DE112005003378B4

DE112005003378B4 - Einzelzylinder-Controller für Vierzylindermotor

Info

Publication number: DE112005003378B4
Application number: DE112005003378T
Authority: DE
Inventors: Hossein Rochester Hills Javaherian; Alan W. Canton Brown
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: DE112005003378T5; WO2006076109A1; CN101103192B; US7027910B1; CN101103192A

Abstract

Verfahren zum Erfassen und Korrigieren von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten zwischen den einzelnen Zylindern einer Vierzylindergruppe eines 4-Zylinder- oder V8-Motors in einem Fahrzeug, das einen Sensor zum Erfassen des an den Motor gelieferten Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff (L/K) oder zum Erfassen des von dem Motor erzeugten Drehmoments sowie ein einen Computer umfassendes Motorsteuermodul umfasst, wobei die Funktionen des Moduls die Zeitpunkte und die Dauer der Abgabe von Luft oder Kraftstoff oder die Zündzeitpunkte für die Zylinder des Motors umfassen, wobei das Verfahren durch den Computer ausgeführt wird und umfasst:
Sammeln einer zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem Sensor über wenigstens einen Motorzyklus bei der momentanen Motordrehzahl und Last;
Umsetzen der Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem Vektor von L/K- oder Drehmomentungleichgewichten im Frequenzbereich mit nur zwei diskreten, drehzahlabhängigen Frequenzen, bezogen auf die Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichte, wobei der Vektor einen Betrag hat;
Abrufen von...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Erfassen und Korrigieren von Luft-Kraftstoff-Verhältnis- oder Drehmomentungleichgewichten in einzelnen Zylindern eines Vierzylindermotors oder Reihen aus vier Zylindern in einem V8-Motor unter Verwendung eines einzigen Sensors. Genauer bezieht sich diese Erfindung auf die Anwendung einer Frequenzbereichscharakterisierung der Muster solcher Ungleichgewichte bei ihrem Erfassen und Korrigieren.
Es besteht ein fortwährender Bedarf an einer weiteren Verfeinerung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-(L/K)-Steuerung bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen. Gegenwärtig wird L/K durch ein Kraftübertragungssteuermodul (PCM) an Bord des Fahrzeugs gemanagt. Das PCM ist so programmiert, dass es in Reaktion auf vom Fahrer initiierte Drosselklappen- und Getriebeschalthebelpositionseingaben und viele Sensoren, die wichtige Kraftübertragungs-Betriebsparameter liefern, arbeitet. Das PCM umfasst einen Digitalrechner mit geeignetem Verarbeitungsspeicher und geeigneten Ein-/Ausgabevorrichtungen und dergleichen zum Managen von Motorkraftstoffzufuhr- und Zündvorgängen, automatischen Getriebeschaltvorgängen und anderen Fahrzeugfunktionen. Im Fall solcher Motorvorgänge empfängt der Rechner Signale von mehreren Sensoren wie etwa einem Kurbelwellen-Positionssensor und einem Abgassauerstoffsensor.
Unter den Betriebsbedingungen eines erwärmten Motors arbeitet das PCM in einer Regelungsbetriebsart mit kontinuierlicher Rückführung unter Verwendung von Spannungssignalen von einem Sauerstoffsensor, die sich auf den Sauerstoffgehalt des Abgases beziehen. Die Kurbelwellen-Winkelpositionsinformationen von dem Kurbelwellensensor und Eingaben von anderen Sensoren werden dazu verwendet, die Zeitpunkte und die Dauer von Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Arbeitszyklen zu managen. Viele Jahre lang sind im Zusammenhang mit PCMs Zirkonoxid-basierte Festkörperelektrolyt-Sauerstoffsensoren für die rechnergestützte Regelung von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beim Zuführen von Benzin zu den Zylindern des Motors in Mengen in der Nähe eines stöchiometrischen L/K verwendet worden. Das PCM ist zugunsten der höchsten Leistung des Dreiwegekatalysators für einen Motorbetrieb in der Nähe des stöchiometrischen L/K programmiert.
Mit dem stufenweisen Einführen strengerer Emissionsstandards entsteht ein Bedarf an einer weiteren Verfeinerung von Kraftfahrzeugtechnologien für die Emissionsreduktion. Eine solche Verfeinerung ist die Verwendung eines (Weitbereichs-)L/K-Sensors mit linearem Ansprechverhalten in dem (den) Abgasrohr(en) anstelle des gegenwärtigen (nichtlinearen) schaltenden Zirkonoxid-Sauerstoffsensors. Versuche haben gezeigt, dass wegen der von einem linearen L/K-Sensor angebotenen genaueren L/K-Steuerung wesentliche Reduktionen der Endrohr-NOx-Emissionen möglich sind.
Eine zweite Verfeinerung ist das Verbessern des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs durch Verdünnen des Luft-Kraftstoff-Gemischs mit Luftüberschuss (Magerverbrennung) oder mit Abgasrückführung (externer AGR). Der maximale Nutzen wird bei dem höchsten Verdünngrenzwert erreicht. Jedoch ist der Grenzwert bei einem Mehrzylindermotor durch das Eintreten von Teilverbrennungen und die Möglichkeit einer Fehlzündung in dem (den) Zylinder(n), der (die) das magerste Gemisch enthält (enthalten), beschränkt. Dies kommt wegen einer schlechten Verteilung an Luft, Kraftstoff oder AGR in verschiedenen Zylindern vor. Folglich wird eine neue Fähigkeit zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses jedes einzelnen Zylinders durch Software benötigt. Hier würde die Erfindung nur eine Variable (z. B. die Luft, den Kraftstoff oder den Zündfunken) steuern, um ein gleichmäßiges L/K oder Drehmoment in allen Zylindern zu erzeugen, da nur eine einzige Variabel (L/K, O₂ oder Drehmoment) gemessen würde. Natürlich können Einschleifen-Rückführungs-Controller um verschiedene Sensoren unabhängig arbeiten, um die Luft, den Kraftstoff oder den Zündfunken in jedem Zylinder zu steuern.
Eine weitere Motivation für eine L/K-Steuerung sämtlicher Zylinder ist die Kosteneindämmung. Bei Anwendungen für sehr niedrige Emission werden Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit hoher Genauigkeit (d. h. sehr kleinen Toleranzen von weniger als 3%) für erforderlich gehalten. Das Erreichen dieses Toleranzgrades, falls überhaupt möglich, wäre kostspielig. Eine bessere Lösung wären Softwaremittel zum Kompensieren der Unterschiede zwischen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in Echtzeitbetrieb des Motors. Eine weitere Quelle von Zylinderungleichgewichten in einem Mehrzylindermotor ist die inhärente Motorfehlverteilung infolge veränderlicher Fähigkeiten zur Belüftung der verschiedenen Zylinder. Die Luftfehlverteilung kann zu L/K- oder Drehmomentungleichgewichten führen, wofür eine Softwarelösung gesucht wird.
Es wurde eine neue Emissionsreduktionsstrategie entwickelt, um Kraftstoff-, Luft- oder Zündungleichgewichte zwischen Zylindern eines Dreizylinder-Benzinmotors zu erfassen und zu korrigieren. Jener Prozess ist in US 6 668 812 B2 mit dem Titel ”Individual Cylinder Controller for Three-Cylinder Engine”, das an den Anmelder dieser Erfindung übertragen ist, offenbart. Dieser Prozess für einen Dreizylindermotor muss für einen Vierzylindermotor modifiziert und einen solchen erweitert werden, wobei nun eine Einzelzylinder-Steuerstrategie für einen Vierzylinder-Benzinmotor entwickelt werden muss.
Ferner wird in der US 2003/0 209 235 A1 die zylinderindividuelle Regelung einer Dreizylinder-Brennkraftmaschine beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, das Signal eines stromab der Zylinder gelegenen Abgassensors über der Zeit aufzunehmen und einer Fourier-Transformation zu unterziehen, um somit einen Ungleichgewichtsvektor zu generieren. Der Ungleichgewichtsvektor wird auf zwei abgerufene Ungleichgewichts-Referenzvektoren projiziert, um daraus entsprechende Korrekturbeiträge für die eingespritzte Kraftstoffmenge zu ermitteln. Diese Beiträge werden dann zur Korrektur der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendet.
In der US 6 021 758 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zylindergleichstellung bei einer Brennkraftmaschine beschrieben. Hierbei wird das Signal des Drehzahlsensors über der Zeit aufgenommen und einer Fourier-Transformation unterzogen. Aus dem Verlauf des Phasenwinkels wird eine Korrektur der eingespritzten Kraftstoffmenge abgeleitet.
In der DE 100 55 192 A1 wird eine Rundlaufregelung für einen Dieselmotor beschrieben. Dabei werden die Beiträge der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zur Drehbeschleunigung ermittelt, indem der Drehzahlverlauf über der Zeit aufgenommen und Fourier-Transformiert wird. Aus den Fourier-Koeffizienten bei der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung wird eine Gleichstellung der Zylinder abgeleitet.
Eine starke Motivation für die Erfassung und die Korrektur von Einzelzylinder-Kraftstoffungleichgewichten ist die kostengünstige Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs, des Fahr- bzw. Betriebsverhaltens und der Reduktion von Abgasemissionen. Durch Verwendung von Hochpräzisions-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, d. h. Spezifizieren von Einspritzvorrichtungen mit Kraftstoffzufuhrtoleranzen von weniger als drei Prozent, können Kraftstoffzufuhrungleichgewichte möglicherweise reduziert werden. Das Erzielen dieses hohen Grads an Fertigungsgenauigkeit, falls möglich, wäre kostspielig.
Dieser Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zuschaffen, das sich diesem Problem bei Vierzylindermotorreihen, die in einen gemeinsamen Abgaskanal ausstoßen, durch Verwendung eines an Bord vorhandenen Mikroprozessors zuwendet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dieser Erfindung wird ein Prozess geschaffen, der jegliches Ungleichgewicht der Luft- oder Kraftstoffabgabe zwischen allen Zylinder eines Vierzylindermotors oder getrennt in jeder Reihe eines V8-Motors korrigieren würde. Solche Ungleichgewichte sind beispielsweise mittels eines Sauerstoffsensors, eines Weitbereichs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-(L/K)-Sensors oder eines Motordrehmomentsensors erfassbar. Die Vorteile im Hinblick auf die Reduktion von Emissionen, den Kraftstoffverbrauch und das Fahr- bzw. Betriebsverhalten hängen von dem Grad der in dem Motor vorhandenen L/K-Ungleichgewichte oder Drehmomentungleichgewichte ab und sind motorabhängig. Allgemein wird geschätzt, dass der Nutzen ebenso von der Abgasanlagenkonfiguration abhängt. Beispielsweise ist der Nutzen bei einem V8-Motor mit dualen Reihen mit unterschiedlichen Rohrlängen größer, wenn ein einziger Sensor für die Steuerung verwendet wird und wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen größere Toleranzen haben.
Eine Hauptursache, jedoch nicht unbedingt die einzige Ursache von Zylinder-L/K-Ungleichgewichten bei einem Motor mit Kraftstoffeinspritzung sind unterschiedliche Abgaberaten der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen. Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sind komplizierte, präzisionsgefertigte Vorrichtungen, jedoch können die Abgaberaten von ”identischen” Kraftstoffeinspritzvorrichtungen um bis zu ±5% schwanken. Folglich darf erwartet werden, dass der Normalbetrieb eines Satzes solcher Einspritzvorrichtungen auch dann, wenn das PCM gleiche ”Einspritzvorrichtung ein”- Zeitpunkte spezifiziert, zur Abgabe von schwankenden Kraftstoffmengen in die jeweiligen Zylinder führt. Wenn sich die Luftdurchflussmenge oder die Abgasrückführungsrate nicht im Verhältnis zu den Kraftstoffungleichgewichten verändert, kann es wesentliche Unterschiede des L/K und/oder des Drehmoments unter den Zylindern geben.
Bei einem Vierzylindermotor (oder einem V8-Motor mit dualer Abgasanlage) verursachen Einzelzylinder-Fehlverteilungen von Luft, Kraftstoff und AGR Schwankungen der momentanen Sauerstoffsensorspannungen, gemessen stromabwärts von dem Konfluenzpunkt in dem Abgaskrümmer. Diese O₂-Sensorspannungen sind für das L/K der Zylinder repräsentativ. Das eigentliche L/K-Signal ist zu den aufeinander folgenden Ausstößen der vier Zylinder periodisch, jedoch bleibt das periodische Muster, speziell dann, wenn das Muster hauptsächlich durch Abweichungen in den Kraftstoffeinspritzvorrichtungsabgaben bedingt ist, über einen längeren Motorbetrieb gleich. Jedes willkürliche Muster von Unterschieden zwischen Zylindern im L/K-Verhältnis kann durch eine Kombination von einfacheren L/K-Grundmustern, die hier als ”Schablonen” bezeichnet werden, dargestellt werden. Bei dieser Darstellung besteht eine Schablone aus einem eindeutigen Muster aus -1, 0- und +1-L/K-Einheiten (oder -Drehmomenteinheiten) oder einem Vielfachen davon in jedem Zylinder. Im Kontext mit der Zylinder-L/K-Steuerung bedeutet ein negatives Vorzeichen ein kraftstoffreiches L/K und ein positives Vorzeichen ein kraftstoffarmes L/K, während 0 ein stöchiometrisches L/K für ein bestimmtes Zylinder-Ausstoßereignis bedeutet. Hierbei geben die Werte –1 und +1 einfach ein fettes und ein mageres L/K an, ohne die Größe bzw. den Betrag der Abweichung des Verhältnisses von dem stöchiometrischen Wert von typischerweise 14,7 bei den gebräuchlichsten Benzinkraftstoffen, die heutzutage verfügbar sind, anzugeben.
