EP2304208A1 - Verfahren zur bestimmung des kraftstoff-luft-verhältnisses einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des kraftstoff-luft-verhältnisses einer verbrennungskraftmaschine

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EP2304208A1
EP2304208A1 EP09765533A EP09765533A EP2304208A1 EP 2304208 A1 EP2304208 A1 EP 2304208A1 EP 09765533 A EP09765533 A EP 09765533A EP 09765533 A EP09765533 A EP 09765533A EP 2304208 A1 EP2304208 A1 EP 2304208A1
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Definitions

  • FIGS. 2 a and 2 b the suggestions of the speed curve of the crankshaft of the internal combustion engine 1 according to FIG. 2 over time are also shown.
  • FIG. 2 a it becomes clear that the first injection A with an increased proportion of fuel leads to an excitation of the course of the rotational speed in such a way that the rotational speed decreases. Since the stoichiometric fuel-air ratio setpoint for this example has a value less than 1.0, further enrichment of the air-fuel ratio is achieved by the first injection A, thus further destabilizing the combustion.
  • the second injection B with a reduced proportion of fuel leads to an increase in the rotational speed, since a leaning of the air-fuel ratio and thus a stabilization of the combustion takes place.
  • the first injection A with an increased proportion of fuel leads to an excitation of the course of the rotational speed in such a way that the rotational speed increases.
  • the stoichiometric fuel-air ratio setpoint for this example has a value greater than 1.0
  • initial enrichment A enriches the air-fuel ratio and thus stabilizes combustion.
  • the second injection B with a reduced proportion of fuel leads to a further leaning of the air-fuel ratio and thus to a further destabilization of the combustion and thus to reduce the speed.
  • the forced by the changes in the fuel injection quantity according to the invention stimulation of the course of the rotational speed of the crankshaft or camshaft of the internal combustion engine 1 can be described by the parameter uneven running.
  • the averaged uneven running is evaluated and standardized to the amplitude of the excitation and the expected torque of the internal combustion engine with completion of a pattern of targeted individual cylinder trim of the air-fuel ratio.
  • the normalization parameters can be specific to operating points in characteristic diagrams be recorded.
  • the now available standardized uneven running is converted for the underlying speed-load operating point via maps in the associated fuel-air ratio. It is still possible according to the invention to mittein this fuel-air ratio over different excitation or calibration pattern, in order to avoid interference effects.
  • FIG. 4 shows the change in the so-called internal engine efficiency of the fuel-air ratio and how it scales with the fuel-air ratio and the amplitude of the cylinder-individual excitation or the trimming of the fuel-air ratio.
  • the relationship is used that the product of the change in the efficiency of the air-fuel ratio and the so-called internal torque of the internal combustion engine 1 is proportional to the forced rough running.
  • the internal torque describes the torque of the internal combustion engine 1 resulting from the combustion of the fuel.
  • the value of the internal torque is thus greater than the value of the effective torque that can be tapped on the crankshaft of the internal combustion engine 1, since the effective torque takes into account the torque component resulting from unavoidable losses of an internal combustion engine 1.
  • the uneven running of the internal combustion engine 1 increases with the resulting speed drop because the fuel-air ratio is shifted toward the running limit where the air-fuel ratio is too rich to burn correctly, as described in FIGS. 2 and 2a.
  • the normalized uneven running an absolute value of the air-fuel ratio can be assigned.
  • a determination of the actual air-fuel ratio according to FIG. 5 can take place. If, for example, the first injection A is metered into a larger proportion of fuel than corresponds to a nominal value specification of the fuel-air ratio, that is to say enrichment of the air-fuel ratio takes place in a cylinder-specific manner, the uneven running of the internal combustion engine 1 changes to values that produce a Represent an increase in speed because the air-fuel ratio is shifted counter to the direction of the running limit where the air-fuel ratio is too lean to burn properly. By normalizing the uneven running to the amplitude of the excitation and the expected torque of the internal combustion engine 1, the normalized uneven running an absolute value of the air-fuel ratio can be assigned.

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Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, unabhängig von der Betriebsbereitschaft von Lambdasonden, einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass den aufeinanderfolgenden Arbeitstakten einer Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zugemessen werden, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei aus diesem Muster ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Es ist allgemein bekannt, dass die korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und die Umweltverträglichkeit einer Verbrennungskraftmaschine von grosser Bedeutung ist. Zur korrekten Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses werden allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eingesetzt, welche auf den Einsatz von so genannten Lambdasonden aufbauen.
