DE102016115955A1

DE102016115955A1 - Verfahren und System zur Identifizierung und Minderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts

Info

Publication number: DE102016115955A1
Application number: DE102016115955.7A
Authority: DE
Inventors: Michael James Uhrich; Mario Anthony Santillo; Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-03-09
Also published as: CN106499530A; RU2720176C2; US9683502B2; RU2016134992A; RU2016134992A3; US20170067402A1; CN106499530B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders und Mindern des unausgewogenen Zylinders bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders auf Grundlage von Messwerten von zwei Abgassauerstoffsensoren, die stromaufwärts und stromabwärts eines Katalysators in einer Auslassleitung positioniert sind, und das Mindern des Ungleichgewichts auf Grundlage des Ausmaßes eines Fehlers, der aus den Messwerten ermittelt wurde, umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum Identifizieren eines unausgewogenen Kraftmaschinenzylinders und zum Mindern des Ungleichgewichts.
Hintergrund/Kurzdarstellung
Moderne Fahrzeuge nutzen Dreiwegekatalysatoren (TWC – Three-Way Catalysts) für die Abgasnachbehandlung von Benzinkraftmaschinen. Wegen der strengen Regierungsvorschriften bezüglich Automobilemissionen wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Kraftmaschinenzylinders in einer Mehrzylinderkraftmaschine genau überwacht. Idealerweise sollte jeder Kraftmaschinenzylinder mit einem Abgaszusammensetzungssensor konzipiert sein, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders exakt zu messen. Wegen Erschwinglichkeitseinschränkungen können in der Praxis jedoch stromaufwärts und stromabwärts des TWC positionierte Abgassauerstoffsensoren genutzt werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe der Stöchiometrie zu steuern.
Weitere Versuche, ein Zylinderungleichgewicht zu beheben, umfassen das Detektieren und Mindern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts auf Grundlage eines dem Katalysator vorgeschalteten und eines dem Katalysator nachgeschalteten Sensor. Ein beispielhafter Ansatz wird von Yoshikawa et al. in U.S. 8695568 B2 gezeigt. Darin führt eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit eine Haupt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf Grundlage der Ausgabe des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors und eine Hilfs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auf Grundlage der Ausgabe des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors durch. Das Ungleichgewicht zwischen den Zylindern wird ferner auf Grundlage der Variation der Kraftmaschinendrehzahl detektiert.
Die Erfinder haben hier jedoch potenzielle Probleme bei solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel können der dem Katalysator vorgeschaltete und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor infolge eines in Zonen unterteilten Abgasstroms eine unterschiedliche Empfindlichkeit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Kraftmaschinenzylinders aufweisen. Besonders in Saugkraftmaschinen erzeugen die physische Geometrie und die Anordnung der Kraftmaschinenzylinder einen Zustand eines nicht-einheitlichen, in Zonen unterteilten Abgasstroms im Abgassystem. Wegen monolithischer Katalysatorkonstruktionen, die in einigen Beispielen genutzt werden können, bleibt der in Zonen unterteilte Abgasstrom durch den Katalysator hindurch erhalten. Verschiedene Fehler wie beispielsweise ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht zwischen Zylindern können diesen Zustand eines nicht-einheitlichen, in Zonen unterteilten Abgasstroms verstärken, sodass möglicherweise weder der dem Katalysator vorgeschaltete noch der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor die Abgaskonzentration aller Zylinder gleichermaßen detektiert. Somit mindert die in U.S. 8695568 B2 durchgeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung das Ungleichgewicht möglicherweise nicht erfolgreich.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zum Identifizieren und Mindern eines Zylinderungleichgewichts behoben werden, das Folgendes umfasst: Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines ersten stromaufwärts eines Katalysators positionierten Sensors und eines zweiten stromabwärts des Katalysators positionierten Sensors, wobei der erste und der zweite Sensor auf gegenüberliegenden Seiten relativ zu einer mittleren Achse einer Auslassleitung positioniert sind; und Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines Ausmaßes des Fehlers mittels Kraftstoffeinspritzdüsen. Auf diese Art kann der unausgewogene Zylinder unter Verwendung des in Zonen unterteilten Abgasstroms identifiziert werden. Ferner kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im unausgewogenen Zylinder ohne zusätzliche Messung korrigiert werden.
Als ein Beispiel kann ein Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewicht auf Grundlage der Ausgaben eines dem Katalysator vorgeschalteten Sensors und eines dem Katalysator nachgeschalteten Sensors detektiert werden. Der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor ist auf gegenüberliegenden Seiten relativ zu einer mittleren Achse der Auslassleitung positioniert. Als Reaktion auf das Identifizieren des unausgewogenen Zylinders wird das Ausmaß des Fehlers im Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den unausgewogenen Zylinder berechnet. Die Menge der Kraftstoffeinspritzung in den unausgewogenen Zylinder wird dann auf Grundlage des Ausmaßes des Fehlers korrigiert. Somit können Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Informationen sowohl einzelner Zylinder als auch mehrerer Zylinder in einer Zylinderbank gemessen und gesteuert werden. Auf diese Art wird, statt den in Zonen unterteilten Abgasstrom für eine verbesserte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung zu mindern, in Zonen unterteilter Abgasstrom akzeptiert und verwendet, um ein Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewicht zu ermitteln und in der Folge zu korrigieren.
