DE102014200360A1

DE102014200360A1 - Elektronische Steuereinrichtung zur Erkennung von Gemischunterschieden in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014200360A1
Application number: DE102014200360.1A
Authority: DE
Inventors: Till Scheffler; Markus Haslbeck; Stefan Fischer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft die Erkennung von Unterschieden in der Zusammensetzung von Kraftstoff-Luft Gemischen in der Vielzahl von Zylinder eines Verbrennungsmotors. Es wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Einstellung eines Zylinders aus einer Vielzahl von Zylindern eines Verbrennungsmotors beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ändern eines gemeinsamen Lambda-Zielwertes für die Vielzahl von Zylinder für einen vor-definierten Zeitraum. Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln von Reaktionen der Vielzahl von Zylinder auf die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Bestimmen von ein oder mehreren Indizien bzgl. einer Einstellung von mindestens einem der Vielzahl von Zylinder auf Basis der ermittelten Reaktionen der Vielzahl von Zylinder.

Description

Die Erfindung betrifft die Erkennung von Unterschieden in der Zusammensetzung von Kraftstoff-Luft Gemischen in der Vielzahl von Zylinder eines Verbrennungsmotors.
Fahrzeuge (insbesondere einspurige oder zweispurige Fahrzeuge, wie z. B. Motorräder, Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen) weisen meist Verbrennungsmotoren auf. Verbrennungsmotoren, insbesondere Ottomotoren, umfassen typischerweise eine Vielzahl von Zylindern. In jeden der Vielzahl von Zylinder wird ein Kraftstoff-Luft Gemisch eingeführt (z. B. eingespritzt), welches anschließend gezündet wird, um einen Kolben des Zylinders zu bewegen. Die Vielzahl von Zylinder zünden typischerweise in unterschiedlichen Phasen und die Kolben der Zylinder treiben in den unterschiedlichen Phasen eine gemeinsame Kurbelwelle an.
Die Abgase werden aus den Zylindern über eine Abgasanlage des Fahrzeugs aus dem Verbrennungsmotor und aus dem Fahrzeug geführt. Die Abgasanlage umfasst typischerweise eine Vielzahl von Rohren (z. B. einen Krümmer, ein Hosenrohr, und ein Endrohr), eine Vielzahl von Schalldämpfern, einen Katalysator und eine sogenannte Lambdasonde. Insbesondere ist die Lambdasonde eingerichtet, einen Gehalt des Sauerstoffs in den Abgasen zu ermitteln. Ein Zielwert über das von der Lambdasonde gemessene Abgasgemisch liegt typischerweise bei λ = 1. Bei Werten von λ > 1 spricht man typischerweise von sogenannten mageren Gemischen, die zu viel Luft, d. h. zu viel Sauerstoff enthalten, und so darauf hinweisen, dass das den Zylindern zugeführte Kraftstoff-Luft Gemisch zu wenig Kraftstoff enthält. Bei Werten von λ < 1 spricht man typischerweise von sogenannten fetten Gemischen, die zu viel Kraftstoff enthalten. Die Messwerte der Lambdasonde können somit dazu verwendet werden, das den Zylindern einer Abgasbank zugeführte Kraftstoff-Luft Gemisch zu regeln, z. B. um einen Wert von λ = 1 einzustellen.
Aufgrund von Alterungsprozessen und/oder aufgrund von Defekten kann es dazu kommen, dass die Kraftstoff-Luft Gemische in den einzelnen Zylindern voneinander abweichen. Dies kann dazu führen, dass sich an der Lambdasonde ein zufriedenstellender Lambda-Wert ergibt (z. B. λ = 1) obwohl einzelnen Zylinder ein zu fettes oder ein zu mageres Kraftstoff-Luft Gemisch aufweisen. Die unterschiedlichen Kraftstoff-Luft Gemische in den Zylindern führen zu einer sogenannten „Cylinder Imbalance”, die durch geeignete Maßnahmen zur Zylindergleichstellung beseitigt werden sollten. Insbesondere kann eine „Cylinder Imbalance” dazu führen, dass gewisse Abgasnormen nicht eingehalten werden können, obwohl sich an der Lambdasonde ein zufriedenstellender Lambda-Wert ergibt.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, das Vorliegen einer „Cylinder Imbalance” in effizienter, insbesondere in zeit-effizienter Weise, zu detektieren bzw. zu diagnostizieren. Nach Erkennung einer „Cylinder Imbalance” können geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um eine Zylindergleichstellung zu ermöglichen, und um so die Qualität der Abgase zu erhöhen und/oder um so den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Einstellung eines Zylinders aus einer Vielzahl von Zylindern eines Verbrennungsmotors beschrieben. Der Verbrennungsmotor kann ein Verbrennungsmotor (insbesondere ein Ottomotor) eines Fahrzeugs (z. B. eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Motorrads) sein. Der Verbrennungsmotor kann ein oder mehrere Zylinderbänke mit jeweils einer Vielzahl von Zylindern umfassen. Die Vielzahl von Zylinder kann beispielsweise vier, sechs oder acht Zylinder umfassen.
