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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllungsunterschieds in Zylindern einer Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Zylindern, ein Betriebsverfahren und eine Recheneinheit zu deren Durchführung.
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Stand der Technik
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Das Luft-/Kraftstoffverhältnis wird in Ottomotoren üblicherweise derart eingestellt, dass der Mittelwert der Lambdawerte aller Zylinder (sogenanntes Summenlambda) λ = 1,0 beträgt. Hierdurch wird ein abgasarmer Betrieb ermöglicht, weil Katalysatoren bei stöchiometrischer Verbrennung ihre größte Wirksamkeit besitzen.
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Aufgrund von Zumesstoleranzen und zylinderindividuellen Luft-/Füllungsunterschieden, z.B. aufgrund von Systemtoleranzen, können die Lambdawerte in den einzelnen Zylindern einer Brennkraftmaschine trotz identischer Ansteuerung voneinander abweichen. Das im Abgas gemessene Summenlambda, das sich aus den Beiträgen der jeweiligen Einzelzylinder zusammensetzt, kann daher den Sollwert λ = 1,0 annehmen, obwohl die Lambdawerte der einzelnen Zylinder um diesen Mittelwert schwanken. Eine entsprechende Abweichung von Einzelzylindern vom Mittelwert wird auch als Zylinderungleichverteilung bezeichnet. Verfahren zur Ermittlung unterschiedlicher Füllungen in Zylindern sind bereits aus der
DE 101 57 616 A1 und der
DE 100 06 161 A1 bekannt.
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Eine Zylinderungleichverteilung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Eine Verschiebung der zylinderindividuellen Lambdawerte führt zunächst unmittelbar zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Wird ein bestimmter Schwellwert überschritten, verschlechtern sich die Emissionen. Hierbei spielt zusätzlich die sogenannte Strähnigkeit des Abgases, also die Ausbildung von Strömungsfäden im Abgasmassenstrom, z.B. aufgrund von Füllungsunterschieden, eine Rolle.
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Die Leistungskenngrößen eines Motors, genauer eines Zylinders, sind bei konstantem Luft-Kraftstoff-Verhältnis proportional zu der dem Zylinder zugeführten Luft- bzw. Gemischmasse, also dem Füllungsgrad. Zur Definition des Füllungsgrades dienen, wie allgemein bekannt, die Kennzahlen Luftaufwand und Liefergrad. Weichen die Füllungsgrade der Zylinder voneinander ab, unterscheiden sich auch deren Momentenbeiträge, also die Anteile der jeweiligen Zylinder am Gesamtdrehmoment. Hierdurch kommt es zu Unregelmäßigkeiten in der Drehzahl.
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Ist im Rahmen dieser Erfindung dabei von „Leistungskenngrößen“ oder, allgemeiner, von einer „Leistung“ die Rede, sei dieser Begriff nicht auf eine Leistung im Sinne einer physikalischen Größe beschränkt verstanden. Vielmehr umfassen die Begriffe auch z.B. ein Drehmoment sowie einen indizierten und/oder effektiven Mitteldruck eines Zylinders. Derartige Kennzahlen sind über Umrechnungen miteinander und mit der Leistung eines Zylinders verknüpft und definieren diese.
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Zuverlässige Verfahren zur Erkennung von Füllungsunterschieden sind für Ottomotoren bisher nicht verfügbar, weshalb ein entsprechender Bedarf besteht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllungsunterschieds in Zylindern einer Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Zylindern, ein darauf basierendes Betriebsverfahren und eine Recheneinheit zu deren Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Die im obigen Sinn verstandenen Leistungskenngrößen eines Zylinders sind, wie erwähnt, bei konstantem Luft-Kraftstoff-Verhältnis proportional zu der dem Zylinder zugeführten Luft- bzw. Gemischmasse, also dem Füllungsgrad. Wird umgekehrt bei konstantem Füllungsgrad das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, ändern sich die Leistungskenngrößen. Die vorliegende Erfindung macht sich diese Tatsache zunutze und ermöglicht eine Aussage über die Füllungsgrade von Zylindern auf Grundlage der den Zylindern zugeführten Kraftstoffmasse bei als zunächst konstant angenommener Luftmasse.