Der technische Effekt des Identifizierens eines unausgewogenen Zylinders mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten relativ zur Mittellinie der Auslassleitung positionierten Sensoren ist, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Zylinders von verschiedenen Sensoren exakt detektiert werden kann. Der technische Effekt des Positionierens eines dem Katalysator vorgeschalteten Sensors stromaufwärts des Katalysators und eines dem Katalysator nachgeschalteten Sensors stromabwärts des Katalysators ist, dass die Gesamtanzahl von im Kraftmaschinensystem genutzten Abgassauerstoffsensoren minimiert werden kann. Der technische Effekt des Einstellens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage der Ausgaben des dem Katalysator vorgeschalteten und des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors ist, dass das Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewicht ohne das Beziehen zusätzlicher Informationen über das Kraftmaschinensystem gemindert werden kann. Somit vereinfacht das aktuelle Verfahren die Detektion und Minderung eines Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Zudem beschränkt sich der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Umsetzungen, welche die oben oder in einem anderen Teil der vorliegenden Offenbarung genannten Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Abbildung eines beispielhaften Fahrzeugsystems.
2 veranschaulicht einen in Zonen unterteilten Abgasstrom in einem Abgasnachbehandlungssystem.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren und Mindern eines Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts darstellt.
4 zeigt eine beispielhafte Verweistabelle zum Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders und zum Ermitteln eines Ausmaßes des Fehlers des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage von Ausgaben von zwei Abgassauerstoffsensoren.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Detektieren und Mindern von Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewicht. Die Systeme und Verfahren können in einem Fahrzeug wie beispielsweise dem in 1 abgebildeten Fahrzeugsystem eingesetzt werden. Wie in 2 gezeigt, kann das Fahrzeug ein Mehrzylinderkraftmaschinensystem und ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen. Falls einer der mehreren Zylinder einen Fehler aufweist, der ein Luft-Kraftstoff-Ungleichgewicht erzeugt, ist die Abgaszusammensetzung möglicherweise über den Querschnitt einer Auslassleitung hinweg nicht einheitlich und ein einzelner Abgassauerstoffsensor detektiert das Ungleichgewicht möglicherweise nicht. Um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht zu detektieren und zu mindern, wenn der Ungleichgewichtsfehler klein ist, werden ein dem Katalysator vorgeschalteter Sensor und ein dem Katalysator nachgeschalteter Sensor, die mit der Auslassleitung gekoppelt sind, im Kraftmaschinensystem verwendet. Wegen des in Zonen unterteilten Abgasstroms, der in 2 gezeigt ist, weisen der dem Katalysator vorgeschaltete und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor eine unterschiedliche Empfindlichkeit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Kraftmaschinenzylinders auf. Unter Verwendung der unterschiedlichen Empfindlichkeit zeigt 3 ein beispielhaftes Verfahren zum Identifizieren und Mindern eines Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. 4 zeigt eine beispielhafte Verweistabelle zum Ermitteln des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage von Messwerten des dem Katalysator vorgeschalteten und des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors. Des Weiteren kann auch das Ausmaß des Fehlers des unausgewogenen Zylinders ermittelt werden.
1 stellt ein schematisches Diagramm dar, das einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Automobils enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest teilweise durch ein eine Steuerung 12 enthaltendes Steuersystem und durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Die Brennkammer (d. h. der Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 umfassen. Der Kolben 36 kann derart mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, dass eine Hubbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Des Weiteren kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um ein Anlassen der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammer 30 kann über die Einlassleitung 42 Einlassluft vom Einlasskrümmer 44 empfangen und kann Verbrennungsgase über die Auslassleitung 48 abführen. Der Einlasskrümmer 44 und die Auslassleitung 48 können über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 gezielt mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen. In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über einen oder mehrere Nocken gesteuert werden und können Nockenprofilumschalt-(CPS – Cam Profile Switching) und/oder variable Nockensteuerungs-(VCT – Variable Cam Timing) und/oder variable Ventilsteuerungs-(VVT – Variable Valve Timing) und/oder variable Ventilhub(VVL – Variable Valve Lift)-Systeme, die von der Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren, verwenden. Die Position des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch einen Positionssensor 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, das durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil umfassen, das über Nockenbetätigung, darunter CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuert wird.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen konfiguriert sein, um ihm Kraftstoff zuzuführen. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 30 einschließlich einer Kraftstoffeinspritzdüse 66 gezeigt, die vom Kraftstoffsystem 172 mit Kraftstoff versorgt wird. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist als direkt mit dem Zylinder 30 gekoppelt gezeigt, um proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangen wird, Kraftstoff direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das bereit, was als Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ [Direct Injection] bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bekannt ist.
Es versteht sich, dass die Einspritzdüse 66 in einer alternativen Ausführungsform eine Saugkanaleinspritzdüse sein kann, die dem Einlasskanal stromaufwärts des Zylinders 30 Kraftstoff zuführt. Es versteht sich außerdem, dass der Zylinder 30 Kraftstoff von mehreren Einspritzdüsen empfangen kann, wie zum Beispiel von mehreren Saugkanaleinspritzdüsen, mehreren Direkteinspritzdüsen oder einer Kombination derselben.