Die Einstellung eines Zylinders kann insbesondere die Zusammensetzung des dem Zylinder zugeführten Kraftstoff-Luft Gemisches umfassen. Diese Zusammensetzung wird typischerweise durch die Einstellung einer Einspritzanlage des Zylinders beeinflusst. Somit kann das Verfahren darauf ausgelegt sein, ein oder mehrere Indizien bzgl. einer Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Gemisches eines Zylinders zu ermitteln.
Typischerweise kann anhand der Zusammensetzung der Abgase eines Zylinders auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Gemisches geschlossen werden. Die Zusammensetzung der Abgase des Zylinders kann z. B. durch eine Lambdasonde ermittelt werden. Die Lambdasonde liefert einen sogenannten Lambdawert oder Lambda-Messwert. Da ein Fahrzeug typischerweise nur eine gemeinsame Lambdasonde für die Vielzahl von Zylinder umfasst, kann nur ein gemeinsamer Lambdawert für die Abgase der Vielzahl von Zylinder ermittelt werden. Das beschriebene Verfahren kann darauf ausgelegt sein, ein oder mehrere Indizien bzgl. des einzelnen Lambdawertes eines einzelnen Zylinders zu ermitteln, obwohl nur ein gemeinamer Lambdawert für die Vielzahl von Zylinder gemessen wird.
Das Verfahren umfasst das Ändern eines gemeinsamen Lambda-Zielwertes für die Vielzahl von Zylinder für einen vor-definierten Zeitraum. Beispielsweise kann für den vor-definierten Zeitraum der Lambda-Zielwert von einem Standard-Zielwert (z. B. λ = 1) auf einen mageren Zielwert (z. B. λ > 1) erhöht werden. Dadurch werden typischerweise die Kraftstoff-Luft Gemische aller Zylinder der Vielzahl von Zylinder abgemagert. Alternativ oder ergänzend kann für den vor-definierten oder für einen anderen Zeitraum der Lambda-Zielwertes von dem Standard-Zielwert (z. B. λ = 1) auf einen fetten Zielwert (z. B. λ < 1) reduziert werden. Dadurch werden typischerweise die Kraftstoff-Luft Gemische aller Zylinder der Vielzahl von Zylinder fetter gemacht. Die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes kann durch eine Steuereinheit (z. B. durch ein Motorsteuergerät) gesteuert und/oder geregelt werden (z. B. anhand der Lambda-Messwerte einer gemeinsamen Lambdasonde).
Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln von Reaktionen der Vielzahl von Zylinder auf die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes. Das Ermitteln von Reaktionen kann insbesondere das Ermitteln von Laufunruhe-Änderungen der Vielzahl von Zylinder in Reaktion auf die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes umfassen. Die Laufunruhewerte und/oder deren Änderungen können beispielsweise anhand eines Kurbelwellensensors ermittelt werden.
Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen von ein oder mehreren Indizien bzgl. einer Einstellung von mindestens einem der Vielzahl von Zylinder auf Basis der ermittelten Reaktionen der Vielzahl von Zylinder. Wie oben dargelegt können insbesondere ein oder mehrere Indizien bzgl. der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Gemisches von mindestens einem Zylinder bestimmt werden. Aufgrund der Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes für alle Zylinder der Vielzahl von Zylinder ist es möglich, in kurzer Zeit jeden der Vielzahl von Zylinder zu analysieren. Insbesondere ist es möglich, durch nur eine Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes, ein oder mehrere Indizien für jeden einzelnen der Vielzahl von Zylinder zu ermitteln. Dadurch wird ein Zeit-effizientes Diagnoseverfahren zu Verfügung gestellt.
Das Bestimmen von ein oder mehreren Indizien kann das Identifizieren von mindestens einem Zylinder der Vielzahl von Zylinder umfassen, dessen Laufunruhe-Änderung von einer Laufunruhe-Änderung der anderen der Vielzahl von Zylinder abweicht. Insbesondere kann das Bestimmen von ein oder mehreren Indizien folgende Schritte umfassen. Das Ermitteln eines Änderungs-Referenzwertes (z. B. eines Mittelwerts oder eines Median oder eines Initialwerts) aus den ermittelten Laufunruhe-Änderungen der Vielzahl von Zylinder. Darüber hinaus können Abweichungen der ermittelten Laufunruhe-Änderungen von dem Änderungs-Referenzwert ermittelt werden. Desweiteren können die ermittelten Abweichungen mit einem vor-definierten Schwellwert verglichen werden. Abweichung die größer als oder gleich wie der vor-definierte Schwellwert sind, können ein Indiz für eine fehlerhafte Einstellung des entsprechenden Zylinders darstellen.
Insbesondere kann auf Basis der ein oder mehreren Indizien ermittelt werden, dass ein erster der Vielzahl von Zylinder ein zu mageres oder ein zu fettes Kraftstoff-Luft Gemisch aufweist. In Reaktion darauf, kann das dem ersten Zylinder zugeführte Kraftstoff-Luft Gemisch geändert werden. Alternativ oder ergänzend kann ein Zündwinkel und/oder ein Moment des ersten Zylinders geändert werden. Dadurch kann in Zeit-effizienter Weise eine Gleichstellung der Zylinder bewirkt werden. Dazu können ggf. auch Änderungen bzgl. des Kraftsoff-Luft Gemisches, des Zündwinkels und/oder des Moments der anderen der Vielzahl von Zylinder vorgenommen werden.
