DE102019102513A1

DE102019102513A1 - Verfahren und systeme zur steuerung des luft-kraftstoff-verhältnisses für einzelne zylinder in einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019102513A1
Application number: DE102019102513.3A
Authority: DE
Inventors: Adithya Pravarun Re Ranga; Gopichandra Surnilla; Vadivelan Jagadeesan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-08-01
Also published as: CN110107417A; US10215115B1

Abstract

Diese Offenbarung stellt Verfahren und Systeme zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einzelne Zylinder in einer Brennkraftmaschine bereit. Es werden Verfahren und Systeme zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (air-fuel ratio - AFR) für einzelne Zylinder in einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Folgendes beinhalten: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung, Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten zylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von dem geschätzten AFR.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einzelne Zylinder in einer Brennkraftmaschine zum Steigern der Motorleistung und Reduzieren von Emissionen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Brennkraftmaschinen setzen gewöhnlich Lambdasonden ein, wie etwa Breitbandlambdasonden (universal exhaust gas oxygen sensors - UEGO-Sonden) und beheizte Lambdasonden (heated exhaust gas oxygen sensors - HEGO-Sonden), um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (air-fuel ratio - AFR) des Motorabgases zu messen. Das durch die Lambdasonden gemessene AFR wird an eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis für die Motorkraftstoffzufuhr rückgekoppelt, die als Reaktion darauf bankweise die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor einstellt, um einen Sollwert für das Gesamt-AFR (z. B. stöchiometrischen Motorbetrieb, λ=1) für jede Zylinderbank zu erreichen. Das Betreiben nahe dem stöchiometrischen AFR ermöglicht, dass der Motor effizienter und mit reduzierten Emissionen betrieben wird. Die Rückkopplungssteueralgorithmen können adaptives Lernen einsetzen, um Fehler bei der Kraftstoffzufuhr mit geschlossenem Regelkreis zu reduzieren und die Gesamtvariabilität bei der Kraftstoffzufuhr von einer Bank zur anderen zu reduzieren.
Steueralgorithmen zur bankweise erfolgenden Kraftstoffzufuhr beheben jedoch nicht die AFR-Variabilität von einem einzelnen Zylinder zum anderen während des Motorbetriebs. Insbesondere kann die bankweise erfolgende Kraftstoffzufuhr einen über alle Zylinder in einer Bank gemittelten Sollwert für das Gesamt-AFR erreichen; AFR-Werte für einzelne Zylinder können jedoch über und unter dem Soll-AFR-Wert schwanken. Ungleichgewichte beim AFR einzelner Zylinder können Ungleichgewichte bei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Fehler bei der Ansaugluftladung und -verteilung, Verbrennungsvariabilität und Kraftstoffzufuhrvariabilität verursachen. Folglich kann AFR-Variabilität bei einzelnen Zylindern zu einer reduzierten Motorleistung (z. B. höherer Drehmomentvariabilität, verschlechtertem Fahrverhalten des Fahrzeugs, erhöhten NVH und dergleichen) und erhöhten Emissionen führen.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorstehenden Probleme erkannt und zahlreiche Ansätze ausgearbeitet, um diese mindestens teilweise zu lösen. In einem Beispiel kann ein Verfahren für einen Motor Folgendes umfassen: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung und für einen ersten Zylinder des Motors Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten zylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von dem geschätzten AFR. Auf diese Art und Weise kann AFR-Variabilität zwischen einzelnen Zylindern einer Brennkraftmaschine reduziert werden, wodurch das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert wird, die NVH des Motors reduziert werden und Emissionen reduziert werden. Als ein Beispiel können AFR-Werte einzelner Zylinder in einer Bank anhand eines einzigen hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensors, der in dem Abgaskrümmer positioniert ist, bestimmt werden. Somit kann die AFR-Variabilität bei einzelnen Zylindern reduziert werden, während die Herstellungskosten und Komplexität des Motors beibehalten und/oder reduziert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems, das eine hochfrequente Lambdasonde beinhaltet.
2 zeigt eine schematische Darstellung, die hochfrequente Abgassauerstoffmessungen für eine Bank von Motorzylindern veranschaulicht.
3 und 4 zeigen Verläufe von hochfrequenten Abgassauerstoffdaten, die in Abgasrohren einzelner Zylinder gemessen werden.
5 zeigt einen Verlauf, der Motordaten veranschaulicht, die zur Kalibrierung von Abgaswechselwirkungsparametern zwischen einzelnen Zylindern erzeugt werden.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Steueralgorithmus zum Steuern des AFR in einzelnen Motorzylindern.
7 und 8 zeigen Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zum Steuern des AFR in einzelnen Zylindern des Motorsystems aus 1 veranschaulichen.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene, das ein Verfahren zum Kalibrieren von Abgaswechselwirkungsparametern zwischen einzelnen Zylindern veranschaulicht.
10 zeigt einen beispielhaften Zeitsteuerungsverlauf für den Betrieb eines Motorsystems 100 unter Verwendung des in 7 und 8 dargestellten Verfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Verfahren und Systeme zum Steuern des AFR in einzelnen Motorzylindern während des Betriebs einer Brennkraftmaschine. Wie in der beispielhaften Ausführungsform aus 1 gezeigt, kann ein Motorsystem mehrere Zylinderbänke beinhalten, die jeweils mit einer hochfrequenten Lambdasonde ausgestattet sind. Wie in 2 gezeigt, können die hochfrequenten Lambdasondenmessungen geparst werden, um AFR-Verhältnisse in einzelnen Zylindern jeder Bank zu schätzen. Die AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder können korrigiert werden, indem kalibrierte Wechselwirkungsparameter angewendet werden, um die AFRs der einzelnen Zylinder zu bestimmen; des Weiteren können Korrekturfaktoren aus Abweichungen zwischen den AFRs der einzelnen Zylinder und den Soll-AFRs berechnet werden, wie in 7 und 8 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, können die Wechselwirkungsparameter und Korrekturfaktoren durch den Steueralgorithmus für die Motorkraftstoffzufuhr eingesetzt werden. Die Wechselwirkungsparameter können durch Kalibrieren des Motors gemäß dem Verfahren aus 9 erlangt werden. Insbesondere können Abgassauerstoffmessungen in einzelnen Zylinderrohren mit ihren Reaktionen auf Störgrößen bei der Kraftstoffzufuhr einzelner Zylinder korreliert werden, wie in 3, 4 und 6 gezeigt. 10 stellt einen beispielhaften Zeitsteuerungsverlauf unter Verwendung des Verfahrens aus 7-8 zum Steuern der AFRs einzelner Zylinder in einem Motorsystem wie etwa dem Motorsystem aus 1 dar.

Jüngste Fortschritte bei Motortechniken einschließlich dualer Systeme mit Kraftstoffeinspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal und Direkteinspritzung (port fuel injection-direct injection systems - PFI-DI-Systeme) und Zylinderabschaltungsverfahren, die für Motoren mit variablem Hubraum (variable displacement engines - VDE) und rollende VDE (Zylinderdeaktivierung) eingesetzt werden, ermöglichen das Zünden und/oder Abschalten von einem oder mehreren Zylindern eines Motors als Reaktion auf den Motordrehmomentbedarf; diese Verfahren verschlimmem jedoch auch das AFR-Ungleichgewicht an einzelnen Motorzylindern und können die Gesamt-AFR-Steuerung des Motors verkomplizieren. Aktuelle Motorbetriebsverfahren detektierten AFR-Ungleichgewicht durch Messen von bankweise (zwischen Bänken von Motorzylindern) auftretenden Differenzen bei der Abgassauerstoffkonzentration. Die Abgassauerstoffkonzentration kann in jeder Bank durch eine Lambdasonde wie etwa eine HEGO oder UEGO gemessen werden, die in dem Abgaskrümmer jeder Zylinderbank positioniert ist (z. B. stromabwärts von einzelnen Abgasrohren). Falls das Differentialsensorsignal eine vorbestimmte Differenz übersteigt, dann wird ein AFR-Ungleichgewicht angegeben und es kann ein Verfahren zur Korrektur der Bankkraftstoffzufuhr angewendet werden, um das AFR für jede Zylinderbank auszugleichen. Da die Verfahren zur Korrektur der Kraftstoffzufuhr bankweise erfolgen, beheben sie lediglich bankübergreifende (z. B. zwischen Bänken auftretende) AFR-Differenzen und berücksichtigen nicht direkt bankinterne AFR-Ungleichgewichte (z. B. AFR-Ungleichgewichte zwischen einzelnen Zylindern einer Bank). Folglich können bankweise auftretende AFR-Differenzen zwar durch die bankweise erfolgenden Kraftstoffkorrekturverfahren ausgeglichen werden, doch Abweichungen beim AFR zwischen einzelnen Zylindern in einer Bank (z. B. Abweichungen vom stöchiometrischen AFR) andauern, wodurch Motoremissionen und NVH erhöht werden und das Fahrverhalten des Fahrzeugs verschlechtert wird. Tabelle 1

Beispielhafte Szenarien zum bankweise erfolgenden AFR-Ausgleich in Zylindern
	Zylindernr.	1	2	3	4
1	Anfängliches AFR in einzelnen Zylindern	0,94	0,98	1,02	1,01
2	Notwendige Kraftstoffkorrekturen für einzelne Zylinder	1,06	1,02	0,98	0,99
3	Bankweise gemitteltes AFR	0,9875
4	Bankweise erfolgende Kraftstoffzufuhrkorrektur	1,02
5	1) AFR nach bankweise erfolgter Korrektur	0,96	1.00	1,04	1,03
6	1a) Bankweise gemitteltes AFR (nach bankweise erfolgter Kraftstoffzufuhrkorrektur)	1,008
7	2) AFR nach bankweise erfolgter Korrektor (Abschalten von Zylinder Nr. 1 und 2)			1,04	1,03
8	2a) Bankweise gemitteltes AFR (nach bankweise erfolgter Kraftstoffzufuhrkorrektur)	1,035

Tabelle 1 zeigt zwei beispielhafte Szenarien für eine Vierzylinderbank, die die Unzulänglichkeiten von bankweise erfolgenden AFR-Ausgleichsverfahren beim Reduzieren des Ungleichgewichts bei den AFR-Werten von einzelnen Zylindern veranschaulichen. Anfangs reichen die AFR-Werte der einzelnen Zylinder von 0,94 bis 1,02, wobei Zylinder Nr. 1 und 2 unter Stöchiometrie arbeiten und Zylinder Nr. 3 und 4 über Stöchiometrie arbeiten. Zeile 2 von Tabelle 1 zeigt die Soll-AFRs für die Kraftstoffzufuhr der einzelnen Zylinder zum Korrigieren der einzelnen AFR-Werte (z. B. zum Reduzieren von Abweichungen vom stöchiometrischen AFR). Zeile 3 gibt einen bankweise dargestellten AFR-Wert von 0,9875 an, der über jeden einzelnen Zylinder gemittelt ist. In einem Beispiel kann das bankweise angegebene AFR durch eine Lambdasonde (herkömmliche nicht-hochfrequente Lambdasonde) gemessen werden, die stromabwärts von einzelnen Abgasrohren in dem Abgaskrümmer positioniert ist. Da der AFR-Ausgleich bankweise durchgeführt wird, wird die Kraftstoffzufuhrkorrektur angewendet, die einem bankweise angegebenen AFR von 1,02 entspricht, um die bankweise angegebene AFR-Abweichung von der Stöchiometrie zu reduzieren (z. B. das bankweise gemittelte AFR von 0,9875 auf ein AFR von 1 zu korrigieren). In einem ersten Szenario (z. B. keine Zylinderabschaltung), wie in Zeile 5 und 6 von Tabelle 1 gezeigt, reduziert die bankweise erfolgte AFR-Kraftstoffzufuhrkorrektur zwar das bankweise gemittelte AFR auf 1,008 (z. B. näher an λ=1), doch sie reduziert nicht die AFR-Variabilität oder das AFR-Ungleichgewicht zwischen den einzelnen Zylindern, da die bankweise erfolgte Korrektur einfach das AFR jedes einzelnen Zylinders um ungefähr den gleichen Betrag steigert. In einem zweiten Szenario (z. B. werden Zylinder 1 und 2 abgeschaltet), wie in Zeile 7 und 8 von Tabelle 1 gezeigt, berücksichtigt die bankweise erfolgte Korrektur nicht die abgeschalteten Zylinder. Folglich sind nach dem Anwenden der bankweise erfolgten Kraftstoffkorrektur die AFR-Werte der einzelnen Zylinder für Zylinder Nr. 3 und 4 auf 1,04 und 1,03 gesteigert, was ein bankweise gemitteltes AFR von 1,035 ergibt. Des Weiteren ist im nächsten Zündzyklus, in dem Zylinder Nr. 1 und 2 wieder angeschaltet werden, das AFR-Ungleichgewicht an der Zylinderbank in Bezug auf ihre Anfangswerte erhöht (z. B. in Zeile 1 von Tabelle 1 angegeben).
Tabelle 1 veranschaulicht, warum Verfahren zur Korrektur der Kraftstoffzufuhr, die auf Zylinder-für-Zylinder-Basis angewendet werden (z. B. auf jeden einzelnen Zylinder angewendet), beim Reduzieren von AFR-Ungleichgewicht von einzelnen Zylindern gegenüber Verfahren zur bankweise erfolgenden Korrektur der Kraftstoffzufuhr vorteilhaft sein können. Des Weiteren kann aufgrund von hochfrequenten Ereignissen wie etwa Zündung einzelner Zylinder während des Motorbetriebs, Zylinderabschaltung sowie Transportverzögerungen und axialer/radialer Vermischung von Abgasstrom in Abgasrohren und dem Abgaskrümmer die Beobachtbarkeit und Messbarkeit von genauen Abgasdurchsätzen und -zusammensetzungen durch herkömmliche Lambdasonden, deren Abtastraten zu groß sein können (z. B. Sonden, die Abtastraten im Kurbelwinkelbereich oder beim Zündungsprofilaufnehmer (profile ignition pickup - PIP) oder Halb-PIP aufweisen), schwierig oder unlösbar sein. Des Weiteren kann die Platzierung der Lambdasonde Abgasstrommessungen aus gewissen einzelnen Zylindern gegenüber anderen einzelnen Zylindern innerhalb einer Bank einseitig beeinflussen, was Messungenauigkeiten verursachen und Fehler in Korrekturen des Kraftstoffungleichgewichts und Steuerhandlungen, die für einzelne Zylinder ergriffen werden, einbringen kann. Noch ferner sind Abgaskrümmer gewöhnlich dazu konfiguriert, eine gründliche Vermischung der Abgasströme aus jedem einzelnen Abgasrohr herbeizuführen, bevor sie Abgasreinigungsvorrichtungen (z. B. Dreiwegekatalysator und dergleichen) erreichen, um den Katalysatorwirkungsgrad aufrechtzuerhalten und Emissionen zu reduzieren. Die Platzierung einer Lambdasonde zu weit stromabwärts von den Abgasrohren kann ihre Fähigkeit behindern, die einzelnen Abgasstrombeiträge aufzulösen, die aus dem Abgas einzelner Zylinder stammen. In einem Beispiel kann die Lambdasonde stromaufwärts von einer Turbine eines turbogeladenen Motorsystems positioniert sein, um die Vermischung der Abgase vor der Messung an der Lambdasonde abzuschwächen. Auf diese Art und Weise kann die Auflösung der Luft-Kraftstoff-Komponenten der einzelnen Zylinder des Abgases erhöht werden.
Wie hier beschrieben, kann das Einsetzen von hochfrequenten Lambdasonden, die in einem Abgaskrümmer stromabwärts von Abgasrohren positioniert sind, dabei helfen, das AFR von einzelnen Zylindern zu messen und/oder zu bestimmen. Des Weiteren können diese AFR-Werte von einzelnen Zylindern korrigiert werden, indem vorbestimmte Wechselwirkungsparameter angewendet werden, die Wechselwirkungen von Abgasströmen quantifizieren, die durch benachbarte Zylinder innerhalb einer Motorzylinderbank herbeigeführt werden. Die vorbestimmten Wechselwirkungsparameter für jede Bank können durch ein Motorkalibrierungsverfahren geschätzt und/oder gemessen werden, wie nachstehend beschrieben. Demnach können ein AFR-Steuerverfahren und Motorsystem die eine oder mehreren hochfrequenten Lambdasonden und die vorbestimmten Wechselwirkungsparameter zum Steuern und Ausgleichen von AFR-Werten einzelner Zylinder verwenden, wodurch die Motorleistung erhöht und das Fahrverhalten verbessert wird, während im Vergleich zu herkömmlichen Motorsystemen und Verfahren, die bankweise erfolgende AFR-Ausgleichs- und Steuerverfahren einsetzen, Emissionen und NVH reduziert werden.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugsystems 5 mit einem Motorsystem 100 zeigt, das eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine 10 mit mehreren Bänken 13 und 15 von Motorzylindern beinhaltet. In dem Beispiel aus 1 beinhaltet das Motorsystem 100 zwei Turbolader 120 und 130, die identisch sein können. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Motorsystem 100 als Teil eines Antriebssystems für einen Personenkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug enthalten sein. Wenngleich dies hier nicht dargestellt ist, können andere Motorkonfigurationen wie etwa ein Motor mit einem einzigen Turbolader oder ohne Turbolader verwendet werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 5, das das Motorsystem 100 beinhaltet, ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeugsystem 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor 10 oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeugsystem 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Die Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Motorkurbelwelle und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Das Motorsystem 100 kann mindestens teilweise durch eine Steuerung 12 und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 190 über eine Eingabevorrichtung 192 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 192 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 194 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Die Steuerung 12 kann ein Mikrocomputer an Bord eines Fahrzeugs sein, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte (z. B. einen Festwertspeicherchip), Direktzugriffsspeicher, Keep-Alive-Speicher und einen Datenbus. Auf den Festwertspeicher des Speichermediums können computerlesbare Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Anweisungen darstellen, die durch den Mikroprozessor ausgeführt werden können, um die nachstehend beschriebenen Routinen sowie andere Varianten, die vorgesehen, aber nicht konkret aufgeführt sind, durchzuführen. Die Steuerung 12 kann dazu konfiguriert sein, Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 165 zu empfangen und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 175 (wofür hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) zu senden und den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und auf einem Speicher der Steuerung gespeicherter Anweisungen einzustellen. Andere Sensoren und Aktoren wie etwa vielfältige zusätzliche Ventile und Drosseln können an verschiedene Stellen in dem Motorsystem 100 gekoppelt sein. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer darin programmierten Anweisung oder eines darin programmierten Codes, die einer oder mehreren Routinen entsprechen, ansteuern. Beispielhafte Steuerroutinen sind nachstehend und unter Bezugnahme auf 7-9 beschrieben.
