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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm, ein Speichermedium und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
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Verfahren zur Gleichstellung von Zylindern einer Brennkraftmaschine sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann ein Signal einer Lambdasonde im Abgassystem einer Brennkraftmaschine zylinderindividuell ausgewertet werden, um zylinderindividuelle Abweichungen der Gemischzusammensetzung zu ermitteln. Ebenso sind drehzahlbasierte Verfahren bekannt, bei denen Ungleichmäßigkeiten einer Motordrehzahl ermittelt werden, um die Gleichstellung des Drehmoments über alle Zylinder einer Brennkraftmaschine zu erreichen. In der
DE 195 27 218 B4 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Drehzahlsignal einer Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Filtermitteln mit unterschiedlichen Frequenzen ausgewertet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm und ein Speichermedium nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine Zylindergleichstellung einer Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann, welche ohne eine Nacheinspritzung auskommt und nicht von einer Geometrie der Brennkraftmaschine abhängt. Zudem kann das Verfahren in kurzer Zeit ausgeführt werden, ohne dass komplexe Rechenschritte erforderlich sind. Das verfahren ist daher wenig rechenressourcenaufwändig.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein Zylinder, der beispielsweise mit einem Lambdawert von ungefähr 1 betrieben wird, bei einer Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge in Richtung fett oder mager im Hinblick auf das Drehmoment des Zylinders unterschiedlich reagiert. Ein Lambdawert von 1 kennzeichnet einen Betriebszustand des Zylinders, in welchem der Anteil der Luftmenge und der Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge in einem stöchiometrisch ausgeglichenen Verhältnis zueinander stehen. Wird ausgehend von einem solchen Zustand des Zylinders eine erhöhte Kraftstoffmenge eingespritzt (Veränderung in Richtung fett), so wird sich das Drehmoment, das in diesem betreffenden Zylinder erzeugt wird, vergleichsweise wenig erhöhen. Wird im umgekehrten Fall eine gegenüber dem Lambdawert von 1 verminderte Kraftstoffmenge in den Zylinder eingebracht, so wird sich das Drehmoment dieses Zylinders vergleichsweise stark vermindern. Eine Abmagerung im fetten Bereich hat also kaum Auswirkung auf das Drehmoment, wohingegen sie im homogenen und mageren Bereich zu einer Abnahme des Drehmoments führt.
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Darauf aufbauend erkennt das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise einen zu fetten Zylinder dadurch, dass eine Reaktion im Drehmoment auf eine sprunghafte Abmagerung ausbleibt, bzw. dass sich bei einem zu mageren Zylinder bei einer sprunghaften Anfettung das Drehmoment ändert. Die Erfindung geht wie folgt vor: In einer ersten Ausgestaltung wird eine einzuspritzende Soll-Kraftstoffmenge im Sinne einer Abmagerung sprunghaft um einen Änderungswert geändert. Wenn bei dieser sprunghaften Abmagerung ein zylinderindividuelles Drehmoment sich nicht, beziehungsweise um weniger als einen Grenzbetrag vermindert, so kann auf eine unerwünschte Abweichung einer Ist-Kraftstoffmenge im Vergleich zu der einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge geschlossen werden, das heißt, der Zylinder ist vermutlich zu fett eingestellt. In einer zweiten Ausgestaltung wird die in den Zylinder einzuspritzende Soll-Kraftstoffmenge im Sinn einer Anfettung sprunghaft um einen Änderungswert geändert. Wenn daraufhin ein zylinderindividuelles Drehmoment sich um mehr als einen Grenzbetrag erhöht, so kann ebenfalls auf eine unerwünschte Abweichung einer Ist-Kraftstoffmenge von der Soll-Kraftstoffmenge geschlossen werden, das heißt, der Zylinder ist vermutlich zu mager eingestellt.
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Häufig kann es erfindungsgemäß genügen, je Zylinder nur eine einzige sprunghafte Änderung der einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge vorzunehmen. Weiterhin ist es denkbar, das Verfahren ausschließlich mit sprunghaften Abmagerungen durchzuführen, sofern mittels einer Regelung über eine Lambda-Sonde ein gesamter Lambda-Wert der Brennkraftmaschine auf 1 geregelt wird, indem durch eine schrittweise Korrektur von vermeintlich zu fetten Zylindern über mehrere Adaptionszyklen auch ein zu magerer Zylinder erkannt und korrigiert werden kann.