Wie bereits oben dargelegt kann eine Zusammensetzung der Abgase der Vielzahl von Zylinder durch eine gemeinsame Lambdasonde ermittelt werden. Desweiteren können die Abgase der Vielzahl von Zylinder durch einen Katalysator (z. B. durch einen geregelten Katalysator) geführt werden. Das Verfahren kann weiter das Durchführen einer Funktionsprüfung des Katalysators in Reaktion auf die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes, insbesondere während des vor-definierten Zeitraums, umfassen. Für die Funktionsprüfung kann eine zusätzliche zweite Lambdasonde (auch als Trimmsonde bezeichnet) verwendet werden. Mit anderen Worten, während des vor-definierten Zeitraums kann sowohl eine Diagnose des Katalysators als auch eine Diagnose der Vielzahl von Zylinder durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren weiter das Durchführen einer Funktionsprüfung der gemeinsamen Lambdasonde in Reaktion auf die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes, insbesondere während des vor-definierten Zeitraums, umfassen. Das heißt, während des vor-definierten Zeitraums kann sowohl eine Diagnose der gemeinsamen Lambdasonde als auch eine Diagnose der Vielzahl von Zylinder durchgeführt werden. Dadurch kann die benötigte Zeit zur Durchführen der verschiedenen. Diagnoseverfahren weiter verkürzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit (z. B. ein Motorsteuergerät) für ein Fahrzeug beschrieben. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Zylindern. Die Steuereinheit ist eingerichtet, einen gemeinsamen Lambda-Zielwert für die Vielzahl von Zylinder zu verändern. Die Veränderung erfolgt typischerweise für einen vor-definierten Zeitraum. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Lambda-Messdaten bzgl. eines tatsächlichen Lambdawertes von Abgasen der Vielzahl von Zylinder von einer (gemeinsamen) Lambdasonde zu empfangen. Ein oder mehrere Einstellungen von Einspritzanlagen von Kraftstoff in die Vielzahl von Zylinder kann in Abhängigkeit von den Lambda-Messdaten verändert (insbesondere geregelt) werden, um so den gemeinsamen Lambda-Zielwert zu verändern.
Die absolute Veränderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes kann gleich wie oder größer als ein vordefinierter Lambda-Schwellwert sein. Beispiele für Lambda-Schwellwerte sind 0.05, 0.1, 0.15 oder 0.2. Beispielsweise kann der Lambda-Zielwert von λ = 1 auf λ = 1.05, λ = 1.1, λ = 1.15 oder λ = 1.2 erhöht werden, oder von λ = 1 auf λ = 0.95, λ = 0.9, λ = 0.85 oder λ = 0.8 reduziert werden.
Desweiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, Reaktionen der Vielzahl von Zylinder auf die Änderung des gemeinsamen Lambda-Zielwertes zu ermitteln. Dazu kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Unruhe-Messdaten von einem Kurbelwellensensor einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu empfangen, wobei die Kurbelwelle von der Vielzahl von Zylinder angetrieben wird. Die Reaktionen der Vielzahl von Zylinder können auf Basis der Unruhe-Messdaten bestimmt werden.
Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, ein oder mehreren Indizien bzgl. einer Einstellung von mindestens einem der Vielzahl von Zylinder auf Basis der ermittelten Reaktionen der Vielzahl von Zylinder zu bestimmen. Insbesondere können ein oder mehrere Indizien bzgl. der Zusammensetzung der Kraftstoff-Luft Gemische (d. h. bzgl. der einzelnen Lambdawerte) von mindestens einem der Vielzahl von Zylinder bestimmt werden. Im Prinzip kann dabei in Zeit-effizienter eine auffällige Situation für jeden der Vielzahl von Zylinder ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug mit der in diesem Dokument beschriebenen Steuereinheit beschrieben.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z. B. auf der Steuereinheit) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
1 ein Blockdiagram einer beispielhaften Vielzahl von Zylindern;
2 eine beispielhafte Lambdasequenz zur Diagnose von Zylindereinstellungen;
3 beispielhafte Messwerte von Laufunruhewerten der Vielzahl von Zylinder; und
4 ein Blockdiagram eines beispielhaften Diagnoseverfahrens.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Diagnose von sogenannten „Cylinder Imbalances”, d. h. mit der Diagnose der Zylindereinstellungen, insbesondere im Hinblick auf die Zusammensetzung der Kraftstoff-Luft Gemische in den einzelnen Zylindern.
Die Einstellungen eines Zylinders können insbesondere dadurch ermittelt werden, dass das Kraftstoff-Luft Gemisch, welches einem Zylinder zugeführt wird, verändert (insbesondere abgemagert) wird, und in entsprechendem Umfang das Kraftstoff-Luft Gemisch der anderen Zylinder des Verbrennungsmotors angepasst (insbesondere fetter gemacht) wird, so dass im Mittel weiterhin ein gewünschter Lambda-Wert (z. B. λ = 1) erreicht wird. Durch die Veränderung des Kraftstoff-Luft Gemisches ändert sich typischerweise das von dem Kolben des Zylinders auf der Kurbelwelle verursachte Moment, was durch die sogenannte Laufunruhe des Zylinders dargestellt werden kann. Insbesondere sinkt bei Abmagerung des Kraftstoff-Luft Gemisches in einem Zylinder typischerweise die Laufunruhe dieses Zylinders.
