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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Gemischungleichverteilung einer Brennkraftmaschine. Um den Dreiwegekatalysator im optimalen Schadstoff-Konvertierungsbereich zu betreiben, ist ein stöchiometrisches Luftkraftstoffgemisch erforderlich. Dieses wird durch eine Lambdaregelung, über die Lambdasonde im Abgas, global für alle Zylinder eingeregelt. Allerdings können system- und bauteilebedingte Einflüsse zu einer ungleichen Verteilung der zylinderindividuellen Lambdas führen. Solche Einflüsse können z. B. sein, Einspritzmengenfehler, die beispielsweise auf Injektortoleranzen, Verschmutzung und/oder elektrischen oder mechanischen Defekten des Injektors beruhen. Weitere Einflüsse sind zylinderindividuelle Füllungsunterschiede, z. B. bedingt durch den geometrischen Aufbau der Ansaug- und Luftführung, Verschmutzungen und mechanische Defekte am Ventiltrieb. Ferner können solche Fehler im externen Abgasrückführsystem zu Ungleichverteilungen des zylinderindividuellen Lambdas führen.
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Die Einflüsse können durch die Strähnigkeit des Abgases, die Effizienz der Katalysatorkonvertierung reduzieren, was dazu führen kann, dass die Abgasemissionen ansteigen.
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Bekannt ist es, dass solche zylinderindividuellen Gemischungleichverteilungen durch Verfahren erkannt werden, die auf der Auswertung der Laufunruhe des Motors basieren. Solche Systeme werden unter anderem als CILCN-Verfahren bezeichnet. Diesem Verfahren gemäß dem Stand der Technik liegt der technische Effekt zugrunde, dass zwischen der Gemischzusammensetzung und einer aus der Verbrennung resultierenden Kurbelwellen Beschleunigung aufgrund von Wirkungsgradänderungen ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Zylinderindividuelle Lambdaunterschiede werden dadurch ermittelt, dass die Zylinder nacheinander abgemagert werden und aus der erfassten Laufunruheänderung ein zylinderindividuelles Merkmal zur Vertrimmung des jeweiligen Zylinders abgeleitet wird. Durch die gleichzeitige Anfettung der nicht abgemagerten Zylinder wird zudem sichergestellt, dass der Mittelwert von Lambda für alle Zylinder konstant bei Eins liegt. Hierdurch wird erreicht, dass der Abgaseinfluss der Diagnose gering ist.
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Diese sequentielle Prüfung der einzelnen Zylinder führt dazu, dass die Diagnose eine sehr lange Zeitdauer erfordert.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Verfahren deutlich schneller abläuft.
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Zur Ermittlung einer Gemischungleichverteilung einer Brennkraftmaschine wird ein zylinderindividuelles Verbrennungsmerkmal ermittelt. Ausgehend von dem Verbrennungsmerkmal wird ein zylinderindividueller Wirkungsgrad für unterschiedliche Lambdawerte bestimmt. Diese Wirkungsgrade werden mit einer Lambda-Wirkungsgradkennlinie verglichen werden und ausgehend von dem Vergleich die wird Gemischungleichverteilung erkannt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zylinderindividuelles Verbrennungsmerkmal aus einer Größe, die die Drehzahl der Brennkraftmaschine repräsentiert, ermittelt wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Verbrennungsmerkmal mittels eines Brennraumdrucksensors ermittelt wird.