Offensichtlich könnte jeder Zylinder ein fetteres oder mageres L/K erfahren, wenn das PCM versuchte, das Gesamt-L/K auf das stöchiometrische Verhältnis zu steuern. Jedoch ist in Verbindung mit dieser Erfindung festgestellt worden, dass die Muster aller Möglichkeiten nicht unabhängig voneinander sind. Es stellt sich heraus, dass die Anzahl von unabhängigen Grundmustern bei dieser Darstellung gleich der Anzahl von Zylindern ist. Speziell bei einem Vierzylindermotor kann jedes unbekannte Muster von Ungleichgewichten auf eine einzige Kombination aus vier Mustern T₁, T₂, T₃ und T₄, wie sie in 1 gezeigt sind, reduziert werden. In 1 ist die Schablone T₁ das Muster +1, +1, +1, +1 (beispielsweise fettes L/K) für die Zylinder 1, 2, 3 bzw. 4. Die Schablone T₂ ist das Muster –1, +1, –1, +1 (z. B. abwechselnd fettes und mageres L/K) für die Zylinder 1, 2, 3 bzw. 4. Die Schablone T₃ ist das Muster +1, 0, –1, 0. Und die Schablone 4 besitzt das Muster 0, +1, 0, –1.
Es ist in Verbindung mit dieser Erfindung ferner entdeckt worden, dass das Muster von unbekannten Vierzylinder-L/K-Ungleichgewichten (oder -Drehmomentungleichgewichten) mit den Größen bzw. Beträgen (a₁, a₂, a₃ und a₄) durch geeignete Gewichtungsfaktoren (b₁, b₂, b₃ und b₄), die auf die Werte der Ausdrücke jeder Schablone angewandt werden, eindeutig auf die oben angeführten Schablonen bezogen werden können (1). Folglich ist die Kenntnis des Satzes von Koeffizienten (b₁, b₂, b₃ und b₄) äquivalent zur Kenntnis der unbekannten Werte der Ungleichgewichte (a₁, a₂, a₃ und a₄) in den vier Zylindern des Motors. Folglich kann ein Ungleichgewicht (V) beispielsweise im Luft-Kraftstoff-Verhältnis (L/K) oder im Drehmoment wie folgt bestimmt werden: V = b1T1 + b2T2 + b3T3 + b4T4
Die Koeffizienten können positive oder negative Werte oder den Wert null besitzen. Für jede Schablone T_i ist der Koeffizient b_i eine durch die Größe bzw. den Betrag der gemessenen Ungleichgewichte bestimmte Konstante. Häufig wird bevorzugt, dass die Koeffizienten Werte besitzen, die als Prozentsätze der Zylinder-Gewichtungsfaktoren der Schablone ausgedrückt sind.
Jede Schablone von Zylinderungleichgewichten ergibt ein diskretes Frequenzspektrum von Ausgangsdaten (z. B. Sauerstoffsensordaten oder Drehmomentsensordaten), deren Größen nur bei einer endlichen Anzahl von Frequenzen ungleich null sind. Im Fall von vier Zylindern werden bestimmte Frequenzspektrumseigenschaften festgestellt, die bei der Steuerung von einzelnen Zylindern gemäß dieser Erfindung verwendet werden können. Für die Schablonen T₃ und T₄ besitzt das Frequenzspektrum nur zwei Linien. Die erste Linie liegt bei einer Grundfrequenz ω₁, die der Motordrehzahl entspricht. Die zweite Linie liegt bei dem Zweifachen der Grundfrequenz. Für T₃ und T₄ sind die Größen bzw. Beträge ungleich null (bei ω₁ und 2ω₁) gekoppelt, so dass sie gemeinsam zunehmen oder abnehmen. T₃ und T₄ sind Schablonen, die durch eine Folge von +1-, 0-, –1-Zylinderwerten gekennzeichnet sind. Diese Kopplung bei der ersten Harmonischen wird in dem vorliegenden Verfahren zur Korrektur von Zylinderungleichgewichten verwendet. Für die Schablone T₂ (durch sich abwechselnde Minus- und Pluswerte ohne Unterbrechung durch Nullwerte gekennzeichnet) besitzt das Spektrum eine einzige Linie bei dem Zweifachen der Grundfrequenz, wobei dieses Spektrum der zweiten Harmonischen in diesem Verfahren des Korrigierens von Zylinderkraftstoff- oder Zylinderluftungleichgewichten verwendet wird.
Es stellt sich außerdem heraus, dass das Muster von T₁, das in allen Zylindern gleich fett oder mager ist, in dem PCM durch die gegenwärtige Re gelung unter Verwendung eines O₂-Sensors korrigiert wird. Alternativ wird jeder durch einen Drehmomentsensor gemessene übermäßige Drehmomentpegel durch Positionieren eines variablen Ventilstellglieds in den Einlassventilen in einem Mehrzylindermotor mittels einer Rückkopplungsschleife korrigiert. Daher muss diese Schablone beim Erfassen von Ungleichgewichten a₁, a₂, a₃ und a₄ nicht verwendet werden. Wie noch gezeigt wird, können die gesamten Ungleichgewichte unter einer L/K-Regelung durch geeigneten mathematischen Vergleich mit Daten, die anhand von im Voraus experimentell bestimmten Werten für die Muster T₂, T₃ und T₄ zusammengestellt worden sind, erfasst werden.
Referenzwerte für die Schablonenmuster T₂, T₃ und T₄ werden an einem ausbalancierten Vierzylindermotor (d. h., dass alle Zylinder anfänglich auf einem stöchiometrischen L/K- oder einem anderen spezifizierten L/K- oder Drehmoment-Referenzpegel sind) erstellt, indem der Motor mit kalibrierten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (oder Einlassventilen) betrieben wird, um vorsätzlich nacheinander die drei Schablonen-Zylindervariationsmuster bei den gewünschten kraftstoffreichen oder kraftstoffarmen Pegeln (bzw. Luftdurchflussmengen) aufzuerlegen bzw. aufzuprägen. Dieser Kalibrierungsprozess wird bei ausgewählten, repräsentativen Betriebsdrehzahlen und Lasten für den Motor über eine hinreichende Anzahl von Motorzyklen ausgeführt, um die entsprechende O₂-Sensor-(Weitbereichs-L/K-Sensor- oder Drehmomentsensor-)Ausgabe bei aufeinander folgenden Kurbelwellenpositionen zu erhalten. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Weitbereichs-L/K-Sensor oder ein Drehmomentsensor verwendet. Beispielsweise könnte bei jeder Motordrehzahl und Last das Muster T₃ durch ein mageres Ungleichgewicht von +10% des stöchiometrischen L/K in dem Zylinder Nr. 1, ein fettes Ungleichgewicht von –10% des stöchiometrischen L/K in dem Zylinder Nr. 3, während die Zylinder Nr. 2 und Nr. 4 bei stöchiometrischem L/K betrieben werden, er zeugt werden. Dann könnten Ungleichgewichte gleicher Größe in Übereinstimmung mit den T₂- und T₄-Mustern aufgeprägt werden. Beispielsweise würden unter der Annahme von 24X verfügbaren Kurbelwellenpositionssignalen über eine Kurbelwellenumdrehung alle 15° Kurbelwellenumdrehung Sauerstoffsensordaten durch das PCM gesammelt. Bei einem V8-Motor würden pro Ereignis sechs Abtastwerte gesammelt. Falls erwünscht könnte pro Motorereignis ein gemittelter Abtastwert erhalten werden.
Die Kalibrierungsdaten von dem O₂-(oder Weitbereichs-L/K- oder Kurbelwellendrehmoment-)Sensor für jede Schablone T₂, T₃ und T₄ bei gewünschten, repräsentativen Motordrehzahlen (min^–1) und Lasten (durch den Krümmer-Absolutdruck, MAP, oder die Krümmer-Luftdurchflussmenge, MAF) repräsentiert) werden der diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterzogen, um ihr Frequenzspektrum zu bestimmen. Das diskrete Spektrum ist durch einen Vektor mit gegebenen Phasenwinkel- und Betragsinformationen bei verschiedenen Frequenzen, bezogen auf die Basis-Motordrehzahl und ihre höheren Harmonischen, repräsentiert. Diese Informationen werden zusammen mit interpolierten Daten oder geeigneten analytischen Gleichungen in PCM-Tabellenverweisen zur Bezugnahme durch das PCM während der Zylinder-Luft- oder -Kraftstoffungleichgewichterfassung in einem Fahrzeug gespeichert. Im Fall einer Reihe von vier Zylindern sind die DFT-Vektoren für die gewählten Schablonen T₂, T₃ und T₄ per Konstruktion orthogonal zueinander.
Wenn die Referenzdaten für die transformierten Schablonen erstellt sind, können Kraftstoff- oder Luftungleichgewichte in dem arbeitenden Motor erfasst und falls notwendig korrigiert werden. Insoweit, als Ungleichgewichte zwischen Zylindern hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung oder des Lufteinlasses durch Einspritzvorrichtungs- oder Einlassventilabgabeschwankungen bedingt sind, wird erwartet, dass solche Ungleichgewichte einem regelmäßigen Muster folgen, wobei, sobald sie erfasst sind, eine geeignete Korrektur wirksam bleiben kann, bis eine weitere Benutzung der Einspritzvorrichtungen oder Einlassventile das Niveau bzw. den Pegel von Ungleichgewichten verändert hat. Demgemäß können die Erfassungs- und Korrekturteile dieser Erfindung nicht fortwährend betrieben werden. Jedoch können sie, wie noch zu sehen ist, auf Grund der Konvergenzgeschwindigkeit und der Rechenleistung auch so häufig wie erforderlich durch das PCM betrieben werden.
Der Erfassungsprozess wird durch das PCM eingeleitet und umfasst das Sammeln und Speichern von Sauerstoffsensor-(Weitbereichs-L/K- oder Drehmomentsensor-)Daten bei aufeinander folgenden Kurbelwellenwinkelsignalen über einige wenige Motorzyklen. Ein vollständiger Kraftstoffzufuhrzyklus, der beispielsweise 48 Datenpunkte liefert, kann geeignet sein. Jedoch wird gewöhnlich bevorzugt, Daten über mehrere Zyklen zu sammeln. Diese Daten werden der diskreten Fourier-Transformation unterzogen, um die Phase und den Betrag, die einen einzigen Vektor von Ungleichgewichten repräsentieren, zu erhalten.
Der erfasste Luft- oder Kraftstoffungleichgewichtsvektor wird mathematisch zerlegt, um die jeweiligen Beiträge der drei zueinander orthogonalen Referenzvektoren, T₂, T₃ und T₄, zu dem Gesamtvektor von gemessenen Ungleichgewichten zu bestimmen. Mit anderen Worten, die Koordinaten des Ungleichgewichtsvektors in Form der Phasenwinkel der Referenzvektoren und des Verhältnisses ihrer jeweiligen Beträge werden durch herkömmliche mathematische Praktiken bestimmt. Die Umsetzung des Ungleichgewichtsvektors in drei Komponentenvektoren ermöglicht die Korrektur der Kraftstoffzufuhrungleichgewichte durch das PCM. Das PCM bestimmt die ”Entgegengesetzte” der drei Komponenten von Ungleichgewichtsvektoren, d. h. Vektoren, die denselben Betrag besitzen, jedoch eine 180°-Phasendifferenz aufweisen, und berechnet die Luft- oder Kraftstoffzufuhrkorrekturen, die anschließend auf jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung (oder jeden Einlassventilhub) angewandt werden müssen, um die Ungleichgewichte, die andernfalls in den jeweiligen Zylindern vorhanden wären, zu korrigieren. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtungs- oder Einlassventilhubkorrekturen werden Zyklus um Zyklus vorgenommen, bis das erfasst Niveau von Ungleichgewichten unter einen gegebenen Schwellenwert gebracht ist.
Wie angeführt worden ist, kann der vorliegende Prozess in Reaktion auf Signale von einem Abgassauerstoffsensor, einem Weitbereichs-Abgas-L/K-Sensor, einem Kurbelwellen-Drehmomentsensor heutiger Produktion oder anderen geeigneten Sensoren, die durch ein PCM zur Kraftstoff-, Luft- oder Zündfunkensteuerung bei einem Vierzylindermotor verwendet werden, angewandt werden. Bekannterweise kann die Kraftstoffsteuerung für einzelne Zylinder durch eine PCM-Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-”Einschaltzeit” gesteuert werden. Ähnlich kann die Luftverteilung an die Vierzylinderreihen durch eine PCM-Steuerung von Lufteinlassventil-Stellgliedern gemanagt werden. Außerdem können in Übereinstimmung mit dieser Erfindung erfasste Ungleichgewichte im Drehmoment von einzelnen Zylindern durch eine PCM-Steuerung der Kraftstoff- oder Luftabgabe oder der Zündzeitpunkte bezüglich jedes Zylinders korrigiert werden.
Bei den oben beschriebenen Referenzschablonen wird wegen der verbreiteten Praxis des Betreibens von Motoren bei ungefähr stöchiometrischem L/K zugunsten des besten Betriebs von gegenwärtigen Abgaskatalysatoren ein stöchiometrisches L/K von im Allgemeinen etwa 14,7 bei gegenwärtigem handelsüblichem Benzin als mittlerer L/K-Wert verwendet. Jedoch wäre, falls gewünscht wird, den Motor kraftstoffreich, z. B. bei einem L/K = etwa 10 bis 14,7, zu betreiben, der Mittelwert für die Schablonen ein in diesem Bereich gewählter Wert. Ähnlich würde, wenn ein Betrieb in einer kraftstoffarmen Betriebsart, z. B. bei einem L/K = etwa 14,7 bis 60, gewünscht wird, ein mittlerer Schablonenwert im Magerbereich verwendet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
1 ist eine graphische Darstellung von vier mit T₁ bis T₄ bezeichneten Referenz-Kraftstoffzufuhrungleichgewichtsschablonen, die in der Praxis dieser Erfindung für einen Vierzylindermotor verwendet werden. Die horizontale Achse repräsentiert die Zylindernummer, während die Aufwärtspfeile das kraftstoffarme L/K, und die Abwärtspfeile das kraftstoffreiche L/K für die jeweiligen Zylinder um den Referenzwert für Stöchiometrie (oder ein anderes gewähltes L/K) repräsentieren. Außerdem ist in 1 ein Beispiel einer unbekannten Kraftstoffungleichgewichtsschablone zusammen mit Gleichungen, die Beitragsbeziehungen der Referenzschablonen zu der unbekannten Ungleichgewichtsschablone zeigen.