So können sequentiell die Kraftstoff-Luft Gemische der einzelnen Zylinder abgemagert werden, und so Verläufe für die Laufunruhen der einzelnen Zylinder ermittelt werden. Aus der relativen Veränderung der Laufunruhen kann dann auf die Einstellungen der einzelnen Zylinder geschlossen werden. Insbesondere können Zylinder mit zu fetten oder zu mageren Kraftstoff-Luft Gemischen identifiziert werden.
Derartige sequentielle Diagnoseverfahren haben jedoch den Nachteil eines hohen Zeitbedarfs, insbesondere für Motoren mit einer relativ hohen Anzahl von Zylindern. Dies führt wiederum dazu, dass im Rahmen von normierten Zulassungsverfahren oder Testverfahren nur eine relativ geringe Anzahl von Iterationen eines Diagnoseverfahrens durchgeführt werden können, so dass eine Einstellung der Zylinder, insbesondere eine Gleichstellung der Zylinder, im Rahmen eines spezifizierten Zeitfensters des normierten Zulassungsverfahrens/Testverfahrens möglicherweise nicht durchgeführt werden kann. Die Durchführung von Diagnoseverfahren in einem definierten Zeitfenster wird noch dadurch erschwert, dass es aufgrund von diversen energieeinsparenden Funktionen (z. B. Hybridfahrzeuge/Motor-Start-Stopp-Phasen) zu verkürzten Laufzeiten des Verbrennungsmotors kommt. Dadurch werden die für eine Diagnose zu Verfügung stehenden Zeiträume weiter verkürzt.
Das vorliegende Dokument beschreibt daher ein Diagnoseverfahren, welches eine Diagnose aller Zylinder eines Verbrennungsmotors in einem kurzen Zeitraum ermöglicht. Insbesondere ermöglicht das beschriebene Diagnoseverfahren die parallele Diagnose von mehreren (beispielsweise von allen) Zylindern des Verbrennungsmotors. Desweiteren ermöglicht das beschriebene Diagnoseverfahren die Zusammenlegung der Zylinderdiagnose mit anderen Diagnoseverfahren (insbesondere für die Katalysator- und/oder Lambdasondendiagnose), so dass eine weitere Verkürzung der Diagnosezeiten ermöglicht wird.
1 zeigt ein Blockdiagram ausgewählter Komponenten eines Verbrennungsmotors und einer Abgasanlage. Insbesondere zeigt 1 eine Vielzahl von Zylinder 103, denen über jeweilige Einspritzanlagen 102 (z. B. über jeweilige Ventile) ein Kraftstoff-Luft Gemisch zugeführt wird. Die Einspritzanlagen 102 sind typischerweise eingerichtet, ein Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft im Kraftstoff-Luft Gemisch zu verändern. Der Kraftstoff kann z. B. über eine Kraftstoffleitung 101 den Einspritzanlagen zugeführt werden. Die Einspritzanlagen 102 (insbesondere die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Gemisch) können durch eine Steuereinheit 100 (z. B. durch ein Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors) gesteuert werden (z. B. in Abhängigkeit von Messwerten einer Lambdasonde 106). Insbesondere kann die Steuereinheit 100 eingerichtet sein, eine verfügbare Luftmenge zu ermitteln und/oder zu steuern. Die Luftmenge kann beispielsweise durch eine Drosselklappe und/oder eine Nockenwelleneinstellung des Fahrzeugs verändert werden. Desweiteren kann die Steuereinheit 100 eingerichtet sein, über die Einspritzanlagen 102 eine Menge an Kraftstoff zu verändern, die den Zylindern 103 zugeführt wird. So kann die Steuereinheit 100 eine Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Gemischs eines Zylinders 103 verändern.
Nach der Verbrennung werden die Abgase aus den Zylindern 103 über ein oder mehrere Abgasrohre 104 abgeführt. Im Abgasrohr 104 befindet sich typischerweise eine Lambdasonde 106, die eingerichtet ist, einen Anteil von Sauerstoff in den Abgasen zu erfassen. Typischerweise ermittelt die Lambdasonde 106 einen gemeinsamen Lambda-Messwert (aus dem die Zusammensetzung der Abgase der Zylinder 103 hervorgeht) für die Vielzahl von Zylinder 103 des Verbrennungsmotors (z. B. für eine Zylinderbank des Verbrennungsmotors). Desweiteren werden die Abgase über einen Katalysator 107 geführt. Durch den Katalysator 107 können Schadstoffemissionen in den Abgasen reduziert werden. Insbesondere können durch den Katalysator 107 (z. B. durch einen geregelten Drei-Wege-Katalysator), die Anteile von Kohlenmonoxid, Stickoxiden und nicht verbrannter Kohlenwasserstoffe reduziert werden.
Damit der Katalysator 107 zuverlässig und möglichst vollständig Schadstoffe (d. h. insbesondere Kohlenmonoxid und Stickoxide) aus den Abgasen entfernen kann, ist es typischerweise erforderlich, dass die Abgase eine bestimmte Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere ist ein Katalysator 107 auf einen bestimmten Lambda-Zielwert (typischerweise λ = 1) ausgelegt.