Vorbekannt aus der DE 102 52 423 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses in der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird das Problem dargestellt, dass während einer nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine folgenden Phase, die Lambdasonden noch nicht betriebsbereit sind. Eine korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ist jedoch gerade während dieser Phase hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit einer Verbrennungskraftmaschine von grosser Bedeutung. Es wird daher vorgeschlagen, nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine bis zur Betriebsbereitschaft der Lambdasonden, eine Adaption des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auf der Grundlage eines Vergleiches zwischen einem Ist- und einem Soll-Laufunruhewert durchzuführen. Ergibt dieser Vergleich eine Abweichung, wird das Kraftstoff-Luft-Verhältniss korrigiert bis der Ist- und der Soll-Laufunruhewert übereinstimmen. Zur Vermeidung einer unzulässigen Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses sind einstellbare obere und untere Grenzen vorgesehen.
Es ist jedoch bei diesem Verfahren von Nachteil, dass ohne eine betriebsbereite Lambdasonde nicht ohne weiteres festgestellt werden kann, woraus sich eine Abweichung zwischen dem Ist- und dem Soll-Laufunruhewert ergibt, also ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnisses nicht schon zuviel oder vielleicht noch zu wenig angereichert ist. Dass heißt, es ist nicht eindeutig, ob die
PP5TÄTIGI)HÖ8KO«E Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der eine zu starke Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt oder ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der eine zu geringe Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt. Eine Aussage darüber ist nur durch das Anfahren der oberen beziehungsweise unteren einstellbaren Grenzen möglich. Mit anderen Worten sind mittels dieses Verfahrens in den genannten Grenzen bestenfalls relative Aussagen möglich. Es ist weiterhin von Nachteil, dass die genannten Grenzen Sicherheiten aufweisen müssen, da während der Entwicklung einer Verbrennungskraftmaschine das Verhalten einzelner Entwicklungsexemplare auf eine gesamte Serie übertragen werden muss.
Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, unabhängig von der Betriebsbereitschaft von Lambdasonden, einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses bereitzustellen.
Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, aufeinanderfolgenden Arbeitstakten einer Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zuzumessen, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei aus diesem Muster ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird. Mit anderen Worten werden den einzelnen Arbeitstakten und somit dem Verlauf der Drehzahl gezielt Störgrößen aufgeschaltet. Erfindungsgemäß werden weiterhin Kenngrößen dieses charakteristischen Musters gebildet und in Relation zu dem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine gesetzt. Eine mögliche Kenngröße des charakteristischen Musters ist die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird erfindungsgemäß der Zusammenhang genutzt, dass bei einer Verbrennungskraftmaschine eine Änderung des Anteils an Kraftstoff eines Arbeitstaktes mit einer Änderung des Drehmomentes und eine Änderung des Drehmomentes wiederum mit einer Änderung der Drehzahl verbunden ist. Der Einfluss des charakteristischen Musters beziehungsweise der Kenngröße Laufunruhe auf das Drehmoment wird weiterhin erfindungsgemäß in Relation zu dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesetzt. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß der Zusammenhang genutzt, dass eine Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mit einer Änderung des Drehmomentes einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren steht vorteilhaft auch dann ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bereit, wenn eine Lambdasonde nicht betriebsbereit ist. Im Vergleich zum Stand der Technik ist es des Weiteren nicht erforderlich, sicherheitsbehaftete Grenzen anzufahren, sondern es kann unmittelbar auf einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses zugegriffen werden. Auf diese Weise ist unmittelbar nach dem Start einer Verbrennungskraftmaschine eine korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses möglich. In der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine ergeben sich daher hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit Vorteile. Insbesondere ist es möglich, nach der Neubetankung eines Fahrzeuges mit einem Kraftstoff, der im Vergleich zu dem vorherigen Kraftstoff abweichende Eigenschaften aufweist, beispielsweise die Neubetankung mit einem ethanolhaltigen Kraftstoff, nach einer Betankung mit herkömmlichen Ottokraftstoff, eine unzulässige Abweichung zwischen dem Soll- und dem Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu vermeiden, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, auch ohne Bereitschaft der Lambdasonde, schnell, einfach und prozesssicher das Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis bestimmt werden kann und eine Ausregelung auf ein Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis möglich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorteilhaft mittels einer vorhandenen Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine als Computerprogramm ausgeführt werden und ist daher leicht umsetzbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiel
Gemäß Figur 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2 dargestellt. Den Zylindern 2 wird mittels Einspritzventilen 3 Kraftstoff zugeführt. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Ansaugleitung 4 sowie eine Abgasleitung 5. Darüber hinaus ist ein Sensor 6 zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und ein Sensor 7 zur Bestimmung der Füllung der Verbrennungskraftmaschine 1 vorgesehen. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst bevorzugt eine nicht gezeigte Fremdzündungsanlage. Die Verbrennungskraftmaschine 1 kann jedoch genauso in einem so genannten Selbstzündungsmodus betrieben werden. Gemäß dem Stand der Technik sind alle genannten Sensoren und Aktoren von einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Steuerung und Regelung verbunden.