Bei 1 fortsetzend kann die Einlassleitung 42 eine Drosselklappe 62, die eine Drosselscheibe 64 aufweist, umfassen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselscheibe 64 von der Steuerung 12 mittels eines Signals variiert werden, das einem Elektromotor oder Aktuator bereitgestellt wird, der in der Drosselklappe 62 enthalten ist, wobei diese Auslegung üblicherweise als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC – Electronic Throttle Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 betrieben werden, um die Einlassluft zu variieren, die der Brennkammer 30 neben anderen Kraftmaschinenzylindern bereitgestellt wird. Die Position der Drosselscheibe 64 kann der Steuerung 12 durch ein Drosselklappenpositionssignal TP bereitgestellt werden. Die Einlassleitung 42 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 umfassen, um der Steuerung 12 Signale MAF bzw. MAP bereitzustellen.
In ausgewählten Betriebsmodi kann das Zündsystem 88 der Brennkammer 30 über eine Zündkerze 92 in Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal (SA – Spark Advance) von der Steuerung 12 einen Zündfunken zuführen. Obgleich Funkenzündungskomponenten gezeigt sind, können in einigen Ausführungsformen die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern der Kraftmaschine 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
Ein dem Katalysator vorgeschalteter Abgassauerstoffsensor 126 ist als mit der Auslassleitung 48 stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt gezeigt. Der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases sein, wie zum Beispiel ein linearer Breitband-Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal oder Wide-Range Exhaust Gas Oxygen), ein Schmalband-Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO(beheizter EGO)-Sensor, ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. In einer Ausführungsform ist der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor 126 ein UEGO, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgabe bereitzustellen, wie zum Beispiel ein Spannungssignal, das proportional zur im Abgas vorhandenen Sauerstoffmenge ist. Die Steuerung 12 verwendet die Ausgabe, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu ermitteln.
Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist als entlang der Auslassleitung 48 stromabwärts des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors 126 angeordnet gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC) sein, der dazu ausgelegt ist, NOx zu verringern und CO sowie unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 70 eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen derselben sein.
Ein zweiter, dem Katalysator nachgeschalteter Abgassauerstoffsensor 128 ist als stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 mit der Auslassleitung 48 gekoppelt gezeigt. Der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor 128 kann relativ zur mittleren Achse der Auslassleitung 48 gegenüber dem dem Katalysator vorgeschalteten Sensor 126 positioniert sein (in 2 detailliert gezeigt). Der stromabwärtige Sensor 128 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases sein, wie zum Beispiel ein UEGO, EGO, HEGO usw. In einer Ausführungsform kann der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor 128 ein HEGO sein, der dazu ausgelegt ist, die relative Anreicherung oder Abreicherung des Abgases anzugeben, nachdem es durch den Katalysator geströmt ist. Der HEGO kann daher eine Ausgabe in der Form eines Umschaltpunkts bereitstellen oder das Spannungssignal an dem Punkt, an dem das Abgas von mager zu fett übergeht.
In den offenbarten Ausführungsformen kann ferner ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Teil des Abgases über eine AGR-Leitung 140 von der Auslassleitung 48 zur Einlassleitung 42 leiten. Die Menge an AGR, die der Einlassleitung 42 bereitgestellt wird, kann durch die Steuerung 12 über das AGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 144 in der AGR-Leitung angeordnet sein und kann eine Angabe des Drucks und/oder der Temperatur und/oder der Abgaskonzentration bereitstellen Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System genutzt werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemischs innerhalb der Brennkammer zu regulieren.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 106 gezeigt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen verschiedene Signale von Sensoren, die mit der Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, empfangen, einschließlich einer Messung des eingeführten Luftmassestroms (MAF – Mass Air Flow) vom Luftmassestromsensor 120; einer Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT – Engine Coolant Temperature) vom Temperatursensor 112, der mit der Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnehmersignals (PIP – Profile Ignition Pickup) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP – Throttle Position) von einem Drosselklappenpositionssensor; und eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP – Absolute Manifold Pressure) vom Sensor 122. Aus dem PIP-Signal kann von der Steuerung 12 die Kraftmaschinendrehzahl, RPM (Umdrehungen pro Minute), erzeugt werden. Die Steuerung 12 setzt die verschiedenen Aktuatoren von 1 ein, um den Kraftmaschinenbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung durch Einstellen einer Menge an Kraftstoff, die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 92 in den Zylinder 30 eingespritzt wird, eingestellt werden.
Das Nur-Lese-Speicher-Speichermedium 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Anweisungen darstellen, die durch den Prozessor 102 zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die erwartet, aber nicht speziell angeführt sind, ausführbar sind.
Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine, und jeder Zylinder kann ebenso seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüsen, Zündkerzen usw. umfassen.