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Wie allgemein bekannt, erreichen die Leistungskenngrößen (z.B., wie erwähnt, das Drehmoment, der indizierte und/oder der effektive Mitteldruck) eines Zylinders bzw. eines Motors für übliche Ottokraftstoffe bei einem Lambdawert von ca. Ä = 0,95 ihr Maximum. Ist ein Füllungsgrad eines Zylinders bzw. die in den Zylinder eingebrachte Luftmasse nicht bekannt, kann daher durch Verändern der in den Zylinder eingebrachten Kraftstoffmenge diejenige Kraftstoffmenge bestimmt werden, bei der der Lambdaistwert in dem Zylinder λ = 0,95 beträgt, indem der Leistungskenngrößenbeitrag des jeweiligen Zylinders ermittelt wird. Beim maximalen Wert des Leistungskenngrößenbeitrags Leistungskenngrößenbeitragsliegt der Lambdaistwert in dem Zylinder bei λ = 0,95. Dies wird für alle Zylinder durchgeführt. Aus den Lagen der Maxima zueinander kann jetzt auf die Ungleichverteilung der Füllung geschlossen werden.
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Der Leistungskenngrößenbeitrag kann mittels eines Verfahrens bestimmt werden, das ein Signal einer Brennkraftmaschine auswertet, das mit der durch die jeweiligen Zylinder eingebrachten Leistungskenngröße (also z.B. dem Drehmoment, der Leistung, dem indirekten und/oder dem effektiven Mitteldruck) korreliert. Hierbei handelt es sich vorteilhaferweise um ein physikalisches Merkmal basierend auf dem Drehzahlsignal, z.B. in Form sogenannter Zahnzeiten. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der
DE 10 2008 054 690 A1 offenbart. Dort wird ein mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gekoppeltes Geberrad, z.B. ein Zahnrad, mittels wenigstens eines Sensors überwacht, wie unten im Zusammenhang mit
2 näher erläutert. Ein entsprechendes Geberrad weist über seinen Umfang verteilte Markierungen (z.B. Zähne) auf. Durch „Abzählen“ dieser Markierungen und eine entsprechende zeitliche Auswertung kann bestimmt werden, innerhalb welcher Zeiten entsprechende Markierungen des Geberrads an einem Drehzahlsensor vorbeilaufen. Auf Grundlage der Zeiten kann auf zylinderindividuelle Leistungskenngrößenbeiträge geschlossen werden. Trägt ein Einzelzylinder z.B. ein überdurchschnittliches Moment zum Gesamtmoment bei, äußert sich dies in einer kurzzeitigen Beschleunigung der Drehzahl während des Arbeitstaktes dieses Zylinders, umgekehrt führt ein unterdurchschnittlicher Leistungskenngrößenbeitrag zu einer Verringerung der Drehzahl während des Arbeitstaktes dieses Zylinders. Hinsichtlich weiterer Details wird auf die genannte
DE 10 2008 054 690 A1 verwiesen.
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Ein entsprechender Leistungskenngrößenbeitrag wird dabei, wie erwähnt, vorteilhafterweise für unterschiedliche Kraftstoffmengen ermittelt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise im Rahmen einer Zylindereinzelbetrachtung. Ein jeweils betrachteter Zylinder wird nachfolgend als „Messzylinder“ bezeichnet.
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Der Leistungskenngrößenbeitrag eines entsprechenden Messzylinders kann bei unterschiedlichen individuellen Lambdasollwerten betrachtet werden. In entsprechenden Brennkraftmaschinen wird üblicherweise die den Zylindern jeweils zugeführte Luftmasse nicht verändert, so dass die Lambdasollwerte mittels einer Einstellung der Kraftstoffmenge eingestellt werden, bzw. einer solchen entsprechen.