Zur Überprüfung der Funktion des Katalysators 107 kann ein Fahrzeug eine Katalysatordiagnose/Lambdadiagnose durchführen. Zu diesem Zweck wird für einen bestimmten Zeitraum das den Zylindern 103 zugeführte Kraftstoff-Luft Verhältnis verändert (z. B. auf Anweisung der Steuereinheit 100). Insbesondere wird für einen bestimmten Zeitraum das zugeführte Kraftstoff-Luft Verhältnis abgemagert (λ > 1) und/oder für einen bestimmten Zeitraum fetter gemacht (λ < 1). Es kann dann analysiert werden, ob und in welchem Umfang der Katalysator 107 bei dem veränderten Kraftstoff-Luft Verhältnis Schadstoffe aus den Abgasen entfernen kann. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche Trimmsonde 108 verwendet werden. Die Trimmsonde kann im Katalysator 107 angeordnet sein, oder dem Katalysator 107 nachgelagert sein. Alternativ oder ergänzend kann analysiert werden, ob und mit welchem Zeitverzug die gemeinsame Lambdasonde 106 die Veränderung des Kraftstoff-Luft Verhältnisses erfasst. Die Katalysatordiagnose/Lambdadiagnose kann beispielsweise regelmäßig im Rahmen eines Fahrzyklus (z. B. nach einem Start des Verbrennungsmotors) durchgeführt werden.
In diesem Dokument wird ein Diagnoseverfahren zur Ermittlung der Zylindereinstellung beschrieben, das ggf. mit der oben beschriebenen Katalysatordiagnose/Lambdadiagnose zusammengefasst werden kann. Insbesondere wird vorgeschlagen, die durch die Lambdasonde 106 ermittelten Lambda-Werte für vordefinierte Zeiträume ggü. einem vordefinierten Zielwert (z. B. λ = 1) anzuheben und/oder zu reduzieren. Dies ist in 2 dargestellt. 2 zeigt Lambda-Zielwerte 210 über die Zeit 200. In dem dargestellten Beispiel wird zum Zeitpunkt 201 der Lambda-Zielwert 210 von dem Standard-Zielwert 211 (z. B. λ = 1) auf einen mageren Zielwert 212 erhöht (z. B. λ > 1). Der Lambda-Zielwert 210 wird dann bis zum Zeitpunkt 202 auf dem mageren Zielwert 212 beibehalten und kann zum nachfolgenden Zeitpunkt 202 wieder auf den Standard-Zielwert 211 reduziert werden. In analoger Weise kann zu einem Zeitpunkt 203 der Lambda-Zielwert 210 auf einen fetten Zielwert 213 (z. B. λ < 1) reduziert werden und kann zum nachfolgenden Zeitpunkt 204 wieder auf den Standard-Zielwert 211 erhöht werden. Es ergeben sich somit Zeitintervalle [201, 202] und/oder [203, 204], d. h. vor-definierte Zeiträume, bei denen der Lambda-Zielwert 210 bewusst von dem Standard-Zielwert 211 abweicht. Die Zeitintervalle und die Zielwert-Abweichungen für das Zylinder-Diagnoseverfahren können mit den Zeitintervallen und Zielwert-Abweichungen der Katalysatordiagnose/Lambdadiagnose übereinstimmen. Die Einstellung der Zielwerte und die Einhaltung der Zeiträume kann durch die Steuereinheit 100 gesteuert und/oder geregelt werden.
Das Fahrzeug kann einen Kurbelwellensensor 105 umfassen. Der Kurbelwellensensor 105 ist eingerichtet, eine Laufunruhe der einzelnen Zylinder 103 zu ermitteln. Insbesondere ist der Kurbelwellensensor 105 eingerichtet, eine Veränderung der Laufunruhe der einzelnen Zylinder 103 zu ermitteln. Eine Abweichung des Lambda-Zielwerts 210 von dem Standard-Zielwert 211 führt typischerweise zu einer Veränderung der Kraftstoff-Luft Gemische, die den jeweiligen Zylindern zugeführt werden. Aus der Veränderung der Kraftstoff-Luft Gemische ergibt sich auch eine Veränderung der Laufunruhen der einzelnen Zylinder 103. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, die Veränderung der Laufunruhe der einzelnen Zylinder 103, als Folge aus der Abweichung des Lambda-Zielwerts 210 von dem Standard-Zielwert 211, zu erfassen. Die Veränderung der Laufunruhe der einzelnen Zylinder 103 kann dann analysiert werden, und für die Ermittlung der Einstellungen der einzelnen Zylinder 103 herangezogen werden.
3 zeigt beispielhafte Veränderungen der Laufunruhe 310 der einzelnen Zylinder 103 für unterschiedliche Abweichungen 300 des Lambda-Zielwerts 210 von dem Standard-Zielwert 211. Insbesondere zeigt 3 die Veränderungen der Laufunruhe 310 bei einer Erhöhung 301 des Lambda-Zielwerts 210 (z. B. auf den mageren Zielwert 212) und bei einer Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 (z. B. auf den fetten Zielwert 213). In dem dargestellten Beispiel führt eine Erhöhung 301 des Lambda-Zielwerts 210 zu der Laufunruhe(LU)-Veränderung 311 eines ersten Zylinders 103, zu der LU-Veränderung 312 eines zweiten Zylinders 103, zu der LU-Veränderung 313 eines dritten Zylinders 103 und zu der LU-Veränderung 314 eines vierten Zylinders 103. Andererseits führt eine Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 zu der Laufunruhe(LU)-Veränderung 321 des ersten Zylinders 103, zu der LU-Veränderung 322 des zweiten Zylinders 103, zu der LU-Veränderung 323 des dritten Zylinders 103 und zu der LU-Veränderung 324 des vierten Zylinders 103.