2 veranschaulicht einen nicht einheitlichen, in Zonen unterteilten Abgasstrom in der Auslassleitung 48 eines beispielhaften Dreizylinderkraftmaschinensystems 200. Das Kraftmaschinensystem 200 umfasst drei Zylinder 1, 2 und 3. Ein Katalysator 70 ist mit der Auslassleitung 48 gekoppelt. Die mittlere Achse des Katalysators 70 überlappt die mittlere Achse der Auslassleitung 240. Der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor 126 ist mit der Auslassleitung 48 stromaufwärts des Katalysators 70 gekoppelt, und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor 128 ist mit der Auslassleitung stromabwärts des Katalysators 70 gekoppelt. Der dem Katalysator vorgeschaltete und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor sind auf gegenüberliegenden Seiten der Auslassleitung relativ zur mittleren Achse der Auslassleitung 240 positioniert. Die mittlere Achse 240 ist eine Längsachse entlang einer Richtung des Abgasstroms durch Kanäle des Katalysatorbausteins. Wie durch die gestrichelte Linie 211 gezeigt, strömt im Vergleich mit dem dem Katalysator nachgeschalteten Sensor 128 mehr Abgas vom Zylinder 1 durch den dem Katalysator vorgeschalteten Sensor 126. Wie durch die gestrichelte Linie 231 gezeigt, strömt im Vergleich mit dem dem Katalysator vorgeschalteten Sensor 126 mehr Abgas vom Zylinder 3 durch den dem Katalysator nachgeschalteten Sensor 128. Der Großteil des Abgases vom Zylinder 2 strömt durch die mittlere Achse der Auslassleitung 240. Daher ist der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor 126 empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zylinder 1; und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor 128 ist empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zylinder 3. Der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor 126 und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor 128 weisen die gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zylinder 2 auf.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Ermitteln eines unausgewogenen Zylinders und Mindern des Ungleichgewichts auf Grundlage von Messwerten von einem dem Katalysator vorgeschalteten Sensor (wie beispielsweise dem Sensor 126 in 2) und einem dem Katalysator nachgeschalteten Sensor (wie beispielsweise dem Sensor 128 in 2).
Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 300 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf 1–2 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems einsetzen, um den Kraftmaschinenbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
Das Verfahren 300 beginnt bei 301, wo die Betriebsbedingungen beurteilt werden. Die Betriebsbedingungen können unter anderem Kraftmaschinenbetriebszustand, Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung, Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur, Katalysatortemperatur usw. umfassen. Betriebsbedingungen können von einem oder mehreren mit der Steuerung gekoppelten Sensoren gemessen werden oder sie können auf Grundlage verfügbarer Daten geschätzt oder abgeleitet werden.
Bei 302 ermittelt das Verfahren 300 auf Grundlage der beurteilten Betriebsbedingungen eine Steuerstrategie für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Kraftstoffsteuerstrategie kann von einem Kraftstoffsteuermodul in der Steuerung umgesetzt werden. Die Steuerstrategie kann eine offene und eine geschlossene Kraftstoffsteuerung umfassen. Bei der offenen Kraftstoffsteuerung wird eine Menge an Kraftstoff gemäß einer vorher festgelegten Beziehung zwischen einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem entsprechenden Kraftstoffeinspritzdüsenvorgang eingespritzt. Bei der geschlossenen Kraftstoffsteuerung kann die Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage einer Rückmeldung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das vom dem Katalysator vorgeschalteten Abgassauerstoffsensor oder vom dem Katalysator nachgeschalteten Abgassauerstoffsensor gemessen wurde, ermittelt werden. In einem Beispiel kann die geschlossene Kraftstoffsteuerung mit einem PID-Regler umgesetzt sein. Die Menge an eingespritztem Kraftstoff in den Kraftmaschinenzylinder kann durch Einstellen eines Vervielfachers im Kraftstoffsteuermodul eingestellt werden.
Falls die offene Kraftstoffsteuerung gewählt wird, setzt das Verfahren 300 bei 303 fort, wo die Kraftmaschine mit der aktuellen Kraftstoffsteuerstrategie betrieben wird. Falls die geschlossene Kraftstoffsteuerung gewählt wird, setzt das Verfahren 300 bei 304 fort.
Bei 304 misst das Verfahren 300 mit dem dem Katalysator vorgeschalteten Sensor und dem dem Katalysator nachgeschalteten Sensor das stromaufwärtige und das stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Auf Grundlage des gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann die Abgaszusammensetzung und die Luft-Kraftstoff-Zusammensetzung vor der Verbrennung ermittelt werden.
Ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis für Benzin liegt in der Regel nahe bei 14,7. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann als ein relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda, λ, dargestellt sein. Das stöchiometrische relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt nahe bei 1. Der Reziprokwert von λ ist das Äquivalenzverhältnis, Φ. Das Äquivalenzverhältnis ist ein relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis und liegt für eine stöchiometrische Verbrennung in der Regel nahe bei 1.
In einer Ausführungsform ist der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor ein UEGO-Sensor und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor ist ein HEGO-Sensor. Messwerte vom HEGO-Sensor können auf Grundlage einer Übertragungsfunktion umgewandelt werden, sodass sie mit den Messwerten vom UEGO-Sensor vergleichbar sind.
Bei 305 ermittelt das Verfahren 300, ob die Kraftstoffeinspritzmenge ohne Einschränkungen eingestellt werden kann. Zum Beispiel kann das Verfahren 300 prüfen, ob die Kraftstoffsteuerung innerhalb der Beschränkung ist, wenn ein PID-Regler genutzt wird. Um eine Übersteuerung des Integrators zu vermeiden, kann der Integralwert im PID-Regler beschränkt sein. Falls die Kraftstoffsteuerung innerhalb der Beschränkung ist, ermittelt das Verfahren 300 bei 313, ob das Überwachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fortgesetzt wird. Falls die Kraftstoffsteuerung nicht innerhalb der Beschränkung ist, setzt das Verfahren 300 bei 306 fort.