Das Motorsystem 100 kann Ansaugluft über den Ansaugkanal 140 aufnehmen. Wie in 1 gezeigt, kann der Ansaugkanal 140 ein Luftfilter 156 und eine Luftansaugsystemdrossel (air induction system throttle - AIS-Drossel) 115 beinhalten. Die AIS-Drossel 115 kann dazu konfiguriert sein, einen Betrag einer Strömung von Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) einzustellen und zu steuern. Die Position der AIS-Drossel 115 kann durch das Steuersystem über einen Drosselaktor 117, der kommunikativ an die Steuerung 12 gekoppelt ist, eingestellt werden.
Mindestens ein Teil der Ansaugluft kann über einen ersten Zweig des Ansaugkanals 140, wie bei 142 angegeben, zu einem Verdichter 122 des Turboladers 120 geleitet werden und mindestens ein Teil der Ansaugluft kann über einen zweiten Zweig des Ansaugkanals 140, wie bei 144 angegeben, zu einem Verdichter 132 des Turboladers 130 geleitet werden. Dementsprechend beinhaltet das Motorsystem 100 ein Niederdruck-AIS-System 191 stromaufwärts von den Verdichtern 122 und 132 und ein Hochdruck-AIS-System 193 stromabwärts von den Verdichtern 122 und 132.
Der erste Teil der Gesamtansaugluft kann über den Verdichter 122 verdichtet werden, wobei er dem Ansaugkrümmer 160 über den Ansaugluftkanal 146 zugeführt werden kann. Somit bilden die Ansaugkanäle 142 und 146 einen ersten Zweig des Luftansaugsystems des Motors. Gleichermaßen kann ein zweiter Teil der Gesamtansaugluft über den Verdichter 132 verdichtet werden, wobei er dem Ansaugkrümmer 160 über den Ansaugluftkanal 148 zugeführt werden kann. Somit bilden die Ansaugkanäle 144 und 148 einen zweiten Zweig des Luftansaugsystems des Motors. Wie in 1 gezeigt, kann Ansaugluft aus den Ansaugkanälen 146 und 148 über einen gemeinsamen Ansaugkanal 149 wieder kombiniert werden, bevor sie den Ansaugkrümmer 160 erreicht, wo die Ansaugluft dem Motor bereitgestellt werden kann. In einigen Beispielen kann der Ansaugkrümmer 160 einen Ansaugkrümmerdrucksensor 182 zum Schätzen eines Krümmerdrucks (manifold pressure - MAP) und/oder einen Ansaugkrümmertemperatursensor 183 zum Schätzen einer Krümmerlufttemperatur (manifold air temperature - MCT) beinhalten, die jeweils mit der Steuerung 12 kommunizieren. In dem dargestellten Beispiel beinhaltet der Ansaugkanal 149 zudem einen Luftkühler 154 und eine Drossel 158. Die Position der Drossel 158 kann durch das Steuersystem über einen Drosselaktor 157, der kommunikativ an die Steuerung 12 gekoppelt ist, eingestellt werden. Wie gezeigt, kann die Drossel 158 in dem Ansaugkanal 149 stromabwärts von dem Luftkühler 154 angeordnet sein, und sie kann dazu konfiguriert sein, die Strömung eines Ansauggasstroms, der in den Motor 10 eintritt, einzustellen.
Wie in 1 gezeigt, kann ein Verdichterrückführungsventil (compressor recirculation valve - CRV) 152 in dem CRV-Kanal 150 angeordnet sein und ein CRV 155 in dem CRV-Kanal 151 angeordnet sein. In einem Beispiel können die CRVs 152 und 155 elektronisch-pneumatische CRVs (EPCRVs) sein. Die CRVs 152 und 155 können so gesteuert werden, dass sie eine Druckminderung in dem Ansaugsystem ermöglichen, wenn der Motor aufgeladen wird. Ein erstes Ende des CRV-Kanals 150 kann an den Ansaugkanal 144 stromaufwärts von dem Verdichter 132 gekoppelt sein und ein zweites Ende des CRV-Kanals 150 kann an den Ansaugkanal 148 stromabwärts von dem Verdichter 132 gekoppelt sein. Gleichermaßen kann ein erstes Ende eines CRV-Kanals 151 an den Ansaugkanal 142 stromaufwärts von dem Verdichter 122 gekoppelt sein und ein zweites Ende des CRV-Kanals 151 kann an den Ansaugkanal 146 stromabwärts von dem Verdichter 122 gekoppelt sein. In Abhängigkeit von einer Position jedes CRV kann durch den entsprechenden Verdichter verdichtete Luft in den Ansaugkanal stromaufwärts von dem Verdichter (z. B. den Ansaugkanal 144 für den Verdichter 132 und den Ansaugkanal 142 für den Verdichter 122) zurückgeführt werden. Zum Beispiel kann sich das CRV 152 öffnen, um verdichtete Luft stromaufwärts von dem Verdichter 132 zurückzuführen, und/oder kann sich das CRV 155 öffnen, um verdichtete Luft stromaufwärts von dem Verdichter 122 zurückzuführen, um Druck in dem Ansaugsystem während ausgewählter Bedingungen zu mindern, um die Auswirkungen von Beladung mit Verdichterpumpen zu reduzieren. Die CRVs 155 und 152 können passiv gesteuert werden oder aktiv durch das Steuersystem gesteuert werden.
Wie gezeigt, ist ein Niederdruck-(ND-)AIS-Drucksensor 186 an einer Verbindungsstelle der Ansaugkanäle 140, 142 und 144 angeordnet und ein Hochdruck-(HD-)AIS-Drucksensor 169 in dem Ansaugkanal 149 angeordnet. In anderen vorweggenommenen Ausführungsformen können die Sensoren 186 und 169 jedoch an anderen Stellen innerhalb des ND-AIS bzw. HD-AIS angeordnet sein. Neben anderen Funktionen können Messungen anhand des ND-AIS-Drucksensors 186 und HD-AIS-Drucksensors 169 dazu verwendet werden, das Verdichterdruckverhältnis zu bestimmen, das in einen Schätzwert für das Risiko von Verdichterpumpen einbezogen werden kann.
Der Motor 10 kann eine Vielzahl von Zylindern 14 beinhalten. Jeder der Zylinder kann durch Zylinderwände mit einem darin positionierten Kolben (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Der Kolben kann an eine Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle kann über ein Zwischengetriebe 54 an mindestens ein Antriebsrad 55 eines Fahrzeugsystems 5 gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen. In dem dargestellten Beispiel beinhaltet der Motor 10 sechs Zylinder, die in einer V-Konfiguration angeordnet sind. Konkret sind die sechs Zylinder in zwei Bänken 13 und 15 angeordnet, wobei jede Bank drei Zylinder beinhaltet. In alternativen Beispiel kann der Motor 10 zwei oder mehr Zylinder beinhalten, wie etwa 4, 5, 8, 10 oder mehr Zylinder. Diese verschiedenen Zylinder können gleichmäßig aufgeteilt und in alternativen Bankkonfigurationen angeordnet sein, wie etwa V, in Reihe, Boxer usw. Jeder Zylinder 14 in jeder der Bänke 13 und 15 kann mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 konfiguriert sein. In dem dargestellten Beispiel ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine Zylinderdirekteinspritzvorrichtung. In anderen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 jedoch als Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem Einlasskanal konfiguriert sein. In einigen Beispielen können sowohl Einspritzvorrichtungen in Einlasskanälen als auch Zylinderdirekteinspritzvorrichtungen an den gleichen Motorzylinder gekoppelt sein.
Ansaugluft, die jedem Zylinder 14 (hier auch als Brennkammer 14 bezeichnet) über den gemeinsamen Ansaugkanal 149 zugeführt wird, kann zur Kraftstoffverbrennung verwendet werden, und Verbrennungsprodukte können dann aus zylinderspezifischen Abgasrohren ausgestoßen werden, die bankspezifische Abgaskanäle speisen. In dem dargestellten Beispiel kann eine erste Bank 13 von Zylindern des Motors 10 Verbrennungsprodukte über die Abgasrohre 17A, 17B und 17C ausstoßen, die einen gemeinsamen Abgaskanal 17 speisen, und eine zweite Bank 15 von Zylindern Verbrennungsprodukte über die Abgasrohre 19A, 19B und 19C ausstoßen, die einen gemeinsamen Abgaskanal 19 speisen. Die Lambdasonden 163 und 164 können stromabwärts von den Abgasrohren 17A-C bzw. 19A-C in den gemeinsamen Abgaskanälen 17 bzw. 19 positioniert sein. In einem Beispiel kann die hochfrequente Lambdasonde stromaufwärts von einer Turbine 124 oder 134 eines turbogeladenen Motors positioniert sein, um die Vermischung des Abgases vor der Messung davon an der Lambdasonde abzuschwächen und die Auflösung der Luft-Kraftstoff-Komponenten der einzelnen Zylinder davon zu erhöhen. Die Abgaskanäle 17 und 19 können hier aus als Abgaskrümmer 17 und 19 bezeichnet werden. Auf diese Art und Weise koppeln die Abgasrohre 17A-C und 19A-C die Zylinder 14 in jeder Bank (13 und 15) fluidisch an die Abgaskrümmer 17 bzw. 19. Des Weiteren können die Lambdasonden 163 und 164 fluidisch an die Abgaskrümmer 17 und 19 gekoppelt sein. Die Lambdasonden 163 und 164 können den Sauerstoffgehalt, den Durchsatz und/oder das AFR des Abgases in den Abgaskrümmern 17 und 19 messen. Demnach können die Lambdasonden 163 und 164 den bzw. das aggregierte(n) (z. B. gesamte(n), kombinierte(n)) Sauerstoffgehalt, Durchsatz und/oder AFR des Abgases messen, das aus Zylindern in der Bank ausgestoßen wird, die stromaufwärts liegen und fluidisch an den gemeinsamen Abgaskrümmer 17 oder 19 gekoppelt sind.
Die Lambdasonden 163 und 164 können hochfrequente Lambdasonden zum Messen des Abgasstroms, der Abgaszusammensetzung, des Abgassauerstoffgehalts und anderer Eigenschaften des Abgasstroms und/oder der -zusammensetzung beinhalten. Die hochfrequenten Lambdasonden 163 und 164 können eine Reaktion von 1 kHz bis 40 kHz aufweisen. Die Steuerung 12 kann die Signale von den hochfrequenten Lambdasonden 163 und 164 mit Abtastraten, die kürzer als eine Schwellenabtastrate sind, detektieren, um Gaseigenschaften einschließlich des AFR bankweise und für einzelne Zylinder zu schätzen. Die Schwellenabtastrate kann kleiner als eine PIP-basierte Abtastrate sein; zum Beispiel kann die Schwellenabtastrate weniger als 1 ms betragen. Zum Beispiel kann die Schwellenabtastrate 0,66 ms betragen. Wenn die Abtastrate der Lambdasonden 163 und 164 kleiner als die Schwellenabtastrate ist, kann eine Genauigkeit des Klassierens (oder Parsens) der Abgasstromsignale und Schätzens der Abgasströme, die aus einzelnen Zylindern stammen, erhöht werden, da die Menge der innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls abgetasteten Datenpunkte erhöht wird. Hier versteht es sich, dass Abgasströme (z. B. aus Messungen anhand der Lambdasonden 163 und 164, aus Messungen anhand der Lambdasonden 212, 214, 216) Daten zu Abgas-AFR, Abgassauerstoffgehalt und Abgasdurchsatz beinhalten. Gleichermaßen versteht es sich, dass Schätzen der Abgasströme, die aus einzelnen Zylindern stammen, Schätzen des Abgas-AFR, Abgassauerstoffgehalts und Abgasdurchsatzes, die aus einzelnen Zylindern stammen, beinhaltet. In einem anderen Beispiel kann das Motorsystem 100 ferner hochfrequente Lambdasonden in jedem Abgasrohr beinhalten, sodass die Abgasströme in jedem Abgasrohr direkt gemessen werden können.
Die Position von Einlass- und Auslassventilen jedes Zylinders 14 kann über hydraulisch betätigte Stößel reguliert werden, die an Ventilstößelstangen gekoppelt sind, oder über einen Nockenprofilumschaltmechanismus, bei dem Nockenerhebungen verwendet werden. In diesem Beispiel können mindestens die Einlassventile jedes Zylinders 14 durch Nockenbetätigung unter Verwendung eines Nockenbetätigungssystems gesteuert werden. Konkret kann das Einlassventil-Nockenbetätigungssystem 25 einen oder mehrere Nocken beinhalten und variable Nockenansteuerung oder variablen Nockenhub für Einlass- und/oder Auslassventile verwenden. In alternativen Ausführungsformen können die Einlassventile durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Gleichermaßen können die Auslassventile durch Nockenbetätigungssysteme oder elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden.
Verbrennungsprodukte, die durch die einzelnen Zylinder der Bank 13 des Motors 10 über die Abgasrohre 17A, 17B und 17C und den Abgaskanal 17 ausgestoßen werden, können durch die Abgasturbine 124 des Turboladers 120 geleitet werden, die wiederum dem Verdichter 122 mechanische Arbeit über die Welle 126 bereitstellen kann, um der Ansaugluft Verdichtung bereitzustellen. Alternativ können einige oder alle der Abgase, die durch den Abgaskanal 17 strömen, die Turbine 124 über den Turbinenumgehungskanal 123 umgehen, wie durch das Wastegate 128 gesteuert. Die Position des Wastegates 128 kann durch einen Aktor (nicht gezeigt) gesteuert werden, wie durch die Steuerung 12 angeleitet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Steuerung 12 die Position des Wastegates 128 über ein Magnetventil einstellen. In diesem konkreten Beispiel kann das Magnetventil eine Druckdifferenz zum Ermöglichen der Betätigung des Wastegates 128 über den Aktor anhand der Differenz von Luftdrücken zwischen dem Ansaugkanal 142, der stromaufwärts von dem Verdichter 122 angeordnet ist, und dem Ansaugkanal 149, der stromabwärts von dem Verdichter 122 angeordnet ist, empfangen. In anderen Beispielen können andere geeignete Ansätze als ein Magnetventil zum Betätigen des Wastegates 128 verwendet werden.
Gleichermaßen können Verbrennungsprodukte, die durch die einzelnen Zylinder der Bank 15 des Motors 10 über die Abgasrohre 19A, 19B und 19C und den Abgaskanal 19 ausgestoßen werden, durch die Abgasturbine 134 des Turboladers 130 geleitet werden, die wiederum dem Verdichter 132 mechanische Arbeit über die Welle 136 bereitstellen kann, um der Ansaugluft, die durch den zweiten Zweig des Ansaugsystems des Motors strömt, Verdichtung bereitzustellen. Alternativ können einige oder alle der Abgase, die durch den Abgaskanal 19 strömen, die Turbine 134 über den Turbinenumgehungskanal 133 umgehen, wie durch das Wastegate 138 gesteuert. Die Position des Wastegates 138 kann durch einen Aktor (nicht gezeigt) gesteuert werden, wie durch die Steuerung 12 angeleitet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Steuerung 12 die Position des Wastegates 138 über ein Magnetventil einstellen. In diesem konkreten Beispiel kann das Magnetventil zwischen Luftdrücken in dem Ansaugkanal 144, der stromaufwärts von dem Verdichter 132 angeordnet ist, und dem Ansaugkanal 149, der stromabwärts von dem Verdichter 132 angeordnet ist, modulieren, um die Betätigung des Wastegates 138 über den Aktor zu ermöglichen. In anderen Beispielen können andere geeignete Ansätze als ein Magnetventil zum Betätigen des Wastegates 138 verwendet werden.
Verbrennungsprodukte, die durch die Zylinder über den Abgaskanal 17 ausgestoßen werden, können über den Abgaskanal 170 stromabwärts von der Turbine 124 an die Atmosphäre abgeleitet werden, während Verbrennungsprodukte, die über den Abgaskanal 19 ausgestoßen werden, über den Abgaskanal 180 stromabwärts von der Turbine 134 an die Atmosphäre geleitet werden können. Die Abgaskanäle 170 und 180 können eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen wie etwa einen Katalysator und einen oder mehrere Abgassensoren beinhalten. Zum Beispiel kann, wie in 1 gezeigt, der Abgaskanal 170 eine Abgasreinigungsvorrichtung 129, die stromabwärts von der Turbine 124 angeordnet ist, beinhalten und der Abgaskanal 180 eine Abgasreinigungsvorrichtung 127, die stromabwärts von der Turbine 134 angeordnet ist, beinhalten. Bei den Abgasreinigungsvorrichtungen 127 und 129 kann es sich um Vorrichtungen zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction - SCR), Dreiwegekatalysatoren (three way catalysts - TWC), NO_x-Fallen, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen und Kombinationen daraus handeln. Ferner können in einigen Ausführungsformen während des Betriebs des Motors 10 die Abgasreinigungsvorrichtungen 127 und 129 zum Beispiel durch Betreiben von mindestens einem Zylinder des Motors innerhalb eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses periodisch zurückgesetzt werden.