Die beispielhaften LU-Veränderungen ermöglichen verschiedene Beobachtungen:

• die Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 (d. h. die Einspritzung von fetteren Kraftstoff-Luft Gemischen) führt typischerweise zu geringeren LU-Veränderungen als die Erhöhung 301 des Lambda-Zielwerts 210 (d. h. die Einspritzung von magereren Kraftstoff-Luft Gemischen). Dies ist zu erwarten, da sich ein Überschuss an Kraftstoff typischerweise weniger stark auf die, bei der Verbrennung im Zylinder 103 erzeugten, Energie auswirkt als ein Mangel an Kraftstoff.
• Die LU-Veränderungen der einzelnen Zylinder 103 sind unterschiedlich. Dies lässt auf unterschiedliche Zusammensetzungen der Kraftstoff-Luft Gemische in den einzelnen Zylindern 103 schließen.
• Beispielsweise zeigt der zweite Zylinder 103 eine LU-Veränderung 312, die größer ist als die LU-Veränderungen der anderen Zylinder 103. Diese erhöhte LU-Veränderung 312 bei Erhöhung 301 des Lambda-Zielwerts 210 lässt auf ein zu mageres Kraftstoff-Luft Gemisch im zweiten Zylinder 103 schließen.
• In analoger Weise zeigt der zweite Zylinder 103 eine LU-Veränderung 322, die signifikant größer ist als die LU-Veränderungen der anderen Zylinder 103. Diese erhöhte LU-Veränderung 322 bei Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 lässt ebenfalls auf ein zu mageres Kraftstoff-Luft Gemisch im zweiten Zylinder 103 schließen.
• Der dritte Zylinder 103 zeigt eine LU-Veränderung 313, die signifikant kleiner ist als die LU-Veränderungen der anderen Zylinder 103. Diese reduzierte LU-Veränderung 313 bei Erhöhung 301 des Lambda-Zielwerts 210 lässt auf ein zu fettes Kraftstoff-Luft Gemisch im dritten Zylinder 103 schließen.
• In analoger Weise zeigt der dritte Zylinder 103 eine LU-Veränderung 323, die leicht kleiner ist als die LU-Veränderungen der anderen Zylinder 103. Diese reduzierte LU-Veränderung 323 bei Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 lässt ebenfalls auf ein zu fettes Kraftstoff-Luft Gemisch im dritten Zylinder 103 schließen.

Somit können durch Analyse der ermittelten LU-Veränderungen bei Erhöhung 301 und/oder Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 Informationen bzgl. der Zusammensetzung der Kraftstoff-Luft Gemische der einzelnen Zylinder 103 bestimmt werden. Die Analyse kann beispielsweise umfassen:

• Eine Mittelwertbildung der LU-Veränderungen 311, 312, 313, 314 der einzelnen Zylinder 103. Der Mittelwert der LU-Veränderungen kann als Änderungs-Referenzwert angesehen werden.
• Ermittlung von Abweichungen der LU-Veränderungen 311, 312, 313, 314 der einzelnen Zylinder 103. Insbesondere kann eine Abweichung der LU-Veränderungen von einem Änderungs-Referenzwert ermittelt werden. Absolute Abweichungen die größer als oder gleich wie ein vordefinierter Schwellwert sind, können auf ein zu fettes oder ein zu mageres Kraftstoff-Luft Gemisch in dem entsprechenden Zylinder 103 hindeuten.
• Eine positive Abweichung der LU-Veränderung 322 von dem Änderungs-Referenzwert bei Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 (wobei die positive Abweichung z. B. größer als oder gleich wie ein positiver Schwellwert ist) kann auf ein zu mageres Kraftstoff-Luft Gemisch hindeuten.
• Eine negative Abweichung der LU-Veränderung 323 von dem Änderungs-Referenzwert bei Erhöhung 301 des Lambda-Zielwerts 210 (wobei die negative Abweichung z. B. kleiner als oder gleich wie ein negativer Schwellwert ist) kann auf ein zu fettes Kraftstoff-Luft Gemisch hindeuten.

Die Erhöhung 301 bzw. Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 ermöglicht somit die gleichzeitige Auswertung aller Zylinder 103. Durch die Erhöhung 301 bzw. Reduzierung 302 des Lambda-Zielwerts 210 wird somit eine Zeit-effiziente Diagnose der Zylindereinstellungen ermöglicht. Zudem kann die Diagnose der Zylindereinstellungen im Rahmen der Katalysatordiagnose/Lambdadiagnose (insbesondere zeitgleich) durchgeführt werden, wodurch sich eine weitere Zeitersparnis für die Durchführung des Diagnoseverfahrens ergibt.
