. Der Verstellvektor 50 ergibt sich dann einfach als zum Vektor 48 entgegengesetzt gerichteter Vektor.
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Die in Richtung des Vektors 50 erfolgende Verstellung der Einzelzylinderluftzahlen stellt einen von gegebenenfalls mehreren Iterationsschritten dar, mit denen die erwünschte Angleichung der Einzelzylinderluftzahlen erfolgt. Im Schritt 66 wird das Gütemaß bestimmt, das sich nach diesem Iterationsschritt einstellt. Im Schritt 68 wird dieses Gütemaß mit einem vorbestimmten Schwellenwert S verglichen. Eine Überschreitung des Schwellenwertes S zeigt einen weiteren Angleichungsbedarf an. Das Verfahren verzweigt dann erneut in den Schritt 54, so dass die beschriebene Schrittfolge 54 bis 68 solange durchlaufen wird, bis der Schwellenwert S im Schritt 68 nicht mehr überschritten wird. Dadurch erfolgen gegebenenfalls entsprechend viele Iterationsschritte zur Angleichung der Einzelzylinderluftzahlen. Wird der Schwellenwert S nicht mehr überschritten, verzweigt das Verfahren zurück in den Schritt 52, in dem das normale Hauptprogramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors weiter durchgeführt wird.
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Wie bereits erwähnt wurde, stellt 3 die Anregungen, die Isolinien des GK und die Gradientenrichtung nur qualitativ dar. Die an Hand der Beschreibung dieser qualitativen Darstellung ermittelte Iteration stellt jedoch eine Annäherung an den tatsächlichen Gradienten dar. Aus der Darstellung erkennt man nicht, wie der Gradient letztendlich berechnet wird. Für die tatsächliche Berechnung werden orthogonale Verstellrichtungen genutzt.
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Das Verfahren wird bevorzugt separat für jede Zylinderbank oder Gruppe von Zylindern des Verbrennungsmotors angewendet, deren Abgas als Summenabgas an einem A-Sensor vorbeiströmt.