Das Motorsystem 100 beinhaltet ferner die Niederdruck-(ND-)AGR-Systeme 106 und 108. Das ND-AGR-System 106 führt einen gewünschten Teil des Abgases von dem Abgaskanal 180 zu dem Ansaugkanal 144, wohingegen das ND-AGR-System 108 einen gewünschten Teil des Abgases von dem Abgaskanal 170 zu dem Ansaugkanal 142 führt. In der dargestellten Ausführungsform wird AGR in einem AGR-Kanal 195 von einer Stelle stromabwärts von der Turbine 134 zu dem Ansaugkanal 144 an einem Vermischungspunkt, der stromaufwärts von dem Verdichter 132 angeordnet ist, geführt. Gleichermaßen wird AGR in einem AGR-Kanal 197 von einer Stelle stromabwärts von der Turbine 124 zu dem Ansaugkanal 142 an einem Vermischungspunkt, der stromaufwärts von dem Verdichter 122 angeordnet ist, geführt. Der den Ansaugkanälen 144 und 142 bereitgestellte Betrag der AGR kann durch die Steuerung 12 über die AGR-Ventile 119 und 121, die in den ND-AGR-Systemen 106 bzw. 108 gekoppelt sind, variiert werden. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das ND-AGR-System 106 einen AGR-Kühler 111, der stromaufwärts von dem AGR-Ventil 119 positioniert ist, und beinhaltet das ND-AGR-System 108 einen AGR-Kühler 113, der stromaufwärts von dem AGR-Ventil 121 positioniert ist. Die AGR-Kühler 111 und 113 können Wärme von dem zurückgeführten Abgas zum Beispiel an Motorkühlmittel abgeben.
Die prozentuale AGR-Verdünnung der Einlassladung zu einem gegebenen Zeitpunkt (z. B. das proportionale Verhältnis von verbrannten Gasen zu Luft in einem Ansaugkanal des Motors) kann von der Ausgabe einer Ansauglambdasonde 168 abgeleitet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Ansauglambdasonde an einer Verbindungsstelle der Ansaugkanäle 146, 148 und 149 und stromaufwärts von dem Luftkühler 154 positioniert. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 168 jedoch stromabwärts von dem Luftkühler 154 oder an einer anderen Stelle entlang dem Ansaugkanal 149 angeordnet sein. Die Ansauglambdasonde 168 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe der Sauerstoffkonzentration der Einlassladung sein, wie etwa eine lineare Lambdasonde, Ansaug-UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), binäre Lambdasonde usw. Die Steuerung 12 kann die prozentuale Verdünnung des AGR-Stroms auf Grundlage von Rückkopplung von der Ansauglambdasonde 168 schätzen. In einigen Beispielen kann die Steuerung dann eines oder mehrere des AGR-Ventils 119, des AGR-Ventils 121, der AIS-Drossel 115, des CRV 152, des CRV 155, des Wastegates 138 und des Wastegates 128 einstellen, um eine gewünschte prozentuale AGR-Verdünnung der Einlassladung zu erreichen.
Es versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen der Motor 10 ein oder mehrere Hochdruck-(HD-)AGR-Systeme sowie die ND-AGR-Systeme beinhalten kann, um mindestens einen Teil des Abgases aus den Abgaskanälen des Motors, stromaufwärts von den Turbinen, zu dem Motoreinlass, stromabwärts von den Verdichtern, abzulenken.
Das Motorsystem 100 kann verschiedene Sensoren 165 zusätzlich zu den vorstehend erwähnten beinhalten. Wie in 1 gezeigt, kann der gemeinsame Ansaugkanal 149 einen Drosseleinlassdrucksensor (throttle inlet pressure sensor - TIP-Sensor) 172 zum Schätzen eines Drosseleinlassdrucks (TIP) und/oder einen Drosseleinlasstemperatursensor 173 zum Schätzen einer Drossellufttemperatur (throttle air temperature - TCT) beinhalten, die jeweils mit der Steuerung 12 kommunizieren. Das Niederdruck-AIS-System 191 kann den Temperatursensor 187 und/oder Feuchtigkeitssensor 188 beinhalten. Der AGR-Kanal 195 kann den Temperatursensor 198 beinhalten. Gleichermaßen kann der AGR-Kanal 197 den Temperatursensor 199 beinhalten. Ferner kann jeder der Ansaugkanäle 142 und 144 einen Luftmassensensor beinhalten, wenngleich dies hier nicht dargestellt ist. Des Weiteren kann das Motorsystem 100 einen Motorpositionssensor anhand eines Hall-Effekt-Sensors beinhalten, der eine Kurbelwellenposition erfasst.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Teilabgassystems 200 veranschaulicht, das die Abgasrohre 19A, 19B und 19C mit dem Abgasstrom 219A, 219B bzw. 219C darin beinhaltet. Der Abgasstrom 219-C aus den Abgasrohren 19A-C strömt stromabwärts und wird zu einem aggregierten Abgasstrom 219 in dem gemeinsamen Abgaskrümmer 19 zusammengeführt. Der Datenverlauf 220 stellt den Strom von Abgas 219A, 219B und 219C dar, der durch die Lambdasonden 212, 214 und 216 gemessen wird, die jeweils in separaten einzelnen Abgasrohren positioniert sind, wie etwa den Abgasrohren 19A, 19B bzw. 19C (wie durch die Blockpfeile 202, 204 und 206 angegeben). Der Datenverlauf 260 stellt einen aggregierten Strom von Abgas 219 (aus den Abgasrohren 219A, 219B und 219C) dar, der durch eine Lambdasonde 263 gemessen wird, die stromabwärts von den Abgasrohren in einem Abgaskrümmer 19 positioniert ist, wie durch den Blockpfeil 208 angegeben. Der aggregierte Strom von Abgas 219 kann den kombinierten aggregierten Strom von Abgas aus den Abgasrohren aus jedem Zylinder der Zylinderbank beinhalten. In dem Beispiel aus 2 können die Lambdasonden 212, 214, 216 und 260 hochfrequente Lambdasonden beinhalten und sie können hochfrequente Signale, die einen Abgasstrom und/oder Abgassauerstoffkonzentrationen angeben, an die Steuerung 12 übertragen. Die Abgasströme in den Abgasrohren 17A-C und dem Abgaskrümmer 17 können analog gemessen und gekennzeichnet werden.
Der Datenverlauf 220 veranschaulicht den Abgasstrom, der im Anschluss an mehrere Zündungen der Zylinder Nr. 2, Nr. 4 und Nr. 6 einer Bank einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine, wie etwa des Motorsystems 100 aus 1, gemessen wird. Der Datenverlauf 220 veranschaulicht sechs aufeinanderfolgende Zylinderzündereignisse von zwei Zündzykluszeiträumen, T_c ; während jedes der Zündzyklen wird jeder der drei Zylinder der Bank der Reihe nach gezündet, wie durch die Signale 222, 224 und 226 für den ersten Zündzyklus und durch die Signale 232, 234 und 236 für den zweiten Zündzyklus angegeben. In dem Beispiel aus Verlauf 220 wird für jeden der Zündzyklen Zylinder Nr. 2 zuerst gezündet, daraufhin Zylinder Nr. 4, daraufhin Zylinder Nr. 6. Ein Zündabstand, T_s, für jeden Zylinder kann durch die Abstände von einer Spitze zur nächsten zwischen Abgasstromprofilen von aufeinanderfolgenden Zylinderzündereignissen angegeben werden. Dementsprechend kann jedes Zylinderzündereignis für jede Zylinderzündung als zu einem periodischen Zeitpunkt während des Zündabstands (z. B. Dauer) T_s auftretend markiert werden, wie etwa bei einem Spitzenabgasstrom. Wie in dem Teilabgassystem 200 gezeigt, gehen die Abgasströme 222 und 232 aus Zündungen von Zylinder Nr. 2 hervor, gehen die Abgasströme 224 und 234 aus Zündungen von Zylinder Nr. 4 hervor und gehen die Abgasströme 226 und 236 aus Zündungen von Zylinder Nr. 6 hervor. Die Zeitsteuerung von Zylinderzündereignissen kann ferner konkreten Kurbelwellenwinkeln, -steuerzeiten und/oder -positionen entsprechen, wie durch einen Kurbelwellenpositionssensor angegeben. Die Signale 222, 224, 226, 232, 234 und 236 können ferner gefilterte Sensorsignale darstellen, die an die Steuerung 12 übertragen werden.
Der Datenverlauf 260 veranschaulicht den Abgasstrom, der durch den Abgassensor 263 gemessen wird, der in dem Abgaskrümmer 19 stromabwärts von den Abgasrohren 19A, 19B und 19C positioniert ist. Mit anderen Worten kann unter Bezugnahme auf die Datenverläufe 260 und 220 das Abgasstromsignal 262, das durch den Abgasstromsensor 263 gemessen wird, eine Gesamtsumme der Abgasströme in den Abgasrohren der Zylinderbank darstellen, die durch die Signale 222, 224, 226, 232, 234 und 236 angegeben werden. In einigen Beispielen wird kein Filtern der hochfrequenten Abgasmessungen durchgeführt, um zu verhindern, dass die Zündgenauigkeit und Auflösung der einzelnen Zylinderkomponenten davon reduziert werden. Die Auflösung der einzelnen Zylinderkomponenten kann dadurch erlangt werden, dass die hochfrequenten Abgasmessdaten gemittelt werden, die den Taktzeiten der einzelnen Zylinder auf Grundlage von zeitbasierten Kriterien für die Motordrehzahl entsprechen. Wie zuvor unter Bezugnahme auf den Datenverlauf 220 erwähnt, können einzelne Zylinderzündereignisse (wie mit 1 bis 6 beschriftet) mit Spitzenabgasströmen (z. B. Spitzensignalen, die durch die Lambdasonde 263 gemessen werden) zusammenfallen oder sie können durch konkrete Kurbelwellenansteuerungsereignisse angegeben werden, die einzelnen Zylinderzündungen entsprechen.
Die Dauer jedes einzelnen Zylinderzündabstands, T_s, kann durch den Zeitraum zwischen einzelnen Zündereignissen bestimmt werden. Des Weiteren kann der Zündzykluszeitraum, T_c , einer Dauer von aufeinanderfolgenden Zündungen jedes Zylinders in der Bank entsprechen. Somit kann das Abgasstromsignal 262 in Zündzyklusintervalle, T_c , aufgeteilt werden und jeder Zündzyklus kann weiter in Abgasströme unterteilt werden, die aufeinanderfolgenden Zündereignissen von einzelnen Zylindern (z. B. Nr. 2, Nr. 4, Nr. 6) in der Bank entsprechen. Auf diese Art und Weise kann die Steuerung 12 das Abgasstromsignal 262 parsen, um den aggregierten Abgasstrom in Abgasströme von einzelnen Zylindern aufzugliedern, um den Abgasstrom (z. B. Abgassauerstoffstrom, Abgassauerstoffgehalt, Abgas-AFR) zu schätzen, der aus einzelnen Zylindern stammt.
In einem Beispiel kann, wenn ein Abgasstrom, der einem einzelnen Zylinder entspricht und durch den Abgassensor 263 gemessen wird, größer als ein Schwellenabgasstrom 268 ist, die Steuerung 12 bestimmen, dass ein Zylinder aktiv ist. Auf diese Art und Weise kann der Abgasstromsensor 263 zudem dabei helfen, abgeschaltete Zylinder zu detektieren, was Fehler bei der AFR-Steuerung und Kraftstoffzufuhr von einzelnen Zylindern reduzieren kann. In einem anderen Beispiel kann, wenn ein Abgassauerstoffgehalt, der einem einzelnen Zylinder entspricht und durch die Lambdasonde 263 gemessen wird, größer als ein oberer Schwellenwert für den Sauerstoffgehalt ist, die Steuerung 12 bestimmen, dass der Zylinder inaktiv ist (z. B. nicht zündet). Beispielsweise kann der obere Schwellenwert für den Sauerstoffgehalt zwischen 15 % und 20 % betragen. Zum Beispiel kann der obere Schwellenwert für den Sauerstoffgehalt 18 % betragen. In einem anderen Beispiel kann, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das einem einzelnen Zylinder entspricht und durch die Lambdasonde 263 gemessen wird, größer als ein oberer Schwellenwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, die Steuerung 12 bestimmen, dass der Zylinder inaktiv ist (z. B. nicht zündet). Beispielsweise kann der obere Schwellenwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als 40:1 sein. In einem anderen Beispiel kann der obere Schwellenwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 50:1 betragen.
In einem anderen Beispiel kann, wenn ein Abgassauerstoffgehalt, der einem einzelnen Zylinder entspricht und durch die Lambdasonde 263 gemessen wird, innerhalb eines mittleren Schwellenbereichs für den Sauerstoffgehalt liegt, die Steuerung 12 bestimmen, dass der Zylinder fehlzündet. Eine Zylinderfehlzündung kann einem Zylinder entsprechen, dem Kraftstoff zugeführt worden ist, der jedoch nicht vollständig gezündet hat. Zum Beispiel kann der mittlere Schwellenbereich für den Sauerstoffgehalt von 5 bis 15 % oder von 5 bis 8 % reichen. In einem anderen Beispiel kann, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das einem einzelnen Zylinder entspricht und durch die Lambdasonde 263 gemessen wird, innerhalb eines mittleren Schwellenbereichs für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt, die Steuerung 12 bestimmen, dass der Zylinder fehlzündet. Zum Beispiel kann der mittlere Schwellenbereich für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20:1 bis 50:1 reichen. Als ein anderes Beispiel kann der mittlere Schwellenbereich für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20:1 bis 40:1 reichen.
Es wird nun auf 3 und 4 Bezug genommen, die die Abgasströme (z. B. Abgassauerstoffkonzentration in Abgasrohren) 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370 und 380, die in separaten Abgasrohren einzelner Zylinder einer 8-Zylinder-Brennkraftmaschine gemessen werden, mit der verstrichenen Zeit veranschaulichen. Die Abgasströme von Abgasrohren einzelner Zylinder können durch Lambdasonden gemessen werden, die in jedem einzelnen Abgasrohr positioniert sind, wie in dem Teilabgassystem 200 gezeigt. 3 zeigt die gemessene Zylinderabgassauerstoffkonzentration, die aus jedem Zylinder stammt, an einem einzigen Verlauf übereinandergelegt, während 4 die Abgassauerstoffkonzentration, die aus separaten Zylinderabgasrohren stammt, der Eindeutigkeit halber an separaten Achsen anzeigt. Während des in 3 und 4 aufgetragenen Zeitraums wird die Abgassauerstoffkonzentration bei jedem Zylinder einer nach dem anderen über ein Impulsintervall 390 über acht aufeinanderfolgende Intervallzeiträume gepulst (z. B. mageres AFR). Zum Beispiel wird die Kraftstoffeinspritzung für Zylinder Nr. 1 während des Impulsintervalls 1 mager gepulst, während die Kraftstoffeinspritzung für die anderen Zylinder beibehalten wird. Gleichermaßen wird Zylinder Nr. 2 während des Impulsintervalls 2 gepulst, Zylinder 3 während des Impulsintervalls 3 gepulst, Zylinder Nr. 4 während des Impulsintervalls 4 gepulst, Zylinder Nr. 5 während des Impulsintervalls 5 gepulst, Zylinder Nr. 6 während des Impulsintervalls 6 gepulst, Zylinder 7 während des Impulsintervalls 7 gepulst und Zylinder Nr. 8 während des Impulsintervalls 8 gepulst, jeweils einer nach dem anderen.
Wie durch 3 und 4 belegt, kann der Abgasstrom in einem einzelnen Zylinderrohr Störgrößen in anderen Zylinderrohren verursachen. Wenn zum Beispiel der Abgasstrom in dem Abgasrohr von Zylinder Nr. 1 während des ersten Intervalls pulsiert, werden die Abgasstromstörgrößen 322 und 346 in den Abgasrohren von Zylinder Nr. 2 bzw. Zylinder Nr. 4 detektiert. Gleichermaßen werden, wenn der Abgasstrom in dem Abgasrohr von Zylinder Nr. 2 während des Intervalls 2 pulsiert, die Abgasstromstörgrößen 344 in dem Abgasrohr 4 detektiert. Des Weiteren werden, wenn der Abgasstrom in dem Abgasrohr von Zylinder Nr. 6 während des sechsten Intervalls pulsiert, die Abgasstromstörgrößen 352 und 384 in den Abgasrohren von Zylinder Nr. 5 bzw. Zylinder Nr. 8 detektiert. Die gezeigten Abgasstromstörgrößen in den Abgasrohren außer dem Abgasrohr, in dem der verursachende Abgasstromimpuls auftritt, können aufgrund von Abgasstromwechselwirkungen zwischen einzelnen Zylindern (z. B. zylinderübergreifenden Wechselwirkungen) entstehen. Dementsprechend können Abgasströme, die durch einen hochfrequenten Abgassensor gemessen werden, der in einem Abgasrohr positioniert ist, den Abgasstrom beinhalten, der aus dem Zylinder stammt, der stromaufwärts fluidisch an das Abgasrohr gekoppelt ist, sowie Beiträge (z. B. zylinderübergreifende Wechselwirkungen) beinhalten, die aus Abgasströmen entstehen, die aus anderen Zylindern stammen, die fluidisch an andere Abgasrohre gekoppelt sind.