2 zeigt die Projektionen eines Ungleichgewichtsvektors T auf seine orthogonalen Komponenten T₂ (bei ω₂, wobei ω₂ die 2. Harmonische der Motordrehzahl ist) sowie T₃ und T₄ (beide bei ω₁, wobei ω₁ die 1. Harmonische ist). T₃ ist senkrecht zu T₄ in der ω₁-Ebene, während T₂ auf der ω₂-Achse liegt und senkrecht zu der durch T₃ und T₄ gebildeten Ebene ist.
3A–3C sind Ablaufpläne eines geeigneten Algorithmus für die Offline-Berechnung von Reaktionen auf reine T₂-, T₃- und T₄-Ungleichgewichte der Größe bzw. des Betrags d₂₀, d₃₀ und d₄₀ bei einem ausbalancierten Vierzylindermotor.
4A–4B sind ein Ablaufplan eines Algorithmus für die Echtzeiterfassung von Kraftstoffzufuhrungleichgewichten bei einem Vierzylindermotor.
5 ist ein Ablaufplan eines Einachsenverfahrens für die Echtzeitkorrektur von Kraftstoffzufuhrungleichgewichten bei der 1. Harmonischen für einen Vierzylindermotor.
6 ist ein Ablaufplan eines Gesamtbetragsverfahrens für die Echtzeitkorrektur von Kraftstoffzufuhrungleichgewichten bei der 1. Harmonischen für einen Vierzylindermotor.
7 ist ein Ablaufplan für eine Echtzeitkorrektur von Kraftstoffzufuhrungleichgewichten bei der 2. Harmonischen bei einem Vierzylindermotor.
8A–8D zeigen einen Algorithmusablaufplan eines für eine Gesamt-Einzelzylinder-Kraftstoffsteuerung, der die oben erwähnten vorhergehenden Schritte enthält.
9 ist ein Graph, der ein Beispiel einer diskreten Fourier-Transformierten von L/K-Ungleichgewichten bei einem Vierzylindermotor, die neben dem statisch Wert bei ω = 0 nur Spektrallinien bei der Frequenz ω₁, die der Basis-Motordreh zahl entspricht, und ihrer höheren Harmonischen ω₂ = 2ω₁ besitzt.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel von zwei möglichen Vektoren T₃ und T₄ nach diskreter Fourier-Transformation (DFT) mit ihren jeweiligen Beträgen und Phasenwinkeln φ₃ und φ₄ zeigt.
11 ist ein Graph, der einen allgemeinen Ungleichgewichtsvektor (Betrag R und Phasenwinkel θ) und Schablone-T₃- und -T₄-Beiträge mit den Beträgen R₃ und R₄ und den Phasenwinkeln φ₃ und φ₄ zeigt. Die Winkel zwischen dem gemessenen Ungleichgewichtsvektor und den einzelnen beitragenden Ungleichgewichtsvektoren T₃ und T₄ sind als θ₃ bzw. θ₄ ausgewiesen.
Ein willkürliches Muster von Unterschieden zwischen Zylindern im L/K-Verhältnis kann durch eine Kombination von einfacheren Grund-L/K-Mustern, die hier als ”Schablonen” bezeichnet werden, dargestellt werden. Bei dieser Notation bzw. Darstellung besteht eine Schablone bei jedem Zylinder aus einem eindeutigen Muster aus lediglich –1, 0- und +1-L/K-Einheiten. Der Nullwert bezeichnet ein stöchiometrisches Masse-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (L/K), während das negative und das positive Vorzeichen ein kraftstoffreiches bzw. ein kraftstoffarmes L/K bedeuten. Im Fall eines Magerverbrennungs-Motorbetriebs kann der Wert Null ein spezifiziertes relativ hohes L/K bezeichnen, wobei das negative und das positive Vorzeichen dann ein kraftstoffreicheres bzw. ein kraftstoffärmeres L/K bedeuten.
Bei einem Vierzylindermotor kann jedes unbekannte Muster von Ungleichgewichten auf eine Kombination von vier Grundmustern T₁, T₂, T₃ und T₄, die in 1 gezeigt sind, reduziert werden. Wie in 1 zu sehen ist, besitzt die Schablone 1 das Muster +1, +1, +1, +1 für die Zylinder 1, 2, 3 bzw. 4. Dieses Muster repräsentiert einen vollständigen Kraftstoffzufuhrzyklus für die Zylinder 1–4 des Motors, obwohl der wirkliche Kraftstoffzufuhrablauf der Zylinderreihenfolge 1, 3, 4, 2 entsprechen kann. Die Schablone 2 ist das Muster –1, +1, –1, +1 für die Zylinder 1, 2, 3 und 4; die Schablone 3 repräsentiert das Muster +1, 0, –1, 0, während die Schablone 4 das Muster 0, +1, 0, –1 repräsentiert.
Bei der Entwicklung dieser Erfindung ist genau nachgewiesen worden, dass diese vier Schablonen eine Basis zum Erfassen jedes Musters von Kraftstoffzufuhrungleichgewichten bei einer Vierzylindermotorreihe liefern. Ein ähnliches Argument gilt für Drehmomentungleichgewichte zwischen Zylindern infolge einzelner Einlassventilunterschiede. In 1 zeigt die obere Schablone eine Vierzylindermotor-Betriebssituation unbekannter L/K-Ungleichgewichte (a₁, a₂, a₃ und a₄) für die Zylinder 1, 2, 3 bzw. 4). Jedes Muster aus solchen unbekannten Zylinderungleichgewichten (ob nun L/K-Ungleichgewichten, Drehmomentungleichgewichten oder Zündzeitpunktungleichgewichten) kann durch geeignete Gewichtungsfaktoren (b₁, b₂, b₃ und b₄), die entsprechend auf die Werte der Ausdrücke jeder Schablone T₁, T₂, T₃ und T₄ angewandt werden, eindeutig auf die obigen vier Schablonen bezogen werden. 1 zeigt die anwendbaren Gleichungen, die die Kraftstoffzufuhrungleichgewichte a₁, a₂, a₃ und a₄ auf ihre Zylindergegenstücke in den vier Referenzschablonen beziehen. Folglich ist die Kenntnis der Sätze von Koeffizienten (b₁, b₂, b₃ und b₄) äquivalent zur Kenntnis der unbekannten Werte der Ungleichgewichte (a₁, a₂, a₃ und a₄) bei den vier Zylindern des Motors. Die Koeffizienten (b₁, b₂, b₃ und b₄) können positive oder negative Werte oder den Wert null besitzen. Häufig wird bevorzugt, dass die Koeffizienten Werte besitzen, die als Prozentsätze der Zylinder-Gewichtungsfaktoren der Schablone ausgedrückt sind.
Eine genaue Untersuchung von Zylinder-Ungleichgewichtsschablonen enthüllt die folgenden Eigenschaften. Jede Schablone besitzt ein diskretes Frequenzspektrum, dessen Größen nur bei einer endlichen Anzahl von Frequenzen ungleich null sind. Für die Schablonen T₃ und T₄ besitzt das Spektrum nur zwei Linien. Die erste Linie liegt bei einer Grundfrequenz ω₁, die der Motordrehzahl entspricht. Die zweite Frequenz ist das Zweifache der Grundfrequenz. Die Schablone T₁ gibt ein gleichmäßiges L/K über alle Zylinder an, wobei ihr Spektrum nur bei ω = 0 einen Wert ungleich null besitzt. Diese statische Komponente (mit dem Gewichtungsfaktor b₁) wird gewöhnlich durch den Controller für die Regelung des mittlern L/K eliminiert und kann gestrichen werden. Daher bleiben nur drei unbekannte Schablonenfaktoren b₂, b₃ und b₄.
Für T₃ und T₄ sind die Größen ungleich null (bei ω₁ und 2ω₁) gekoppelt, so dass alle Änderungen einer Frequenz Auswirkungen auf die andere haben, d. h., dass sie gemeinsam zunehmen oder abnehmen. Dies bedeutet, dass nur auf die Beiträge bei der Grundfrequenz ω₁ Wert gelegt werden muss. Diese Beobachtung ist wichtig, da sie die Sensorbandbreitenanforderung für die Erfassung und Korrektur von Ungleichgewichten reduziert. Die Elimination von Ungleichgewichten bei der Grundfrequenz für jede Schablone T₃ und T₄ führt zu einem perfekt ausgeglichenen L/K bezüglich dieser Komponenten in allen Zylindern.
Für die Schablone T₂ besitzt das Spektrum eine einzige Linie bei dem Zweifachen der Grundfrequenz.
Bei Vorhandensein von L/K-Ungleichgewichten gibt eine Fourier-Reihen-Analyse des L/K-Signals an, dass das Frequenzspektrum des L/K-Signals aus mehreren (unendlich vielen) Harmonischen besteht, jedoch das Spektrum von der ersten und der zweiten Harmonischen dominiert wird. Die erste Harmonische (oder Grundharmonische) ω₁ hängt von der Motordrehzahl ab. Höhere Harmonische sind ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz ω₁.
Jedes einzelne linear unabhängige Muster von Ungleichgewichten, das anhand des Satzes [–1, 0, +1] gewählt wird, bildet eine mögliche, obwohl unvollständige Lösung und wird als Ausgleichsschablone bezeichnet. Im Allgemeinen sind zum Beseitigen von Ungleichgewichten bei einem 4-Zylindermotor vier Schablonen erforderlich, damit eine eindeutige (und vollständige) Lösung erhalten wird. Das Frequenzspektrum jeder Ausgleichsschablone ist im Allgemeinen aus bis zu drei Frequenzen zusam mengesetzt. Bei dem in Systemen heutiger Herstellung durch den Haupt-Kraftstoff-Controller gesteuerten mittleren L/K wird die Gleichkomponente von Ungleichgewichten (T₁ in 1) irrelevant und kann ausgeschlossen werden. Dies hinterlässt nur drei Ausgleichsschablonen mit diskreten Frequenzspektren ungleich null, die nur aus zwei Frequenzen bestehen. 9 ist ein Graph, der ein Beispiel einer diskreten Fourier-Transformierten DFT eines L/K-Signals (beispielsweise von einem erwärmten Abgas-O₂-Sensor) in einem Vierzylindermotor zeigt.
In der Praxis dieser Erfindung werden Abgassensor- oder Drehmomentsensorsignale Fourier-Transformationen unterzogen. Für ein Sensorsignal x(n), das in diskreten Zeitintervallen n = 0, 1, ..., N – 1 abgetastet wird, ist die Fourier-Transformierte durch den folgenden Ausdruck definiert:
Hierbei ist j = √–1 die komplexe Zahl, N = Gesamtanzahl von Datenpunkten und k = Anzahl von Spektrallinien in der Fourier-Transformierten. Das resultierende Spektrum besitzt nur bei einer diskreten Anzahl von Frequenzen ω_k = 2πkn/N Werte ungleich null und wird folglich die Diskrete Fourier-Transformierte (DFT) genannt. Die Diskrete Fourier-Transformierte bildet N komplexe Zahlen x(n) in N komplexe Zahlen X(k) ab. In diesem Fall besitzen die Abtastwerte von dem Sensorsignal x(n) nur Realteile.
Zugunsten der Rechenleistung gibt es dann, wenn die Anzahl von Sensordatenpunkten eine Zweierpotenz ist (d. h. N = 2^υ, υ = eine positive ganze Zahl), wohlbekannte effiziente Techniken zum Reduzieren der Zeit und der Komplexität von DFT-Berechnungen. Die Technik wird Schnelle Fourier- Transformation (FFT) genannt. Bei den meisten praktischen DFT-Berechnungen wird die Anzahl von Abtastwerten, falls möglich, als Zweierpotenzen (z. B. 16, 32, 64, 128 usw.) genommen, um DFT-Berechnungen zu beschleunigen.
In einem Versuch, die einzelnen Zylinder-L/K-Ungleichgewichte herauszufinden und zu beseitigen, wird vorzugsweise ein einziger Abgassensor verwendet, um nach dem Konfluenzpunkt in dem Abgaskrümmer ein L/K-(oder O₂-Konzentrations- oder Drehmoment-)Signal zu messen. Der Sensor wird mit einer Rate, die mit der Wiedergewinnung der ersten Harmonischen verträglich ist, und für eine Länge von wenigstens einem vollständigen Motorzyklus abgetastet. Es wird eine schnelle oder eine diskrete Fourier-Transformation (FFT oder DFT) des L/K-Signals ausgeführt und die Amplitude der ersten Harmonischen berechnet. Größen bzw. Beträge, die bei einer Mode größer als ein gegebener Schwellenwert sind, geben ein wesentliches Ungleichgewicht bei jener Mode an.
Sobald das Niveau bzw. der Pegel von Ungleichgewichten bei der interessierenden Frequenz erfasst worden ist, werden korrigierende Schablonen einzeln und gleichzeitig aufgeprägt, um den Pegel von Gesamtungleichgewichten in die Nähe von null zu reduzieren. Mit anderen Worten, die Steuersignale verwenden logische Schablonen, die verschiedenen Moden und modalen Formen (z. B. diskreten Moden) entsprechen. Wegen des frequenzbasierten und diskreten Wesens dieses Verfahrens (im Gegensatz zu anderen Vorschlägen, die zeitbasiert und kontinuierlich sind) wird diese Technik als Diskrete Modale Steuerung (DMC) bezeichnet.
Durch Verschieben der Aufmerksamkeit vom Zeitbereich auf den Frequenzbereich wird die Struktur der in dem L/K-Signal latent vorhandenen wesentlichen Informationen enthüllt. Bei diesem Verfahren wird keine un angebrachte Aufmerksamkeit auf Signaldetails wie etwa die hochfrequenten Komponenten oder Rauscheffekte gelegt, die bei vielen Zeitbereichsverfahren heikle Probleme bei der Synthese von Ungleichgewichten sind. Es ist außerdem wichtig anzumerken, dass kein Synchronisationssignal verwendet wird, was die mit möglichen Synchronisationsfehlern oder seinem möglichen Verlust verbundenen Gefahren vermeidet. Dies lockert auch die dynamische Bandbreiten- und Abtastratenanforderungen an den Sensor. Das Verfahren ist bis zu einer sehr hohen Genauigkeit noch wirksam, wobei das L/K-Signal nichtperiodisch sein kann. Alle diese Faktoren weisen auf ein Verfahren hin, dessen Hauptattribut Robustheit ist. Diese Technik ist einfach zu verstehen und leicht zu implementieren und hat zu einer leistungsstarken Technik für Einzelzylinder-L/K- oder -Drehmomentsteuerung geführt.
Die Technik
Das Sensorsignal wird bei einer vorgegebenen Rate (vorzugsweise zusammen mit Motorereignissen) und für eine vorgegebene Zeitperiode (vorzugsweise mehrere Motorzyklen) mit einem Abgassensor mit hinreichend weiter dynamischer Bandbreite abgetastet und gemäß dem folgenden Ablauf von drei Schritten verarbeitet:

I. Bestimmung von Phasenwinkel- und Betragsinformationen des Grundschablonenspektrums. Diese bildet den Kalibrierungsschritt und wird a priori (offline) ausgeführt und als Tabellenverweise (oder als analytische Funktionen) für die Echtzeit-Einzelzylinder-Kraftstoffzufuhrsteuerung gespeichert.
II. Erfassung von Ungleichgewichten (DFT- oder FFT-Analyse)
III. Korrektur von Ungleichgewichten (diskrete modale Steuerung oder DMC)

Wie weiter unten ausführlicher gezeigt wird, ist die Erfassung eines Ungleichgewichts in dem L/K durch einen Ungleichgewichtsvektor T repräsentiert (2). Der Ungleichgewichtsvektor T wird mathematisch in Beiträge aus den reinen Schablonenvektoren T₂, T₃ und T₄ aufgelöst. Die Schablonenvektoren T₂, T₃ und T₄ sind zueinander orthogonal, wie in 2 zu sehen ist. T₃ und T₄ werden bei der ersten Harmonischen ω₁ bestimmt und T₂ bei der zweiten Harmonischen ω₂. T₃ und T₄ liegen in der ω₁-Ebene, während T₂ auf der ω₂-Achse liegt.
Die in dem Ungleichgewichtsvektor T kumulierten unbekannten allgemeinen Ungleichgewichte a₁, a₂, a₃ und a₄ von den vier einzelnen Zylindern werden durch Anwenden der entgegengesetzten Werte –a₁, –a₂, –a₃ und –a₄ auf die jeweiligen Zylinder eliminiert. Die unbekannten Werte a₁, a₂, a₃ und a₄ werden von Beiträgen zu den Zylindern b₁, b2, b₃ und b4, die den reinen Schablonen T₁, T₂, T₃ bzw. T₄ zugeordnet sind, erhalten. Alternativ wird jeder Schablonenbeitrag b₁, b₂, b₃ und b₄ einzeln erfasst und korrigiert, um ein Gesamtgleichgewicht zu erzeugen. Es ist anzumerken, dass Techniken zum Beseitigen der ersten Schablone T₁ (d. h. der Gleichkomponente von Ungleichgewichten) Fachleuten wohlbekannt sind und daher nicht näher dargelegt werden. Somit tragen die verbleibenden Schablonen wie folgt zu den allgemeinen Ungleichgewichten bei.
Allgemeine Ungleichgewichte:

a1 = b1 – b2 + b3 a2 = b1 + b2 + b4 a3 = b1 – b2 – b3 a4 = b1 + b2 – b4

I. Kalibrierungsschritt (Bestimmung des Spektrums von Grundschablonen)
Jede Abfolge von Zylinderungleichgewichten wird zuerst auf die minimalen, bestandbildenden modalen Formen aus 3 Moden bei (bekannten) Frequenzen ω₁ und ω₂, jedoch unbekannter Amplitude reduziert. Außerdem werden für jede Mode Schwellenwerte für den zulässigen Pegel von Ungleichgewichten erstellt.
Dieser Schritt bildet die Kalibrierungsphase, in der zuerst die einzelnen Schablonen mit bekannten nominellen Beträgen d₃₀ und d₄₀ (nämlich 10% für die Schablonen T₃ bzw. T₄) direkt einem ausbalancierten Motor aufgeprägt werden. Das Frequenzspektrum des resultierenden Signals (L/K-O₂- oder Kurbelwellen-Drehmomentsensor) in Form seiner Phasen- und Betragsinformationen wird bei der gegebenen Motordrehzahl bestimmt. Diese Informationen werden zur Bezugnahme während der Erfassungsphase in Tabellenverweisen gespeichert.
Um die Tabellenverweise bei verschiedenen Motordrehzahlen und für verschiedene Lasten (MAP oder MAF) zu füllen, wird entweder die schnelle Fourier-Transformation (FFT) oder die diskrete Fourier-Transformation (DDT) angewandt. Dieser Schritt ist im Wesentlichen eine Kalibrierungsanforderung und wird offline ausgeführt. Falls erwünscht können Daten für verschiedene Betriebzustände auch stochastisch ermittelt und als Kurve aufgezeichnet werden, um so eine einfachere analytische Funktion für das Spektrum herzuleiten.
Die Prozedur für die Bestimmung der Reaktion von einzelnen Schablonen bei einer Motordrehzahl N und Last [Krümmer-Absolutdruck (MAP) oder Luftdurchflussmenge (MAF)] ist wie folgt. Es wird auf die 3A–3C Bezug genommen.
Die ausgewählten oder gemessenen Motor- und MAP- oder MAF-Werte werden zusammen mit der Motordrehzahl (min^–1) in dem PCM gespeichert, wie bei Block 300 von 3A angegeben ist. In Block 302 wird ein Satz von Parameterwerten hinsichtlich des Betrags der Schablonen T₂, T₃ und T₄, der mit d₂₀, d₃₀ bzw. d₄₀ benannt ist, gespeichert. Beispielsweise kann für d₂₀, d₃₀ und d₄₀ jeweils ein Ungleichgewichtsbetrag von 10% des stöchiometrischen L/K verwendet werden. In Block 302 werden die Anzahl von Wartezyklen N_W und die Anzahl von Signalzyklen N_F für die Ausführung von DFT-Berechnungen zusammen mit der Anzahl von Zähnen pro Umdrehung der Kurbelwelle (m) aufgezeichnet. Die Berechnungen beginnen, indem in Block 304 der Index i = 1 gesetzt wird. Der Prozess fährt dann wie folgt fort.

1. Wähle zwei unabhängige Schablonen T₃ und T₄. Diese Schablonen können gekennzeichnet sein durch T₃ = [+1, 0, –1, 0] und T₄ = [0, +1, 0, –1]
2. Verwende Kurbelwellen-mX-Signal, das in einem L4-Motor oder einem V8-Motor verfügbar ist, (z. B. m = 24) für die DFT-Berechnungen. Die Auflösung θ_r wäre dann 360°/m (d. h. 15° bei V8). Das L/K-(oder O2-)Signal wird sukzessive bei θ_i = i·θ_r abgetastet, wobei i = 1, ..., m (z. B. m = 60 für L4 oder m = 24 für V8), wie in Block 306 angegeben ist.
3. Berechne f_i = cos(θ_i) und g_i = sin(θ_i) für alle 1, ..., m. Für jede Motorfamilie erfolgt diese Berechnung ein für allemal. Ergebnisse werden für den Ungleichgewichtserfassungsschritt in Tabellenverweisen gespeichert. Diese Berechnung bei jeweiligen Kurbelwellenpositionen ist in Block 308 gezeigt. In Block 310 wird der Kurbelwellensensorindex inkrementiert, wobei die Operationen zu Block 306 zurückkehren, bis die Antwort auf die Abfrage im Kasten 312 ”ja” ist, was angibt, dass die Berechnungen für alle Kurbelwellenpositionen abgeschlossen sind. Da die Werte von sin(θ_i) und cos(θ_i) für alle Kurbelwellenwinkelinkremente von θ_i berechnet worden sind, geht der Prozess nun zum Bestimmen der Sauerstoffsensorausgaben für die interessierenden Kurbelwellenwinkel über. Bei einer positiven Antwort (ja) im Kasten 312 werden die Anfangskomponenten von Ungleichgewichten auf null gesetzt, wie im Kasten 314 gezeigt ist, wobei für die momentane Schablone, z. B. die Schablone T₃ (j = 3) ein Schablonenwert j = 2 oder 3 oder 4 angenommen wird, wie in dem Prozessflusskasten 316 angegeben ist.
4. Wende Schablone-T₃-Ungleichgewichte mit dem Betrag d₃₀ an, wie im Kasten 318 gezeigt ist (j = 3). Um die Effekte von Kraftstoff-Einschwingvorgängen zu beseitigen, werden vorzugsweise N Zyklen abgewartet, bevor die Systemreaktion bzw. die Systemantwort gemessen wird. Der Kurbelwellenwinkel wird gemessen (Block 320), überwacht (Block 322) und geprüft (Block 324, 3B), um sicherzustellen, dass vor der Datensammlung die erforderliche Anzahl von Wartezyklen N verstrichen ist. Sobald die erforderliche Anzahl von Wartezyklen verstrichen ist, werden die Berechnungen zum Block 326 übertragen, wo Indizes, die dem Kurbelwellenwinkel und der Gesamtanzahl von Signalzyklen für DFT-Berechnungen zugeordnet sind, initialisiert werden (Blöcke 328, 330 und 332). Die f_k- und g_k-Werte für den momentanen Kurbelwellenwinkel k werden aus dem Speicher abgerufen. Außerdem wird die Sauerstoffsensor-(oder Drehmomentsensor-)Ausgabe W_j(θ_k) bei dem momentanen Kurbelwellenwinkel θ_k als W_j gespeichert, Block 336. Berechne für das mit der Rate von m Abtastwerten/Umdr. abgetastete Signal die DFT (T₃) mit dem Betrag R₃₀ = |DFT(T₃)| und der Phase φ₃ = ∠DFT(T₃) oder alternativ die kartesischen Komponenten X₃₀ und Y₃₀. Beispielsweise werden die DFT-Werte in kartesischen Koordinaten über einen Motorzyklus berechnet anhand von: X30 = Σfi·W1(θi), i = 1, ..., m Y30 = Σgi·W1(θi), i = 1, ..., m,wobei W₁(θ_i) die durch die aufgeprägte Schablone T₃ bedingte Systemreaktion bei dem Kurbelwellenwinkel θ_i ist, Block 338. In den Blöcken 328–342 ist der notwendige Zyklus von Schritten zum Berechnen der DFT-Komponenten der Ungleichgewichte gezeigt. Die DFT-Komponenten werden bei den jeweiligen Kurbelwellenwinkeln berechnet, bis die Berechnung über die spezifizierte Anzahl von Zyklen abgeschlossen ist, Block 342. Wenn die Berechnungen für die erforderliche Anzahl von Zyklen N_f (Block 342) abgeschlossen ist, wird die Steuerung an den Block 344 übertragen, wo die Mittelwertskomponenten X₃₀ und Y₃₀ bestimmt werden. Die Werte von X₃₀ und Y₃₀ werden für den Schritt zur Korrektur von Ungleichgewichten in Tabellenverweisdaten gespeichert. Mit der Kenntnis dieser kartesischen Komponenten werden auch die radialen bzw. polaren Komponenten Rio und φ_j berechnet, wie in Block 346 (3C).
5. Wiederhole ähnlich den Schritt 4 für die Schablonen T₂ und T₄ mit den Beträgen d₂₀ und d₄₀. Inkrementiere für T₄ den Index J bis 4, wie in Block 348, und wiederhole alle Schritte in den Blöcken 318–346 (Schleife B). Berechne DFT (T₄) mit dem Betrag R₄₀ = |DFT(T₄)| und der Phase φ₄ = ∠DFT(T₄), wie in Block 346, oder alternativ die kartesischen Komponenten X₄₀ und Y₄₀ wie in Block 344. Speichere X₄₀ und Y₄₀ für den Schritt zur Korrektur von Ungleichgewichten in Tabellenverweisen. Sobald alle Schablonen T₂, T₃ und T₄ angewandt worden sind (positive Antwort auf die Abfrage in Block 350) und die entsprechenden Reaktionen bzw. Antworten bestimmt worden sind, geht der Prozess zu Block 352 über. 10 ist ein Graph, der ein Beispiel von zwei möglichen DFT(T₃)- und DFT(T₄)-Vektoren mit ihren jeweiligen Beträgen und Phasenwinkeln φ₃ und φ₄ zeigt. Bei diesen Schablonen für einen Vierzylindermotor liegen die Phasenwinkel der Schablonen im Allgemeinen um 120° auseinander. Wie ersichtlich ist, können die kartesischen Koordinaten dieser Vektoren durch Projektion auf die x- und y-Achsen bestimmt werden.
6. Berechne und speichere Δ = c₄ – c₃, wobei c₃ = tg(φ₃) und c₄ = tg(φ₄) ist, wie in Block 352. Dieser Wert wird in der Korrekturphase des Algorithmus verwendet.
7. Berechne und speichere ρ = cos(φ₄ – φ₃) wie in Block 352. Dieser Wert wird ebenfalls in der Korrekturphase des Algorithmus verwendet. Die Anfangs-Kalibrierungsdaten sind nun vollständig verfügbar (Ende Block 354) für die nachfolgenden Schritte zur Erfassung und Korrektur von Ungleichgewichten.