Bei 313 ermittelt das Verfahren 300, ob es notwendig ist, das Überwachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der abgeschlossenen Kraftstoffsteuerung fortzusetzen. Zum Beispiel kann das Verfahren 300 als Reaktion auf eine Änderung der Betriebsbedingungen ermitteln, zum Ende zu gehen. Falls das Verfahren 300 ermittelt, das Überwachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fortzusetzen, wird bei 304 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators gemessen. Andernfalls endet das Verfahren 300.
Bei 306 werden die gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse sowohl vom dem Katalysator vorgeschalteten als auch vom dem Katalysator nachgeschalteten Sensor verarbeitet. In einem Beispiel kann die Messung gemittelt und gefiltert werden, um hochfrequentes Rauschen zu entfernen und das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
Bei 307 ermittelt das Verfahren 300, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht im Zylinder besteht. Falls die relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse des dem Katalysator vorgeschalteten und des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors beide gleich 1 sind, kann das Verfahren 300 ermitteln, dass die Zylinder ausgewogen sind und keine weitere Einstellung notwendig ist. Das Verfahren 300 setzt dann bei 313 fort und kann, falls notwendig, das Überwachen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse durch eine geschlossene Kraftstoffsteuerung fortsetzen. Falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten oder des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors nicht gleich 1 ist, setzt das Verfahren 300 bei 308 fort, um den unausgewogenen Zylinder zu identifizieren.
Bei 308 ermittelt das Verfahren 300, ob der unausgewogene Zylinder auf Grundlage der verarbeiteten Messung von 306 ermittelt werden kann. Falls zum Beispiel die zwei Abgassauerstoffsensoren entgegengesetzte Messwerte aufweisen, beispielsweise wenn das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Sensors größer als 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des anderen Sensors kleiner als 1 ist, dann kann der unausgewogene Zylinder nicht ermittelt werden. Das Verfahren 300 geht dann zu 312, wo ein entsprechender Diagnosecode festgelegt werden kann.
Anderenfalls, falls Messwerte von den zwei Abgassauerstoffsensoren beide fett oder mager sind oder falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgassauerstoffsensors gleich 1 ist, können der unausgewogene Zylinder und die Art des Ungleichgewichtsfehlers (unausgewogen fett oder unausgewogen mager) auf Grundlage einer Verweistabelle ermittelt werden. Die Verweistabelle kann auf Grundlage der Messung des dem Katalysator vorgeschalteten und des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors erstellt sein.
In einer Ausführungsform kann der Ungleichgewichtsfehler von einem der Abgassauerstoffsensoren mit einer höheren Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unausgewogenen Zylinders ermittelt werden. Beispielsweise kann bei einer Zylinderbank mit drei Zylindern der unausgewogene Zylinder auf Grundlage der in 4 gezeigten Verweistabelle ermittelt werden. In 4 können das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors Φ₁ und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors Φ₂ von einem in den 1–2 gezeigten Kraftmaschinensystem bezogen werden. In einem ersten Beispiel kann, falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors größer als 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors gleich 1 ist, das Verfahren 300 ermitteln, dass der Zylinder 1 unausgewogen fett ist. In einem zweiten Beispiel kann, falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors kleiner als 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors gleich 1 ist, das Verfahren 300 ermitteln, dass der Zylinder 1 unausgewogen mager ist. In einem dritten Beispiel kann, falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors größer als 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors größer als 1 ist, das Verfahren 300 ermitteln, dass der Zylinder 2 unausgewogen fett ist. In einem vierten Beispiel kann, falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors kleiner als 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors kleiner als 1 ist, das Verfahren 300 ermitteln, dass der Zylinder 2 unausgewogen mager ist. In einem fünften Beispiel kann, falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors gleich 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors größer als 1 ist, das Verfahren 300 ermitteln, dass der Zylinder 3 unausgewogen fett ist. In einem sechsten Beispiel kann, falls das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors gleich 1 ist und das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors kleiner als 1 ist, das Verfahren 300 ermitteln, dass der Zylinder 3 unausgewogen mager ist. Nach dem Identifizieren des unausgewogenen Zylinders und des entsprechenden Zylinderfehlers geht das Verfahren 300 zu 309.