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Voraussetzung für aussagekräftige Messungen ist es, dass sich Drehzahl und Last über einen Auswertungszeitraum nur geringfügig ändern. Die Einspritzventile sollten bezüglich ihres Durchflusses gleichgestellt sein. Andernfalls kann der Unterschied nicht auf Kraftstoff oder Luft zurückgeführt werden. Wenn jedes Ventil identische Kraftstoffmengen liefert, kann der Unterschied der Lage der Maxima nur aus unterschiedlichen Luftmengen resultieren. Ein verwendeter Katalysator sollte in dessen Konvertierungsbereich liegen, da das Verfahren sonst zu einer Emissionserhöhung führen kann. Der Motor sollte betriebswarm sein, da sonst sogenannte Wandfilmablagerungen das Messergebnis beeinflussen und die Emissionen höher sind.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren umfasst zweckmäßigerweise eine Reihe von Schritten. Zunächst wird der Messzylinder durch Vorgabe einer sogenannten Delta-Kraftstoffmasse (d.h. eine Abweichung von der globalen, für alle Zylinder gleichen Kraftstoffmasse) auf einen Lambdasollwert eingestellt. Anschließend können die übrigen Zylinder so eingestellt werden dass das Summenlambda der Brennkraftmaschine den Wert λ = 1 annimmt, um den Einfluss des Verfahrens auf die Emissionen zu minimieren. Nun kann der Leistungskenngrößenbeitrag für die momentane (auch als „relative“ Kraftstoffmasse bezeichnete) Kraftstoffmasse des Messzylinders ermittelt werden.
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In bestimmten Motorsteuerungssystemen wird der Füllungsgrad als relative Luftfüllung bezogen auf Normbedingungen dargestellt. Für ein globales λ = 1, z.B. bei 30% relativer Luftfüllung, wird dabei eine relative Kraftstofffüllung von 30% benötigt. Bei Turbomotoren sind relative Luftfüllungen > 100 % möglich. Auch derartige Konzepte seien von der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Die Ermittlung kann im Rahmen mehrerer Parallelmessungen erfolgen, deren Anzahl vorgegeben werden kann, um Störeinflüsse zu minimieren. Entsprechende Werte können abgespeichert werden. Die zuvor genannten Schritte werden nun für unterschiedliche Lambdasollwerte (und damit unterschiedliche relative Kraftstoffmassen), beispielsweise in einem Bereich λ = 0,9 bis λ = 1,20 in einer auswählbaren Rasterung wiederholt. Anschließend wird ein anderer Zylinder als Messzylinder ausgewählt. Sind sämtliche Zylinder entsprechend vermessen, ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet und die Ergebnisse können ausgewertet werden. Wie erläutert, liegt das Maximum des Leistungskenngrößenbeitrags bei etwa λ = 0,95, so dass aus der Abhängigkeit des Leistungskenngrößenbeitrags von der relativen Kraftstoffmasse die für jeden Zylinder relative Kraftstoffmasse für λ = 0,95 bestimmt werden kann. Aus den Lagen der Maxima der einzelnen Zylinder kann auf die Füllungsverteilung der einzelnen Zylinder geschlossen werden. Neben dem Erkennen der Füllungsunterschiede kann für jeden Zylinder eine Kraftstoffkorrektur ermittelt werden, welche zukünftig für die Einspritzung herangezogen werden kann. Somit erfolgt eine Gleichstellung der Einzelzylinderlambdas.
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Durch die Voraussetzung, dass bei Vollhub die Ventile gleichgestellt sind, können dabei Abweichungen in den unterschiedlichen Lagen der Maxima der Leistungskenngrößenbeiträge in den unterschiedlichen Zylindern nur durch eine Luftungleichverteilung der Zylinder zueinander bedingt sein.