Diese zylinderübergreifenden Wechselwirkungen können durch Rückvermischung und/oder Rückstrom von Abgasen aus dem Abgaskrümmer (in den die Abgasrohre gewöhnlich münden) in einer stromaufwärtigen Richtung zurück in einzelne Abgasrohre verursacht werden. Die Anzahl und das Ausmaß von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen können von Abgasdurchsätzen in den einzelnen Abgasrohren, der Form und den Abmessungen der Abgasrohre und der Form und den Abmessungen des Abgaskrümmers abhängen. Zum Beispiel kann ein höherer Abgasstrom in einem Abgasrohr die Rückvermischung von Abgasen aus dem Abgaskrümmer zu anderen Abgasrohren erhöhen. Des Weiteren kann das Ausmaß von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen mit der Anzahl von Zylindern in einer Bank oder einem Motor (z. B. Anzahl von Abgasrohren) zunehmen. Die Ausrichtung und Geometrie des Zusammenführungsbereichs der Abgasrohre mit dem Abgaskrümmer kann zudem Rückstrom und/oder Rückvermischung von Abgasen aus dem Abgaskrümmer stromaufwärts zu den Abgasrohren beeinflussen. Als ein anderes Beispiel können zylinderübergreifende Wechselwirkungen zwischen Abgasrohren zunehmen, die an ihren Zusammenführungspunkten mit dem Abgaskrümmer benachbart positioniert sind. Zum Beispiel können in dem Beispiel des Motorsystems 100 aus 1 zylinderübergreifende Wechselwirkungen zwischen dem Abgasrohr 19A und 19B größer sein als die zwischen 19A und 19C.
Zylinderübergreifende Abgaswechselwirkungen können zunehmen (oder abnehmen), wenn ein Motorsystembetrieb einen nicht zündenden Zylinder oder einen fehlzündenden Zylinder beinhaltet. Ein Abgasdruckimpuls, der aus einem nicht zündenden Zylinder hervorgeht, kann sich von einem Abgasdruckimpuls, der aus dem gleichen Zylinder im Zündmodus hervorgeht, unterscheiden, womit ein Ausmaß von zylinderübergreifender Abgasvermischung unterschiedlich sein kann, was zu unterschiedlichen zylinderübergreifenden Wechselwirkungen führt. Gleichermaßen kann sich ein Abgasdruckimpuls, der aus einem fehlzündenden Zylinder hervorgeht, aufgrund des niedrigeren Abgasdrucks, der durch den fehlzündenden Zylinder erzeugt wird, und des erhöhten Vorhandenseins von unverbrannten und verdunsteten Kraftstoffkohlenwasserstoffen in dem Zylinderabgasgemisch von einem Abgasdruckimpuls, der aus dem gleichen Zylinder im Zündmodus (oder nicht zündenden Modus) hervorgeht, unterscheiden. Folglich kann das Bestimmen der zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen dabei helfen, zu beurteilen, wann und ob einzelne Zylinder nicht zündend (inaktiv), fehlzündend oder zündend (aktiv) sind.
Die Kalibrierung des Motorsystems kann durchgeführt werden, um zylinderübergreifende Wechselwirkungen zu charakterisieren, wie in 5 und 9 gezeigt. Das Kalibrierungsverfahren kann eine Matrix mit Wechselwirkungsparametern (z. B. Kreuzkorrelationskoeffizienten) zwischen einzelnen Zylindern ermitteln und befüllen. Die Matrix mit Wechselwirkungsparametern kann eine N × N-Matrix, α, beinhalten, wobei N die Anzahl von einzelnen Zylindern in einer Bank der Brennkraftmaschine ist. Jedes n_ij-Element der N × N-Matrix (wobei i=1 bis N; j=1 bis N) entspricht der Wechselwirkung, die durch den aus dem i-ten Zylinder stammenden Abgasstrom (z. B. Abgasstrom in dem i-ten Abgasrohr) an dem Abgasstrom, der an dem j-ten Abgasrohr gemessen wird, herbeigeführt wird. Beispielsweise können für die zwei Bänke mit 4 Zylindern eines Achtzylindermotors die Wechselwirkungsmatrizen, α₁ und α₂ , durch die Gleichungen (1) und (2) dargestellt werden: $\begin{matrix} Wechselwirkungsmatrix (Bank 1), α_{1} = [\begin{matrix} n_{11} & n_{12} & n_{13} & n_{14} \\ n_{21} & n_{22} & n_{23} & n_{24} \\ n_{31} & n_{32} & n_{33} & n_{34} \\ n_{41} & n_{42} & n_{43} & n_{44} \end{matrix}] = \\ f (M o t o r b e d i n g u n g e n) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Wechselwirkungsmatrix (Bank 2), α_{2} = [\begin{matrix} n_{11} & n_{12} & n_{13} & n_{14} \\ n_{21} & n_{22} & n_{23} & n_{24} \\ n_{31} & n_{32} & n_{33} & n_{34} \\ n_{41} & n_{42} & n_{43} & n_{44} \end{matrix}] = \\ f (M o t o r b e d i n g u n g e n) \end{matrix}$
Um die Wechselwirkungsparameter zu kalibrieren und zu messen, kann ein Motorabgassystem dadurch instrumentiert werden, dass eine hochfrequente Lambdasonde in jedem Abgasrohr positioniert wird, wie in dem Teilabgassystem 200 gezeigt und vorstehend beschrieben. Die Lambdasonden in jedem Abgasrohr können Flammenionisationsdetektoren (FIDs) und/oder andere hochfrequente Lambdasonden einschließlich hochfrequenter UEGO-Sonden beinhalten. Des Weiteren können die Wechselwirkungsparameter, wie in Gleichung (1) und (2) gezeigt, von den Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motorlast und Motordrehzahl abhängen. Somit kann das Kalibrierungsverfahren über einen breiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorlasten, Motordrehzahlen, Motor-VCTs und dergleichen) hinweg durchgeführt werden, sodass Wechselwirkungsparameter in Abhängigkeit von diesen Motorbetriebsbedingungen bestimmt werden können. Demnach kann die Kalibrierung des Motorsystems Befüllen einer Reihe von Wechselwirkungsmatrizen beinhalten, wobei jede Matrix der Reihe einem bestimmten Bereich von Motorbetriebsbedingungen entspricht. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Wechselwirkungsmatrizen kalibriert werden, die einem Bereich von Motordrehzahlen bei konstanter Last entspricht; kann eine zweite Vielzahl von Wechselwirkungsmatrizen kalibriert werden, die dem gleichen Bereich von Motordrehzahlen bei einer zweiten höheren konstanten Last entspricht; und so weiter für variierende Motordrehzahlen, Motorlasten, VCTs und dergleichen. In einer Ausführungsform können die Lambdasonden in jedem Abgasrohr lediglich zum Kalibrieren des Motorsystems verwendet werden und vor dem Einbau des Motorsystems in ein Neufahrzeug entfernt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Motorsystem 100 mit Lambdasonden in jedem Abgasrohr instrumentiert werden, sodass Wechselwirkungsparameter während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs nachkalibriert werden können.
Es wird nun auf 9 Bezug genommen, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Kalibrieren des Motorsystems zum Bestimmen der Matrix mit Wechselwirkungsparametern veranschaulicht. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 900 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung 12 auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Das Verfahren 900 beginnt bei 910, wo die Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motor-AN-Status, Last, Motordrehzahl, Motortemperatur und dergleichen geschätzt und/oder gemessen werden. Bei 920 bestimmt das Verfahren 900, ob der Kalibrierungsmodus ausgewählt ist. In einem Beispiel kann der Kalibrierungsmodus während eines Voreinbauzeitraums vor dem Einbau des Motors in ein Neufahrzeug ausgewählt werden. Während des Voreinbauzeitraums kann der Motor mit hochfrequenten Lambdasonden ausgestattet sein, die in jedem Abgasrohr positioniert sind, sodass die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Zylindern in einer Motorbank genau gemessen werden können. Des Weiteren kann eine hochfrequente Lambdasonde in dem Abgaskrümmer stromabwärts von dem Konvergenzpunkt, an dem die Abgasrohre zu dem gemeinsamen Abgaskrümmer zusammengeführt werden, positioniert sein. Abgasmessungen, die durch die hochfrequente Lambdasonde vorgenommen werden, die stromabwärts von den Abgasrohren positioniert ist, können mit den Messungen von den Sensoren, die in jedem Rohr positioniert sind, während der Kalibrierung korreliert werden. Auf diese Art und Weise kann das Parsen oder Klassieren des zusammengesetzten Abgasstroms, der durch den hochfrequenten Abgassensor gemessen wird, der stromabwärts von den Abgasrohren in dem Abgaskrümmer positioniert ist, ermöglicht werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Abgasdurchsätze der einzelnen Zylinder abgeleitet werden, auf deren Grundlage genaue Schätzwerte für die AFRs der einzelnen Zylinder erstellt werden können. Im Anschluss an den Voreinbauzeitraum können die in jedem Abgasrohr positionierten hochfrequenten Lambdasonden entfernt werden, während die stromabwärts von den Abgasrohren in dem Abgaskrümmer positionierte Lambdasonde beibehalten wird, wodurch die Herstellungskosten und Komplexität des Motorsystems reduziert werden. In einem anderen Beispiel kann das Motorsystem, das hochfrequente Lambdasonden in jedem Abgasrohr aufweist, in ein Fahrzeug eingebaut werden, sodass der Motor des Fahrzeugs periodisch kalibriert (oder nachkalibriert) werden kann, um die Wechselwirkungsparameter zu aktualisieren. Zum Beispiel kann der Motor während regelmäßiger Termine zur Fahrzeugwartung nachkalibriert werden, um Wechselwirkungsparameter zu aktualisieren. Auf diese Art und Weise kann AFR-Ungleichgewicht zwischen einzelnen Zylindern reduziert werden, wodurch das Fahrverhalten des Fahrzeugs aufrechterhalten wird, während Motoremissionen und NVH reduziert werden.
Bei 920 wird das Verfahren 900 für den Fall, dass der Kalibrierungsmodus nicht ausgewählt ist, bei 924 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die Kraftstoffzufuhr des Motors mit geschlossenem Regelkreis beibehält, was bankweise und/oder für einzelne Zylinder erfolgende AFR-Steuerung mit gespeicherten Wechselwirkungsparametern beinhaltet. Für den Fall, dass der Kalibrierungsmodus ausgewählt ist, geht das Verfahren 900 zu 930 über, wo die Steuerung 12 die Kalibrierung des Motorsystems 100 (Schritt 934 bis 952) über einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen für jede Zylinderbank wiederholt. Bei 934 führt die Steuerung 12 das Verfahren 900 weiterhin aus, indem sie die Kraftstoffzufuhr des Motors mit geschlossenem Regelkreis anhält, eine Kraftstoffzufuhr des Motors mit offenem Regelkreis beginnt und den Motor mit einer Reihe von Soll-Betriebsbedingungen (z. B. Motorlast, Motordrehzahl, VCT und dergleichen) betreibt. Das Betreiben des Motors im Modus mit offenem Regelkreis hinsichtlich der Kraftstoffzufuhr ermöglicht die direkte Messung der zylinderübergreifenden Wechselwirkungsparameter ohne störende Beeinflussung durch Kraftstoffzufuhrkorrekturen, die durch Steuerverfahren für die Kraftstoffzufuhr mit geschlossenem Regelkreis eingeleitet werden. Als Nächstes wird das Verfahren 900 bei 938 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob der Motor hinsichtlich der bei 934 ausgewählten Reihe von Soll-Betriebsbedingungen im stationären Zustand betrieben wird. Es kann bestimmt werden, dass der Motor im stationären Zustand betrieben wird, wenn eine Abweichung jeder der Motorbetriebsbedingungen (z. B. Last, Motordrehzahl, VCT und dergleichen) von den bei 934 festgelegten Soll-Motorbetriebsbedingungen länger als eine Schwellendauer für den stationären Zustand niedriger als eine Schwellenabweichung für den stationären Zustand ist. Falls der stationäre Zustand nicht erreicht worden ist, wird das Verfahren 900 bei 938 fortgesetzt. Wenn bei 938 Bedingungen des stationären Zustands erreicht worden sind, wird das Verfahren 900 bei 940 fortgesetzt, wo die Kalibrierung von Wechselwirkungsparametern (Schritt 942 bis 952) hinsichtlich jedes einzelnen k-ten Zylinders in der Zylinderbank (z. B. k = 1 bis N Zylinder) durchgeführt wird.
Unter Fortsetzung des Verfahrens 900 schaltet die Steuerung 12 bei 942 die Kraftstoffzufuhr zu der Zylinderbank ab 942. Als Nächstes führt die Steuerung 12 bei 944 nur dem k-ten einzelnen Zylinder mit Steuerung mit offenem Regelkreis mit einem Soll-AFR von 1,0 (z. B. stöchiometrischer Betrieb) Kraftstoff zu. Dementsprechend wird dem k-ten Zylinder Kraftstoff (und Luft) zugeführt, der einem AFR von 1,0 innerhalb des k-ten Zylinders entspricht. Während bei 944 nur dem k-ten Zylinder Kraftstoff zugeführt wird, pumpen die übrigen Zylinder der Bank Luft (z. B. keine Verbrennung innerhalb des Zylinders). Als ein Beispiel kann die Steuerung 12 in einer Bank mit vier Zylindern eines Achtzylindermotors zuerst Kraftstoffzufuhr mit offenem Regelkreis für Zylinder 1 bei einem AFR von 1,0 betreiben, während der Kraftstoff zu Zylinder 2, 3 und 4 abgeschaltet ist. Wenn 940 (einschließlich Schritt 942 bis 952) das nächste Mal ausgeführt wird, kann die Steuerung 12 Kraftstoffzufuhr mit offenem Regelkreis für Zylinder 2 bei einem AFR von 1,0 betreiben, während der Kraftstoff zu Zylinder 1, 3 und 4 abgeschaltet ist, und so weiter.
Als Nächstes wird das Verfahren 900 bei 946 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 den Abgasstrom (Durchsatz, Sauerstoffgehalt, Zusammensetzung und dergleichen) in jedem Abgasrohr und/oder stromabwärts von den Abgasrohren mit einer oder mehreren hochfrequenten Lambdasonden misst. Wie vorstehend beschrieben, können die Lambdasonden in jedem Abgasrohr positioniert sein, um die Abgasströme darin direkt zu messen. Alternativ oder zusätzlich können die Abgasströme in jedem Abgasrohr anhand von Parsen (z. B. Aufgliedern in seine Komponenten) eines zusammengesetzten Abgassauerstoffstroms, der durch eine stromabwärts von den Abgasrohren positionierte Lambdasonde gemessen wird, abgeleitet und/oder geschätzt werden.
Das Verfahren 900 wird bei 948 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 eine Störgröße mit sprunghafter Änderung in der Kraftstoffzufuhr zu dem k-ten Zylinder einleitet. Die Störgröße mit sprunghafter Änderung kann eines oder mehrere von einer Varianz bei der Kraftstoffzufuhr und/oder dem Lufteinlass zu dem k-ten Zylinder zum Einleiten einer Störgröße in dem AFR des k-ten Zylinders über einem Schwellenwert für die AFR-Störgröße beinhalten. Der Schwellenwert für die AFR-Störgröße kann zudem eine Stördauer beinhalten, die über einem Schwellenwert für die Stördauer gehalten wird. Der Schwellenwert für die AFR-Störgröße kann einer Änderung des AFR entsprechen, über der durch den Abgasstrom aus dem k-ten Zylinder an Abgasströmen der anderen Bankzylinder herbeigeführte Wechselwirkungen detektiert und genau gemessen werden können.
Als Nächstes wird das Verfahren 900 bei 950 fortgesetzt, wo die Steuerung erneut den Abgasstrom (Durchsatz, Sauerstoffgehalt, Zusammensetzung und dergleichen) in jedem Abgasrohr und/oder stromabwärts von den Abgasrohren mit einer oder mehreren hochfrequenten Lambdasonden misst. Bei 950 entsprechen die gemessenen Abgasströme den Reaktionen der Abgasströme in jedem Abgasrohr auf die bei 948 eingeleitete Störgröße mit sprunghafter Änderung. Im Anschluss an 950 wird das Verfahren 900 bei 952 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die Wechselwirkungsparameter, P_kj, gemäß Gleichung (3) berechnet: $P_{k j} = A F R_{b e f o h l e n, k} - A F R_{I s t, j}; j, k = 1 b i s N$
Mit anderen Worten beschreibt der Wechselwirkungsparameter, P_kj , die Abweichung zwischen dem befohlenen AFR (z. B. Sollwert bei offenem Regelkreis) für den k-ten Zylinder und dem Ist-AFR für den j-ten Zylinder. Wie vorstehend beschrieben, kann das AFR_Ist,j anhand von hochfrequenten Abgassensoren, die in jedem Abgasrohr positioniert sind, und/oder einer hochfrequenten Lambdasonde, die stromabwärts von den Abgasrohren der Zylinderbank positioniert ist, gemessen und/oder abgeleitet werden.