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Das beschriebene Verfahren verzichtet auf eine spezielle Vorgabe eines rollierenden Einspritzmusters. Stattdessen wertet das hier beschriebene Verfahren Betriebspunkte aus, welche sowieso im laufenden Betrieb angefahren werden. Im laufenden Betrieb werden beispielsweise zur Diagnose der Lambdasonde Lambdawerte von 0,9 bzw. 1,1 eingestellt. Bei dem beschriebenen Verfahren handelt es sich also im Gegensatz zum Stand der Technik um ein passives Diagnoseverfahren, welches den optimalen Motorbetrieb nicht beeinflusst.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zylinderindividuelle Lambdaniveau ausgehend von einer Änderung des Wirkungsgrads in Abhängigkeit vom Lambdawert erkannt wird. Hierzu wird die Ableitung der zylinderindividuellen Wirkungsgradwerte der einzelnen Zylinder über den Lambdawert L berechnet. Weichen diese von der Ableitung der Wirkungsgradkennlinie im Lambdawert L ab, so wird für den einzelnen Zylinder auf eine Abweichung vom Soll-Lambda geschlossen und damit Motorglobal eine Ungleichverteilung des Zylindergemischs erkannt.
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Eine Steigerung der Genauigkeit ergibt sich, wenn zylinderindividuelle Wirkungsgrad über Einzelwerte gemittelt wird.
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Vorzugsweise wird der zylinderindividuelle Wirkungsgrad für wenigstens drei Lambdawerte ermittelt wird.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
- 2 den Wirkungsgrad über dem Lambdawert aufgetragen und
- 3 die Abhängigkeit der Ableitung des Wirkungsgrades von dem Lambdawert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem so genannten Merkmal für mechanische Arbeit, welches aus den Zahnseiten des Drehzahlgebersystems zylinderindividuell ermittelt wird. Dieses Merkmal für mechanische Arbeit wird im Folgenden als MWF (mechanical Work feature) bezeichnet. Dieses MWf korreliert sehr gut mit dem indizierten Mitteldruck des jeweiligen Messzylinders. Dieses Verfahren wird beispielsweise in der
DE 10 2012 203 652 A1 beschrieben. Basierend auf dem MWF wird getrennt nach Lambdabereichen, ein zylinderindividueller Wirkungsgrad berechnet.
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Die entsprechende Vorgehensweise ist in
1 detailliert dargestellt. Ein Drehzahlsensor
100 liefert ein Drehzahlsignal. Dies liefert beispielsweise die Zeiten, die zwischen dem Vorbeilauf zweier Segmente bzw. zweier Inkremente eines Geberrads verstreicht. Diese Zahnseiten werden von einer MWF-Bestimmung
110 ausgewertet. Diese MWF-Bestimmung berechnet beispielsweise, wie in der
DE 10 2012 203 652 A1 beschrieben, das MFW. Ausgehend von dem MFW bestimmt die MWF-Bestimmung das Moment Mi des jeweiligen Zylinders.
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Das Ausgangssignal der MWF-Bestimmung 110 gelangt zu einer Wirkungsgradberechnung 120. Diese Wirkungsgradberechnung berechnet den Wirkungsgrad Wi für jeden einzelnen Zylinder bei den einzelnen Verbrennungen. D. h. die Wirkungsgradberechnung 110 bestimmt bei jeder Verbrennung den Wirkungsgrad Wi, getrennt nach Lambdabereichen.
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Dies erfolgt vorzugsweise gemäß der folgenden Formel.
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Dabei handelt es sich bei der Größe M um das über alle Zylinder gemittelte M. Diese Größe wird ebenfalls aus dem MWF berechnet.
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In der Mittelung 130 werden diese Werte zu einem mittleren Wirkungsgrad verdichtet. Eine Freigabe 135 bestimmt, ob der jeweils aktuell berechnete Wert für den Wirkungsgrad tatsächlich in den Mittelwert WMi eingerechnet wird. So können bestimmte Betriebsbereiche, in denen das MWF-Merkmal nicht zuverlässig berechnet werden kann, beispielsweise bei niederen Lasten, niederen Drehzahlen oder Bereiche mit Eingriff der Elektromaschine, ausgeblendet werden.