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Das Verfahren ist besonders flexibel einzusetzen, wenn es sequenziell, auf Zylinder-Gruppen oder gleichzeitig auf alle Zylinder angewendet wird, wobei für jeden Zylinder eine Änderung der das zylinderindividuelle Drehmoment charakterisierenden Größe ermittelt wird. Beispielsweise können die Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell, das heißt einzeln nacheinander von den Verfahren beaufschlagt werden. Oder es können alternativ Gruppen von Zylindern der Brennkraftmaschine von dem Verfahren nacheinander beaufschlagt werden. Ebenso ist es denkbar, das Verfahren in einem einzigen Schritt auf alle Zylinder anzuwenden. Dabei wird jeweils für den einzelnen Zylinder, die Zylindergruppe oder alle Zylinder jeweils ein zylinderindividuelles Drehmoment ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass eine Größe, die mit dem zylinderindividuellen Drehmoment korreliert, ermittelt wird. Auf diese Weise kann das Verfahren so angepasst werden, dass es in besonders kurzer Zeit durchgeführt werden kann.
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Das Verfahren ist besonders nützlich, wenn die identifizierte Änderung des zylinderindividuellen Drehmoments durch Anpassen der Soll-Kraftstoffmenge korrigiert wird. Damit werden die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine genutzt, beispielsweise zu einer Zylindergleichstellung und somit zu einer Verbesserung der Laufruhe und des Emissionsverhaltens.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dann, wenn das Verfahren sequenziell oder auf Zylinder-Gruppen angewendet wird und eine einzuspritzende Soll-Kraftstoffmenge sprunghaft geändert wird, mindestens in einem der übrigen Zylinder eine einzuspritzende Soll-Kraftstoffmenge gegenteilig so geändert wird, dass ein mittlerer Lambdawert der Brennkraftmaschine in etwa gleich bleibt. Damit wird erreicht, dass sich die Abgaswerte der Brennkraftmaschine im Hinblick auf unerwünschte Schadstoffemissionen nicht verschlechtern.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Betrag des Änderungswertes kleiner ist als ein vermuteter maximaler Differenzbetrag zwischen der Soll-Kraftstoffmenge und der Ist-Kraftstoffmenge. Auf diese Weise können Zylinder, bei denen eine eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge von der Soll-Kraftstoffmenge verschieden ist, besonders gut erkannt werden. Ist ein Zylinder beispielsweise zu fett eingestellt, so wird ein Abmagerungssprung, welcher kleiner ist als die vermutete Anfettung des einen Zylinders, ebenfalls zu einem immer noch zu fetten Gemisch führen. Auf diese Weise wird das Drehmoment in diesem Zylinder nahezu nicht verändert. Damit wird ein besonders eindeutiges Kennzeichen gebildet, um diesen Zylinder zu erkennen. Wenn in einem umgekehrten Fall der Zylinder fehlerhaft als zu mager eingestellt ist, und das Verfahren einen Sprung in Richtung einer Anfettung auf diesen Zylinder gibt, so wird dann, wenn der Änderungssprung kleiner ist als die vermutete fehlerhafte Abmagerung, der Zylinder sich immer noch in einem mageren Bereich befinden. Auf diese Weise wird sich das Drehmoment besonders stark ändern, in diesem Falle erhöhen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die sprunghafte Änderung der in einen Zylinder einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge auf mindestens zwei Teilsprünge aufgeteilt wird. Damit kann ein Unterschied zwischen einer Soll-Kraftstoffmenge und einer vermuteten fehlerhaften Ist-Kraftstoffmenge besonders genau erkannt werden.