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Bei einem Zylinder, bei welchem das Maximum bei einer höheren relativen Kraftstoffmenge liegt, wird somit zum Erreichen einer maximalen Leistungskenngröße mehr Kraftstoff eingespritzt. Dies bedeutet, dass mehr Luft vorhanden gewesen sein muss. Umgekehrt bedeutet ein Maximum bei einem niedrigeren relativen Kraftstoffbeitrag, dass in einem entsprechenden Zylinder weniger Luft vorhanden ist.
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Ausgehend von der erfindungsgemäßen Bestimmung des Unterschieds in der Füllung lassen sich Anwendungen realisieren, die aufgrund eines Fehlens einer entsprechenden Bestimmungsmöglichkeit gemäß dem Stand der Technik nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen durchgeführt werden konnten. Dies bietet zahlreiche Vorteile.
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Dabei können die Lambdawerte einzelner Zylinder, die Zylinderfüllung und die durch die jeweiligen Einspritzventile eingespritzte Kraftstoffmenge einander angeglichen werden und/oder eine Luftungleichverteilung diagnostiziert werden.
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Die Gleichstellung der zylinderindividuellen Lambdawerte, d.h. ein Ausgleich zwischen den einzelnen Zylindern, ist vorteilhaft, um Emissionen zu reduzieren. Im Rahmen der Erfindung lässt sich für jeden Zylinder die relative Kraftstoffmasse für λ = 0,95 ermitteln. Somit können die relativen Kraftstoffmassen angeglichen werden, so dass sich für jeden Zylinder λ = 1 ergibt. Dies führt insbesondere bei einem Kaltstart eines Ottomotors zu großen Vorteilen, da hier Emissionen entstehen, welche nach Möglichkeit beschränkt werden sollten. Typischerweise erfolgt bei einem Ottomotor zum Beginn des Kaltstarts eine Katalysatorheizphase (sogenanntes „Kaltheizen“), während welcher der vorhandene Dreiwegekatalysator auf seine Konvertierungstemperatur aufgeheizt wird. Sämtliche emittierten Rohemissionen werden während dieses Zeitraums an die Umwelt abgegeben und tragen somit zu einem erheblichen Anteil zum Gesamtabgasverhalten des Fahrzeugs bei. Üblicherweise erfolgt die Zumessung des Kraftstoffs während dieses Zeitraums auf Basis einer Vorsteuerung. Erst wenn die Lambdasonde ein gültiges Signal liefert, wird die Vorsteuerung durch eine Regelung abgelöst. Die Vorsteuerung und die Regelung beziehen sich immer auf die Werte aller Zylinder und greifen somit nur global ein. Ziel hierbei ist es, möglichst geringe Rohemissionen zu erzeugen, bis der Katalysator konvertiert. Durch eine Ungleichverteilung der Frischluft kann es jedoch zu unterschiedlichen Lambdaistwerten in den Zylindern kommen, welche zu ungleichen und nicht optimalen Rohemissionen führen. Hier kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden, indem die ermittelten Werte (bspw. zur Kraftstoffkorrektur) im Rahmen einer entsprechenden Vorsteuerung verwendet werden. Hierbei kann die Information über die Ungleichverteilung der Luft zur Adaption der zylinderindividuellen Kraftstoffmassen genutzt werden. Zylinderindividuell kann ein Ziellambda, welches die Rohemissionen während des Kaltheizens reduziert, eingestellt werden.
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Bei einem System, dass über die Möglichkeit verfügt, zylinderindividuell die Füllung (über eine Einstellung der Luftmasse) einzustellen, kann die Information zur Gleichstellung der Füllung über die Zylinder benutzt werden. Eine Diagnose der Luftungleichverteilung und eine Gleichstellung der Einspritzventile kann ebenfalls mit der vorhandenen Information realisiert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine profitiert von den zu erläuterten Vorteilen. Gleiches gilt für eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit (z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs), die, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend 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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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine, bei der erfindungsgemäße Aspekte realisiert sein können, in Draufsicht.
- 2 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine, bei der erfindungsgemäße Aspekte realisiert sein können, in Seitenansicht.