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In Summe entsteht in dieser Art und Weise pro Zylinder drei zylinderindividuelle Wirkungsgrade. Ein Wirkungsgrad Wf im leicht fetten Betriebsbereich, ein Wirkungsgrad Wi im stöchiometrischen Betrieb und ein Wirkungsgrad Wm im leicht mageren Betriebs. Vorzugsweise werden die Wirkungsgrade bei den Lambdawerten Lf=0,9, Li=1 und Lm=1,1 berechnet. Im den anschließenden Abgleich 140 werden diese drei Werte mit der Lambdawirkungsgradkennlinie aus dem Momentenmodell des Steuergeräts abgeglichen.
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In der 2 ist der Wirkungsgrad W über dem Lambdawert L aufgetragen. Mit einer durchgezogenen Linie ist die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von Lambda aufgetragen, das aus Momentenmodell des Steuergeräts berechnet ist. Dies entsprich der erwarteten Abhängigkeit des Wirkungsgrades W von Lambda L. Um den Lambdawert 1 fällt der Wirkungsgrad mit steigendem Lambda L mit konstanter Steigung ab. Fällt der Lambdawert deutlich unter 0,9 ab so steigt der Wirkungsgrad noch geringfügig an bleibt dann konstant oder nimmt sogar wieder ab. Das heißt wird das Gemisch fetter so steigt der Wirkungsgrad zunächst mit nahezu konstantem Wert an und bleibt dann konstant oder fällt wieder ab.
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Ferner sind für einen ersten Zylinder die Wirkungsgrade Wf, im leicht fetten Betriebsbereich, im stöchiometrischen Bereich und im leicht mageren Bereich über Lambda mit einer gestrichelten Linie verbunden. Bei diesem ersten Zylinder treten nur geringe Abweichungen von der optimalen Verbrennung auf. Für einen zweiten Zylinder die Wirkungsgrade Wf, im leicht fetten Betriebsbereich, im stöchiometrischen Bereich und im leicht mageren Bereich über Lambda mit einer gepunkteten Linie verbunden. Hier treten erhebliche Abweichungen auf. Mit fallendem Lambda nimmt der Wirkungsgrad nur noch wenig zu. Dieses Verhalten entspricht einem Lambdawert, der fetter ist als 0,9. Die sich einstellenden Werte entsprechen den Werten, die sich im fetten Bereich einstellen würden.
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Besonders gut ist dies in der Ableitung des Wirkungsgrades über Lambda zu erkennen. Für den Abgleich wird sowohl die Wirkungsgradkennlinie, wie auch die entstehende Kurve aus den drei Lambdawerten, die in
2 dargestellt ist, differenziert. Es wird also die Ableitung der Wirkungsgradkennlinie berechnet. Zudem werden für jeden Zylinder ein Steigungswert dWf im fetten, ein Steigungswert dWm im mageren aus den mittleren Wirkungsgradkennwerten bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise gemäß der folgenden Formel:
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Die entsprechenden Kennlinien sind in 3 aufgetragen. In der 3 ist die Ableitung dW des Wirkungsgrades über Lambda L, dies entspricht der Steigung der in 2 dargestellten Kennlinie, aufgetragen. Dabei ist der optimale, bzw. erwartet Verlauf mit einer durchgezogenen Linie, der Verlauf des ersten Zylinders mit einer gestrichelten Linie und der Verlauf des zu fetten Zylinders mit einer gepunkteten Linie eingezeichnet. Der Verlauf des ersten Zylinders entspricht weitestgehend dem erwarteten Verlauf. Die Steigung des zu fetten Zylinders ist deutlich erhöht und entspricht einem Wert, der sich bei einem deutlich fetteren Gemisch einstellen würde.
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Quantitativ ist die Abweichung zwischen Idealwert und Realwert ein Maß für das aktuelle Lambdaniveau des untersuchten Zylinders. Je größer die Abweichung, desto stärker weicht der Zylinder vom geforderten Lambda=1-Betrieb ab.
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Durch Schwellabfrage der ermittelten Abweichung zwischen Idealwert und Realwert, wird ein auffallend magerer bzw. fetter Zylinder erkannt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012203652 A1 [0014, 0015]
