DE102018200803B4 - Verfahren zur Bestimmung von zylinderindividuellen Lambdawerten und elektronische Steuereinheit - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten:- Halten des Gesamtlambdawertes aller Zylinder im mageren oder fetten Bereich;- Beaufschlagen eines Einzelzylinders mit einem stärker abgemagerten oder angefetteten Luft-Kraftstoff-Gemisch als die anderen Zylinder;- Anfetten oder Abmagern des den anderen Zylindern zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches zur Kompensation der durchgeführten zusätzlichen Abmagerung oder Anfettung unter Aufrechterhaltung des Gesamtlambdawertes aller Zylinder im mageren oder fetten Bereich;- Durchführen der zusätzlichen Abmagerung oder Anfettung des dem Einzelzylinder zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches bis zum Erreichen eines Ziel-Laufunruhewertes; und- Ermitteln der Verstellung aller Zylinder und Ableiten des jeweiligen zylinderindividuellen ursprünglichen Lambdawertes aus der Verstellweite, undErmitteln eines Korrekturbedarfs des zylinderindividuellen Lambdawertes nach der Beziehung:

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine.
• Aufgrund der aktuellen Abgasgesetzgebung ist es seit einiger Zeit erforderlich, das zylinderindividuelle Luft-KraftstoffVerhältnis einer Brennkraftmaschine zu überwachen. Dabei ist aus Kostengründen eine Überwachung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der einzelnen Zylinder durch Einzellambdasonden nicht möglich bzw. zu teuer. Man hat daher andere Verfahren entwickelt.
• Aus der DE 10 2006 026 390 A1 und der DE 10 2006 044 073 A1 ist es bekannt, die Bestimmung der einzelnen Lambdawerte durch gezielte Abmagerung des Verbrennungsgemisches im Rahmen eines Adaptionsverfahrens durchzuführen. Bei diesem Verfahren wird durch gezielte Abmagerung einzelner Zylinder und die Beobachtung der Höhe des Eingriffes auf den zylinderindividuellen Lambdawert geschlossen (CYBL_HOM-Verfahren).
• Die DE 10 2009 027 822 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer Vertrimmung wenigstens eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei der wenigstens eine Zylinder nacheinander in wenigstens einer Magerphase und wenigstens einer Fettphase betrieben wird, um im Mittel eine Abgasneutralität herzustellen, wobei ein Laufunruhesignal in einer Magerphase ausgewertet wird, um ein zylinderindividuelles Merkmal betreffend die Vertrimmung zu erhalten.
• In der DE 10 2010 035 365 A1 sind ein Verfahren zum Ermitteln der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer Lambdasonde inhärenter Zeitverzögerung beschrieben. Dieses Verfahren beinhaltet eine Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um eine Prüfung der Vorkat-Lambdasonde, der Nachkat-Lambdasonde sowie der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Katalysators durchzuführen.
• Die DE 10 2007 043 734 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem zumindest zwei Zylinder mit einem Lambdawert betrieben werden und hier der zugehörige Laufunruhewert bestimmt wird. Dann werden die Zylinder mit einem anderen Lambdawert betrieben und wieder der zugehörige Laufunruhewert bestimmt. Für die Ermittlung des Lambdawertes der Einzelzylinder wird der Unterschied der Laufunruhewerte herangezogen.
• In dem Fachartikel „Katalysatoreigenschaften für Diagnostizierbarkeit“ (Motortechnische Zeitschrift/Ausgabe 1/2016) wird das sogenannte CTG-Verfahren (Close-the-gap) beschrieben.