Wie zuvor beschrieben, wird 940 (einschließlich 942 bis 952) für k = 1 bis N wiederholt, um die durch den k-ten Zylinder an jedem einzelnen Zylinder der Bank herbeigeführten Wechselwirkungsparameter P_kj zu bestimmen. Des Weiteren wird 930 (einschließlich 934 bis 952) für jede Reihe von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorlast, Drehzahl, VCT und dergleichen) wiederholt, wodurch eine N × N-Wechselwirkungsparametermatrix für jede Reihe von Motorbetriebsbedingungen erzeugt wird. Indem das Kalibrierungsverfahren über einen breiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen wiederholt wird, können hochgradig nichtlineare Gasvermischungsdynamiken und Wechselwirkungen innerhalb der Abgasrohre und des Abgaskrümmers in dem AFR-Steuerschema für einzelne Zylinder erfasst werfen. Des Weiteren kann die Steuerung 12 parameterisierte Ansätze mit Modellen oder Lookup-Tabellen einsetzen, wie etwa Modellen mit numerischer Strömungsmechanik (computational fluid dynamics - CFD) oder Werten aus Lookup-Tabellen mit Verstärkungsplanung, wobei Verstärkungen für Wechselwirkungsparameter von Motorbetriebsbedingungen abhängig sind, um die Schätzung von Wechselwirkungsparametern auf einen breiteren Bereich von Motorbetriebsbedingungen auszuweiten. In einem Beispiel können zylinderübergreifende Wechselwirkungen (und die entsprechenden Wechselwirkungsparameter) bei höheren Motorlasten höher sein, da Motorzylinderabgasdrücke und -durchsätze höher sein können. In einem anderen Beispiel können die zylinderübergreifenden Wechselwirkungen bei Bedingungen mit niedrigeren Motordrehzahlen niedriger sein, da die Abgasdruckimpulse, die aus den einzelnen Zylindern stammen, zeitlich deutlicher getrennt sein können als bei Bedingungen mit höheren Motordrehzahlen. In einem anderen Beispiel können Zylinderwechselwirkungen zwischen Abgasen, die aus paarweise angeordneten Motorabgasrohren stammen, höher sein. Zum Beispiel können in einem V8-Motor die Motorabgasrohre, die Zylinder 1 und 2 entsprechen, paarweise angeordnet sein; somit können zylinderübergreifende Wechselwirkungen zwischen den Abgasrohren, die Zylinder 1 und 2 entsprechen, höher sein. Unter Rückkehr zu dem Verfahren 900 endet das Verfahren 900 nach 924 und im Anschluss an 952.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, die einen Verlauf 500 mit Trendlinien veranschaulicht, die ein Motorkalibrierungsverfahren zum Bestimmen von Wechselwirkungsparametern gemäß dem Verfahren 900 veranschaulichen. Die Trendlinien 520, 530 und 540 entsprechen AFRs, die durch einzelne Abgassensoren gemessen werden, die in den Abgasrohren eines ersten, zweiten bzw. dritten einzelnen Zylinders in einer Abgasbank mit 3 Zylindern eines 6-Zylinder-Motors positioniert sind. Zu Zeitpunkt t1 (bis Zeitpunkt t2) wird eine AFR-Störgröße mit positiver sprunghafter Änderung in jeden der 3 Zylinder eingebracht. Mit anderen Worten ist das AFR_befohlen = 1,55 für jeden des ersten, zweiten und dritten Zylinders der Bank. Zu Zeitpunkt t3 (bis Zeitpunkt t4) wird eine zweite AFR-Störgröße mit positiver sprunghafter Änderung lediglich in den ersten einzelnen Zylinder der Abgasbank eingebracht. Mit anderen Worten ist das AFR_befohien,1 = 1,5. Wie in Verlauf 500 gezeigt, manifestieren sich Zylinderwechselwirkungen zwischen dem zweiten und dritten Zylinder und dem ersten Zylinder durch Abweichungen bei den gemessenen AFR-Signalen des zweiten und dritten Zylinders (520 und 530) zu Zeitpunkt t2. Beispielsweise verursacht eine Zunahme des AFR des ersten Zylinders aufgrund der Rückvermischung und/oder Durchmischung von Abgasen zwischen den Abgasrohren der einzelnen Zylinder Zunahmen bei den AFRs und diese Abweichungen werden durch die in dem zweiten und dritten Abgasrohr positionierten Abgassensoren detektiert und gemessen. Mit anderen Worten ist das AFR_gemessen,1 = 1,52, das AFR_gemessen,2 = 1,25 und das AFR_gemessen,3 = 1,17. Gemäß dem Verfahren 900 können die Wechselwirkungsparameter zwischen dem ersten und zweiten sowie ersten und dritten Zylinder anhand der Gleichung (3) bestimmt werden. Somit kann die Wechselwirkungsmatrix mit Wechselwirkungsparametern dadurch entwickelt werden, dass eine Störgröße in einen Zylinder eingebracht wird und sie in jedem der anderen Zylinder gemessen wird.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen, die ein Steuerdiagramm 600 veranschaulicht, das zeigt, wie Vorkopplungs- und Rückkopplungssteuerung des AFR für einzelne Motorzylinder in Steuerung mit geschlossenem Regelkreis für bankweise gemitteltes AFR integriert werden kann. Wie in dem Steuerdiagramm 600 gezeigt, kann die Steuerung 12 mit verschiedenen Aktoren und Sensoren 610 des Motors in Zusammenhang mit der Steuerung des Zylinder-AFR kommunizieren (Signale an diese übertragen und Signale von diesen empfangen). Konkret kann die Steuerung 12 Eingaben von dem Motor 10 und Abgaskrümmer 17 und 19 empfangen, einschließlich Sensoren, die fluidisch an diese gekoppelt sind, wie etwa den hochfrequenten Abgasen 163 und 164. Wie vorstehend beschrieben, können in einzelnen Abgasrohren positionierte hochfrequente Abgassensoren zudem während der AFR-Zylindersteuerung in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 12 stehen. Während der gemittelten (bankweise erfolgenden) AFR-Steuerung mit geschlossenem Regelkreis (wie durch 620 angegeben) kann die Steuerung Eingaben von den Aktoren und Sensoren 610 empfangen, einschließlich der Messung der Lambdasonde(n) 163 und 164, und auf Grundlage dieser Rückkopplung Ausgabevariablen wie etwa Kraftstoffeinspritzung und Luftzufuhrdurchsätze zu dem Motor 10, konkret den Motorzylindern, steuern, um bankweise einen AFR-Sollwert zu erreichen. In dem beispielhaften Steuerdiagramm 600 ist der Regelkreis 650 für das AFR einzelner Zylinder von dem bankweise gemittelten Regelkreis 620 des Zylinder-AFR mit geschlossenem Regelkreis entkoppelt. Auf diese Art und Weise kann die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder in den AN-Zustand geschaltet werden, um die gemittelte Steuerung des Zylinder-AFR mit geschlossenem Regelkreis zu verstärken und/oder kompensieren. Des Weiteren können durch das Entkoppeln der AFR-Steuerung für einzelne Zylinder von der bankweise gemittelten Zylinder-AFR-Steuerung bestehende Steuerungen einfacher mit hier beschriebenen AFR-Steueralgorithmen für einzelne Zylinder nachgerüstet werden. Des Weiteren kann der AFR-Steueralgorithmus für einzelne Zylinder flexibel angeschaltet und abgeschaltet werden, wodurch die Komplexität des Motorbetriebs reduziert wird, während das Fahrverhalten des Fahrzeugs beibehalten wird. Noch ferner kann das Einbeziehen von AFR-Steuerung für einzelne Zylinder in den Motorbetrieb Motoremissionen reduzieren und NVH aufgrund von Differenzen bei der Drehmomenterzeugung, die infolge unterschiedlicher AFRs darin aus einzelnen Zylindern entstehen, reduzieren. Noch ferner kann in dem Fall, dass die Kraftstoffzufuhr so gesteuert wird, dass sie in allen Zylindern einheitlich ist, indem die Übertragungsfunktion j eder Einspritzvorrichtung durch andere Mittel korrigiert wird, der AFR-Steueralgorithmus für einzelne Zylinder dabei helfen, die Luftstromdifferenzen zwischen jedem der Zylinder zu bestimmen.
Nachdem der Regelkreis 650 für das AFR einzelner Zylinder angeschaltet worden ist, führt die Steuerung 12 einen Vorgang 656 zum Klassieren des AFR einzelner Zylinder durch, wodurch die Steuerung 12 die hochfrequenten Signale von den Lambdasonden 163 und 164 parst, um die Signalkomponenten aufzulösen, die Abgasstrom entsprechen, der aus jedem einzelnen Zylinder stammt. Das Parsen und Auflösen der hochfrequenten zusammengesetzten Abgasstromsignale von den Lambdasonden 163 und 164 kann als Klassieren des AFR einzelner Zylinder bezeichnet werden, wodurch die Steuerung 12 die hochfrequenten Sensorsignaldaten in ihre zylinderspezifischen Komponenten aufgliedert. Hier beziehen sich die zylinderspezifischen Komponenten des Abgasstroms (wie durch die Abgassensoren 163 und 164 gemessen) auf die Abgasströme, die hauptsächlich aus einzelnen Zylindern stammen und durch separate Abgassensoren gemessen werden könnten, die in jedem einzelnen Abgasrohr positioniert sind. Die Abgasströme, die hauptsächlich aus einzelnen Zylindern stammen und durch separate Abgassensoren gemessen werden könnten, die in jedem einzelnen Abgasrohr positioniert sind, beinhalten zylinderübergreifende Abgasstromwechselwirkungen, die aus der Vermischung von Abgasen, die aus unterschiedlichen Abgasrohren austreten, Rückvermischung aus dem Abgaskrümmer und dergleichen entstehen, wie vorstehend beschrieben. Auf diese Art und Weise kann das Klassieren des AFR einzelner Zylinder Schätzwerte für die Abgasströme (einschließlich Abgasdurchsätzen, Sauerstoffgehalt und Gaszusammensetzung) der einzelnen Zylinder bereitstellen, anhand derer die AFRs einzelner Zylinder, die aus jedem Zylinder stammen, abgeleitet werden können.
Die geparsten und/oder klassierten Signale werden an die Wechselwirkungsmatrix 654 weitergegeben und mithilfe von dieser verarbeitet. Wie vorstehend beschrieben, kann die Wechselwirkungsmatrix eine Vielzahl von Wechselwirkungsmatrizen beinhalten, die jeweils eine N × N-Matrix mit Wechselwirkungsparametern, K_ij , umfassen, die die Abgasstromwechselwirkung darstellen, die durch den i-ten Zylinder einer Bank an dem j-ten Zylinder der Bank herbeigeführt wird. Jede der Vielzahl von Wechselwirkungsmatrizen kann auf einen konkreten Bereich von Motorbetriebsbedingungen (Motorlast, Motordrehzahl, VCT und dergleichen) kalibriert werden, sodass Variabilität einschließlich nichtlinearer Variabilität bei den Wechselwirkungsparametern mit Motorbetriebsbedingungen durch die Steuerung 650 für das AFR einzelner Zylinder berücksichtigt werden kann. Das Verarbeiten der geparsten Signale anhand des Klassierens 656 des einzelnen AFR kann Anwenden der Reihe von Wechselwirkungsparametern auf die AFR-Schätzwerte für einzelne Zylinder beinhalten, die von den geparsten Signalen abgeleitet werden, wodurch zylinderübergreifende Wechselwirkungen herausgerechnet werden. Indem die zylinderübergreifenden Wechselwirkungen herausgerechnet werden, können die AFR-Schätzwerte für einzelne Zylinder präzisiert werden, sodass Abweichungen zwischen den AFR-Schätzwerten für einzelne Zylinder und den Ist-AFRs für einzelne Zylinder in Bezug auf den Fall, dass die zylinderübergreifenden Wechselwirkungen nicht herausgerechnet werden, reduziert werden können. Die präzisierten AFR-Schätzwerte für einzelne Zylinder können dann als Ausgabewerte der Steuerung auf das stöchiometrische AFR (λ=AFR/AFR_stöch) normalisiert werden und Korrekturfaktoren, C_k , können für jeden k-ten Zylinder in der Bank auf Grundlage von Abweichungen bei den normalisierten Ausgabewerten der Steuerung und den AFR-Sollwerten gemäß Gleichung (4) berechnet werden; $C_{k} = λ_{S o l l} - λ_{(g e s c h ä t z t, k o r r i g i e r t), k}; k = 1 b i s N$
Die Steuerung 12 kann die Korrekturfaktoren, C_k , in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen und in Abhängigkeit von den Abweichungen zwischen den AFR-Schätzwerten für einzelne Zylinder und den Ist-AFRs für einzelne Zylinder in adaptiven Tabellen 658 speichern. Dementsprechend können die gespeicherten Werte für den C_k aus den adaptiven Tabellen 658 abgerufen und zur vorgekoppelten Kompensation während der AFR-Steuerung einzelner Zylinder und zum Verstärken der bankweise gemittelten Steuerung 620 mit geschlossenem Regelkreis angewendet werden. Zusätzlich können die Korrekturfaktoren ferner auf die Ausgaben der Gesamtzylindersteuerung angewendet werden, indem sie mit den gemittelten Ausgaben der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis summiert werden, um beim Ausgleichen und Reduzieren der Variabilität zwischen den AFRs einzelner Zylinder zu helfen. In dem beispielhaften Steuerdiagramm 600 können die Ausgabewerte aus der Steuerung 650 für das AFR einzelner Zylinder als Korrekturfaktoren für die Ausgabewerte aus der gemittelten Steuerung 620 mit geschlossenem Regelkreis für jedes von jeweiligen AFRs einzelner Zylinder eingesetzt werden. Auf diese Art und Weise kann die Steuerung 650 für das AFR einzelner Zylinder dazu verwendet werden, die AFR-Variabilität zwischen Zylindern zu reduzieren sowie Abweichungen bei einzelnen und bankweise ermittelten AFR von dem Soll-AFR (z. B. für das stöchiometrische Soll-AFR, λ=1) zu reduzieren.
Es wird nun auf 7 und 8 Bezug genommen, die Ablaufdiagramme für die Verfahren 700 und 800 zum Steuern der AFRs einzelner Zylinder in einem Motorsystem wie etwa dem Motorsystem 100 veranschaulichen. Die Verfahren 700 und 800 können durch eine Steuerung 12 als ausführbare Anweisungen durchgeführt werden, die sich in nichtflüchtigem Speicher an Bord des Motors befinden. Das Steuern der AFRs einzelner Zylinder bezieht sich auf das separate Messen und/oder Schätzen des AFR für jeden einzelnen Zylinder und unabhängige Regulieren von Kraftstoff und Lufteinlass für jeden aktiven einzelnen Zylinder. Im Gegensatz dazu bezieht sich bankweise erfolgende oder gemittelte Zylinder-AFR-Steuerung auf das Messen und/oder Schätzen eines bankweise gemittelten AFR und Zuführen der gleichen Steuerhandlung (z. B. Kraftstoff- und Luftzufuhrdurchsätze) zu jedem Zylinder der Bank.
Das Verfahren 700 beginnt bei 710, wo die Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motor-AN-Status, Last, Motordrehzahl, Motortemperatur und dergleichen geschätzt und/oder gemessen werden. Als Nächstes misst die Steuerung 12 bei 720 die hochfrequente Abgaszusammensetzung. Das Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung kann zudem Messen des Abgasdurchsatzes, des Abgassauerstoffgehalts beinhalten und kann durch eine hochfrequente Lambdasonde durchgeführt werden, die in einem Abgaskrümmer stromabwärts von den Abgasrohren und stromaufwärts von dem Abgasreinigungssystem positioniert ist. In Motorsystemen, die hochfrequente Abgassensoren beinhalten, die in jedem Abgasrohr positioniert sind, kann das Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung ferner Messen der Abgaszusammensetzung in jedem Abgasrohr beinhalten. Das Verfahren 700 wird bei 730 fortgesetzt, wo die Steuerung bestimmt, ob AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AN ist. Falls die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder nicht AN ist, geht das Verfahren 700 zu 736 über, wo die Steuerung bankweise erfolgende Steuerung des Zylinder-AFR umsetzt, was das Mitteln von Lambdasondenmessungen zum Schätzen des bankweise ermittelten Zylinder-AFR beinhaltet. Für den Fall, dass die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AN ist, wird das Verfahren 700 bei 740 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die AFR-Werte für die einzelnen Zylinder bestimmt, wie in dem Verfahren 800 aus 8 gezeigt.