Mit anderen Worten, es wird vorgeschlagen, die Katalysator- und/oder Lambdasondendiagnosen (auch als „Close-the-Cap” Diagnose bezeichnet) mit der Diagnose bzgl. der „Cylinder Imbalance” zu kombinieren. Dabei wird eine Aussage über das Zylinderlambda (d. h. über das Kraftstoff-Luft Gemisch eines Zylinders 103) nicht durch eine Einzelverstellung eines Zylinders 103 erreicht wird, sondern durch die parallele Verstellung aller Zylinder 103 einer Zylinder-Bank in Bezug auf das Banklambda 210. Dabei wird berücksichtigt, dass besonders magere oder fette Zylinder 103 bei einem Gemischsprung spezifisch reagieren, z. B. in Bezug auf den Laufunruhewert der Zylinder 103. Andere, insbesondere unvertrimmte, Zylinder 103 reagieren dahingegen in einem geringeren Maße.
Wie in 3 dargelegt, kann es sich bei der spezifischen Reaktion eines Zylinders 103 um eine unterschiedlich ausgeprägte Veränderung 311, 312, 313, 314 der Laufunruhewerte 310 handeln. Aus den ermittelten Reaktionen der einzelnen Zylinder 103 lässt sich ein Fehlerverdacht ableiten, der zu einer entsprechenden Priorisierung der Diagnosefunktion „Cylinder Imbalance” führen kann. Mit anderen Worten, auffällige Zylinder (wie z. B. der zweite und dritte Zylinder im Beispiel von 3) können in weiteren Diagnoseschritten mit höherer Priorität analysiert werden. Insbesondere kann für den oder die identifizierten Zylinder 103 eine Diagnose basierend auf einer graduellen und/oder sprunghaften Einzelverstellung des Kraftstoff-Luft Gemisches durchgeführt werden. Insbesondere kann für einen identifizierten Zylinder 103 ein Diagnoseverfahren durchgeführt werden, bei dem der gemeinsame Lambda-Zielwert 210 der Vielzahl von Zylinder konstant bei dem Standard-Zielwert 211 belassen wird.
Je nach Aufbau des Motors bzgl. der Verlässlichkeit der Korrelation zwischen Laufunruhewert bzw. Laufunruheänderung und Zylinderlambda kann ein Eingriff über das reine Auslösen eines Fehlerverdachts hinausgehen. Insbesondere kann ein Fehler im Fehlerspeicher gesetzt werden. Beispielsweise kann ein Fahrer des Fahrzeugs (z. B. durch eine Anzeige im Fahrzeug) aufgefordert werden, eine Werkstatt aufzusuchen.
4 zeigt einen beispielhaften Ablauf der Schritte des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung der Einstellung der Zylinder eines Verbrennungsmotors (insbesondere zur Ermittlung der Einstellung in Hinblick auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Verhältnisses). In einem ersten Schritt 401 wird der Lambda-Zielwert 210 der Zylinderbank verändert (z. B. erhöht oder reduziert). Daraufhin werden die Laufunruhewerte ermittelt (Schritt 402). Insbesondere werden die Veränderungen der Laufunruhewerte (als Reaktionen der Zylinder 103 auf die Veränderung des Lambda-Zielwerts 210) ermittelt. Die ermittelten Reaktionen der Zylinder 103 können dann analysiert werden (Schritt 403). Insbesondere können Indizien bzgl. der Einstellungen der Zylinder 103 ermittelt werden. Ein beispielhaftes Indiz ist z. B. eine auffällige Abweichung der LU-Änderung 313 eines Zylinders 103 im Vergleich zu den LU-Änderungen 311, 312, 314 der anderen Zylinder 103.
Zusätzlich können Eingriffe in die Zylinderbank vorgenommen werden. Beispielsweise kann das Kraftstoff-Luft Gemisch eines zu fetten oder zu mageren Zylinders angepasst werden. Nach der Durchführung eines Eingriffes kann das Verfahren erneut durchgeführt werden (Schritt 404: Veränderung des Lambda-Zielwerts 210; Schritt 405: Ermitteln der Reaktionen der Zylinder 103), um zu ermitteln, ob der oder die Eingriffe den gewünschten Effekt gehabt haben.
Aufgrund der ermittelten Laufunruhewerteänderung kann ein Ranking aufgestellt werden (insbesondere in Bezug auf den Fehlerverdacht für bestimmte Zylinder). Dieser Fehlerverdacht hilft bei der Priorisierung der Diagnose und dem gezielten Ansteuern des kritischen Zylinders. Dies hat den Vorteil, dass bei Mehrbanksystemen die kritische Zylinderbank zuerst angesteuert werden kann, um in weiteren Diagnoseschritten einen fehlerhaften Zylinder zu identifizieren. Außerdem ermöglicht die Ermittlung eines Fehlerverdachts im Rahmen des beschriebenen parallelen Verfahrens, die unterschiedliche Behandlung von mindestens einem identifizierten Zylinder und/oder der als unkritisch identifizierten Zylinder (z. B. in Hinblick auf eine Lernrate und/oder auf Wiederholungen).