In Figur 2 ist ein Beispiel für eine mögliche Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für einen ersten Betriebspunkt einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer niedrigen Last dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge ohne eine Anregung. Die durchgezogene Linie zeigt hingegen die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Anregung, dass heißt, es erfolgt erfindungsgemäß für aufeinanderfolgende Arbeitsspiele die Zumessung unterschiedlicher Anteile an Kraftstoff zu einem Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 , beispielsweise zu Zylinder 1. Die erste Einspritzung A weist demzufolge zunächst einen größeren Anteil und dann einen kleineren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die zweite Einspritzung B weist dem hingegen erst einen kleineren Anteil und dann einen größeren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die dritte Einspritzung C und die vierte Einspritzung D weisen weder erhöhte noch erniedrigte Anteile an Kraftstoff auf. Diese verschiedenen Anregungen dienen vorteilhaft der Mittelung und Vermeidung von Störeffekten. Parametrierbar ist neben der Amplitude auch die Dauer der jeweiligen Anregung.
In Figur 3 ist ein Beispiel für eine weitere mögliche Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für einen weiteren Betriebspunkt einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer hohen Last dargestellt. Die Amplitude der Anregung ist kleiner als bei dem Betriebspunkt mit niedriger Last und die Dauer der Anregung ist gleich. Die gestrichelte Linie zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge ohne eine Anregung. Die durchgezogene Linie zeigt hingegen die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Anregung, dass heißt, es erfolgt erfindungsgemäß für aufeinanderfolgende Arbeitsspiele die Zumessung unterschiedlicher Anteile an Kraftstoff einem Zylinder 2 der Verbrennunkungskraftmaschine 1 , beispielsweise zu Zylinder 1. Die erste Einspritzung A weist demzufolge zunächst einen kleineren Anteil und dann einen größeren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die zweite Einspritzung B weist dem hingegen erst einen größeren Anteil und dann einen kleineren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die dritte Einspritzung C und die vierte Einspritzung D weisen weder erhöhte noch erniedrigte Anteile an Kraftstoff auf.
- A - Gemäß Figur 2 und 3 wird ferner deutlich, dass es zweckmäßig sein kann, bei geringer Last der Verbrennungskraftmaschine größere und bei größerer Last der Verbrennungskraftmaschine kleinere Amplituden der Anregung vorzusehen.
Ausserdem wird gemäß Figur 2 und 3 deutlich, dass erfindungsgemäß unterschiedlich parametrierbare Folgen von Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge, die das Kraftstoff- Luftgemisch in vorgegebener Weise anreichern oder abmagern vorgesehen werden können. Gemäß Figur 2 erfolgt bei der ersten Einspritzung A zuerst eine Erhöhung des Anteils an Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung B eine Erniedrigung des Anteils an Kraftstoff und gemäß Figur 3 zuerst eine Erniedrigung des Anteils an Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung B eine Erhöhung des Anteils an Kraftstoff.
Grundsätzlich kann erfindungsgemäß sowohl gemäß Figur 2 oder Figur 3 verfahren werden, wenn der Sollwert für das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis einen Wert aufweist, der kleiner oder größer als 1 ,0 ist.