Bei 309 wird das Ausmaß des Fehlers des unausgewogenen Zylinders ermittelt. In einer Ausführungsform kann das Ausmaß des Fehlers auf Grundlage des Sensors mit der höheren Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unausgewogenen Zylinders ermittelt werden. Zum Beispiel kann, falls bei Schritt 308 ermittelt wird, dass der Zylinder 1 unausgewogen fett ist (wie beispielsweise beim ersten Beispiel bei 308), der Messwert des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors, der empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zylinder 1 ist, genutzt werden, um das Ausmaß des Fehlers zu berechnen. Insbesondere kann der „fett-“Fehler von Zylinder 1 mit Φ₁ – 1 berechnet werden. In einem weiteren Beispiel kann, falls bei Schritt 308 ermittelt wird, dass der Zylinder 2 unausgewogen mager ist (wie beispielsweise beim vierten Beispiel bei 308), da der dem Katalysator vorgeschaltete Sensor und der dem Katalysator nachgeschaltete Sensor die gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zylinder 2 aufweisen, das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis von irgendeinem der Sensoren genutzt werden, um das Ausmaß des Fehlers zu berechnen. Insbesondere kann der „mager-“Fehler von Zylinder 2 mit 1 – Φ₁ oder 1 – Φ₂ berechnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Ausmaß des Fehlers mittels des Verhältnisses zwischen der Ausgabe des dem Katalysator vorgeschalteten Sensors Φ₁ und der Ausgabe des dem Katalysator nachgeschalteten Sensors Φ₂ ermittelt werden. Wie in 4 gezeigt, kann in einem ersten Beispiel, falls Zylinder 1 unausgewogen fett ist, das Ausmaß des Fehlers mit Φ₁/Φ₂ – 1 berechnet werden. In einem zweiten Beispiel kann, falls ermittelt wurde, dass Zylinder 1 unausgewogen mager ist, das Ausmaß des Fehlers mit 1 – Φ₁/Φ₂ berechnet werden. In einem dritten Beispiel kann, falls ermittelt wurde, dass Zylinder 2 unausgewogen fett ist, das Ausmaß des Fehlers mit Φ₁ – 1 oder Φ₂ – 1 berechnet werden. In einem vierten Beispiel kann, falls ermittelt wurde, dass Zylinder 2 unausgewogen mager ist, das Ausmaß des Fehlers mit 1 – Φ₁ oder 1 – Φ₂ berechnet werden. In einem fünften Beispiel kann, falls ermittelt wurde, dass Zylinder 3 unausgewogen fett ist, das Ausmaß des Fehlers mit Φ₂/Φ₁ – 1 berechnet werden. In einem sechsten Beispiel kann, falls ermittelt wurde, dass Zylinder 3 unausgewogen mager ist, das Ausmaß des Fehlers mit 1 – Φ₂/Φ₁ berechnet werden.
Bei 310 wird das Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewicht durch Einstellen der Menge an Kraftstoff, die in den unausgewogenen Zylinder eingespritzt wird, gemindert. Die Kraftstoffeinstellungsmenge basiert auf dem bei Schritt 309 ermittelten Ausmaß des Fehlers. Die Kraftstoffeinstellung kann durch Einstellen eines Vervielfachers im Kraftstoffsteuermodul der Steuerung umgesetzt werden. Bei einem unausgewogen fetten Zylinder kann der Vervielfacher auf die Differenz zwischen 1 und dem Ausmaß des Fehlers festgelegt werden. Zum Beispiel kann, falls der unausgewogene Zylinder unausgewogen fett mit einem Ausmaß des Fehlers gleich 30 % ist, der Vervielfacher auf 1 – 30 % = 70 % festgelegt werden. Bei einem unausgewogen mageren Zylinder kann der Vervielfacher auf die Summe des Ausmaßes des Fehlers und 1 festgelegt werden. Zum Beispiel kann, falls der unausgewogene Zylinder unausgewogen mager mit einem Ausmaß des Fehlers gleich 30 % ist, der Vervielfacher auf 1 + 30 % = 130 % festgelegt werden.
Bei 311 ermittelt das Verfahren 300, ob das Zylinderungleichgewicht verbessert ist. Die Verbesserung kann durch Vergleichen aktueller Abgassauerstoffsensorausgaben mit den vor dem Mindern des Ungleichgewichts bezogenen Ausgaben ermittelt werden. Zum Beispiel ermittelt, falls das aktuelle relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis von beiden Abgassauerstoffsensoren sich verglichen mit den Messwerten vor dem Mindern des Ungleichgewichts stärker 1 annähert, das Verfahren 300, dass es eine Verbesserung gibt und geht zu 313. Bei 313 ermittelt das Verfahren 300, ob das Überwachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fortgesetzt wird. Falls es keine Verbesserung des Zylinderungleichgewichts gibt, legt das Verfahren 300 bei 312 einen Diagnosecode fest und geht dann zum Ende.
Auf diese Art kann auf Grundlage der unterschiedlichen Empfindlichkeit der zwei Abgassauerstoffsensoren gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Zylinders ein Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewicht identifiziert werden. Der unausgewogene Zylinder und das Ausmaß des Fehlers können auch ohne zusätzliche Messung auf Grundlage der Sensorausgabe ermittelt werden. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht im unausgewogenen Zylinder kann ferner durch Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des Ausmaßes des Fehlers, das aus den Sensorausgaben berechnet wurde, gemindert werden. Dabei kann, unter Verwendung des in Zonen unterteilten Abgasstroms, der unausgewogene Zylinder in der geschlossenen Kraftstoffsteuerung mit einfachen Berechnungen schnell identifiziert und gemindert werden. Das aktuelle Verfahren kann ferner mit anderen Rückmeldungssteuerverfahren kombiniert werden, um während eines Ungleichgewichts eine schnelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellung zu erreichen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für eine Mehrzylinderkraftmaschine das Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines ersten stromaufwärts eines Katalysators positionierten Sensors und eines zweiten stromabwärts des Katalysators positionierten Sensors, wobei der erste und der zweite Sensor auf gegenüberliegenden Seiten relativ zu einer mittleren Achse der Auslassleitung positioniert sind; und das Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des unausgewogenen Zylinders mittels Kraftstoffeinspritzdüsen. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ist der erste Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Zylinders als dem der restlichen Zylinder, wobei die mittlere Achse eine Längsachse entlang einer Richtung des Abgasstroms durch Kanäle des Katalysatorbausteins ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner, dass der zweite Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dritten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste und/oder das zweite Beispiel und umfasst ferner, dass der erste und der zweite Sensor die gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zweiten Zylinders aufweisen. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und umfasst ferner, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Zylinders unausgewogen fett ist, falls Messwerte sowohl vom ersten als auch vom zweiten Sensor fett sind. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und umfasst ferner, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Zylinders unausgewogen mager ist, falls Messwerte sowohl vom ersten als auch vom zweiten Sensor mager sind. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und umfasst ferner, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines Ausmaßes eines Fehlers des unausgewogenen Zylinders, das auf Grundlage des ersten Sensors oder des zweiten Sensors ermittelt wird, je nachdem, welcher eine höhere Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unausgewogenen Zylinders aufweist, eingestellt wird. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und umfasst ferner, dass der erste Sensor ein UEGO-Sensor ist und der zweite Sensor ein HEGO-Sensor ist.