Die Durchführung des beschriebenen parallelen Verfahrens ermöglicht eine Reduktion der Diagnosezeit, insbesondere wenn ermittelt wird, dass kein Fehlerverdacht vorliegt. Möglich ist auch, dass Testkorrekturen erfolgen, die in einer Analyse und Eingriffsfunktion 403 koordiniert werden. Diese Testkorrekturen umfassen Möglichkeiten der Beeinflussung des Motormoments und/oder des Laufunruhewertes von mindestens einem Zylinder. Die Testkorrekturen können z. B. eine Gemisch- oder Zündwinkelkorrektur umfassen, um das Verhalten der Zylinder zu verifizieren oder bei ähnlichen Reaktionen der Zylinder zu separieren. Mit anderen Worten, als Eingriff (Schritt 403) kann z. B. eine Veränderung der Testbedingungen erfolgen (z. B. eine Änderung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft Gemisches in einem Zylinder und/oder die Änderung des Zündwinkels in einem Zylinder). In einem nachfolgenden parallelen Diagnoseverfahren (Schritte 404, 405) kann dann der Einfluss der Veränderung der Testbedingungen ermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Einstellung eines Zylinders (103) aus einer Vielzahl von Zylindern (103) eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst, – Ändern (401) eines gemeinsamen Lambda-Zielwertes (210) für die Vielzahl von Zylinder (103) für einen vor-definierten Zeitraum (201, 202); – Ermitteln (402) von Reaktionen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103) auf die Änderung (301, 302) des gemeinsamen Lambda-Zielwertes (210); und – Bestimmen (403) von ein oder mehreren Indizien bzgl. einer Einstellung von mindestens einem der Vielzahl von Zylinder (103) auf Basis der ermittelten Reaktionen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Änderung (301, 302) des gemeinsamen Lambda-Zielwertes (210) umfasst: – eine Erhöhung (301) des Lambda-Zielwertes (210) von einem Standard-Zielwert (211) auf einen mageren Zielwert (212); und/oder – eine Reduzierung (302) des Lambda-Zielwertes (210) von dem Standard-Zielwert (211) auf einen fetten Zielwert (213).
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ermitteln (402) von Reaktionen (311, 312, 313, 314) das Ermitteln (402) von Laufunruhe-Änderungen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103) in Reaktion auf die Änderung (301, 302) des gemeinsamen Lambda-Zielwertes (210) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Bestimmen (403) von einem oder mehreren Indizien umfasst, das Identifizieren mindestens eines Zylinders (103) der Vielzahl von Zylinder (103) dessen Laufunruhe-Änderung (313) von einer Laufunruhe-Änderung der anderen der Vielzahl von Zylinder (103) abweicht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Bestimmen (403) von ein oder mehreren Indizien umfasst, – Ermitteln eines Änderungs-Referenzwertes aus den ermittelten Laufunruhe-Änderungen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103); und – Ermitteln der Abweichungen der ermittelten Laufunruhe-Änderungen (311, 312, 313, 314) von dem Änderungs-Referenzwert; und – Vergleichen der ermittelten Abweichungen mit einem vor-definierten Schwellwert.
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren weiter umfasst, – Ermitteln, auf Basis der ein oder mehreren Indizien, dass ein erster der Vielzahl von Zylinder (103) ein zu mageres oder ein zu fettes Kraftstoff-Luft Gemisch aufweist; und – in Reaktion darauf, Ändern (403) des dem ersten Zylinder (103) zugeführten Kraftstoff-Luft Gemisches und/oder Ändern (403) eines Zündwinkels des ersten Zylinders (103) und/oder Ändern (403) eines Moments des ersten Zylinders (103).
Verfahren gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei – eine Zusammensetzung von Abgasen der Vielzahl von Zylinder (103) durch eine gemeinsame Lambdasonde (106) ermittelt wird; – die Abgase der Vielzahl von Zylinder (103) durch einen Katalysator (107) geführt werden; und – das Verfahren weiter umfasst, das Durchführen einer Funktionsprüfung des Katalysators (107) und/oder das Durchführen einer Funktionsprüfung der gemeinsamen Lambdasonde (106) in Reaktion auf die Änderung (301, 302) des gemeinsamen Lambda-Zielwertes (210) während des vor-definierten Zeitraums (201, 202).
Steuereinheit (100) für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Zylindern (103) umfasst, wobei die Steuereinheit (100) eingerichtet ist, – einen gemeinsamen Lambda-Zielwert (210) für die Vielzahl von Zylinder (103) für einen vor-definierten Zeitraum (201, 202) zu verändern; – Reaktionen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103) auf die Änderung (301, 302) des gemeinsamen Lambda-Zielwertes (210) zu ermitteln; und – ein oder mehreren Indizien bzgl. einer Einstellung von mindestens einem der Vielzahl von Zylinder (103) auf Basis der ermittelten Reaktionen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103) zu bestimmen.
Steuereinheit (100) gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (100) eingerichtet ist, – Lambda-Messdaten bzgl. eines tatsächlichen Lambdawertes von Abgasen der Vielzahl von Zylinder (103) von einer Lambdasonde (106) zu empfangen; und – in Abhängigkeit von den Lambda-Messdaten, ein oder mehrere Einstellungen von Einspritzanlagen (102) von Kraftstoff in die Vielzahl von Zylinder (103) zu verändern, und so den gemeinsamen Lambda-Zielwert (210) zu verändern.
Steuereinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei die Steuereinheit (100) eingerichtet ist, – Unruhe-Messdaten von einem Kurbelwellensensor (105) einer Kurbelwelle zu empfangen, wobei die Kurbelwelle von der Vielzahl von Zylinder (103) angetrieben wird; und – die Reaktionen (311, 312, 313, 314) der Vielzahl von Zylinder (103) auf Basis der Unruhe-Messdaten zu bestimmen.