Bei 806 bestimmt das Verfahren 800 die AFR-Werte für die einzelnen Zylinder für jeden k-ten Zylinder. Mit anderen Worten wird 806 (Schritt 810 bis 888) für jeden einzelnen Zylinder (k P bis N) jeder Zylinderbank ausgeführt. Das Verfahren 800 wird bei 810 fortgesetzt, wo es bestimmt, ob der k-te Zylinder angeschaltet ist. Der k-te Zylinder kann angeschaltet sein, wenn dem Zylinder Kraftstoff zugeführt wird (Verbrennung), und kann abgeschaltet sein, wenn die Kraftstoffzufuhr zu dem Zylinder abgeschaltet ist (keine Verbrennung). Als ein anderes Beispiel kann ein Zylinder abgeschaltet sein, wenn seine Einlass- und Auslassventile länger als eine Schwellendauer für ein geschlossenes Ventil in einer geschlossenen Position gehalten werden. Ein oder mehrere einzelne Zylinder können bei einem Motor mit variablem Hubraum (VDE) während Zeiträumen mit reduzierter Motorlast abgeschaltet werden, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung 12 (unter Bezugnahme auf 2), wenn ein Abgasstrom, der durch den Abgassensor 263 gemessen wird, während eines zylinderspezifischen Zündabstands (T_s ) größer als ein Schwellenabgasstrom 268 ist, bestimmen, dass der Zylinder, der dem zylinderspezifischen Zündabstand entspricht, aktiv ist. Auf diese Art und Weise kann der Abgasstromsensor 263 zudem dabei helfen, abgeschaltete Zylinder zu detektieren, was Fehler bei der AFR-Steuerung und Kraftstoffzufuhr von einzelnen Zylindern reduzieren kann. Für den Fall, dass der k-te Zylinder abgeschaltet ist, wird das Verfahren 800 bei 814 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die Wechselwirkungsparameter, P_kj (j=1 bis N), die den zylinderübergreifenden Wechselwirkungen entsprechen, die durch Abgasstrom aus dem k-ten Zylinder an dem Abgasstrom aus dem j-ten Zylinder herbeigeführt werden, auf 0 festlegt. Da die Einlass- und Auslassventile geschlossen sind und keine Kraftstoffverbrennung auftritt, während ein Zylinder abgeschaltet ist, wird der Abgasstrom aus einem abgeschalteten Zylinder reduziert (oder angehalten), womit durch Abgasstrom daraus herbeigeführte zylinderübergreifende Wechselwirkungen ausgeschlossen werden. Als Nächstes wird das Verfahren 800 bei 816 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 den Wert des AFR-Korrekturfaktors, C_k , für den k-ten einzelnen Zylinder, der im Speicher gespeichert ist, beibehält. Der AFR-Korrekturfaktor kann als Korrektur während der Steuerung des AFR einzelner Zylinder auf die bankweise gemittelte Steuerausgabe angewendet werden.
Unter Rückkehr zu 810 wird das Verfahren 800 für den Fall, dass der Zylinder angeschaltet ist, bei 820 fortgesetzt, wo die hochfrequenten Abgassensorsignaldaten (z. B. Abgasdurchsatz, Abgassauerstoffgehalt, Abgaszusammensetzung und dergleichen) geparst werden können, um das Signal in seine zylinderspezifischen Komponenten aufzulösen, aus denen es besteht. Das Parsen des hochfrequenten Abgassensorsignals kann Extrahieren eines Teils der hochfrequenten Sensorsignaldaten, der einem Schwellenzeitraum entspricht, und Aufteilen oder Aufgliedern des Schwellenzeitraums von hochfrequenten Signaldaten in aufeinanderfolgende zylinderspezifische Komponenten beinhalten. In einem Beispiel kann der Schwellenzeitraum einer Zündzyklusdauer des Motors entsprechen, während der jeder aktive Zylinder eines Motors (oder eine einzige Bank des Motors) mindestens einmal gezündet wird. In einem Beispiel kann der Zykluszeitraum, T_c , durch T_c = 120/N bestimmt werden, wobei N die Motordrehzahl in rpm ist. Die Zünddauer kann durch T_i = T_c / n bestimmt werden, wobei n die Anzahl von Motorzylindern ist. Beispielsweise kann für einen 4-Zylinder-Motor, der mit 1500 rpm betrieben wird, die Motorzündfrequenz 50 Hz betragen (was einem Zykluszeitraum von 0,08 s und einer Zünddauer von 0,02 s entspricht). Unter Bezugnahme auf 2 kann der Schwellenzeitraum einem Zündzykluszeitraum, T_c , entsprechen. Des Weiteren können die aufeinanderfolgenden zylinderspezifischen Komponenten aufeinanderfolgenden Zündabständen, T_s, entsprechen; sowohl der Schwellenzeitraum als auch jeder Zündabstand, T_s, können Kurbelwinkelansteuerungsereignissen entsprechend bestimmt werden. Zum Beispiel kann jeder Zündabstand Kurbelwinkelansteuerungsereignissen entsprechen, während derer jeder aktive einzelne Zylinder während des Zündzyklus gezündet werden kann. Somit kann das Parsen oder Klassieren des hochfrequenten Abgassensorsignals in aufeinanderfolgende Zündabstände innerhalb eines Schwellenzeitraums von Signaldaten bei helfen, AFR-Werte für einzelne Zylinder zu bestimmen und/oder zu schätzen, indem das hochfrequente Abgassensorsignal in zylinderspezifische Teile dekonvuliert wird und jedem zylinderspezifischen Teil der Daten ein aktiver einzelner Zylinder zugeordnet wird. Das Klassieren einzelner Zylinder kann dadurch erzielt werden, dass das Abgassensorausgangssignal auf Grundlage ihrer Zündfolge im Zeitablauf in Komponenten der einzelnen Zylinder aufgelöst wird. Zum Beispiel kann im Fall eines 8-Zylinder-Motors das Abgassensorausgangssignal über einen Zündzyklus in 8 Teile aufgeteilt werden, die 8 gleich großen Zündabständen der 8 einzelnen Zylinder entsprechen. Die Motordrehzahl kann dazu verwendet werden, die Zündabstände zu bestimmen, wie vorstehend beschrieben. Das Klassieren einzelner Zylinder kann Mitteln der Messungen der einzelnen Zylinder mit dem historischen Mittelwert in der Klasse beinhalten.
In weiteren Beispielen kann das Parsen des hochfrequenten Abgassensorsignals Extrahieren eines Teils der hochfrequenten Sensorsignaldaten, der mehreren Schwellenzeiträumen entspricht, und Aufteilen oder Aufgliedern jedes der Schwellenzeiträume von hochfrequenten Signaldaten in ihre aufeinanderfolgenden zylinderspezifischen Komponenten beinhalten. Das Verarbeiten einer größeren Menge von Sensordaten vor dem Aktualisieren von Steuerausgaben für einzelne Zylinder (z. B. AFR-Korrekturfaktoren für einzelne Zylinder) kann die Ansprechfähigkeit der AFR-Steuerung für einzelne Zylinder reduzieren (über einen Zündzyklus hinaus); die Robustheit der AFR-Steuerung für einzelne Zylinder kann jedoch erhöht werden, indem ein Einfluss von Ausreißer- oder Rauschsensorsignaldaten auf die Steuerungsausgabe reduziert wird.
Als Nächstes wird das Verfahren 800 bei 830 fortgesetzt, wo die Steuerung das AFR einzelner Zylinder auf Grundlage der aufgelösten (z. B. klassierten) zylinderspezifischen Komponente schätzt. In einem Beispiel kann die aufgelöste zylinderspezifische Komponente einem Teil der hochfrequenten Sensorsignaldaten während eines Zündabstands, T_s, des Zylinders entsprechen. Das AFR des k-ten einzelnen Zylinders kann dadurch geschätzt werden, dass die zylinderspezifischen Teile der hochfrequenten Abgasdaten (z. B. Abgasdurchsatz, Sauerstoffgehalt, Zusammensetzung und dergleichen) gemittelt und die Abgasdaten mit dem Zylinder-AFR korreliert werden. Jeder Schätzwert für das AFR des k-ten einzelnen Zylinders kann in Speicherpuffern gespeichert werden, die jedem Zylinder zugewiesen sind. Zum Beispiel können die klassierten Abgassensordaten die einzelnen Zylinderkomponenten jedes konkreten Zylinders in konsekutiven Zündzyklen beinhalten oder diese darstellen. Das Mitteln der einzelnen Zylinderkomponenten für einen konkreten Zylinder über mehrere Zündzyklen kann durchgeführt werden, um eine Schätzung des einzelnen AFR zu bestimmen, und wenn es mit den Wechselwirkungsparametern der Wechselwirkungsmatrix kombiniert wird, kann es einen präzisierten Schätzwert für das einzelne AFR dieses konkreten Zylinders bereitstellen. Unter Fortsetzung des Verfahrens 800 erlangt die Steuerung bei 840 die Wechselwirkungsparameter, P_ik (i=1 bis N) zum Bestimmen von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen, die durch Abgas aus dem i-ten Zylinder an dem Abgas aus dem k-ten Zylinder herbeigeführt werden. Die Wechselwirkungsparameter, P_ik , können aus einer Matrix mit Wechselwirkungsparametern abgerufen werden, die in nichtflüchtigem Speicher an Bord der Fahrzeugsteuerung 12 gespeichert ist. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann eine Vielzahl von Matrizen mit Wechselwirkungsparametern gespeichert sein, wobei jede Matrix mit Wechselwirkungsparametern anderen Reihen oder Bereichen von Motorbetriebsbedingungen entspricht. Dementsprechend kann die Steuerung 12 bei 840 die Reihe von Wechselwirkungsparametern abrufen, die der aktuellen Reihe von Motorbetriebsbedingungen (Motordrehzahl, Motorlast, VCT und dergleichen) entspricht. Auf diese Art und Weise können Nichtlinearitäten und Variabilität bei den Wechselwirkungsparametern mit Motorbetriebsbedingungen durch die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder berücksichtigt werden. Als Nächstes wendet die Steuerung bei 850 die Wechselwirkungsparameter, P_ik , zum Korrigieren des geschätzten AFR des k-ten einzelnen Zylinders an. Das Anwenden der Wechselwirkungsparameter, P_ik , filtert oder rechnet den Einfluss von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen effektiv aus den AFR-Schätzwerten für einzelne Zylinder heraus, um ein korrigiertes geschätztes AFR, AFR_{geschätzt,korrigiert,k,} zu berechnen.
Als Nächstes berechnet die Steuerung 12 bei 860 den AFR-Korrekturfaktor, C_k, auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem AFR_Soll und dem AFR_{geschätzt,korrigiert} für den k-ten einzelnen Zylinder. Wie vorstehend beschrieben, kann der C_k ferner auf das stöchiometrische AFR normalisiert werden, sodass der C_k auf Grundlage der Abweichung zwischen dem λ_Soll und dem λ_{geschätzt,korrigiert} für den k-ten einzelnen Zylinder berechnet wird. Das Verfahren 800 wird bei 870 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 den berechneten Korrekturfaktor, C_k , speichert und einen ausgereiften AFR-Korrekturfaktor neuberechnet. Das Berechnen des ausgereiften AFR-Korrekturfaktors kann Mitteln der berechneten und gespeicherten Werte für den C_k für eine Schwellenanzahl von Zylinderzündzyklen beinhalten. Mit anderen Worten kann das Berechnen des ausgereiften AFR-Korrekturfaktors Berechnen eines gleitenden Mittelwerts des C_k beinhalten. Die gespeicherten Korrekturfaktoren können Lookup-Tabellen von Korrekturfaktoren beinhalten, die nach Zylinder für einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen indexiert sind.
Im Anschluss an 870 und zudem nach 816 wird das Verfahren 800 bei 880 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob der Korrekturfaktor, C_k , von einem Schwellenkalibrierungsfaktor, C_k,TH, um mehr als eine Schwellenabweichung, ΔC_k,TH, abweicht. In einigen Beispielen kann der ausgereifte AFR-Korrekturfaktor bei 880 mit dem C_k,TH verglichen werden. Für den Fall, dass (C_k - C_k ,_T/H ) > ΔC_k,TH, wird das Verfahren 800 bei 884 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 eine Angabe eines fehlerhaften einzelnen Zylinders für den Fahrzeugführer erzeugt. In dem Fall, dass ein fehlerhafter Zylinder detektiert wird, kann die Steuerung 12 ferner dem Fahrzeugführer empfehlen, das Motorsystem warten zu lassen. ΔC_k,TH kann sich auf eine Schwellenabweichung des C_k von dem C_k,TH beziehen, über der die Verbrennung in dem Zylinder wahrscheinlich fehlerhaft funktioniert. Infolge des fehlerhaften Zylinders schaltet die Steuerung 12 den fehlerhaften Zylinder bei 888 ab. Nach 888 und im Anschluss an 880 kehrt das Verfahren 800 für den Fall, dass (C_k - C_k,T/H) nicht größer als ΔC_k,TH ist, zu dem Verfahren 700 nach 740 zurück.
Unter Rückkehr zu dem Verfahren 700 bestimmt die Steuerung 12 bei 750, ob AFR-Vorkopplungssteuerung für einzelne Zylinder AN ist. Für den Fall, dass Vorkopplungssteuerung AN ist, wird das Verfahren 700 bei 760 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 die gespeicherten Korrekturfaktoren, C_k , gemäß dem einzelnen k-ten Zylinder und den aktuellen Motorbetriebsbedingungen aus Lookup-Tabellen abruft. Die abgerufenen gespeicherten Korrekturfaktoren können dann auf den Vorkopplungssteueralgorithmus angewendet werden, um Prozessstörgrößen für die Zylinderverbrennung vorwegzunehmen und abzulehnen, die Abweichungen bei dem AFR der einzelnen Zylinder von dem Soll-AFR (z. B. stöchiometrischen AFR) erhöhen. Im Anschluss an 760 und für den Fall, dass Vorkopplungssteuerung AUS ist, im Anschluss an 750 wird das Verfahren 700 bei 770 fortgesetzt, wo die Steuerung 12 AFR-Rückkopplungssteuerung für einzelne Zylinder umsetzt. Die AFR-Rückkopplungssteuerung für einzelne Zylinder kann dadurch kompensiert werden, dass die Steuerausgabe der bankweise gemittelten Zylinderrückkopplungssteuerung mit der Ausgabe (einschließlich der normalisierten Ausgabe zu dem stöchiometrischen AFR) kompensiert wird, wie vorstehend unter Bezugnahme auf das Steuerdiagramm 600 aus 6 beschrieben. Dementsprechend kann die Vorkopplungs- und/oder Rückkopplungssteuerung für das AFR einzelner Zylinder in die bankweise gemittelte Zylindersteuerung integriert und umgesetzt werden, um diese zu kompensieren, um die Variabilität beim AFR einzelner Zylinder zu reduzieren. Nach 770 endet das Verfahren 700.
Es wird nun auf 10 Bezug genommen, die einen beispielhaften Zeitsteuerungsverlauf 1000 zum Betreiben eines Motorsystems 100 veranschaulicht. In dem beispielhaften Zeitsteuerungsverlauf 1000 ist AFR-Steuerung für eine Dreizylinderbank in einem Sechszylindermotor veranschaulicht. Der Zeitsteuerungsverlauf 1000 beinhaltet Trendlinien für die Motorlast 1010; den Aktivitätsstatus eines Zylinders für eine Dreizylinderbank des Motorsystems 100 (z. B. Aktivitätsstatus von Zylinder Nr. 1 1022, Aktivitätsstatus von Zylinder Nr. 2 1024, Aktivitätsstatus von Zylinder Nr. 3 1026); den AFR-Steuerstatus für einzelne Zylinder 1030; das AFR_k für den k-ten Zylinder der Dreizylinderbank (AFR₁ 1042, AFR₂ 1044, AFR₃ 1046); die zylinderübergreifenden Wechselwirkungsparameter für Abgaswechselwirkungen, die durch Zylinder Nr. 3 an dem k-ten Zylinder herbeigeführt werden, P_3k (P₃₁ 1052, P₃₂ 1054, P₃₃ 1056); die Abweichung zwischen dem Korrekturfaktor für den k-ten Zylinder, C_k , und dem Schwellenkorrekturfaktor, C_k,TH, (ΔC₁ 1062, ΔC₂ 1064, ΔC₃ 1066); den Fehlerstatus für den k-ten Zylinder (Nr. 1 1072, Nr. 2 1074, Nr. 3 1076); und die hochfrequenten Lambdasondensignaldaten 1080. Ebenfalls in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 enthalten sind das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, AFR_stöch 1048, das bankweise gemittelte AFR für die Zylinder 1-3, AFR_{bankweise,Mittel} 1040, und die Schwellenabweichung zwischen dem Korrekturfaktor für den k-ten Zylinder, C_k , und dem Schwellenkorrekturfaktor, ΔC_TH 1068. Das AFR_k kann während der AFR-Steuerung für einzelne Zylinder durch die Steuerung 12 mithilfe der Verfahren 700 und 800 in dieser Schrift geschätzt werden. Wenn die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AUS ist, sind die AFR_k-Werte (als gestrichelte Linien) in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 zur Veranschaulichungszwecken gezeigt. Die Zylinderwechselwirkungsparameter, P_2k und P_1k (k=1 bis 3), sind der Eindeutigkeit und Kürze halber nicht in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 gezeigt.
Vor Zeitpunkt t₁ wird der Motor mit einer niedrigen Motorlast 1010 betrieben und die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder ist AUS. Demnach wird das AFR für die aktiven Zylinder (vor Zeitpunkt t₁ sind die Zylinder Nr. 1-3 aktiv) durch die Motorsteuerung bankweise gemittelt gesteuert. Vor Zeitpunkt t₁ sind die Ist-AFR-Werte der einzelnen Zylinder, AFR₁ 1042 und AFR₂ 1044, größer als das AFR_stöch 1048, während das AFR₃ 1046 kleiner als das AFR_stöch 1048 ist. Die bankweise funktionierende AFR-Steuerung berechnet oder schätzt die AFR-Werte für die einzelnen Zylinder nicht; sie sind zu Veranschaulichungszwecken unter Verwendung von gestrichelten Linien dargestellt, wenn die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AUS ist. Die hochfrequenten Lambdasondensignaldaten 1040 geben ein bankweise ermitteltes AFR über dem AFR_stöch 1048 an, wie in dem AFR_{bankweise,Mittel} 1040 widergespiegelt, was durch die Steuerung 12 während der bankweise erfolgenden AFR-Steuerung anhand der hochfrequenten Lambdasondensignaldaten 1040 berechnet und/oder abgeleitet werden kann. Dementsprechend stellt die Steuerung 12, die in der bankweise erfolgenden Zylinder-AFR-Steuerung betrieben wird, zu Zeitpunkt t₁ die Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr zu der Dreizylinderbank ein, um das AFR_{bankweise,Mittel} 1040 zu reduzieren; mit anderen Worten wird jeder einzelne Zylinder in der Bank den gleichen bankweise erfolgenden Kraftstoffzufuhreinstellungen unterzogen, sodass das AFR₁ 1042, AFR₂ 1044 und AFR₃ 1046 in jedem Zylinder um etwa den gleichen Betrag gesenkt werden. Demnach ist, da die Einstellung der Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr bankweise angewendet wird, obwohl das AFR_{bankweise,Mittel} nach Zeitpunkt t₁ auf einen Wert näher an dem AFR_stöch reduziert ist, die Variabilität 1049 bei den AFR-Werten der einzelnen Zylinder nicht reduziert. Des Weiteren nimmt die Abweichung zwischen dem AFR₃ 1046 und AFR_stöch im Anschluss an die bankweise erfolgte AFR-Einstellung zu Zeitpunkt t₁ zu. Somit können, obwohl die bankweise funktionierende Zylinder-AFR-Steuerung dazu in der Lage ist, den AFR_{bankweise,Mittel} 1040 so einzustellen, dass er näher an dem AFR_stöch 1048 liegt, nachteilige Auswirkungen auf Motorleistungsmerkmale wie etwa Fahrverhalten, Drehmomentvariabilität, Emissionen und NVH des Motors, die aus der Variabilität bei AFR-Werten für einzelne Zylinder sowie ihrer Abweichung von dem AFR_stöch entstehen, unvermindert andauern.