- 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einem Leistungskenngrößenbeitrag und einer Kraftstoffmasse.
- 4 zeigt ein Verfahren, bei dem erfindungsgemäße Aspekte realisiert sein können, in schematischer Darstellung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine Brennkraftmaschine 10 mit Kraftstoffsystem 20, Zuluftsystem 30 und Abgassystem 40 sowie eine Recheneinheit 50 als Steuergerät zu deren Ansteuerung schematisch in Draufsicht dargestellt. Die Brennkraftmaschine 10 ist vorzugsweise als Ottomotor mit Kraftstoff-Direkteinspritzung ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Zylinder 11, 12, 13, 14, es ist jedoch auch jede andere Zahl von Zylindern möglich. Kraftstoff wird durch das Kraftstoffsystem 20 bereitgestellt und über individuell ansteuerbare Einspritzventile 21 jeweils in die Zylinder 11, 12, 13, 14 eingespritzt.
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Den Zylindern 11, 12, 13, 14 wird Luft über das Zuluftsystem 30 zugeführt, wobei für jeden der Zylinder 11, 12, 13, 14 ein Einlassventil 31 vorgesehen ist. Eine üblicherweise vorgesehene Drosselklappe zur Einstellung der Luftmenge ist nicht dargestellt. Verbrennungsabgas wird über Auslassventile 41 aus den Zylindern 11, 12, 13, 14 ausgestoßen und über das Abgassystem 40 abgeführt. Im Abgassystem 40 ist ein Katalysator 42 vorgesehen, der unter anderem Kohlenmonoxid und Stickoxide umwandelt und vorteilhafterweise als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet ist. Im Abgassystem 40 ist stromaufwärts des Katalysators 42 eine Lambdasonde 51 angeordnet.
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Das Steuergerät 50 steht mit Stellgliedern der Brennkraftmaschine 10, des Kraftstoffsystems 20, des Zuluftsystems 30 und/oder des Abgassystems 40 in Wirkverbindung steht, um diese in geeigneter Weise anzusteuern. Im Detail steuert das Steuergerät 50 z.B. die Einspritzventile 21, die Einlassventile 31, die Auslassventile 41 und weitere Stellglieder (wie z.B. die Drosselklappe) an. Insbesondere ist das Steuergerät 50 dazu ausgebildet, eine definierte Kraftstoffmenge mittels der Einspritzventile 21 vorzugeben. Das Steuergerät 50 kann einen als Teil des Steuergeräts 50 ausgebildeten Lambdaregler 52 aufweisen. Das Steuergerät 50 ist programmtechnisch zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
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Weiterhin sind neben der Lambdasonde 51 weitere Sensoren (nicht gezeigt), wie z.B. Temperatur- und/oder Drucksensoren, vorgesehen, um entsprechende Motorzustände zu erfassen, so dass der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 in Abhängigkeit von den diesen mittels des Steuergeräts 50 realisieren werden kann. Die Lambdasonde 51 ist zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts im Abgassystem 40 eingerichtet und übermittelt diesen oder einen entsprechenden hiervon abgeleiteten Wert z.B. an den in dem Steuergerät 50 implementierten Lambdaregler 52.
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Das Steuergerät 50 steuert die Brennkraftmaschine mittels Ansteuerbefehlen O oder durch Übermittlung entsprechender Parameter, um ein Antriebsmoment bereitzustellen. Hierzu erhält das Steuergerät 50 Eingaben I (beispielsweise externe Anforderungen, wie ein Fahrerwunschmoment, eine Fahrpedalstellung und dergleichen), mit denen von extern ein Antriebsmomentenwunsch vorgegeben werden kann. Weiterhin erhält das Steuergerät 50 von den genannten Sensoren entsprechende Informationen über Motorzustände als Eingaben I, beispielsweise eine Drehzahl, Drücke und Temperaturen im Luftzufuhrsystem 30 und/oder im Abgassystem 40.