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Es versteht sich, dass die hier vorgestellte Methode, eine Einspritzung zu verändern, nur beispielhaft ist. In einer vergleichbaren Weise kann ebenfalls eine in einen Saugrohrmotor einzubringende Kraftstoffmenge verändert werden, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Die Genauigkeit des Verfahrens wird verbessert, wenn das zylinderindividuelle Drehmoment vor, während und/oder nach der sprunghaften Änderung der Soll-Kraftstoffmenge ermittelt wird. Damit kann erfindungsgemäß das zylinderindividuelle Drehmoment in allen Phasen der durchgeführten Änderung der Soll-Kraftstoffmenge bewertet werden. Beispielsweise kann durch eine Auswertung des zylinderindividuellen Drehmoments vor und nach der sprunghaften Änderung ein besonders genauer Differenzbetrag gebildet werden. Damit kann eine Auswirkung der Anfettung beziehungsweise der Abmagerung noch genauer angegeben werden.
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Ergänzend sieht das Verfahren vor, dass das zylinderindividuelle Drehmoment unter Verwendung eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Ein solches zeitlich hochaufgelöstes Drehzahlsignal steht häufig bei modernen Brennkraftmaschinen zur Verfügung. Beispielsweise kann mit Hilfe eines Drehzahlsignal-Geberrades ein Winkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfasst und zeitlich zugeordnet werden. Daraus wiederum können verschiedene Größen abgeleitet oder berechnet werden, beispielsweise ein zylinderindividuelles Drehmoment der Brennkraftmaschine.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein stark vereinfachtes Schema einer Brennkraftmaschine;
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2 ein Diagramm zur Darstellung eines Drehmoments der Brennkraftmaschine über einem Lambda-Wert;
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3 ein erstes Diagramm zur Auswertung von Änderungen des Drehmoments über den Zylinder-Zählnummern;
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4 ein zweites Diagramm zur Auswertung von Änderungen des Drehmoments über den Zylinder-Zählnummern; und
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5 ein Flussdiagramm zur Abarbeitung durch ein Computerprogramm einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt ein vereinfachtes Schema einer Brennkraftmaschine 10 mit vorliegend vier Zylindern 12a, 12b, 12c und 12d und zugehörigen Injektoren 14a, 14b, 14c und 14d zur Einspritzung von Kraftstoff. Die Brennkraftmaschine 10 ist entweder als Benzinmotor oder als Dieselmotor ausgeführt. Die vier Zylinder 12a, 12b, 12c und 12d arbeiten auf eine unterhalb davon schematisiert gezeichnete Kurbelwelle 16, wobei ein Sensor 18 eines nicht dargestellten Geberrads einen aktuellen Drehwinkel der Kurbelwelle 16 erfasst. Der Sensor 18 erzeugt ein zeitlich hochaufgelöstes Drehzahlsignal 19. Ein Abgasrohr 20 leitet die Abgase der vier Zylinder 12a, 12b, 12c und 12d ab, deren Lambdawert von einer Lambdasonde 22 ebenfalls zeitlich hochaufgelöst erfasst wird. Im rechten oberen Teil der 1 ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 24 zusammen mit angedeuteten abgehenden und ankommenden Steuerleitungen dargestellt, sowie ein darin enthaltenes elektrisches Speichermedium 26 und ein Computerprogramm 28. Unter anderem wird auch das Drehzahlsignal 19 der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 24 zugeführt. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 ermittelt aus dem Drehzahlsignal 19 für jeden Arbeitstakt und jeden Zylinder 12 ein arbeitstakt- und zylinderindividuelles Drehmoment.
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Die 2 zeigt einen vereinfachten Zusammenhang zwischen einem zylinderindividuellen Lambdawert 30 und einem daraus sich ergebenden Drehmoment 32 des Zylinders. Ein Pfeil 34 kennzeichnet einen Bereich für einen Lambdawert größer 1, also einen abgemagerten Zustand des Zylinders. Ein Pfeil 36 kennzeichnet umgekehrt einen Bereich mit einem Lambdawert kleiner 1, also einen angefetteten Zustand des Zylinders.
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Die Drehmomentkurve 38 stellt schematisch dar, wie im angefetteten Bereich 36 des Gemischs das zylinderindividuelle Drehmoment 32 bei einer Änderung des Gemischs im Wesentlichen konstant bleibt. Hingegen wird im abgemagerten Bereich 34 bei einer Abmagerung des in einem Zylinder eingespritzten Gemisches das Drehmoment 32 entsprechend dem durch die Drehmomentkurve 38 vorgegebenen Verlauf abnehmen.