Zu Zeitpunkt t₂ wird die bankweise gemittelte Zylinder-AFR-Steuerung fortgesetzt, während Zylinder Nr. 3 abgeschaltet ist. Da die bankweise gemittelte Zylinder-AFR-Steuerung gegenüber den Zylinderabschaltereignissen unempfindlich sein kann, nimmt die bankweise erfolgende Zylinder-AFR-Steuerung keine weiteren Einstellungen an der Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr der Zylinder vor. Dementsprechend nimm das AFR_{bankweise,Mittel} über die aktiven Zylinder (z. B. Zylinder Nr. 1 und 2) hinweg zu. Somit sind zu Zeitpunkt t₂ unter bankweise gemittelter Zylinder-AFR-Steuerung die Abweichung des AFR_{bankweise,Mittel} von dem AFR_stöch und das AFR-Ungleichgewicht der einzelnen Zylinder gesteigert.
Zu Zeitpunkt t₃ wird die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder in den AN-Zustand geschaltet. Wie vorstehend beschrieben, kann die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder von dem bankweise gemittelten Zylinder-AFR-Regelkreis entkoppelt sein, und sie kann ferner dazu dienen, Steuerhandlungen zu kompensieren und zu verstärken, die durch die bankweise gemittelte Zylinder-AFR-Steuerung befohlen werden. Als Teil der AFR-Steuerung für einzelne Zylinder parst die Steuerung 12 die Abgassauerstoffsignaldaten 1080, um die Signaldaten (die den Abgasstrom aus jedem der Zylinder in der Bank darstellen) in ihre zylinderspezifischen Komponenten aufzuteilen und aufzulösen. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben, kann die Steuerung 12 die Abgassauerstoffsignaldaten 1080 parsen, indem sie einen oder mehrere Schwellenzeiträume der Signaldaten, die einen Zündzyklus für die Zylinderbank darstellen, in zylinderspezifische Komponenten aufteilt, die durch separate Zündabstände dargestellt werden, die der Zündung jedes Zylinders entsprechen. Die Zündabstände können aufeinanderfolgende Zeitintervalle während des Zündzyklus sein und können zylinderspezifischen Kurbelwinkeln und/oder Kurbelsteuerzeiten für den Motor entsprechen. Als Nächstes kann die Steuerung 12 AFR-Werte für einzelne Zylinder anhand der separaten zylinderspezifischen Komponenten schätzen, die aus den hochfrequenten Signaldaten geparst und aufgelöst worden sind.
Nachdem die AFR-Werte für einzelne Zylinder geschätzt worden sind, kann die Steuerung 12 Zylinderwechselwirkungsparameter aus der Zylinderwechselwirkungsmatrix abrufen, die aktuellen Motorbetriebsbedingungen entspricht. Da Zylinder Nr. 3 abgeschaltet ist, betragen die Wechselwirkungsparameter, die Wechselwirkungen entsprechen, die durch aus Zylinder 3 stammendem Abgasstrom an aus dem k-ten Zylinder (P_3k ; k=1 bis 3) stammendem Abgasstrom herbeigeführt werden, null. Obwohl dies nicht in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 veranschaulicht ist, kann die Steuerung 12 während der Ausführung der AFR-Steuerung für einzelne Zylinder Wechselwirkungsparameter (P_1k und P_2k ; k=1 bis 3) abrufen, die Wechselwirkungen darstellen, die durch den Abgasstrom aus Zylinder Nr. 1 und 2 herbeigeführt werden und dem aktuellen Bereich von Motorbetriebsbedingungen (Motordrehzahl, Last, VTC und dergleichen) entsprechen. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 zu Zeitpunkt t₃ die Zylinderwechselwirkungsparameter abrufen, die einer Bedingung mit geringerer Last entsprechen. Des Weiteren kann die Steuerung 12 die Wechselwirkungsparameter P_1k und P_2k auf die AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder anwenden, um zylinderübergreifende Wechselwirkungen herauszurechnen, wodurch die AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder korrigiert werden. Die korrigierten zylinderübergreifenden Schätzwerte sind in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 nach Zeitpunkt t₃ durch die durchgezogenen Trendlinien dargestellt, die für das AFR₁ 1042, AFR₂ 1044 und AFR₃ 1046 nach Zeitpunkt t₃ gezeigt sind.
Nach der Korrektur der einzelnen AFR-Schätzwerte kann die Steuerung 12 einzelne Korrekturfaktoren, C_k , auf Grundlage der Abweichung der korrigierten einzelnen AFR-Schätzwerte von dem AFR_stöch berechnen. Die berechneten Korrekturfaktoren können normalisiert und an den Gesamt-AFR-Steueralgorithmus ausgegeben werden, um die Ausgabe aus dem bankweise gemittelten AFR-Regelkreis zu kompensieren und um die Gesamt-AFR-Zylindersteuerung für das Motorsystem 100 zu präzisieren. Des Weiteren kann die Abweichung des C_k von einem kalibrierten Schwellenwert, C_k,TH (ΔC₁ 1062, ΔC₂ 1064, ΔC₃ 1066) mit einer Schwellenkorrekturfaktorabweichung für jeden k-ten Zylinder verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Zylinder fehlerhaft sein kann. Zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₄ sind ΔC₁ 1062 und ΔC₂ 1064 kleiner als ΔC_TH, was keine fehlerhaften Zylinder angibt. Während Zylinder Nr. 3 abgeschaltet ist, werden C₃ und ΔC₃ nicht durch die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder berechnet. In dem beispielhaften Zeitsteuerungsverlauf 1000 ist zu Veranschaulichungszwecken ein einziger kalibrierter Korrekturfaktorschwellenwert, ΔC_TH, auf Grundlage eines einzigen Schwellenkorrekturfaktors, C_TH, gezeigt, doch es können unterschiedliche kalibrierte Korrekturfaktorschwellenwerte, ΔC_k,TH, für jeden k-ten Zylinder eingesetzt werden.
Wie in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 gezeigt, ist im Anschluss an die Umschaltung von bankweise gemittelter Zylinder-AFR-Steuerung zu bankweise gemittelter Zylinder-AFR-Steuerung, die mit AFR-Steuerung für einzelne Zylinder kompensiert ist, zu Zeitpunkt t₃ die Variabilität bei den AFR-Werten der einzelnen Zylinder reduziert, während zudem das AFR_{bankweise,Mittel} näher zu dem AFR_stöch gebracht ist. Des Weiteren behindert die Abschaltung von Zylinder Nr. 3 nicht die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder und wirkt sich nicht nachteilig auf das AFR_{bankweise,Mittel} aus, da der AFR-Steueralgorithmus für einzelne Zylinder die Kraftstoffzufuhr zu jedem einzelnen Zylinder separat einstellt. Mit anderen Worten hat zwar die Abweichung zwischen dem AFR_{bankweise,Mittel} und dem AFR_stöch während Zeitpunkt t₂ bis Zeitpunkt t₃ zugenommen, als bankweise gemittelte AFR-Zylindersteuerung betrieben wurde (ohne Kompensation anhand der einzelnen AFR-Zylindersteuerung), doch zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₄ ermöglicht das Anschalten der einzelnen AFR-Zylindersteuerung eine Reduktion der Abweichung des AFR_{bankweise,Mittel} von dem AFR_stöch auch während der Abschaltung des Zylinders Nr. 3.
Zu Zeitpunkt t₄ wird der Zylinder Nr. 3 angeschaltet. Da die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AN bleibt, parst die Steuerung 12 die Abgassauerstoffsignaldaten 1080, um die Signaldaten (die den Abgasstrom aus jedem der Zylinder in der Bank darstellen) in ihre zylinderspezifischen Komponenten aufzuteilen und aufzulösen. Indem die hochfrequenten Signaldaten geparst werden und die hochfrequenten Daten in separate zylinderspezifische Komponenten aufgelöst werden, kann die Steuerung 12 AFR-Schätzwerte für einzelne Zylinder berechnen. Da Zylinder Nr. 3 angeschaltet ist, ruft die Steuerung 12 eine aufgefrischte Reihe der Wechselwirkungsparameter, die Wechselwirkungen entsprechen, die durch aus Zylinder 3 stammendem Abgasstrom an aus dem k-ten Zylinder (P_3k; k=1 bis 3) stammendem Abgasstrom herbeigeführt werden, aus der Wechselwirkungsmatrix ab, die den aktuellen Motorbetriebsbedingungen (Motordrehzahl, Motorlast, VTC und dergleichen) entspricht. Obwohl dies der Kürze halber nicht in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 veranschaulicht ist, kann die Steuerung 12 während der Ausführung des AFR-Steueralgorithmus für einzelne Zylinder zudem Wechselwirkungsparameter (P_1k und P_2k; k=1 bis 3) abrufen, die Wechselwirkungen darstellen, die durch den Abgasstrom aus Zylinder Nr. 1 und 2 herbeigeführt werden.
Wie in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 gezeigt, kann der Wechselwirkungsfaktor P₃₂ größer als P₃₁ sein, da der Austritt aus dem Abgasrohr von Zylinder Nr. 2 näher an dem Austritt aus dem Abgasrohr von Zylinder Nr. 3 positioniert sein kann; somit können durch den aus Zylinder Nr. 3 stammenden Abgasstrom an dem Abgasstrom aus Zylinder Nr. 2 herbeigeführte Abgasstromwechselwirkungen höher sein als durch den aus Zylinder Nr. 3 stammenden Abgasstrom an dem Abgasstrom aus Zylinder Nr. 1 herbeigeführte Abgasstromwechselwirkungen. Des Weiteren kann P₃₃ größer als sowohl P₃₂ als auch P₃₁ sein, da der Abgasstrom aus dem Abgasrohr von Zylinder Nr. 3 direkt mit sich selbst korreliert ist. Wie zuvor beschrieben, kann die Steuerung 12 die Wechselwirkungsparameter P_1k , P_2k und P_3k auf die AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder anwenden, um zylinderübergreifende Wechselwirkungen herauszurechnen und die AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder zu korrigieren. Nach der Korrektur der einzelnen AFR-Schätzwerte zum Herausrechnen von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen kann die Steuerung 12 einzelne Korrekturfaktoren, C_k , auf Grundlage der Abweichung der einzelnen AFR-Werte von dem AFR_stöch berechnen. Während Zylinder Nr. 3 angeschaltet ist, nimmt die Steuerung 12 die Berechnung von C₃ und ΔC₃ wieder auf. Die berechneten Korrekturfaktoren können normalisiert und eingesetzt werden, um die Ausgabe aus dem bankweise gemittelten AFR-Regelkreis zu kompensieren, um die Gesamt-AFR-Zylindersteuerung für das Motorsystem 100 zu präzisieren. Die Abweichung des C_k von einem kalibrierten Schwellenwert, C_k,TH (ΔC₁ 1062, ΔC₂ 1064, ΔC₃ 1066) kann mit einer Schwellenkorrekturfaktorabweichung für jeden k-ten Zylinder verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Zylinder fehlerhaft sein kann. Zwischen Zeitpunkt t₄ und Zeitpunkt t₅ sind ΔC₁ 1062, ΔC₂ 1064 und ΔC₃ 1066 jeweils kleiner als der C_k,TH, was keine fehlerhaften Zylinder angibt.
Zu Zeitpunkt t₅ nimmt die Motorlast auf eine höhere Last zu. Die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder bleibt AN und alle Zylinder der Bank bleiben angeschaltet. Da die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AN bleibt, parst die Steuerung 12 die Abgassauerstoffsignaldaten 1080, um die Signaldaten (die den Abgasstrom aus jedem der Zylinder in der Bank darstellen) in ihre zylinderspezifischen Komponenten aufzuteilen und aufzulösen. Indem die hochfrequenten Signaldaten geparst werden und die hochfrequenten Daten in separate zylinderspezifische Komponenten aufgelöst werden, kann die Steuerung 12 AFR-Schätzwerte für einzelne Zylinder berechnen. Aufgrund der Zunahme der Motorlast ruft die Steuerung 12 eine neue Reihe von Wechselwirkungsparametern ab, die der Betriebsbedingung mit höherer Last entsprechen. Wie in dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 gezeigt, sind die neuen Wechselwirkungsparameter, P_3k (P₃₁ , P₃₂ , P₃₃ ), in Bezug auf die Wechselwirkungsparameter vor Zeitpunkt t₅ höher. In dem Beispiel aus dem Zeitsteuerungsverlauf 1000 können die Wechselwirkungsparameter bei zunehmender Motorlast aufgrund höherer Kraftstoffverbrennungsraten und höherer Abgasströme aus den Motorzylindern zunehmen. Die höheren Abgasströme können höhere Rückvermischung und Durchmischung von Abgasströmen, die aus jedem Zylinderabgasrohr stammen, in dem Abgaskrümmer verursachen, wodurch zylinderübergreifende Wechselwirkungen gesteigert werden. Trotz der Zunahme der zylinderübergreifenden Wechselwirkungen ist die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder dazu in der Lage, eine niedrige Variabilität bei den AFR-Werten der einzelnen Zylinder in Bezug auf das AFR_{bankweise,Mittel} beizubehalten, indem die AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder mit der aufgefrischten Reihe von (höheren) Wechselwirkungsparametern korrigiert werden. Des Weiteren bleiben die einzelnen Korrekturfaktoren, C_k , und ihre berechneten Abweichungen von dem Schwellenkorrekturfaktor, C_k,TH , kleiner als die Schwellenabweichung, C_k,TH , was keine fehlerhaften Zylinder angibt. Die berechneten Korrekturfaktoren können normalisiert und eingesetzt werden, um die Ausgabe aus dem bankweise gemittelten AFR-Regelkreis zu kompensieren, um die Gesamt-AFR-Zylindersteuerung für das Motorsystem 100 zu präzisieren.
Zu Zeitpunkt t₆ bleibt die Motorlast bei dem höheren Lastwert, während die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AN bleibt und alle Zylinder in der Bank angeschaltet bleiben. Da die AFR-Steuerung für einzelne Zylinder AN bleibt, parst die Steuerung 12 die Abgassauerstoffsignaldaten 1080, um die Signaldaten (die den Abgasstrom aus jedem der Zylinder in der Bank darstellen) in ihre zylinderspezifischen Komponenten aufzuteilen und aufzulösen. Indem die hochfrequenten Signaldaten geparst werden und die hochfrequenten Daten in separate zylinderspezifische Komponenten aufgelöst werden, kann die Steuerung 12 AFR-Schätzwerte für einzelne Zylinder berechnen. Im Anschluss an die Korrektur der AFR-Schätzwerte für die einzelnen Zylinder durch Anwenden der Wechselwirkungsparameter (P_3k ) nimmt das korrigierte AFR₃ 1046 plötzlich ab. Demnach nimmt die berechnete Abweichung des Korrekturfaktors C₃ von dem Schwellenkorrekturfaktor über die Schwellenabweichung zu, was einen fehlerhaften Zylinder angibt. Als Reaktion darauf, dass der Schwellenkorrekturfaktor über die Schwellenabweichung zunimmt, stellt die Steuerung 12 dem Fahrzeugführer eine Angabe eines fehlerhaften Zylinders Nr. 3 (1076) bereit. Die Angabe für den Fahrzeugführer kann einen visuellen und/oder akustischen Alarm an dem Armaturenbrett des Fahrzeugs beinhalten.