• In der WO 2016/041742 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von defekten Einspritzdüsen zur Zuführung von Kraftstoff in die Brennkammern eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei der Verbrennungsmotor eine oder mehrere Zylinderbänke aufweist, wobei einer jeweiligen Zylinderbank ein gemeinsamer Luftmassenstrom zugeführt wird und von den Brennkammern einer jeweiligen Zylinderbank ein gemeinsamer Abgasstrom zu einer Lambdasonde abgeführt wird. Gemäß diesem Verfahren wird eine jeweilige Zylinderbank im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Testschritten durchgeführt, wobei in einem jeweiligen Testschritt für die einzelnen Einspritzdüsen Gemischfaktoren eingestellt sind. Dabei werden ein oder mehrere Gemischfaktoren von einem Testschritt zum nächsten verändert und während der Testschritte werden Messungen des Lambdawertes des von der Zylinderbank abgeführten Abgasstroms und Messungen des der Zylinderbank zugeführten Luftmassenstroms durchgeführt. Nach Durchführung der Anzahl von Testschritten werden ein Normabweichungswert für jede Einspritzdüse sowie ein Gesamtleckagestrom durch Lösung eines Gleichungssystems unter Berücksichtigung der Messung des Lambdawerts und des Luftmassenstroms ermittelt. Im Falle, dass zumindest ein Normabweichungswert für eine jeweilige Einspritzdüse außerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt, wird ein erster Einspritzdüseneffekt der jeweiligen Zylinderbank in der Form einer Einspritzmengenabweichung detektiert und im Falle, dass der Gesamtleckagestrom größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wird ein zweiter Einspritzdüseneffekt in der jeweiligen Zylinderbank in der Form einer Leckage detektiert.
• Aus der DE 10 2007 021 283 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Verbrennungslambdawerts einer Brennkraftmaschine bekannt, mittels denen der Verbrennungslambdawert einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Brennräumen ohne Verwendung einer Lambdasonde möglich ist. Dabei werden in dem ersten Brennraum eine erste vorgegebene Kraftstoffmenge und im zweien Brennraum eine vorgegebene zweite Kraftstoffmenge zugemessen, die erste Kraftstoffmenge um einen vorgegebenen Betrag verringert und die zweite Kraftstoffmenge um den gleichen vorgegebenen Betrag erhöht. Es werden ein erster Lauf-Unruhewert, welcher dem ersten Brennraum zugeordnet ist, und ein zweiter Lauf-Unruhewert, welcher dem zweiten Brennraum zugeordnet ist, ermittelt. Der Verbrennungslambdawert wird, basierend auf dem ersten Lauf-Unruhewert und dem zweiten Lauf-Unruhewert ermittelt.
• Die DE 10 2007 044 614 B3 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine mindestens zwei Zylinder aufweist, die einen Brennraum umfassen und in denn je ein axial-beweglicher Kolben angeordnet ist. Jeder der Kolben ist mit einer Kurbelwelle gekoppelt. Zum Betreiben der Brennkraftmaschine wird zu jedem Zylinder eine zylinderindividuelle Segmentzeit der Kurbelwelle ermittelt. Abhängig von einem Vergleich der ermittelten zylinderindividuellen Segmentzeiten wird auf eine Ungleichverteilung eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses vor Verbrennungsprozessen in den Brennräumen erkannt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, das sich auf besonders effiziente Weise durchführen lässt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
• - Halten des Gesamtlambdawertes aller Zylinder im mageren oder fetten Bereich;
• - Beaufschlagen eines Einzelzylinders mit einem stärker abgemagerten oder angefetteten Luft-Kraftstoff-Gemisch als die anderen Zylinder;
• - Anfetten oder Abmagern des den anderen Zylindern zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches zur Kompensation der durchgeführten zusätzlichen Abmagerung oder Anfettung unter Aufrechterhaltung des Gesamtlambdawertes aller Zylinder im mageren oder fetten Bereich;
• - Durchführen der zusätzlichen Abmagerung oder Anfettung des dem Einzelzylinder zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches bis zum Erreichen eines Ziel-Laufunruhewertes; und
• Ermitteln der Verstellung aller Zylinder und Ableiten des jeweiligen zylinderindividuellen ursprünglichen Lambdawertes aus der Verstellweite und Ermitteln eines Korrekturbedarfs des zylinderindividuellen Lambdawertes nach der Beziehung: $$\begin{array}{r}{\text{Korrektur}}_{\text{cylx}}={\text{Verstellweite}}_{\text{cylx}}-\text{Mittelwert der}\\ {\text{Verstellweite}}_{\text{cylk}}\end{array}$$

  
• Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gesamtlambdawert aller Zylinder im mageren Bereich gehalten und der Einzelzylinder mit einem stärker abgemagerten Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt. Das den anderen Zylindern zugeführte Gemisch wird hierbei zur Kompensation angefettet. Auch wird eine zusätzliche Abmagerung des dem Einzelzylinder zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches bis zum Erreichen eines Laufunruheunterschiedes zu Lambda = 1 des Ausgangszustandes durchgeführt.
• Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es mit einer Diagnose für die Vorkat-Sonde, Nachkat-Sonde und/oder Sauerstoffspeicherfähigkeit kombiniert werden kann. Bei einer derartigen Diagnose (CTG-Verfahren oder „Close-the-gap-Verfahren“) wird der entsprechende Lambdasollwert mehrmals nach „mager“ bzw. „fett“ vertrimmt, um die Dynamik der Vorkat-Sonde zu bewerten. Zudem wird das Umschalten von mager nach fett und umgekehrt aufgrund des Nachkat-Sondensignals durchgeführt. Hierbei wird der Durchbruch des Katalysators anhand des Binärlambdasondensignals bewertet.
• Bei einer derartigen Diagnose (CTG-Verfahren) kann die Mager- bzw. Fettphase mehrere Sekunden betragen. Eine solche Phase wird erfindungsgemäß vorzugsweise für eine Bewertung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder benutzt. Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in der Magerphase einer derartigen Diagnose verwendet. Hierzu wird ein Zylinder stärker abgemagert als andere Zylinder. Durch Anfettung des Gemisches der anderen Zylinder wird diese zusätzliche Abmagerung kompensiert. Das Gesamtlambda befindet sich aber weiterhin im mageren Bereich, wie dies für die durchgeführte Diagnose (CTG-Diagnose) benötigt wird. Die Abmagerung des Prüfzylinders wird bis zur Erreichung eines Ziel-Laufunruhewertes durchgeführt, wobei dieser vorzugsweise arbeitspunktabhängig aus einer Tabelle ausgelesen wird.
• Die hierzu benötigte Gesamtabmagerung oder Gesamtanfettung (Lambdasollpunkt + zusätzliche Abmagerung oder Anfettung) eines Einzelzylinders wird gespeichert, vorzugsweise in einem Zwischenpuffer, und die Verstellung sämtlicher Zylinder wird ermittelt, wobei, wie erwähnt, aus der entsprechenden Verstellweite auf den jeweiligen ursprünglichen Lambdawert rückgeschlossen werden kann.
• Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß ein CYBL_HOM-Verfahren mit einer CTG-Diagnose kombiniert, so dass eine Trennung beider Verfahren nicht mehr notwendig ist.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Laufunruheermittlungseinheit und einer Einspritzmengenkorrektureinheit, wobei einer Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine eine Lambdasonde zugeordnet ist. Die Steuereinheit ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
• Speziell ist die elektronische Steuereinheit so ausgebildet, dass sie eine Mager- bzw. Fettphase einer Diagnose für eine Vorkat-Sonde, Nachkat-Sonde und/oder Sauerstoffspeicherfähigkeit zur Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder benutzt, insbesondere zur Durchführung einer entsprechend abgewandelten CTG-Diagnose mit Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder ausgebildet ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
• 1 ein Diagramm, das den typischen Verlauf des Lambdasollwertes einer CTG-Diagnose zeigt; und
• 2 ein Diagramm, das die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt, wobei oben die Abmagerung und unten der Laufunruhewert eines Einzelzylinders dargestellt ist.
• Das Diagramm der 1 gibt den aufstromseitigen Lambdawert auf der Ordinate in Abhängigkeit von der Zeit auf der Abszisse wieder. Die durchgezogene Linie zeigt den typischen Verlauf der Diagnose für eine Vorkat-Sonde, Nachkat-Sonde und Sauerstoffspeicherfähigkeit, wobei der dargestellte Lambdasollwert mehrmals von Lambda = 1 (mittlere gestrichelte Linie) nach „mager“ (obere gestrichelte Linie) und „fett“ (untere gestrichelte Linie) vertrimmt wurde.