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Im Normalbetrieb sind alle Zylinder 11, 12, 13, 14 der Brennkraftmaschine 10 aktiv und werden z.B. gemäß eines hinlänglich bekannten und hier nicht näher erläuterten Viertaktbetriebs in einer vorgegebenen Reihenfolge befeuert.
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2 zeigt eine alternative Darstellung des Ausschnitts der 1 in Seitenansicht, wobei gleiche Elemente wie in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht erneut erläutert sind. Auf die Darstellung einer Reihe von Komponenten, insbesondere des Kraftstoffsystems 20, des Zuluftsystems 30 und des Abgassystems 40 wurde dabei verzichtet.
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In den Zylindern 11, 12, 13, 14 sind jeweils Kolben 11', 12', 13', 14' angeordnet. Die auf die Kolben 11', 12', 13', 14' bei Befeuerung des entsprechenden Zylinders 11, 12, 13, 14 wirkenden Gaskräfte werden über diesen zugeordnete Kolbenstangen 11", 12", 13", 14" auf eine Kurbelwelle 15 übertragen. Bei einer zuvor erläuterten Zylinderunausgeglichenheit, z.B. bei einer unterschiedlichen Zylinderfüllung, variieren die auf die Kolben 11', 12', 13', 14' wirkenden Gaskräfte und damit auch die Gleichförmigkeit der Drehbewegung der Kurbelwelle 15.
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Mit der Kurbelwelle 15 ist hier zur Bestimmung der Leistungskenngrößenbeiträge der Einzelzylinder 11, 12, 13, 14 ein Geberrad 16 drehfest gekoppelt. Die Drehbewegung des Geberrades 16 bildet sich z.B. in einem Signal 53' eines Drehwinkelsensors 53 ab. Das Steuergerät 50 bzw. ein entsprechend vorgesehenes Auswertemodul 54 wertet das Signal 53' aus und bestimmt hieraus zylinderindividuelle Werte.
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Das Geberrad 16, das in der 2 in Seitenansicht zu sehen ist, weist über seinen Umfang verteilte Markierungen 16' auf. Bei diesen Markierungen 16' kann es sich z.B. um ferromagnetische Vorsprünge handeln, deren Flanken beim Vorbeilaufen an einem als Drehzahlsensor 53 verwendeten Induktivsensor steile Flanken im Signal 53' erzeugen. Bei den Markierungen 16' kann es sich auch um Zähne eines Zahnrads handeln, es werden somit sogenannte „Zahnzeiten“ ermittelt. Durch Abzählen der Signalflanken stellt das Steuergerät 50 jeweils Beginn und Ende einer entsprechenden Markierung fest und bestimmt Zeiten, in denen diese an dem Drehzahlsensor 53 vorbeilaufen.
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Auf Grundlage der Segmentzeiten kann auf zylinderindividuelle Leistungskenngrößenbeiträge M, also Beiträge eines jeweils befeuerten Zylinders 11, 12, 13, 14 zu einer Gesamtleistungskenngröße der Brennkraftmaschine 10, z.B. in Form von Einzelmomenten, rückgeschlossen werden. Wie bereits erläutert, ist z.B. das Drehmoment eines Zylinders 11, 12, 13, 14 dann am größten, wenn in ihm ein Gemisch mit einem bestimmten Lambdawert verbrannt wird. Für übliche Ottokraftstoffe beträgt dieser bestimmte Lambdawert ca. 0,95, es liegt also ein leicht fettes Gemisch, d.h. ein leichter Kraftstoffüberschuss gegenüber dem vorhandenen Sauerstoff vor.