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für eine Mehrzylinderkraftmaschine das Detektieren eines Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts auf Grundlage eines ersten Sensors stromaufwärts eines Katalysators und eines zweiten Sensors stromabwärts des Katalysators, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Zylinders aufweisen; das Ermitteln eines Ausmaßes eines Fehlers in einem unausgewogenen Zylinder auf Grundlage des ersten und des zweiten Sensors; und das Mindern des Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts auf Grundlage des Ausmaßes des Fehlers durch Einstellen des in den unausgewogenen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs. In einem ersten Beispiel des Verfahrens sind der erste und der zweite Sensor auf gegenüberliegenden Seiten relativ zu einer mittleren Achse einer Auslassleitung positioniert. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner, dass der erste Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist, dass der zweite Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dritten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist und dass der erste und der zweite Sensor eine gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zweiten Zylinders aufweisen. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste und/oder das zweite Beispiel und umfasst ferner, dass das Ausmaß des Fehlers des ersten Zylinders auf einem Verhältnis zwischen dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten und vom zweiten Sensor basiert und dass das Ausmaß des Fehlers des dritten Zylinders auf einem Verhältnis zwischen dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom zweiten und vom ersten Sensor basiert. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und umfasst ferner, dass das Ausmaß des Fehlers des zweiten Zylinders auf dem Vergleichen eines relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Sensor mit 1 basiert. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und umfasst ferner, dass das Ausmaß des Fehlers des zweiten Zylinders auf dem Vergleichen eines relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom zweiten Sensor mit 1 basiert. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und umfasst ferner, dass der in den unausgewogenen Zylinder eingespritzte Kraftstoff durch Aktualisieren eines Vervielfachers der mit dem unausgewogenen Zylinder zusammenhängenden Kraftstoffeinspritzdüse eingestellt wird, und die aktualisierte Menge des Vervielfachers basiert auf dem Ausmaß des Fehlers des unausgewogenen Zylinders.
In einer Ausführungsform umfasst ein Kraftmaschinensystem mehrere Zylinder; mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden der Zylinder; eine Auslassleitung; einen mit der Auslassleitung gekoppelten Katalysator; einen stromaufwärts des Katalysators mit der Auslassleitung gekoppelten ersten Abgassauerstoffsensor; einen stromabwärts des Katalysators mit der Auslassleitung gekoppelten zweiten Abgassauerstoffsensor, wobei der erste und der zweite Abgassauerstoffsensor relativ zu einer mittleren Achse der Auslassleitung gegenüber voneinander positioniert sind; und eine Steuerung, die mit in einem nicht flüchtigem Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen ausgelegt ist, um Folgendes zu tun: Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders mittels einer Verweistabelle auf Grundlage der Messwerte des dem Katalysator vorgeschalteten und des dem Katalysator nachgeschalteten Abgassauerstoffsensors; und, als Reaktion auf das Identifizieren des unausgewogenen Zylinders, Mindern des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines Ausmaßes eines Fehlers des unausgewogenen Zylinders. In einem ersten Beispiel des Verfahrens, strömt mehr Abgas von einem ersten Zylinder als Abgas von einem dritten Zylinder durch den ersten Abgassauerstoffsensor und mehr Abgas strömt von einem dritten Zylinder als das Abgas von einem ersten Zylinder durch den zweiten Abgassauerstoffsensor. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner, dass das Ausmaß des Fehlers des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage von Messwerten des ersten und des zweiten Abgassauerstoffsensors ermittelt wird. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste und/oder das zweite Beispiel und umfasst ferner, dass der unausgewogene Zylinder durch Einstellen einer Menge an in den unausgewogenen Zylinder über eine Kraftstoffeinspritzdüse eingespritztem Kraftstoff gemindert wird. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und umfasst ferner, dass der erste Abgassauerstoffsensor ein UEGO-Sensor ist und der zweite Abgassauerstoffsensor ein HEGO-Sensor ist und die Ausgabe des HEGO-Sensors mittels einer Übertragungsfunktion konvertiert wird.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendbar sind. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht-flüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuerungssystem, einschließlich der Steuerung zusammen mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben werden, können eine oder mehrere von einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien wie z. B. ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen aufweisen. Somit können verschiedene dargestellte Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen im dargestellten Ablauf oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Dementsprechend ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient lediglich der Erleichterung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Darüber hinaus können die beschriebenen Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen grafisch einen im nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuerungssystem zu programmierenden Code darstellen, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließlich den verschiedenen Kraftmaschinenhardwarekomponenten zusammen mit der elektronischen Steuerung, umgesetzt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein, die hier offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, besonders hervor. Diese Ansprüche beziehen sich möglicherweise auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer dieser Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr von diesen Elementen weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8695568 B2 [0003, 0004]

Claims

Verfahren für eine Mehrzylinderkraftmaschine, das Folgendes umfasst: Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines ersten stromaufwärts eines Katalysators positionierten Sensors und eines zweiten stromabwärts des Katalysators positionierten Sensors, wobei der erste und der zweite Sensor auf gegenüberliegenden Seiten relativ zu einer mittleren Achse der Auslassleitung positioniert sind; und Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des unausgewogenen Zylinders mittels einer Kraftstoffeinspritzdüse.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist, wobei die mittlere Achse eine Längsachse entlang einer Richtung des Abgasstroms durch Kanäle des Katalysatorbausteins ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dritten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor die gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zweiten Zylinders aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Zylinders unausgewogen fett ist, falls Messwerte sowohl des ersten als auch des zweiten Sensors fett sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Zylinders unausgewogen mager ist, falls Messwerte sowohl des ersten als auch des zweiten Sensors mager sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines Ausmaßes eines Fehlers des unausgewogenen Zylinders, das auf Grundlage des ersten Sensors oder des zweiten Sensors ermittelt wird, je nachdem, welcher eine höhere Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des unausgewogenen Zylinders aufweist, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Sensor ein UEGO-Sensor ist und der zweite Sensor ein HEGO-Sensor ist.