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Ferner ist beispielhaft ein Betriebspunkt 40 für einen Lambdawert von 1 eingetragen. Man erkennt, dass, wenn sich der Betriebspunkt in Richtung einer Abmagerung (Lambdawerte größer 1) verändert, sich das zugehörige Drehmoment 32 vermindert. Wenn umgekehrt der Betriebspunkt 40 in Richtung einer Anfettung verändert wird (Lambdawert kleiner 1), so bleibt das Drehmoment 32 im Wesentlichen konstant. Auf diese Weise sind Abweichungen des Betriebspunktes 40, welche durch eine sprunghafte Änderung der Soll-Kraftstoffmenge herbeigeführt werden, gut am Vorhandensein beziehungsweise Nicht-Vorhandensein einer Änderung des zylinderindividuellen Drehmoments 32 zu unterscheiden und dahingehend zu bewerten, ob sich der Betriebspunkt im mageren oder im angefetteten Bereich befindet.
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Das Diagramm der 2 ist geeignet, anhand des Lambdawerts des Betriebspunktes 40 einerseits, und anhand des Betrags und der Richtung eines Kraftstoffmengensprungs andererseits, die Auswirkung auf das Drehmoment 32 zu ermitteln, beziehungsweise umgekehrt, aus einer bekannten Änderung des Drehmoments 32 auf den Lambdawert des Betriebspunktes 40 rückzuschließen. Dabei kann es vorteilhaft sein, den Betrag und die Richtung des Kraftstoffmengensprungs (das heißt der Änderung der Soll-Kraftstoffmenge) zu variieren, um einen guten Kompromiss zwischen der Genauigkeit und der Adaptionszeit des Verfahrens zu erreichen.
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Die 3 zeigt ein erstes Diagramm zur Anwendung des Verfahrens. Dargestellt ist ein Koordinatensystem, welches auf der Abszisse vier Zylinder 12a bis 12d der Brennkraftmaschine auflistet, und auf der Ordinate eine jeweilige zu einer sprunghaften Abmagerung des Gemisches gehörende Drehmomentdifferenz 42. Vorliegend wurden die vier Zylinder 12a bis 12d der Brennkraftmaschine 10 um einen gleichen Betrag nacheinander abgemagert. Daraus folgend ergeben sich vier zugehörige Änderungen des Drehmoments 32 für die einzelnen Zylinder 12a bis 12d, jeweils im Vergleich zwischen einem Drehmoment 32 vor dem Abmagerungssprung und einem Drehmoment 32 nach dem Abmagerungssprung. Eine waagerechte gestrichelte Linie kennzeichnet einen Grenzbetrag 44 für eine Drehmomentdifferenz 42, also für eine Änderung des zylinderindividuellen Drehmoments 32.
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Vorliegend sind der Einfachheit halber in der 3 – und ebenso in der nachfolgenden 4 – die Änderungen des Drehmoments 32 mit einem positiven Vorzeichen dargestellt. Es versteht sich, dass eine Abmagerung im allgemeinen zu einer Verminderung des Drehmoments 32 führt. Die Drehmomentdifferenzen 42 für die Zylinder 12a bis 12d sind in den Diagrammen der 3 und 4 jeweils durch einen Punkt markiert (ohne Bezugszeichen).
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Man erkennt, dass die Änderungen des Drehmoments 32 in den vier dargestellten Zylindern 12a bis 12d einen in etwa gleichen Betrag aufweisen und in der Zeichnung oberhalb des Grenzbetrags 44 liegen. Daraus lässt sich ableiten, dass durch die Abmagerung in den vier Zylindern 12a bis 12d in etwa eine gleiche Wirkung in Bezug auf das Drehmoment 32 erzielt werden konnte. Daraus lässt sich wiederum folgern, dass alle Zylinder im Wesentlichen eine Ist-Kraftstoffmenge aufweisen, welche einer Soll-Kraftstoffmenge entspricht. Sofern die Brennkraftmaschine 10 über eine Regelung des Lambdawertes verfügt, welche einen über alle vier Zylinder 12a bis 12d gemessenen Lambdawert auf 1 einregelt, lässt sich schlussfolgern, dass keiner der Zylinder 12a bis 12d zu mager eingestellt ist.