Bei der O₂-Sensor-basierte Kalibrierung muss die Kalibrierung, bedingt durch die Nichtlinearität des Sensors, bei verschiedenen Pegeln von aufgeprägten L/K-Ungleichgewichten ausgeführt werden. Alternativ können die nichtlinearen Kalibrierungskurven in konservativer Weise und dann durch iterative Korrekturen näherungsweise bestimmt werden (d. h. Schritt II).
II. Erfassung von Ungleichgewichten
Die vollständige Kenntnis der Phase und des Betrags einer willkürlichen unbekannten Ungleichgewichten zugeordneten DFT ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Erfassung und Elimination der Ungleichgewichte. Jedes willkürliche Muster von L/K-Ungleichgewichten kann in zwei Grundschablonen T₃ und T₄ (vorherrschend bei der Frequenz ω₁), eine dritte Schablone T₂ (bei der Frequenz ω₂) zuzüglich einer konstanten Schablone-T₁-Gleichkomponente zerlegt werden. Der Gleichanteil wird von dem Controller für mittleres L/K automatisch eliminiert.
Die Superposition der Dreifach-Schablonen mit geeigneten Beträgen (noch unbekannt) würde die Gesamtungleichgewichte ergeben. Bei dieser Lösung wird das Spektrum von L/K-(oder O₂- oder Drehmoment-)Sensorsignalen bei der gewünschten Frequenz, die durch die Motordrehzahl vorgeschrieben ist, durch die Berechnung der Signal-DFT bestimmt. Dies führt zu einem einzigen Vektor mit bekannter Phase und bekanntem Betrag. Wie ersichtlich ist, kommen bei diesem Verfahren sowohl Linearitäts- als auch Superpositionsprinzipien zum Tragen. Die kartesischen Komponenten der DFT des gemessenen Signals in Echtzeit und über einen Motorzyklus berechnet besitzen die folgenden Komponenten: X = ΣfiW(θi), i = 1, ..., m Y = Σgi·W(θi), i = 1, ..., m,wobei W(θ_i) der Wert des Signals, bedingt durch unbekannte Ungleichgewichte, gemessen bei dem Kurbelwellenwinkel θ_i, ist und der Index 'm' derart ist, dass der Sensor für wenigstens einen vollständigen Motorzyklus (d. h. zwei Motorumdrehungen) bei einer minimalen Abtastrate von 4X (wünschenswerte Rate ≥ 8X) gemessen wird. Wie ersichtlich ist, übertrifft ein Vierzylindermotor mit 60X diese Anforderung. Die Parameter f_i und g_i werden aus den zuvor im Schritt I definierten Tabellenverweisen eingetragen.
Ein vollständiger detaillierter Ablaufplan des Prozesses zur Erfassung von Ungleichgewichten (Schritt III) für die Schablonen T₃ und T₄ ist als 4A–4B beigefügt. Für die Schablone T₂, die Residuen lediglich bei der 2. Harmonischen besitzt, erfordert die Prozedur die Erfassung des Betrags der DFT (L/K) nur bei der 2. Harmonischen.
In den 4A–4B beginnt der Erfassungsprozess mit dem Messen des Krümmerdrucks (MAP) oder der Einlassluft-Durchflussmenge (MAF) und der Motordrehzahl (min^–1) in Block 400. Danach werden die Anzahl von für die DFT-Berechnung erforderlichen Zyklen N_F und die Anzahl von Zähnen an der Kurbelwellen-Codiereinrichtung (m) spezifiziert, Block 402. Bei Block 404 findet die Initialisierung des Indexes für den Kurbelwellenwinkel (k) und die DFT-Zylinder-Ungleichgewichtskomponenten statt. Bei jedem Kurbelwellensensorzahn k wird die Kurbelwellenposition (θ_k) gemessen (Block 406), wobei dann, wenn der Index die Gesamtanzahl von Zähnen überschreitet (Block 408), sowohl der Index als auch der Zähnewinkel eingestellt werden, wie in Block 410. Andernfalls werden in Block 412 für die momentane Wellenposition die entsprechenden Sinus- und Kosinusparameter von der oben beschriebenen Kalibrierungsprozedur abgerufen. Die Sauerstoffsensor-(oder Drehmomentsensor-)Ausgabe W(θ_k) bei dieser Kurbelwellenposition θ_k wird in Block 414 aufgezeichnet.
Nun sind die zum Berechnen des momentanen Motorbetriebsbeitrags zur DFT der Systemantwort erforderlichen Daten in dem PCM verfügbar. Die kartesischen Koordinaten der DFT-Komponenten der Ungleichgewichte werden wie oben beschrieben und in Block 416 gezeigt berechnet. An diesem Punkt werden die Zähler für die Zahnanzahl (k) und die kumulative Zahnanzahl (l) inkrementiert, Block 418. Wenn die kumulative Zahnanzahl (l) in Block 420 angibt, dass die DFT-Berechnung für die erforderlichen Anzahl von Zyklen N_f abgeschlossen ist, geht die Steuerung zu Block 422 über, wo die DFT-Komponenten berechnet werden; andernfalls kehrt die Berechnung zu Block 406 zurück. Wenn die kartesischen Komponenten einer DFT vorliegen, können die radialen Komponenten der DFT ohne weiteres berechnet werden, wie in Block 424 gezeigt ist, und kann in Block 426 der Erfassungsschritt verlassen werden.
III. Korrektur von Ungleichgewichten
Es werden zwei Verfahren für die Korrektur von Ungleichgewichten, jedes mit einmaligen Merkmalen und Vorteilen, vorgeschlagen. Das primäre Korrekturverfahren wird als Einachsen-Projektionsverfahren bezeichnet und zuerst beschrieben.
Verfahren A: Das Einachsen-Projektions-(SAP)-Verfahren
Die Beiträge von einzelnen Schablonen werden durch Zerlegung des DFT-Vektors des gemessenen Signals in die DFT-Vektoren der einzelnen Schablonen T₃ und T₄ erhalten. Für den 4-Zylindermotor sind die Grundschablonen stets bei einer 90°-Grad-Phasendifferenz. Es ist nämlich φ₄ = φ₃ + 90°. Die kartesischen Komponenten von DFTs hängen wie folgt zusammen: X = X3 + X4 Y = Y3 + Y4 = X3·tg(φ3) + X4·tg(φ4) = c3·X3 + c4·X4, wobei X_i und Y_i kartesische Komponenten der DFT der Schablone-T_i-Beiträge (noch unbekannt) sind und X und Y die (bekannten) Gesamt-DFT-Komponenten der unbekannten Ungleichgewichte, die anhand der Sensorausgabemessung berechnet worden sind, sind. 11 zeigt den Ungleichgewichtsvektor (Betrag R und Phasenwinkel θ) und die Schablonenvektoren T₃ und T₄ mit den Beträgen R₃ und R₄ und den Phasenwinkeln φ₃ und φ₄. Diese Figur ist eine schematische Darstellung von verschiedenen interessierenden DFT-Vektoren. Die Winkel zwischen dem gemessenen Ungleichgewichtsvektor und den Schablonenvektoren von T₃ und T₄ sind als θ₃ bzw. θ₄ ausgewiesen.
Die unbekannten Komponenten X₃ und X₄ werden nun durch Auflösen des obigen Satzes aus zwei Gleichungen berechnet: X3 = (c4·X – Y)/Δ X4 = (Y – C3·X)/Δ
Es sei angemerkt, dass nur eine einzige Achse gleichzeitig (d. h. nur X_i oder Y_i) behandelt wird. In Fällen, in denen entweder c₃ oder c₄ groß Werte annimmt (d. h. entweder φ₃ oder φ₄ nahe bei 90° liegt), wird X_i für Y_i in den obigen Gleichungen eingesetzt und danach fortgefahren.
Während der Kalibrierungsphase wurde festgestellt, dass die Anwendung einer einfachen Schablone T_i mit dem Referenzbetrag d_i0 zu einer DFT-Komponente X_i0 für i = 3 und 4 führte. Da das Linearitätsprinzip gilt, lässt sich schlussfolgern, dass der unbekannte Beitrag d_i jeder Schablone T_i zu dem gemessenen Ungleichgewichtsvektor in ähnlicher Weise bestimmt ist durch: di = Xi/Xi0·di0 für i = 3 und 4
Mit anderen Worten, es ergibt sich: d3 = d30· (c4·X – Y)/(Δ·X30) d4 = d40·(Y – c3·X)/(Δ·X40)
Um für alle Zylinder das L/K-Gleichgewicht wiederherzustellen, werden Schablonen T_i mit entgegengesetztem Betrag bzw. Wert –d_i angewandt. Dies wird erreicht, indem bei jedem Zylinder geeignete Muster von Versätzen (bezogen auf die Schablone) zur mittleren Zylinderkraftstoff-Impulsbreite hinzugefügt werden. Um beispielsweise –6% bei T₃ mit einem Muster [+1, 0, –1, 0] anzuwenden, werden 6% von dem Zylinder-1-Kraftstoff abgezogen, 6% zum Zylinder 4 hinzugefügt und der Zylinder-2- und Zylinder-3-Kraftstoff unverändert belassen (bei der Zündfolge 1342).
Die obige Lösung durch vereinzeltes Vorgehen würde die L/K-Ungleichgewichte der Grundfrequenz bei einem 4-Zylindermotor (oder einem V8-Motor mit dualer Abgasanlage) sofort eliminieren. Ähnlich wird die Anwendung einer Schablone T₂ mit einem Muster [–1, +1, –1, +1] und dem Betrag –d₂ die Auswirkung von Ungleichgewichten bei der 2. Harmonischen sofort beseitigen.
5 ist ein Ablaufplan, der den Algorithmus zum Durchführen des Korrekturprozesses durch das Verfahren A zusammenfasst:

1. Messe Motorlast (MAP) oder Luftdurchflussmenge (MAF) und Drehzahl (min^–1) wie in Block 500.
2. Rufe Δ, c_i, d_i0, X_i0 für i = 3 und 4 aus dem Kalibrierungsschritt I wieder auf und weise einen Tangensschwellenwert α zu (Block 502).
3. Rufe DFT-Komponenten von Ungleichgewichten in kartesischen Koordinaten (X und Y) von der Signalausgabe (Schritt II) wieder auf wie in Block 504.
4. Prüfe Bedingungen in Block 506. Wenn die Antwort negativ ist, gehe zu Block 508 weiter, um die X-Achsenprojektion zu verwenden. Wenn die Antwort positiv ist, gehe zu Block 510 (Schritt 6 weiter unten), um die Y-Achsenprojektion zu verwenden.
5. Berechne den Beitrag d_i von jeder Schablone T_i zu den Gesamtungleichgewichten (Block 508) anhand von d3 = d30·(c4·X – Y)/(Δ·X30) d4 = d40·(Y – c3·X)/(Δ·X40)und gehe zu Block 518.
6. Sowohl X₃₀ als auch X₄₀ müssen deutlich ungleich null sein. Andernfalls werden die Rollen von X und Y richtig vertauscht wie in Block 514. Gehe mit dem in Block 514 berechneten neuen Satz von Parametern zu Block 516 über, um den Beitrag d_i jeder Schablone zu berechnen. Die Steuerung wird dann auf Block 518 übertragen.
7. Wende Schablone T_i mit entgegengesetztem Betrag –d_i an, um das L/K-Gleichgewicht wiederherzustellen, Block 518.
8. Wende Schablone T₂ mit entgegengesetztem Betrag –d₂ = –X₂/X₂₀·d₂₀ an, wobei X₂ der durch die Referenzschablone T₂ bedingte projizierte Betrag von Ungleichgewichten bei der 2. Harmonischen ist. Der Prozess für die Korrektur von Ungleichgewichten bei Block 520 ist nun abgeschlossen.