Gemäß den Figuren 2a und 2b sind weiterhin die Anregungen des Drehzahlverlaufes der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß Figur 2 über der Zeit dargestellt. Gemäß Figur 2a wird deutlich, dass die erste Einspritzung A mit einem erhöhten Anteil an Kraftstoff derart zu einer Anregung des Verlaufes der Drehzahl führt, dass die Drehzahl sinkt. Da der Sollwert für das stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis für dieses Beispiel einen Wert aufweist, der kleiner als 1 ,0 ist, erfolgt durch die erste Einspritzung A eine weitere Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine weitere Destabilisierung der Verbrennung. Dem hingegen führt die zweite Einspritzung B mit einem erniedrigten Anteil an Kraftstoff zu einer Steigerung der Drehzahl, da eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine Stabilisierung der Verbrennung erfolgt. Gemäß Figur 2b wird deutlich, dass die erste Einspritzung A mit einem erhöhten Anteil an Kraftstoff derart zu einer Anregung des Verlaufes der Drehzahl führt, dass die Drehzahl steigt. Da der Sollwert für das stöchiometrische Kraftstoff- Luft-Verhältnis für dieses Beispiel einen Wert aufweist, der größer als 1 ,0 ist, erfolgt durch die erste Einspritzung A eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine Stabilisierung der Verbrennung. Dem hingegen führt die zweite Einspritzung B mit einem erniedrigten Anteil an Kraftstoff zu einer weiteren Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit zu einer weiteren Destabilisierung der Verbrennung und somit zur Senkung der Drehzahl. Die durch die Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge erfindungsgemäß erzwungene Anregung des Verlaufes der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 kann durch die Kenngröße Laufunruhe beschrieben werden. Die Laufunruhe kann, wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, durch einen Bezug der aktuellen Drehzahlanteile einzelner Arbeitsspiele der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine 1 auf vergangene Drehzahlanteile einzelner Arbeitsspiele dieser Zylinder bezogen werden. Insbesondere ist es bekannt, so genannte Segmentzeiten aufeinanderfolgender Arbeitsspiele zueinander in das Verhältnis zu setzen. Ein Segment entspricht dabei einem Kurbelwinkelbereich von 720 Grad geteilt durch die Anzahl der Zylinder. Für eine Vierzylinder- Verbrennungskraftmaschine beträgt ein Segment folglich 180 Grad. Resultat ist dabei ein so genannter Laufunruhewert. Es erfolgt nun bevorzugt eine Auswahl der Amplitude der Anregung innerhalb der Grenzen der Signalauflösung für die Laufunruhe und einer zulässigen maximalen Anregung, so dass die Amplitude umgekehrt proportional zum Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Eine solche Auswahl erfolgt beispielsweise über last- und drehzahlabhängige Kennfelder. Ausserdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Auswahl der Amplitude der Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit des zu erwartenden Drehmomentes, beispielsweise repräsentiert durch die Last oder Füllung, die Drehzahl, Stellparameter wie Nockenwellenverstellung und Sollwerten für das Kraftstoff-Luft- Gemisch und dem Zündzeitpunkt, durchzuführen.
Die Laufunruhe jedes Zylinders wird über einzelne Arbeitsspiele gemittelt, beispielsweise kann ein schleppendes Mittel oder eine arithmetische Mittelung nach einer Vorlaufzeit verwendet werden. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, die während der erfindungsgemäßen Anregung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 gemessenen Laufunruhewerte um die Laufunruhewerte zu korrigieren, die in dem jeweiligen Betriebspunkt ohne Anregung der Drehzahl beziehungsweise gezielte zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses vorliegen. Ausserdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, Korrekturen der Laufunruhewerte hinsichtlich Drehzahländerungen vorzunehmen, die durch eine dynamische Fahrweise bedingt sind. Auch Fehler, die durch den Sensor 6 zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und das damit zusammenwirkende Geberrad bedingt sind, können mit berücksichtigt werden.
Erfindungsgemäß wird mit Abschluss eines Musters der gezielten zylinderindividuellen Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses die gemittelt Laufunruhe ausgewertet und auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine normiert. Alternativ können die Normierungsparameter betriebspunktspezifisch in Kennfeldern erfasst werden. Die nunmehr bereitstehende normierte Laufunruhe wird für den zu Grunde liegenden Drehzahl-Last-Betriebspunkt über Kennfelder in das zugehörige Kraftstoff-Luft- Verhältnis umgerechnet. Es ist erfindungsgemäß weiterhin möglich, dieses Kraftstoff-Luft- Verhältnis über verschiedene Anregungs- oder Vertrimmungsmuster zu mittein, um Störeffekte zu vermeiden.