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Wird daher ein Leistungskenngrößenbeitrag M eines Zylinders 11, 12, 13, 14 bei unterschiedlichen Lambdasollwerten (also unterschiedlichen Kraftstoffmengen bei einem als konstant angenommenen Sauerstoffanteil) ermittelt, kann aufgrund des maximalen Leistungskenngrößenbeitrags auf die tatsächlich im Zylinder 11, 12, 13, 14 vorliegenden Kraftstoff-Luft-Verhältnisse geschlossen werden. Hierzu wird auf Grundlage der unterschiedlichen Leistungskenngrößenbeiträge bei den Lambdasollwerten ein maximaler Wert ermittelt (durch Auswahl eines entsprechenden Einzelwerts oder eine Inter- oder Extrapolation durch Verwendung einer geeigneten Funktion). Der maximale Leistungskenngrößenbeitrag entspricht dem Lambdasollwert, bei dem der Lambdaistwert bei λ = 0,95 liegt. Auf Grundlage der Kenntnis dieses Lambdaistwerts und der für diesen Wert tatsächlich eingebrachten Kraftstoffmenge und den Lagen der Maxima der einzelnen Zylinder kann auf die Füllungsverteilung der einzelnen Zylinder geschlossen werden.
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3 veranschaulicht in Form eines Diagramms, in dem ein Leistungskenngrößenbeitrag M in entsprechenden Einheiten (je nach physikalischer Größe z.B. W, Nm oder bar) auf der Ordinate gegenüber einer relativen Kraftstoffmasse in % auf der Abszisse aufgetragen ist.
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Da sich ein maximaler Leistungskenngrößenbeitrag (in der Abbildung von ca. 4 Einheiten) bekanntermaßen bei einem Lambdaistwert von λ = 0,95 ergibt, kann aus dem Diagramm der 3 rückgeschlossen werden, bei welcher relativen Kraftstoffmasse dieser Ist-Lambdawert vorliegt, hier etwa bei 25,2 %. Aus den Lagen der Maxima der einzelnen Zylinder kann auf die Füllungsverteilung der einzelnen Zylinder geschlossen werden.
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In 4 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
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In einem ersten Schritt 110 wird der jeweils betrachtete Messzylinder auf einen Lambdasollwertwert eingestellt.
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In einem zweiten Schritt 120 werden die übrigen Zylinder so eingestellt, dass das Summenlambda der Brennkraftmaschine, also das in sämtlichen Zylindern verbrannte Mischungsverhältnis, den Wert 1 annimmt, um einen Einfluss des Verfahrens auf die Emissionen zu minimieren.
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In einem dritten Schritt 130 wird ein Leistungskenngrößenbeitrag des Messzylinders für die momentane relative Kraftstoffmasse bestimmt. Dies kann im Rahmen einer Mittelung über n Parallelmessungen erfolgen, die entsprechend vorgegeben werden können, um Störeinflüsse zu minimieren. Letzteres ist mit Schritt 131 veranschaulicht.
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In einem vierten Schritt 140 werden für die n Parallelmessungen der in dem dritten Schritt 130 ermittelten Momentenbeiträge Mittelwerte gebildet. Entsprechende Werte können abgespeichert werden, wie mit Schritt 141 veranschaulicht.
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Die zuvor erläuterten Schritte 110 bis 140 werden in einem fünften Schritt 150 für unterschiedliche Lambdawerte, beispielsweise für Soll-Lambdawerte von λ = 0,9 bis λ = 1,20 in einer auswählbaren Rasterung, d.h. bei unterschiedlichen Messpunkten, wiederholt. Dies ist durch Pfeil 151 veranschaulicht.
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In einem sechsten Schritt 160 wird ein nächster Zylinder als zu betrachtender Messzylinder ausgewählt. Die zuvor genannten Schritte 110 bis 150 werden für diesen Zylinder entsprechend wiederholt, wie mit Pfeil 161 veranschaulicht. Sind sämtliche Zylinder vermessen, ist das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Messung beendet.
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Nun kann in Schritt 170 eine Auswertung der in Schritt 141 jeweils gespeicherten Daten erfolgen, indem insbesondere für jeden Zylinder die relative Kraftstoffmasse für das Maximum des Leistungskenngrößenbeitrags und daraus die zugehörige Luftmenge bestimmt wird.