X₂₀, X₃₀ und X₄₀ müssen jeweils deutlich ungleich null sein. Andernfalls können die Rollen von X_i0 und Y_i0 richtig vertauscht werden (wie in dem Ablaufplan von 5 gezeigt ist). Bei dieser Prozedur wird nur eine einzige (X_i0- oder Y_i0-)DFT-Komponente von T_i verwendet, daher der Name Einachsenprojektion (SAP).
Bei manchen Anwendungen kann es, bedingt durch Ungenauigkeiten oder inhärente Eigenschaften (wie etwa einer Nichtlinearität) und Veränderlichkeit, notwendig sein, einige Male zu iterieren, um das endgültige Ziel zu erreichen. Dies trifft vor allem für die durch eine starke Sensornichtlinearität dominierte O₂-basierte L/K-Steuerung zu. Das folgende alternative Verfahren für die Korrektur von Ungleichgewichten ist dann geeignet, wenn irgendwelche Bewertungen durch trigonometrische Funktionen (oder die Verwendung von entsprechenden tabellarischen Werten) erlaubt sind.
Verfahren B: Gesamtbetragsverfahren
Dies ist ein Verfahren mit geschlossener Schleife bzw. ein Regelungsverfahren, das hauptsächlich die Betragsinformationen verwendet. Bei dieser Technik argumentieren wir, dass es infolge einer starken Sensorverschlechterung möglich ist, dass die Phaseninformationen der berechneten DFT nicht hinreichend zuverlässig sein können. Verzerrungen der Sensor- und/oder Motoreigenschaften besitzen gewöhnlich einen geringen Einfluss auf Signalgrößen bzw. Signalbeträge, jedoch einen größeren Einfluss auf die Phaseninformationen. Um das Verfahren robuster zu machen, werden die Betragsinformationen für die Bewertung des Pegels von Ungleichgewichten verwendet. Natürlich würde jede Diskrepanz in den Phaseninformationen mehr Zeit und Iterationen erfordern, um Konvergenz zu erreichen. Das Verfahren verwendet die Geometrie zum Berechnen des Betrags und beinhaltet einige Berechnungen von trigonometrischen Funktionen in Echtzeit.
Zum Bestimmen des Beitrags von einzelnen Schablonen werden Polarkoordinaten verwendet. Sobald der Vektor einer gemessenen DFT mit dem Betrag R und dem Phasenwinkel θ berechnet ist, wird der Vektor in T₃- und T₄-Schablonen zerlegt, wie nachstehend gezeigt ist, um den jeweiligen Beitrag der einzelnen Schablonenbeträge R₃ und R₄ zu bestimmen.
Definiert sei
wobei φ₃ und φ₄ bekannte Werte aus dem Kalibrierungsschritt I sind.
Aus der vektoriellen Darstellung einer DFT in 1 weiter unten ergeben sich:
Es lässt sich leicht zeigen, dass der Betrag von T₃- und T₄-Beiträgen R3 = Rs für T3 R4 = R3·q für T4 entspricht.
Bei der obigen Beziehung für R₃ wird folgende Vorzeichenkonvention eingehalten: wenn {θ ≥ φ4 oder θ ≤ (φ4 – 180)}, dann s → –s,
Wenn R₃ und R₄ berechnet sind, wird zum Berechnen der Gewichtungsfaktoren für jede Schablone übergegangen: d3 = d30·R3/R30 = d30·R·s/R30 d4 = d40·R4/R40 = d40·R·q·s/R40
Die erforderliche Korrektur ist dann eine Kombination aus den Schablonen T₃ und T₄ mit dem Betrag –d₃ bzw. –d₄.
Zusammenfassung des Verfahrens B (Gesamtbetrag) zur Korrektur von Ungleichgewichten
6 ist ein Ablaufplan, der den Algorithmus zum Durchführen des Korrekturprozesses durch das Verfahren B für Ungleichgewichte bei der 1. Harmonischen (d. h. die Schablonen T₃ und T₄) zusammenfasst.

1. Messe Motorlast (MAP) oder Luftdurchflussmenge (MAF) und Drehzahl (min^–1) wie in Block 600.
2. Rufe für den Betriebszustand aus dem Kalibrierungsschritt I φ₃, φ₄, ρ, d₃₀, d₄₀, R₃₀ und R₄₀ wieder auf (Block 602).
3. Berechne den DFT-Vektor (R und θ) von Gesamtungleichgewichten von dem gemessenen Signal aus dem Erfassungsschritt II bei der Grundfrequenz für T₃ und T₄ (Block 604).
4. Berechne θ₃ = θ – φ₃, θ₄ = φ₄ – θ (Block 606).
5. Berechne und speichere q = sin(θ₃)/sin(θ₄) und s = + 1/√1 + q² + 2·q·φ), Block 608.
6. Prüfe die Bedingungen in dem Abfragekasten 610. Falls zutreffend (ja), andere das Vorzeichen des Parameters ”s” wie in Block 612.
7. Berechne T₃-Beitrag anhand von d₃ = d₃₀·R₃/R₃₀ = d₃₀·R·s/R₃₀. Es gilt die Vorzeichenkonvention für 's'. Berechne T₄-Beitrag anhand von d₄ = d₄₀·R₄/R₄₀ = d₄₀·R·q·s/R₄₀. Es gilt die Vorzeichenkonvention für 's'. (Block 614).
8. Wende zum Korrigieren der Ungleichgewichte die Schablonen T₃ und T₄ mit dem Betrag –d₃ bzw. –d₄ an wie in Block 616. Der Korrekturprozess für Ungleichgewichte bei der ersten Harmonischen endet beim Prozessblock 618.

7 ist ein Ablaufplan, der den Algorithmus zum Durchführen des Korrekturprozesses durch das Verfahren B für Ungleichgewichte bei der 2. Harmonischen zusammenfasst.

1. Messe Motorlast (MAP) oder Luftdurchflussmenge (MAF) und Drehzahl (min^–1) wie in Block 700.
2. Rufe für den Betriebszustand aus dem Kalibrierungsschritt I ρ, d₂₀, R₂₀ wieder auf (Block 702).
3. Berechne den DFT-Vektor (R und θ) von Gesamtungleichgewichten von dem gemessenen Signal aus dem Erfassungsschritt II bei der 2. Harmonischen für T₂ (Block 704).
4. Berechne T₂-Beitrag anhand von d₂ = d₂₀·R₂/R₂₀, Block 706.
5. Wende zum Korrigieren des Ungleichgewichts die Schablone T₂ mit dem Betrag –d₂ an wie in Block 708. Der Korrekturprozess für das Ungleichgewicht bei der zweiten Harmonischen endet beim Prozessblock 710.

Wie zuvor können einige wenige Iterationen des in den 6 und 7 gezeigten Verfahrens notwendig sein, um die Korrekturen durch das Gesamtbetragsverfahren zu erreichen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn ein O₂-Sensor verwendet wird, um die Ungleichgewichte bei dem stöchiometrischen L/K zu erfassen und zu korrigieren.
Der Steueralgorithmus
Die obigen Techniken schaffen die Basis für einen Steueralgorithmus für das Echtzeit-Ausgleichen einer Einzelzylinder-L/K- oder -Drehmoment-Fehlverteilung. Zylinderungleichgewichte erfordern selten eine schnelle Korrektur, weshalb eine langsame Steuerschleife mit geringer Bandbreite ausreichend ist. Dem Algorithmus sind eine Robustheit, eine Einfachheit und eine leichte Implementierung zueigen. Der Algorithmus kann für die Zylinder-L/K-Fehlverteilungskalibrierung an einer neuen Motorfamilie (Offline-Anwendung), für ihren Diagnosewert (Erfassung von Ungleichgewichten einschließlich einer Zylinderfehlzündung) und außerdem für die Steuerung und Dämpfung von Zylinder-L/K-Fehlverteilungen oder Drehmomentungleichgewichten in Echtzeit verwendet werden.
Für eine Motordrehzahl N [min^–1] benötigt ein vollständiger Zyklus T₀ = 120/N [s] (Viertaktmotor). T₀ ist die Zeit zwischen aufeinander folgenden Einspritzungen in denselben Zylinder. Die Grundfrequenz von Ungleich gewichten ist außerdem durch die Frequenz wo = 1/T₀ [Hz] gegeben. Der Sensor wird mit einer Rate T_s abgetastet, wobei T_s < T₀/n mit n > 1, um Treppeneffekte zu vermeiden, obwohl eine Ereignis-basierte Abtastung mit Synchronisation auf die Kurbelwellen-Codiereinrichtung (z. B. 24X bei einem V8-Motor) bevorzugt wird. Die Erfassung von Ungleichgewichten bei der Frequenz wo erfordert außerdem einen Sensor mit derselben minimalen Bandbreite (gewöhnlich um das 2–5fache breiter). Die Bandbreitenanforderung erlegt außerdem der Obergrenze der Motordrehzahl, bei der die Ungleichgewichte wirksam erfasst werden können, Beschränkungen auf.
In dem Kalibrierungsschritt I werden die notwendigen Informationen bei jedem Betriebszustand erarbeitet. Diese Informationen werden entweder in einer Tabelle erfasst oder vorzugsweise stochastisch ermittelt und als Kurve aufgezeichnet, um das Datenmanagement zu reduzieren. Im nächsten Abschnitt bei der Darstellung von experimentellen Ergebnissen werden zwei analytische Funktionen für die Phasen- und Betrags-(R₃₀- und θ₃₀-)Informationen der Grundschablone T₃ beschrieben.
Eine Gesamtprozedur für Einzelzylinder-Kraftstoffsteuerung wird nachstehend mit Bezug auf die Algorithmusablaufpläne aus den 8A–8D in groben Zügen dargestellt. In diesen Ablaufplänen sind in den Blöcken 802–824 Prozessschrittkorrekturen für Ungleichgewichte bei der ersten Harmonischen gezeigt, während durch die Blöcke 902–924 ein ähnlicher Prozess für Korrekturen bei der zweiten Harmonischen gezeigt ist. Zwecks Kürze werden die Schritte einmal beschrieben.