In Figur 4 ist die Änderung des sogenannten inneren motorischen Wirkungsgrades des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gezeigt und wie diese mit dem Kraftstoff-Luft- Verhältnis und der Amplitude der zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise der Vertrimmung des Kraftstoff- Luft-Verhältnisses skaliert. Erfindungsgemäß wird der Zusammenhang genutzt, dass das Produkt aus der Änderung des Wirkungsgrads des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem so genannten inneren Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 proportional zu der erzwungenen Laufunruhe ist. Das innere Drehmoment beschreibt dabei das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 , das aus der Verbrennung des Kraftstoffes resultiert. Der Wert des inneren Drehmomentes ist folglich größer als der Wert des effektiven Drehmomentes, dass an der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 abgegriffen werden kann, da das effektive Drehmoment den Drehmomentanteil berücksichtigt, der sich aus unvermeidbaren Verlusten einer Verbrennungskraftmaschine 1 ergibt. Wird beispielsweise der ersten Einspritzung A ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Anfettung des Kraftstoff- Luft-Verhältnisses, vergrößert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 mit dem sich ergebenden Drehzahlabfall, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu fett ist, um korrekt zu verbrennen, wie in den Figuren 2 und 2a beschrieben. Durch die Normierung der Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der normierten Laufunruhe ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugeordnet werden. Wird im weiteren Verlauf der erfindungsgemäßen Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer zweiten Einspritzung B ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verändert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 zu Werten, die einen Drehzahlanstieg repräsentieren, da das Kraftstoff-Luft- Verhältnis entgegen der Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft- Verhältnis zu fett ist, um korrekt zu verbrennen. Vielmehr wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung eines größeren Moments einer Verbrennungskraftmaschine 1 verschoben, nämlich in Richtung eines Wertes des stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses von 0,9, bei dem erfahrungsgemäß eine Verbrennungskraftmaschine bei sonst gleichen Betriebsparametern besonders stabil läuft und ein Maximum an Drehmoment bereitstellt. Mit anderen Worten ist es dadurch, dass bei der ersten Einspritzung A mehr und bei der zweiten Einspritzung B weniger Kraftstoff einem oder mehreren Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 1 zugemessen wird, erfindungsgemäß vorteilhaft möglich zu bestimmen, in welchem Bereich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1 liegt. Gemäß Figur 4 kann quasi die Einspritzung A als Startpunkt und die Einspritzung B als Endpunkt eines Vektors aufgefasst werden. Insbesondere beinhaltet die Richtung dieses Vektors die wesentliche Information, ob sich das tatsächliche stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Bereich von kleiner 0,9 und somit im steigenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses und dem tatsächlichen, stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis gemäß Figur 4 befindet oder im Bereich von größer 0,9 und somit im fallenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlich Kraftstoff-Luft-Verhältnis gemäß Figur 4 befindet. Erfolgen nun weiterhin eine oder mehrere Einspritzungen C und D ohne eine Änderung eines Vorgabewertes des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses, also ohne dass eine Anregung der Drehzahl zu erwarten ist, dann ergeben sich quasi Stützpunkte auf dem Vektor. Zwischen der Einspritzung A als Startpunkt und der Einspritzung B als Endpunkt liegt nun das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches als absoluter Wert einer weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.
Analog kann eine Bestimmung des tatsächlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gemäß Figur 5 erfolgen. Wird beispielsweise der ersten Einspritzung A ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verändert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 zu Werten, die einen Drehzahlanstieg repräsentieren, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entgegen der Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu mager ist, um korrekt zu verbrennen. Durch die Normierung der Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der normierten Laufunruhe ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugeordnet werden. Wird im weiteren Verlauf der erfindungsgemäßen Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer zweiten Einspritzung B ein kleinerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Abmagerung des Kraftstoff- Luft- Verhältnisses, vergrößert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 entsprechend des Drehzahlabfalls, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu mager ist, um korrekt zu verbrennen. Gemäß Figur 5 kann ebenfalls die Einspritzung A als Startpunkt und die Einspritzung B als Endpunkt eines Vektors aufgefasst werden. Wieder kann der Richtung dieses Vektors die wesentliche Information entnommen werden, wo sich das tatsächliche, stöchiometriesche Kraftstoff-Luft-Verhältnis befindet, nämlich im Bereich von größer 0,9 und somit im fallenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses und dem tatsächlich Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Erfolgen nun weiterhin eine oder mehrere Einspritzungen C und D ohne eine Änderung eines Vorgabewertes des Kraftstoff-Luft- Verhältnisses, also ohne dass eine Anregung der Drehzahl zu erwarten ist, dann ergeben sich wieder Stützpunkte auf dem Vektor. Zwischen der Einspritzung A als Startpunkt und der Einspritzung B als Endpunkt liegt nun das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches gemäß Figur 5 einfach abgelesen werden kann, beziehungsweise einer weiteren Verarbeitung als absoluter Wert zur Verfügung steht.