• Dieser Verlauf des Lambdawertes dient als Basis für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das im Diagramm der 2 dargestellt ist, wobei oben der Fall der Abmagerung und unten der entsprechende Laufunruhewert gezeigt sind. In der oberen Darstellung ist gezeigt, wie in der Magerphase ein Prüfzylinder 1 stärker abgemagert wird als andere Zylinder. Ferner ist dargestellt, wie die anderen Zylinder 2 diese zusätzliche Abmagerung durch Anfettung kompensieren. Das Gesamtlambda befindet sich aber weiterhin im mageren Bereich, wie dies für die CTG-Diagnose benötigt wird.
• Die Abmagerung des Prüfzylinders wird bis zur Erreichung eines Laufruheunterschiedes zu Lambda = 1 des Ausgangszustandes durchgeführt. Die mit 3 gekennzeichnete entsprechende Gesamtabmagerung (Lambdasollpunkt + zusätzliche Abmagerung) entspricht hierbei der Länge der Geraden von der Lambda = 1 entsprechenden gestrichelten Linie bis zum höchsten Punkt.
• Das untere Diagramm von 2 zeigt den entsprechenden Laufunruhewert des Prüfzylinders 1. Auch hier kompensieren die anderen Zylinder 2 diesen Wert, wie durch die nach rechts ansteigende untere Linie gezeigt. Die entsprechende Laufunruhedifferenz entspricht dem mit Pfeilen angedeuteten Abstand.
• Wenn alle Einzelzylinder zum Erreichen des entsprechenden Laufunruheunterschiedes abgemagert worden sind, werden aus den entsprechenden Verstellweiten die jeweiligen zylinderindividuellen ursprünglichen Lambdawerte abgeleitet.
• Durch die Kombination des Prüfverfahrens der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder mit der CTG-Diagnose kann ein schnellerer Durchlauf des „Imbalance-Monitoring“ erreicht werden. Eine zeitliche Trennung beider Verfahren ist nicht mehr notwendig.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten: - Halten des Gesamtlambdawertes aller Zylinder im mageren oder fetten Bereich; - Beaufschlagen eines Einzelzylinders mit einem stärker abgemagerten oder angefetteten Luft-Kraftstoff-Gemisch als die anderen Zylinder; - Anfetten oder Abmagern des den anderen Zylindern zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches zur Kompensation der durchgeführten zusätzlichen Abmagerung oder Anfettung unter Aufrechterhaltung des Gesamtlambdawertes aller Zylinder im mageren oder fetten Bereich; - Durchführen der zusätzlichen Abmagerung oder Anfettung des dem Einzelzylinder zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches bis zum Erreichen eines Ziel-Laufunruhewertes; und - Ermitteln der Verstellung aller Zylinder und Ableiten des jeweiligen zylinderindividuellen ursprünglichen Lambdawertes aus der Verstellweite, und Ermitteln eines Korrekturbedarfs des zylinderindividuellen Lambdawertes nach der Beziehung: $$\begin{array}{r}{\text{Korrektur}}_{\text{cylx}}={\text{Verstellweite}}_{\text{cylx}}-\text{Mittelwert der}\\ {\text{Verstellweiten}}_{\text{cylk}}\end{array}$$

   
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtlambdawert aller Zylinder im mageren Bereich gehalten und der Einzelzylinder mit einem stärker abgemagerten Luft-Kraftstoff-Gemisch beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mager- bzw. Fettphase einer Diagnose für die Vorkat-Sonde, Nachkat-Sonde und/oder Sauerstoffspeicherfähigkeit zur Bestimmung der zylinderindividuellen Lambdawerte der Einzelzylinder benutzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte Gesamtabmagerung oder Gesamtanfettung eines Einzelzylinders in einem Zwischenpuffer gespeichert wird.
5. Elektronische Steuereinheit zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Laufunruheermittlungseinheit und einer Einspritzmengenkorrektureinheit, wobei einer Gruppe von Zylindern der Brennkraftmaschine eine Lambdasonde zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.

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