1. Erstelle die DFT-Schwellenwerte δ₁ und δ₂ für die annehmbaren Pegel von Ungleichgewichten bei ω₁ bzw. ω₂. Der Schwellenwert ist eine Funktion der Motorbetriebszustände, d. h. δ = f (Umdrehungen pro min., MAP, MAF, MAT, Mode, ...). Erstelle außerdem einen Einschwingvorgangsschwellenwert β für Algorithmusaktivierung und eine Filterkonstante a_f für MAF-Filterung (Block 800).
2. Spezifiziere die Anzahl von Wartezyklen (N_w) zwischen Korrekturen und irgendeiner nachfolgenden Erfassung, um das Abklingen von Einschwingvorgängen zu ermöglichen. Dies führt eine Totzeit in den Algorithmus ein und erfüllt zwei Funktionen: Reduzieren der Einwirkung von L/K-Einschwingvorgängen und Zulassen der Auswirkung von Kraftstoffänderungen in Zylindern, um die Sensorlokalisierung zu erreichen, bevor irgendwelche zusätzlichen Korrekturen sinnvoll versucht werden (Block 800). Die Wartezeit hängt direkt mit den Transportverzögerungen des Motor- und Sensorsystems zusammen.
3. Initialisiere k und AAF- und MAP-Variablen in Block 802 für Ungleichgewichte bei der ersten Harmonischen und in Block 902 für Ungleichgewichte bei der zweiten Harmonischen.
4. Messe MAF bei dem Ereignis k (Blöcke 804, 904).
5. Berechne die Rate der Änderung von MAF (DMAF genannt), Blöcke 806, 906.
6. Filtere DMAF mit einem Filterkoeffizienten af (MAFR genannt), Blöcke 808, 908.
7. Inkrementiere Ereignis k und aktualisiere alte MAF in den Blöcken 810, 910.
8. Prüfe die Rate der Änderung von MAF (oder MAP), ob diese unter dem Schwellenwert β liegt, bevor der Algorithmus freigegeben wird, Blöcke 812, 912. Bei der gegebenen hohen Geschwindigkeit der Algorithmusausführung kann der Algorithmus auch unter leichten Einschwingvorgangsbedingungen freigegeben werden, so dass Ungleichgewichte im Flug eliminiert werden.
9. Führe den Schritt II für die Erfassung von Ungleichgewichten für die ersten Harmonische, Block 813, und die zweiten Harmonischen, Block 913, aus.
10. Führe durch Berechnen der T₂-, T₃- und T₄-Beiträge d₂, d₃ bzw. d₄ die Prozedur für die Korrektur von Ungleichgewichten (Schritt III) aus. Wende die Schablonen T_i mit entgegengesetztem Betrag (–d_i) gleichzeitig an, um den gemessenen Ungleichgewichten entgegenzuwirken (Blöcke 814, 914).
11. Zähle Ereignisse (Blöcke 818, 918) und warte das Verstreichen von N Motorzyklen ab (Blöcke 820, 920). Bei der aktuellen Implementierung erzeugte ein dreimal größerer Wartezyklus gute Ergebnisse.
12. Messe wiederum die Ungleichgewichte (Blöcke 822, 922) und prüfe, ob die Ungleichgewichte tatsächlich beseitigt worden sind. Führe dazu die Prozedur zur Erfassung von Ungleichgewichten (Schritt II) aus, um jegliche möglichen Restungleichgewichte zu ermitteln. Berechne den Betrag R von Ungleichgewichten (Blöcke 824, 924).
13. Unternehme in den Blöcken 824, 924 keine weitere Aktion, wenn R < δ_i (vernachlässigbare Ungleichgewichte). Falls der Betrag einer DFT nach einer anfänglichen Korrektur nicht immer über dem Schwellenwert δ_i liegt, beginne eine neue Iteration (Schritte 3 bis 12). Dies führt den Prozess für den Einzelzylinder-Steueralgorithmus bei einem Vierzylindermotor zu Ende (Block 926).

Bei allen Anwendungen werden L/K-Ungleichgewichte in weniger als einer Sekunde erfasst und korrigiert. Dadurch ist auch bei leichten Einschwingvorgängen ein Aktivieren von Einzelzylinder-Steueralgorithmen möglich. Das Verfahren ist robust gegenüber Systemstörungen wie etwa einem plötzlichen Öffnen des AGR-Ventils, einem plötzlichen Aufbringen von Last und einer plötzlichen Änderung des Abgasrückdrucks.
Die obige Beschreibung zeigte die Verwendung von Abgassauerstoffsensoren für die L/K-Ungleichgewichtserfassung und -korrektur durch Kraftstoffeinspritzvorrichtungsverstellung (d. h. Kraftstoffsteuerung). Die Erfindung ist auch auf eine Luftsteuerung anwendbar, wenn eine Technik der variablen Ventilbetätigung angewandt wird. Des Weiteren können die offenbarten Techniken in Verbindung mit einem Kurbelwellen-Drehmomentsensor auch zur Beseitigung von Drehmomentungleichgewichten (d. h. zur Drehmomentsteuerung) verwendet werden.
1 zeigt eine Praxis der Erfindung mit den Schablonen T₂, T₃ und T₄, bei der jede Schablone Mittelwerte von null über einen Motorzyklus aufweist. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Motorsteuerverfahren wird erkennen, dass eine andere Wahl für die Einzelzylinder-Variationsmuster oder -schablonen (wie etwa Muster mit einem Ungleichgewicht bei einem einzigen Zylinder) getroffen werden kann, ohne dieses Verfahren zum Erfassen und Korrigieren von Zylinderungleichgewichten in einer neuen Weise zu verändern.