Verfahren für eine Mehrzylinderkraftmaschine, das Folgendes umfasst: Detektieren eines Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts auf Grundlage eines ersten Sensors stromaufwärts eines Katalysators und eines zweiten Sensors stromabwärts des Katalysators, wobei der erste Sensor und der zweite Sensor eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis jedes Zylinders aufweisen; Ermitteln eines Ausmaßes eines Fehlers in einem unausgewogenen Zylinder auf Grundlage des ersten und des zweiten Sensors; und Mindern des Zylinder-zu-Zylinder-Ungleichgewichts auf Grundlage des Ausmaßes des Fehlers durch Einstellen des in den unausgewogenen Zylinder eingespritzten Kraftstoffs.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Sensor auf gegenüberliegenden Seiten relativ zu einer mittleren Achse einer Auslassleitung positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist, der zweite Sensor empfindlicher gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dritten Zylinders als dem der restlichen Zylinder ist und der erste und der zweite Sensor eine gleiche Empfindlichkeit gegenüber dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zweiten Zylinders aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausmaß des Fehlers des ersten Zylinders auf einem Verhältnis zwischen dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten und vom zweiten Sensor basiert und das Ausmaß des Fehlers des dritten Zylinders auf einem Verhältnis zwischen dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom zweiten und vom ersten Sensor basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausmaß des Fehlers des zweiten Zylinders auf dem Vergleichen eines relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Sensor mit 1 basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausmaß des Fehlers des zweiten Zylinders auf dem Vergleichen eines relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom zweiten Sensor mit 1 basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der in den unausgewogenen Zylinder eingespritzte Kraftstoff durch Aktualisieren eines Vervielfachers einer mit dem unausgewogenen Zylinder zusammenhängenden Kraftstoffeinspritzdüse eingestellt wird und die Menge der Aktualisierung auf dem Ausmaß des Fehlers des unausgewogenen Zylinders basiert.
Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: mehrere Zylinder; mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in jeden der Zylinder; eine Auslassleitung; einen Katalysator, der mit der Auslassleitung gekoppelt ist; einen ersten Abgassauerstoffsensor, der stromaufwärts des Katalysators mit der Auslassleitung gekoppelt ist; einen zweiten Abgassauerstoffsensor, der stromabwärts des Katalysators mit der Auslassleitung gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Abgassauerstoffsensor relativ zu einer mittleren Achse der Auslassleitung gegenüber voneinander positioniert sind; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sind, ausgelegt ist, um Folgendes zu tun: Identifizieren eines unausgewogenen Zylinders mittels einer Verweistabelle auf Grundlage von Messwerten des dem Katalysator vorgeschalteten und des dem Katalysator nachgeschalteten Abgassauerstoffsensors; und, als Reaktion auf das Identifizieren des unausgewogenen Zylinders, Mindern des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage eines Ausmaßes eines Fehlers des unausgewogenen Zylinders.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 16, wobei mehr Abgas von einem ersten Zylinder als Abgas von einem dritten Zylinder durch den ersten Abgassauerstoffsensor strömt, und mehr Abgas von einem dritten Zylinder als Abgas von einem ersten Zylinder durch den zweiten Abgassauerstoffsensor strömt.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 16, wobei das Ausmaß des Fehlers des unausgewogenen Zylinders auf Grundlage von Messwerten des ersten und des zweiten Abgassauerstoffsensors ermittelt wird.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 16, wobei der unausgewogene Zylinder durch Einstellen einer Menge an in den unausgewogenen Zylinder über eine Kraftstoffeinspritzdüse eingespritztem Kraftstoff gemindert wird.
Kraftmaschinensystem nach Anspruch 16, wobei der erste Abgassauerstoffsensor ein UEGO-Sensor ist und der zweite Abgassauerstoffsensor ein HEGO-Sensor ist und die Ausgabe des HEGO-Sensors mittels einer Übertragungsfunktion konvertiert wird.