In Figur 6 ist weiterhin ein Blockdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. In dem Block E werden die Betriebsbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine 1 definiert, dass heißt, es erfolgt eine Bestimmung, ob das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden soll oder nicht. Soll das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden, wird ein geeignetes Signal von Block E über die Verbindung an Block F übermittelt. Ferner ist Block E mit Block J zum Zweck der Übertragung von Signalen, betreffend die Anforderung der Auswertung der Laufunruhe und der Bestimmung des absoluten Wertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verbunden. In Block F erfolgt eine Berechnung der zylinderindividuellen Gemischanregung. Der Multiplikationsstelle G werden die Parameter der in Block F bestimmten zylinderindividuellen Gemischanregung zugeführt. Ausserdem werden der Multiplikationsstelle G die Parameter der Regelung und/oder Adaption der Vorsteuerung beziehungsweise der Vorgabe eines Sollwertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses aus Block K zugeführt. Mittels der Multiplikationsstelle G werden die Parameter aus Block F und K miteinander in Beziehung gesetzt, so dass erfindungsgemäß eine Änderung der Einspritzmenge aufeinanderfolgender Arbeitsspiele erfolgt. Aus der Multiplikationsstelle G wird ein Sollwert für eine Kraftstoffeinspitzmenge an Block H ausgegeben. Block H stellt dabei die Komponenten der Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine 1 dar, wie die Einspritzventile 3. Durch den Pfeil H' ist die Antwort beziehungsweise die Reaktion der Verbrennungskraftmaschine 1 auf die zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luftgemisches angedeutet. In Block I erfolgt eine Auswertung der durch die zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auftretende Laufunruhe und in Block J die Umrechnung der Laufunruhe in einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses. Der Block J ist femer mit Block K verbunden, so dass der absolute Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Regelung und/oder Adaption der Vorsteuerung zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.
Bezugszeichen
1 Verbrennungskraftmaschine
2 Zylinder
3 Einspritzventil
4 Ansaugleitung
5 Abgasleitung
6 Sensor zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels
7 Sensor zur Bestimmung der Füllung A erste Einspritzung
B zweite Einspritzung
C dritte Einspritzung
D vierte Einspritzung
E Block zur Definition der Betriebsbedingungen
F Block zur Berechnung der zylinderindividuellen Gemischanregung
G Multiplikationsstelle
H Block
H' Antwort, Reaktion der Verbrennungskraftmaschine 1
I Block zur Auswertung der Laufunruhe
J Block zur Umrechnung der Laufunruhe
K Block mit Parametern der Vorsteuerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine (1 ) mit einem oder mehreren Zylindern (2), wobei den Zylindern (2) mittels Einspritzventilen (3) Kraftstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgenden Arbeitstakten der Verbrennungskraftmaschine (1 ) unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zugemessen werden, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (1 ) angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei aus diesem Muster ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei Kenngrößen des charakteristischen Musters des Verlaufes der Drehzahl gebildet und in Relation zu dem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (1 ) gesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kenngröße des charakteristischen Musters die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine (1 ) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Einfluss des charakteristischen Musters oder der Kenngröße Laufunruhe auf das Drehmoment in Relation zu dem Kraftstoff-Luft- Verhältnis gesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kenngröße Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (1 ) normiert wird und die normierte Laufunruhe über Kennfelder in das zugehöriger Kraftstoff-Luft- Verhältnis umgerechnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Laufunruhe über einzelne Arbeitsspiele gemittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Korrekturen der Laufunruhewerte hinsichtlich Drehzahländerungen vorgenommen werden, die durch eine dynamische Fahrweise bedingt sind und Fehler, die durch den Sensor (6) zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und das damit zusammenwirkende Geberrad bedingt sind, berücksichtigt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung/Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für verschiedene Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine (1 ) in Abhängigkeit des Belastungszustandes der Verbrennungskraftmaschine (1 ) erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei geringer Belastung der Verbrennungskraftmaschine (1) größere und bei größerer Belastung der Verbrennungskraftmaschine (1 ) kleinere Amplituden der Anregung vorgesehen sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei unterschiedlich parametrierbare Folgen von Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge, die das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in vorgegebener Weise anreichern oder abmagern, vorgesehen sind.
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