Auf diese Art und Weise können AFR-Werte für einzelne Zylinder mithilfe hochfrequenter Abgasstrom- und Abgaszusammensetzungsmessungen anhand einer einzigen hochfrequenten Lambdasonde für eine Zylinderbank genau geschätzt werden. Des Weiteren können durch das Kalibrieren eines Motorsystems zylinderübergreifende Wechselwirkungen, die durch aus jedem einzelnen Zylinder stammendem Abgasstrom an aus anderen einzelnen Zylindern stammenden Abgasströmen herbeigeführt werden, bestimmt werden. Noch ferner kann durch das Vornehmen der Kalibrierungsverfahren über einen breiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorlast, Motordrehzahl, VCT und dergleichen) nichtlineare Variabilität bei den zylinderübergreifenden Wechselwirkungen präzise berücksichtigt werden. Noch ferner ermöglicht das Speichern von Matrizen mit Wechselwirkungsparametern, die die zylinderübergreifenden Wechselwirkungen bei unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen quantifizieren, dass ein AFR-Steueralgorithmus für einzelne Zylinder beschleunigt Reihen von Wechselwirkungsparametern abruft, die einer aktuellen Reihe von Motorbetriebsbedingungen entsprechen; demnach können Schätzwerte für AFR-Werte von einzelnen Zylindern auf Grundlage von geparsten hochfrequenten Abgasstromsensorsignaldaten mit den zylinderübergreifenden Wechselwirkungsparametern korrigiert werden, indem der Einfluss von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen herausgerechnet wird. Noch ferner können die korrigierten zylinderübergreifenden AFR-Schätzwerte normalisiert und mit AFR-Sollwerten für einzelne Werte verglichen werden, um normalisierte Steuerungskorrekturfaktoren zu berechnen. Diese normalisierten Steuerungskorrekturfaktoren können mit kalibrierten Schwellensteuerungskorrekturfaktoren verglichen werden, um fehlerhafte Zylinder einzuschätzen und anzugeben. Dementsprechend kann AFR-Variabilität zwischen einzelnen Zylindern einer Brennkraftmaschine reduziert werden, wodurch das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert wird, die NVH des Motors reduziert werden und Emissionen reduziert werden. Die technische Wirkung des Parsens von hochfrequenten Abgasstromsensorsignaldaten zum Schätzen von AFR-Werten für einzelne Zylinder und Korrigieren der geschätzten AFR-Werte für einzelne Zylinder durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Wechselwirkungen besteht darin, dass AFR-Werte einzelner Zylinder in einer Bank anhand eines einzigen hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensors, der in dem Abgaskrümmer positioniert ist, bestimmt werden können; eine weitere technische Wirkung besteht darin, dass AFR-Variabilität bei einzelnen Zylindern reduziert werden kann, während die Herstellungskosten und Komplexität des Motors beibehalten und/oder reduziert werden.
Als eine Ausführungsform wird ein Verfahren für einen Motor bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung und für einen ersten Zylinder des Motors Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten zylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von dem geschätzten AFR. In einem derartigen Beispiel kann Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung zusätzlich oder alternativ Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung eine Schwellendauer lang umfassen. Die erste zylinderspezifische Komponente kann zusätzlich oder alternativ einen Teil der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung umfassen, der von aus dem ersten Zylinder ausgestoßenem Abgas abgeleitet ist. In einigen Beispielen können die zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen zusätzlich oder alternativ Beiträge zu dem gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzungssignal von anderen Zylindern als dem ersten Zylinder umfassen. Des Weiteren kann das Verfahren in beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ für jeden Zylinder des Motors Schätzen eines AFR auf Grundlage einer zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von den geschätzten AFRs umfassen. In einigen Beispielen kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ für den ersten Zylinder Berechnen eines AFR-Korrekturfaktors auf Grundlage der Abweichung des korrigierten geschätzten AFR von einem Soll-AFR und Anwenden des AFR-Korrekturfaktors auf Rückkopplungssteuerung des AFR zum Reduzieren der Abweichung des AFR von dem Soll-AFR umfassen. In beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ für den ersten Zylinder Speichern des berechneten AFR-Korrekturfaktors und Anwenden des AFR-Korrekturfaktors auf Vorkopplungssteuerung des AFR zum Reduzieren der Abweichung des AFR von dem Soll-AFR umfassen. Des Weiteren kann das Verfahren in beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ für den ersten Zylinder Bestimmen umfassen, dass der erste Zylinder fehlerhaft ist, wenn eine Abweichung zwischen dem gespeicherten berechneten AFR-Korrekturfaktor und einem vorbestimmten AFR-Korrekturfaktor größer als eine Schwellenabweichung ist.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Schätzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einzelnen Motorzylindern bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Messen einer Abgaszusammensetzung mit einer Messfrequenz über einer Schwellenfrequenz und für Abgaszusammensetzungsdaten, die über einen Schwellenzeitraum gemessen werden, Auflösen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten in zylinderspezifische Komponenten, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) jedes einzelnen Motorzylinders auf Grundlage der aufgelösten zylinderspezifischen Komponenten und Korrigieren des geschätzten AFR jedes einzelnen Motorzylinders einschließlich Anwenden einer Wechselwirkungsmatrix mit binären Wechselwirkungsparametern zum Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungsbeiträgen aus dem geschätzten AFR jedes einzelnen Motorzylinders. In einem derartigen Beispiel kann der Schwellenzeitraum zusätzlich oder alternativ einen Zündzyklus für eine Bank von Motorzylindern umfassen, der den einzelnen Motorzylindern entspricht. Des Weiteren kann Auflösen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten, die über den Schwellenzeitraum gemessen werden, in motorzylinderspezifische Komponenten zusätzlich oder alternativ Aufteilen der Daten in aufeinanderfolgende Zeitintervalle, die der Zündfolge der einzelnen Motorzylinder entsprechen, und Zuweisen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten über jedes der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle zu dem entsprechenden Motorzylinder umfassen. In einem anderen Beispiel kann Auflösen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten, die über den Schwellenzeitraum gemessen werden, in motorzylinderspezifische Komponenten zusätzlich oder alternativ Aufteilen der Daten in aufeinanderfolgende Ereignisintervalle, die der Zündfolge der einzelnen Motorzylinder entsprechen, und Zuweisen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten über jedes Ereignisintervall zu dem entsprechenden Motorzylinder umfassen. In einigen Beispielen kann jedes aufeinanderfolgende Ereignisintervall zusätzlich oder alternativ einen Impuls der Abgaszusammensetzungsdaten über einer Schwellenamplitude umfassen. In beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, die Anwenden der Wechselwirkungsmatrix umfassen, kann die Wechselwirkungsmatrix zusätzlich oder alternativ i x j binäre Wechselwirkungsparameter umfassen, wobei i und j von 1 bis n variieren, n eine Anzahl von einzelnen Motorzylindern ist und jeder der ij-ten binären Wechselwirkungsparameter eine binäre Abgaszusammensetzungswechselwirkung quantifiziert, die durch das aus dem i-ten Motorzylinder ausgestoßene Abgas an dem aus dem j-ten Motorzylinder ausgestoßenen Abgas herbeigeführt wird. In einigen Beispielen kann Herausrechnen der zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungsbeiträge aus dem geschätzten AFR jedes j=k-ten Motorzylinders zusätzlich oder alternativ Anwenden jedes ik-ten binären Wechselwirkungsparameters auf das geschätzte AFR des k-ten Motorzylinders beinhalten. Des Weiteren kann in beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, die Anwenden der Wechselwirkungsmatrix umfassen, Anwenden der Wechselwirkungsmatrix zusätzlich oder alternativ Anwenden des ij-ten binären Wechselwirkungsparameters beinhalten, der einer aktuellen Motorlast und einer aktuellen Motordrehzahl entspricht, wobei jeder des ij-ten binären Wechselwirkungsparameters mit der Motordrehzahl und Motorlast variiert.
In einem anderen Beispiel wird ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine erste Bank von Verbrennungszylindern, wobei jeder der Verbrennungszylinder der ersten Bank mittels eines separaten Zylinderabgasrohrs abgasführend an einen ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist, einen ersten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor, der fluidisch an den ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist, und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen darauf zu Folgendem beinhaltet: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung an dem ersten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor und für einen ersten Verbrennungszylinder der ersten Bank Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung und Korrigieren des geschätzten AFR durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen aus dem geschätzten AFR. In einem derartigen Beispiel kann das Motorsystem zusätzlich oder alternativ Folgendes umfassen: eine zweite Bank von Verbrennungszylindern, wobei jeder der Verbrennungszylinder der zweiten Bank mittels eines separaten Zylinderabgasrohrs abgasführend an einen zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist, einen zweiten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor, der fluidisch an den zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist, und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen darauf zu Folgendem beinhaltet: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung an dem zweiten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor und für einen ersten Verbrennungszylinder der zweiten Bank Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung und Korrigieren des geschätzten AFR durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen aus dem geschätzten AFR. In beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, die das Motorsystem umfassen, kann der erste hochfrequente Abgaszusammensetzungssensor zusätzlich oder alternativ stromabwärts von den separaten Zylinderabgasrohren und stromaufwärts von einer Abgasreinigungsvorrichtung positioniert sein. In beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen, die die ausführbaren Anweisungen zum Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung umfassen, kann Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung zusätzlich oder alternativ Messen einer Abgaszusammensetzung mit einer Abtastrate unter einer Schwellenabtastrate umfassen.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Motor Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung und für einen ersten Zylinder des Motors Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten zylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung; Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von dem geschätzten AFR.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung eine Schwellendauer lang.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste zylinderspezifische Komponente einen Teil der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung, der von aus dem ersten Zylinder ausgestoßenem Abgas abgeleitet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen Beiträge zu dem gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzungssignal von anderen Zylindern als dem ersten Zylinder.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: für jeden Zylinder des Motors; Schätzen eines AFR auf Grundlage einer zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von den geschätzten AFRs.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: für den ersten Zylinder; Berechnen eines AFR-Korrekturfaktors auf Grundlage der Abweichung des korrigierten geschätzten AFR von einem Soll-AFR und Anwenden des AFR-Korrekturfaktors auf Rückkopplungssteuerung des AFR zum Reduzieren der Abweichung des AFR von dem Soll-AFR.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: für den ersten Zylinder; Speichern des berechneten AFR-Korrekturfaktors und Anwenden des AFR-Korrekturfaktors auf Vorkopplungssteuerung des AFR zum Reduzieren der Abweichung des AFR von dem Soll-AFR.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: Bestimmen, dass der erste Zylinder fehlerhaft ist, wenn eine Abweichung zwischen dem gespeicherten berechneten AFR-Korrekturfaktor und einem vorbestimmten AFR-Korrekturfaktor größer als eine Schwellenabweichung ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Schätzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einzelnen Motorzylindern Messen einer Abgaszusammensetzung mit einer Messfrequenz über einer Schwellenfrequenz und für Abgaszusammensetzungsdaten, die über einen Schwellenzeitraum gemessen werden, Auflösen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten in zylinderspezifische Komponenten, Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) jedes einzelnen Motorzylinders auf Grundlage der aufgelösten zylinderspezifischen Komponenten und Korrigieren des geschätzten AFR jedes einzelnen Motorzylinders einschließlich Anwenden einer Wechselwirkungsmatrix mit binären Wechselwirkungsparametern zum Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungsbeiträgen aus dem geschätzten AFR jedes einzelnen Motorzylinders.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schwellenzeitraum einen Zündzyklus für eine Bank von Motorzylindern, der den einzelnen Motorzylindern entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst Auflösen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten, die über den Schwellenzeitraum gemessen werden, in motorzylinderspezifische Komponenten Aufteilen der Daten in aufeinanderfolgende Zeitintervalle, die der Zündfolge der einzelnen Motorzylinder entsprechen, und Zuweisen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten über jedes der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle zu dem entsprechenden Motorzylinder.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst Auflösen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten, die über den Schwellenzeitraum gemessen werden, in motorzylinderspezifische Komponenten Aufteilen der Daten in aufeinanderfolgende Ereignisintervalle, die der Zündfolge der einzelnen Motorzylinder entsprechen, und Zuweisen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten über jedes Ereignisintervall zu dem entsprechenden Motorzylinder.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst jedes aufeinanderfolgende Ereignisintervall einen Impuls der Abgaszusammensetzungsdaten über einer Schwellenamplitude.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Anwenden der Wechselwirkungsmatrix Anwenden der Wechselwirkungsmatrix, wobei die Wechselwirkungsmatrix i × j binäre Wechselwirkungsparameter umfasst, wobei i und j von 1 bis n variieren, n eine Anzahl von einzelnen Motorzylindern ist und jeder der ij-ten binären Wechselwirkungsparameter eine binäre Abgaszusammensetzungswechselwirkung quantifiziert, die durch das aus dem i-ten Motorzylinder ausgestoßene Abgas an dem aus dem j-ten Motorzylinder ausgestoßenen Abgas herbeigeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Herausrechnen der zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungsbeiträge aus dem geschätzten AFR jedes j=k-ten Motorzylinders Anwenden jedes ik-ten binären Wechselwirkungsparameters auf das geschätzte AFR des k-ten Motorzylinders.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet Anwenden der Wechselwirkungsmatrix Anwenden des ij-ten binären Wechselwirkungsparameters, der einer aktuellen Motorlast und einer aktuellen Motordrehzahl entspricht, wobei jeder des ij-ten binären Wechselwirkungsparameters mit der Motordrehzahl und Motorlast variiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine erste Bank von Verbrennungszylindern, wobei jeder der Verbrennungszylinder der ersten Bank mittels eines separaten Zylinderabgasrohrs abgasführend an einen ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist; einen ersten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor, der fluidisch an den ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen darauf zu Folgendem beinhaltet: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung an dem ersten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor und für einen ersten Verbrennungszylinder der ersten Bank Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung; Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen aus dem geschätzten AFR.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: eine zweite Bank von Verbrennungszylindern, wobei jeder der Verbrennungszylinder der zweiten Bank mittels eines separaten Zylinderabgasrohrs abgasführend an einen zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist; einen zweiten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor, der fluidisch an den zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist; und
eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen darauf zu Folgendem beinhaltet: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung an dem zweiten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor und für einen ersten Verbrennungszylinder der zweiten Bank Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung;
Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen aus dem geschätzten AFR.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste hochfrequente Abgaszusammensetzungssensor stromabwärts von den separaten Zylinderabgasrohren und stromaufwärts von einer Abgasreinigungsvorrichtung positioniert.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die ausführbaren Anweisungen zum Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung, das Messen einer Abgaszusammensetzung unter einer Schwellenabtastrate umfasst.

Claims

Verfahren für einen Motor, umfassend: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung und für einen ersten Zylinder des Motors Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten zylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung; Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (air-fuel ratio - AFR) auf Grundlage der ersten zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von dem geschätzten AFR.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung eine Schwellendauer lang umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste zylinderspezifische Komponente einen Teil der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung umfasst, der von aus dem ersten Zylinder ausgestoßenem Abgas abgeleitet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen Beiträge zu dem gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzungssignal von anderen Zylindern als dem ersten Zylinder umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend für jeden Zylinder des Motors Schätzen eines AFR auf Grundlage einer zylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Subtrahieren von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen von den geschätzten AFRs.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend für den ersten Zylinder Berechnen eines AFR-Korrekturfaktors auf Grundlage der Abweichung des korrigierten geschätzten AFR von einem Soll-AFR und Anwenden des AFR-Korrekturfaktors auf Rückkopplungssteuerung des AFR zum Reduzieren der Abweichung des AFR von dem Soll-AFR.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend für den ersten Zylinder Speichern des berechneten AFR-Korrekturfaktors und Anwenden des AFR-Korrekturfaktors auf Vorkopplungssteuerung des AFR zum Reduzieren der Abweichung des AFR von dem Soll-AFR.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend für den ersten Zylinder Bestimmen, dass der erste Zylinder fehlerhaft ist, wenn eine Abweichung zwischen dem gespeicherten berechneten AFR-Korrekturfaktor und einem vorbestimmten AFR-Korrekturfaktor größer als eine Schwellenabweichung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung mit einer Messfrequenz über einer Schwellenfrequenz einen Schwellenzeitraum lang beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schwellenzeitraum einen Zündzyklus für eine Bank von Motorzylindern umfasst, der den einzelnen Motorzylindern entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten zylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung über den Schwellenzeitraum in motorzylinderspezifische Komponenten, Aufteilen der Daten in aufeinanderfolgende Zeitintervalle, die der Zündfolge der einzelnen Motorzylinder entsprechen, und Zuweisen der gemessenen Abgaszusammensetzungsdaten über jedes der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle zu dem entsprechenden Motorzylinder beinhaltet.
Motorsystem, umfassend: eine erste Bank von Verbrennungszylindern, wobei jeder der Verbrennungszylinder der ersten Bank mittels eines separaten Zylinderabgasrohrs abgasführend an einen ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist; einen ersten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor, der fluidisch an den ersten Abgaskrümmer gekoppelt ist; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen darauf zu Folgendem beinhaltet: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung an dem ersten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor und für einen ersten Verbrennungszylinder der ersten Bank Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung; Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen aus dem geschätzten AFR.
Motorsystem nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine zweite Bank von Verbrennungszylindern, wobei jeder der Verbrennungszylinder der zweiten Bank mittels eines separaten Zylinderabgasrohrs abgasführend an einen zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist; einen zweiten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor, der fluidisch an den zweiten Abgaskrümmer gekoppelt ist; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen darauf zu Folgendem beinhaltet: Messen einer hochfrequenten Abgaszusammensetzung an dem zweiten hochfrequenten Abgaszusammensetzungssensor und für einen ersten Verbrennungszylinder der zweiten Bank Parsen der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung zum Bestimmen einer ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der hochfrequenten Abgaszusammensetzung; Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) auf Grundlage der ersten verbrennungszylinderspezifischen Komponente der gemessenen hochfrequenten Abgaszusammensetzung; und Korrigieren des geschätzten AFR durch Herausrechnen von zylinderübergreifenden Abgaswechselwirkungen aus dem geschätzten AFR.
Motorsystem nach Anspruch 13, wobei der erste hochfrequente Abgaszusammensetzungssensor stromabwärts von den separaten Zylinderabgasrohren und stromaufwärts von einer Abgasreinigungsvorrichtung positioniert ist.
Motorsystem nach Anspruch 14, wobei die ausführbaren Anweisungen zum Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung Messen der hochfrequenten Abgaszusammensetzung beinhalten, das Messen einer Abgaszusammensetzung unter einer Schwellenabtastrate umfasst.