Claims

Verfahren zum Erfassen und Korrigieren von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten zwischen den einzelnen Zylindern einer Vierzylindergruppe eines 4-Zylinder- oder V8-Motors in einem Fahrzeug, das einen Sensor zum Erfassen des an den Motor gelieferten Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff (L/K) oder zum Erfassen des von dem Motor erzeugten Drehmoments sowie ein einen Computer umfassendes Motorsteuermodul umfasst, wobei die Funktionen des Moduls die Zeitpunkte und die Dauer der Abgabe von Luft oder Kraftstoff oder die Zündzeitpunkte für die Zylinder des Motors umfassen, wobei das Verfahren durch den Computer ausgeführt wird und umfasst: Sammeln einer zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem Sensor über wenigstens einen Motorzyklus bei der momentanen Motordrehzahl und Last; Umsetzen der Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem Vektor von L/K- oder Drehmomentungleichgewichten im Frequenzbereich mit nur zwei diskreten, drehzahlabhängigen Frequenzen, bezogen auf die Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichte, wobei der Vektor einen Betrag hat; Abrufen von drei zueinander orthogonalen Ungleichgewichts-Referenzvektoren mit bekanntem Betrag, die den diskreten Fourier-Transformierten von drei nominellen Ungleichgewichtsmustern entsprechen, die während der Motorkalibrierung für die momentane Motordrehzahl und Last erhalten und in dem Speicher des Computers gespeichert worden sind; Projizieren des gemessenen Ungleichgewichtsvektors auf die drei abgerufenen orthogonalen Ungleichgewichts-Referenzvektoren; Bestimmen eindeutiger Beiträge zu dem Ungleichgewichtsvektor, die den drei nominellen Ungleichgewichts-Referenzvektoren zuschreibbar sind; und Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft-, Kraftstoff- oder Zündmengen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts auf jeden der so bestimmten Beiträge, um die gemessenen Ungleichgewichte zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Erfassen von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten, bei dem der Vektor von L/K- oder Drehmomentungleichgewichten einen Betrag und einen Phasenwinkel hat; die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren bekannte Beträge und Phasenwinkel haben; und die gemessenen Ungleichgewichte durch Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft-, Kraftstoff- oder Zündmengen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts und Phasenwinkels auf jeden der Beiträge, der als den Referenzvektoren zuschreibbar bestimmt worden ist, korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Erfassung und Korrektur von L/K-Ungleichgewichten zwischen den einzelnen Zylindern einer Vierzylindergruppe eines 4-Zylinder- oder V8-Motors in einem Fahrzeug, das einen Weitbereichs-L/K-Sensor oder einen O₂-Sensor sowie ein einen Computer umfassendes Motorsteuermodul umfasst, wobei die Funktionen des Moduls die den einzelnen Zylindern des Motors zugeführte Menge an Kraftstoff und Luft umfassen, wobei das Verfahren durch den Computer ausgeführt wird und umfasst: Sammeln einer zeitsequentiellen Folge von L/K-Signalen von dem Sensor über wenigstens einen Motorzyklus bei der momentanen Motordrehzahl und Last; Umsetzen der Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem Vektor von L/K-Ungleichgewichten im Frequenzbereich mit nur zwei diskreten, drehzahlabhängigen Frequenzen, bezogen auf die Luft- oder Kraftstoffabgabeungleichgewichte bei den einzelnen Zylindern, wobei der Vektor einen Betrag hat; Abrufen von drei zueinander orthogonalen Ungleichgewichts-Referenzvektoren mit bekanntem Betrag, die den diskreten Fourier-Transformierten von drei nominellen L/K-Ungleichgewichtsmustern entsprechen, die während der Motorkalibrierung für die momentane Motordrehzahl und Last erhalten und in dem Speicher des Computers gespeichert worden sind; Projizieren des gemessenen L/K-Ungleichgewichtsvektors auf die drei abgerufenen orthogonalen L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren; Bestimmen eindeutiger Beiträge zu dem L/K-Ungleichgewichtsvektor, die den drei abgerufenen L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren zuschreibbar sind; und Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft- oder Kraftstoffmengen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts auf jeden der so bestimmten Beiträge, um die gemessenen L/K-Ungleichgewichte zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Vektor von L/K-Ungleichgewichten einen Betrag und einen Phasenwinkel hat; die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren bekannte Beträge und Phasenwinkel haben; und die gemessenen Ungleichgewichte durch Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft- oder Kraft stoffmengen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts und Phasenwinkels auf jeden der Beiträge, der als den Referenzvektoren zuschreibbar bestimmt worden ist, korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Kraftstoffabgabeungleichgewichte durch Steuerung der Dauer oder der Masse der individuellen Zylinderkraftstoffeinspritzung korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kraftstoffabgabeungleichgewichte durch Steuerung der Dauer oder der Masse der individuellen Zylinderkraftstoffeinspritzung korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Luftabgabeungleichgewichte durch Steuerung des individuellen Einlassventilhubs, der individuellen Einlassventildauer oder der individuellen Einlassventil-Phasenlage korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Luftabgabeungleichgewichte durch Steuerung des individuellen Einlassventilhubs, der individuellen Einlassventildauer oder der individuellen Einlassventil-Phasenlage korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Erfassung und Korrektur von Motordrehmomentungleichgewichten zwischen den einzelnen Zylindern einer Vierzylindergruppe eines 4-Zylinder- oder V8-Motors in einem Fahrzeug, das einen Motordrehmomentsensor sowie ein einen Computer umfassendes Motorsteuermodul umfasst, wobei die Funktionen des Moduls die Abgabe bzw. Bereitstellung von Luft und Zündzeitpunkten an einzelne Zylinder des Motors umfassen, wobei das Verfahren durch den Computer ausgeführt wird und umfasst: Sammeln einer zeitsequentiellen Folge von Drehmomentsignalen von dem Sensor über wenigstens einen Motorzyklus bei der momentanen Motordrehzahl und Last; Umsetzen der Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem Vektor von Drehmomentungleichgewichten im Frequenzbereich mit nur zwei diskreten, drehzahlabhängigen Frequenzen, bezogen auf die Luft- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichte bei einzelnen Zylindern, wobei der Vektor einen Betrag hat; Abrufen von drei zueinander orthogonalen Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren mit bekanntem Betrag, die diskreten Fourier-Transformierten von drei nominellen Drehmomentungleichgewichtsmustern entsprechen, die während der Motorkalibrierung für die momentane Motordrehzahl und Last erhalten und in dem Speicher des Computers gespeichert worden sind; Projizieren des gemessenen Drehmomentungleichgewichtsvektors auf die drei abgerufenen orthogonalen Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren; Bestimmen eindeutiger Beiträge zu dem Drehmomentungleichgewichtsvektor, die den drei abgerufenen Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren zuschreibbar sind; und Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft- oder Zündfunkenabgaben entgegengesetzten Betrags bzw. Werts auf jeden der so bestimmten Beiträge, um die gemessenen Drehmomentungleichgewichte zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 9 zur Erfassung und Korrektur von Drehmomentungleichgewichten, bei dem der Vektor von Drehmomentungleichgewichten einen Betrag und einen Phasenwinkel hat; die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren bekannte Beträge und Phasenwinkel haben; und die gemessenen Ungleichgewichte durch Anwen den bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft- oder Zündfunkenabgaben entgegengesetzten Betrags bzw. Werts und Phase auf jeden der so bestimmten Beiträge korrigiert werden, um die gemessenen Drehmomentungleichgewichte zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Drehmomentungleichgewichte durch Steuerung des individuellen Einlassventilhubs, der individuellen Einlassventildauer oder der individuellen Einlassventil-Phasenlage korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Drehmomentungleichgewichte durch Steuerung des individuellen Einlassventilhubs, der individuellen Einlassventildauer oder der individuellen Einlassventil-Phasenlage korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Drehmomentungleichgewichte durch Einstellung der Zündzeitpunktebereitstellung korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Drehmomentungleichgewichte durch Einstellung der Zündzeitpunktebereitstellung korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren einen ersten Vektor, der Kraftstoffungleichgewichte bei den vier Zylindern repräsentiert, synchron mit der Zündreihenfolge in den Zylindern, in einem ersten Muster: einem fetten L/K der Größe b₂, einem mageren L/K der Größe b₂, einem fetten L/K der Größe b₂ und einem mageren L/K der Größe b₂; einen zweiten Vektor, der Kraftstoffungleichgewichte repräsentiert, in ei nem zweiten Muster: einem mageren L/K der Größe b₃, einem stöchiometrischen L/K, einem fetten L/K der Größe b₃ und einem stöchiometrischen L/K; und einen dritten Vektor, der Kraftstoffungleichgewichte repräsentiert, in einem dritten Muster: einem stöchiometrischen L/K, einem mageren L/K der Größe b₄, einem stöchiometrischen L/K und einem fetten L/K der Größe b₄ umfassen; und der gemessene L/K-Ungleichgewichtsvektor auf die drei L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren projiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren einen ersten Vektor, der Drehmomentungleichgewichte bei den vier Zylindern repräsentiert, synchron mit der Zündreihenfolge in den Zylindern, in einem ersten Muster: einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₂, einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₂, einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₂ und einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₂; einen zweiten Vektor, der Drehmomentungleichgewichte repräsentiert, in einem zweiten Muster: einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₃, einem Drehmomentmittelwert, einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₃ und einem Drehmomentmittelwert; und einen dritten Vektor, der Drehmomentungleichgewichte repräsentiert, in einem dritten Muster: einem mittleren Drehmoment, einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₄, einem mittleren Drehmoment und einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₄ umfassen; und der gemessene Drehmomentungleichgewichtsvektor auf die drei Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren projiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die drei zueinander orthogonalen Referenzvektoren bei ausgewählten repräsentativen Betriebs drehzahlen und Lasten bei einem Vierzylindermotor bestimmt werden, wobei jeder Zylinder anfänglich bei ausgeglichenem Referenz-L/K betrieben wird und danach durch Betrieb von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen oder Lufteinlassventilen an den einzelnen Zylindern aufeinander folgende Variationsmuster hinsichtlich des L/K aufgeprägt werden, und zwar durch ein Verfahren, das umfasst: Anwenden eines ersten Musters von Kraftstoffungleichgewichten auf die Zylinder, wobei das erste Muster ein fettes L/K der Größe b₂, ein mageres L/K der Größe b2, ein fettes L/K der Größe b₂ bzw. ein mageres L/K der Größe b₂ in den Zylindern erzeugt, und Erlangen einer ersten zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem L/K-Sensor oder dem O₂-Sensor, bezogen auf die Ungleichgewichte über wenigstens einen Motorzyklus; Umsetzen der ersten Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem ersten Referenzvektor von Kraftstoffungleichgewichten im Frequenzbereich, bezogen auf das erste Muster von Kraftstoffabgabeungleichgewichten bei der momentanen Motordrehzahl und Last, wobei der erste Referenzvektor einen ersten Betrag oder sowohl einen ersten Betrag als auch einen ersten Phasenwinkel hat; Anwenden eines zweiten Musters von Kraftstoffungleichgewichten auf die Zylinder, wobei das zweite Muster ein mageres L/K der Größe b₃, ein stöchiometrisches L/K, ein fettes L/K der Größe b₃ bzw. ein stöchiometrisches L/K in den Zylindern erzeugt, und Erlangen einer zweiten zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem L/K-Sensor oder dem O₂-Sensor, bezogen auf die Ungleichgewichte über wenigstens einen Motorzyklus; Umsetzen der zweiten Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem zweiten Referenzvektor von Kraftstoffungleichgewichten im Frequenzbereich, bezogen auf das zweite Mus ter von Kraftstoffabgabeungleichgewichten bei der momentanen Motordrehzahl und Last, wobei der zweite Referenzvektor einen zweiten Betrag oder sowohl einen zweiten Betrag als auch einen zweiten Phasenwinkel hat; Anwenden eines dritten Musters von Kraftstoffungleichgewichten auf die Zylinder, wobei das dritte Muster ein stöchiometrisches L/K, ein mageres L/K der Größe b₄, ein stöchiometrisches L/K bzw. ein fettes L/K der Größe b₄ in den Zylindern erzeugt, und Erlangen einer dritten zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem L/K-Sensor oder dem O₂-Sensor, bezogen auf die Ungleichgewichte über wenigstens einen Motorzyklus; und Umsetzen der dritten Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem dritten Referenzvektor von Kraftstoffungleichgewichten im Frequenzbereich, bezogen auf das dritte Muster von Kraftstoffabgabeungleichgewichten bei der momentanen Motordrehzahl und Last, wobei der dritte Referenzvektor einen dritten Betrag oder sowohl einen dritten Betrag als auch einen dritten Phasenwinkel hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die drei zueinander orthogonalen Referenzvektoren bei ausgewählten repräsentativen Betriebsdrehzahlen und Lasten bei einem Vierzylindermotor bestimmt werden, wobei jeder Zylinder anfänglich bei ausgeglichenem Referenz-Drehmomentpegel betrieben wird und danach durch Betätigung der Kraftstoff-, Luft- oder Zündfunkenabgabe an die einzelnen Zylinder des Motors aufeinander folgende Variationsmuster hinsichtlich des Drehmomentpegels aufgeprägt werden, und zwar durch ein Verfahren, das umfasst: Anwenden eines ersten Musters von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten auf die Zylinder, wobei das erste Muster ein Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₂, ein Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₂, ein Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₂ bzw. ein Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₂ in den Zylindern erzeugt, synchron mit der Zündreihenfolge in den Zylindern, und Erlangen einer ersten zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem Drehmomentsensor, bezogen auf die Ungleichgewichte über wenigstens einen Motorzyklus; Umsetzen der ersten Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem ersten Referenzvektor von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten im Frequenzbereich, bezogen auf das erste Muster von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten bei der momentanen Motordrehzahl und Last, wobei der erste Referenzvektor einen ersten Betrag oder sowohl einen ersten Betrag als auch einen ersten Phasenwinkel hat; Anwenden eines zweiten Musters von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten auf die Zylinder, wobei das zweite Muster ein Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₃, ein mittleres Drehmoment, ein Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₃ bzw. ein mittleres Drehmoment in den Zylindern erzeugt, synchron mit der Zündreihenfolge in den Zylindern, und Erlangen einer zweiten zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem Drehmomentsensor, bezogen auf die Ungleichgewichte über wenigstens einen Motorzyklus; Umsetzen der zweiten Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem zweiten Referenzvektor von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten im Frequenzbereich, bezogen auf das zweite Muster von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten bei der momentanen Motordrehzahl und Last, wobei der zweite Referenzvektor einen zweiten Betrag oder sowohl einen zweiten Betrag als auch einen zweiten Phasenwinkel hat; Anwenden eines dritten Musters von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten auf die Zylinder, wobei das dritte Muster ein mittleres Drehmoment, ein Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₄, ein mittleres Drehmoment bzw. ein Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₄ in den Zylindern erzeugt, synchron mit der Zündreihenfolge in den Zylindern, und Erlangen einer dritten zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem Drehmomentsensor, bezogen auf die Ungleichgewichte über wenigstens einen Motorzyklus; und Umsetzen der dritten Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem dritten Referenzvektor von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten im Frequenzbereich, bezogen auf das dritte Muster von Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichten bei der momentanen Motordrehzahl und Last, wobei der dritte Referenzvektor einen dritten Betrag oder sowohl einen dritten Betrag als auch einen dritten Phasenwinkel hat.
Verfahren zum Erfassen und Korrigieren von Luft- oder Kraftstoffungleichgewichten zwischen den einzelnen Zylindern einer Vierzylindergruppe eines 4-Zylinder- oder V8-Motors in einem Fahrzeug, das einen Sensor zum Erfassen des an den Motor gelieferten Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff (L/K) sowie ein einen Computer umfassendes Motorsteuermodul umfasst, wobei die Funktionen des Moduls die Zeitpunkte und die Dauer der Abgabe von Luft und Kraftstoff an die Zylinder des Motors umfassen, wobei das Verfahren durch den Computer ausgeführt wird und umfasst: Sammeln einer zeitsequentiellen Folge von Signalen von dem Sensor über wenigstens einen Motorzyklus bei der momentanen Motordrehzahl und Last; Umsetzen der Folge von Signalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem Vektor von L/K-Ungleichgewichten im Frequenzbereich mit nur zwei diskreten, drehzahlabhängigen Frequenzen, bezogen auf die Luft- oder Kraftstoffabgabeungleichgewichte, wobei der Vektor einen Betrag hat; Abrufen von drei zueinander orthogonalen L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren mit bekanntem Betrag, die den diskreten Fourier-Transformierten von drei nominellen L/K-Ungleichgewichtsmustern entsprechen, die während der Motorkalibrierung für die momentane Motordrehzahl und Last erhalten und in dem Speicher des Computers gespeichert worden sind, wobei die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren einen ersten Vektor, der Kraftstoffungleichgewichte bei den vier Zylindern repräsentiert, in einem ersten Muster: einem fetten L/K der Größe b₂, einem mageren L/K der Größe b₂, einem fetten L/K der Größe b₂ und einem mageren L/K der Größe b₂; einen zweiten Vektor, der Kraftstoffungleichgewichte repräsentiert, in einem zweiten Muster: einem mageren L/K der Größe b₃, einem stöchiometrischen L/K, einem fetten L/K der Größe b₃ und einem stöchiometrischen L/K; und einen dritten Vektor, der Kraftstoffungleichgewichte repräsentiert, in einem dritten Muster: einem stöchiometrischen L/K, einem mageren L/K der Größe b₄, einem stöchiometrischen L/K und einem fetten L/K der Größe b₄, wobei das erste, das zweite und das dritte Muster jeweils synchron zu der Zündreihenfolge in den Zylindern sind, umfassen; Projizieren des gemessenen L/K-Ungleichgewichtsvektors auf die drei abgerufenen orthogonalen L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren; Bestimmen eindeutiger Beiträge zu dem L/K-Ungleichgewichtsvektor, die den drei abgerufenen L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren zuschreibbar sind; und Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft- oder Kraftstoffmengen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts auf jeden der so bestimmten Beiträge, um die gemessenen L/K-Ungleichgewichte zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 19 zum Erfassen von Luft- oder Kraftstoffungleichgewichten, bei dem der Vektor von L/K-Ungleichgewichten einen Betrag und einen Phasenwinkel hat; die drei L/K-Ungleichgewichts-Referenzvektoren bekannte Beträge und Phasenwinkel haben; und die gemessenen L/K-Ungleichgewichte durch Anwenden bei jedem Zylinder des Motors korrigierender Luft- oder Kraftstoffabgabebefehlen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts und Phasenwinkels für jeden der bestimmten Beiträge, der den Referenzvektoren zuschreibbar ist, korrigiert werden.
Verfahren zum Erfassen und Korrigieren von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten zwischen den einzelnen Zylindern einer Vierzylindergruppe eines 4-Zylinder- oder V8-Motors in einem Fahrzeug, das einen Sensor zum Erfassen des von dem Motor erzeugten Drehmoments sowie ein einen Computer umfassendes Motorsteuermodul umfasst, wobei die Funktionen des Moduls die Zeitpunkte und die Dauer der Abgabe von Luft oder Kraftstoff oder die Zündzeitpunkte an bzw. für die Zylinder des Motors umfassen, wobei das Verfahren durch den Computer ausgeführt wird und umfasst: Sammeln einer zeitsequentiellen Folge von Drehmomentsignalen von dem Drehmomentsensor über wenigstens einen Motorzyklus bei der momentanen Motordrehzahl und Last; Umsetzen der Folge von Drehmomentsignalen durch diskrete Fourier-Transformation zu einem Vektor von Drehmomentungleichgewichten im Frequenzbereich mit nur zwei diskreten, drehzahlabhängigen Frequenzen, bezogen auf die Luft-, Kraftstoff- oder Zündfunkenabgabeungleichgewichte, wobei der Drehmomentvektor einen Betrag hat; Abrufen von drei zueinander orthogonalen Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren mit bekanntem Betrag, die diskreten Fourier-Transformierten von drei nominellen Drehmomentungleichgewichtsmustern entsprechen, die während der Motorkalibrierung für die momentane Motordrehzahl und Last erhalten und in dem Speicher des Computers gespeichert worden sind, wobei die drei Ungleichgewichts-Referenzvektoren einen ersten Vektor, der Drehmomentungleichgewichte bei den vier Zylindern repräsentiert, in einem ersten Muster: einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₂, einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₂, einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₂ und einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₂; einen zweiten Vektor, der Drehmomentungleichgewichte repräsentiert, in einem zweiten Muster: einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₃, einem Drehmomentmittelwert, einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₃ und einem Drehmomentmittelwert; und einen dritten Vektor, der Drehmomentungleichgewichte repräsentiert, in einem dritten Muster: einem mittleren Drehmoment, einem Drehmoment über dem Mittelwert der Größe b₄, einem mittleren Drehmoment und einem Drehmoment unter dem Mittelwert der Größe b₄, wobei das erste, das zweite und das dritte Muster jeweils synchron zu der Zündreihenfolge in den Zylindern sind, umfassen; Projizieren des gemessenen Drehmomentungleichgewichtsvektors auf die drei abgerufenen orthogonalen Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren; Bestimmen eindeutiger Beiträge zu dem Drehmomentungleichgewichtsvektors, die den drei abgerufenen Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren zuschreibbar sind; und Anwenden bei jedem Zylinder des Motors eines korrigierenden Einlassventilhubs, einer korrigierenden Einlassventildauer oder einer korrigierenden Einlassventil-Phasenlage, einer korrigierenden Kraftstoffeinspritzmasse oder -dauer oder korrigierender Funkenzündungs-Steuergrößen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts auf jeden der so bestimmten Beiträge, um die gemessenen Drehmomentungleichgewichte zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 21 zum Erfassen von Luft-, Kraftstoff- oder Zündungleichgewichten, bei dem der Vektor von Drehmomentungleichgewichten einen Betrag und einen Phasenwinkel hat; die drei Drehmomentungleichgewichts-Referenzvektoren bekannte Beträge und Phasenwinkel haben; und die gemessenen Drehmomentungleichgewichte durch Anwenden bei jedem Zylinder des Motors eines korrigierenden Einlassventilhubs, einer korrigierenden Einlassventildauer oder einer korrigierenden Einlassventil-Phasenlage, einer korrigierenden Kraftstoffeinspritzmasse oder -dauer oder korrigierender Funkenzündungs-Steuergrößen entgegengesetzten Betrags bzw. Werts auf jeden der bestimmten Beiträge, der den Referenzvektoren zuschreibbar ist, korrigiert werden.