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Die 4 zeigt ein zu der 3 vergleichbares Schema. Im Unterschied zur 3 ist vorliegend der Zylinder 12a fehlerhaft zu fett eingestellt. Entsprechend zu dem Vorgehen nach der 3 wurden auch in der 4 alle vier Zylinder 12a bis 12d nacheinander um einen jeweils gleichen Betrag abgemagert.
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Im Ergebnis ist zu erkennen, dass die drei Zylinder 12b bis 12d im Vergleich zu den vier Zylindern der 3 einen in etwa gleichen Unterschied ihres Drehmoments 32 aufweisen. Abweichend davon weist jedoch der Zylinder 12a in der 4 einen vergleichsweise geringen Drehmomentsprung auf und liegt in der Zeichnung unterhalb des Grenzbetrags 44. Daraus ist abzuleiten, dass vorliegend der Zylinder 12a trotz der sprunghaften Abmagerung immer noch einen Lambdawert von kleiner oder höchstens gleich 1 aufweist, also zu fett war oder gegebenenfalls sogar noch zu fett ist.
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Nicht gezeichnet ist in den 3 und 4 der Fall, dass das Verfahren alternativ zur Abmagerung mit einer sequenziellen Anfettung durchgeführt wird. Bei einer Anfettung ergibt sich für eine korrekt eingestellte Brennkraftmaschine in allen Zylindern keine ausgeprägte Änderung des Drehmoments 32. Sofern jedoch ein oder mehrere Zylinder vor der sprunghaften Anfettung fehlerhaft zu. mager eingestellt war(en), so ergibt sich ein Anstieg des Drehmoments 32 in dem oder den betroffenen Zylinder(n), der stärker ausfällt als in den übrigen korrekt eingestellten Zylindern.
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5 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Ablauf als Computerprogramm 28 auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 24 der Brennkraftmaschine 10. Die Prozedur beginnt in einem Start-Block 60 im oberen Teil der Zeichnung. In einem nachfolgenden Block 62 werden verschiedene Randbedingungen zur Durchführung des Verfahrens festgelegt. Es wird entschieden, ob eine Änderung der einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge im Sinne einer Abmagerung oder einer Anfettung sprunghaft durchgeführt werden soll und um welchen Betrag. Ebenso wird im Block 62 festgelegt, ob die Zylinder 12a bis 12d der Brennkraftmaschine 10 einzeln nacheinander oder in Gruppen nacheinander oder alle vier Zylinder 12a bis 12d gleichzeitig der Prozedur unterzogen werden sollen. Mit diesen Randbedingungen wird im nachfolgenden Block 64 ein zylinderindividuelles Drehmoment 32 ermittelt und in einem Block 66 abgespeichert. In einem nachfolgenden Block 68 wird die Änderung der einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge sprunghaft durchgeführt. Ebenfalls im Block 68 wird eine gegenteilige Änderung in mindestens einem der übrigen Zylinder 12a bis 12d durchgeführt, damit ein gesamter Lambda-Wert des Abgases in etwa gleich bleibt. Die Änderung der einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge(n) wird ebenfalls in dem Block 66 abgespeichert. In einem Block 70 wird nach dem Sprung wiederum ein zylinderindividuelles Drehmoment 32 ermittelt und ebenfalls in dem Block 66 abgespeichert.
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Im Block 66 wird eine Auswertung vorgenommen. Sofern Änderungen der zylinderindividuellen Drehmomente 32 identifiziert wurden, welche darauf hinweisen, dass eine eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge nicht der jeweils einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge entspricht, so werden die jeweiligen Soll-Kraftstoffmengen in dem Block 74 korrigiert. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Abfrageblock 76 fortgesetzt, in dem entschieden wird, ob und wie die Prozedur hinter dem Start-Block 60 fortgeführt wird, oder in einem nachfolgenden Ende-Block 78 beendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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