WO2012113786A1 - Diagnoseverfahren und -vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for operating an internal combustion engine having a plurality of cylinders, which respective injectors are assigned for metering fuel, and an exhaust gas probe, which is arranged in an exhaust tract ⁇ and their measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the respective cylinder and a crankshaft angle sensor whose measurement signal is representative of a crankshaft angle of a crankshaft.
  • an important measure is to minimize emissions of pollutants which occur during the combustion of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine.
  • a further measure is also to be used in internal combustion engines Abgasnachbe ⁇ treatment systems that convert the pollutant emissions that are generated during the combustion process of the air / fuel mixture in the respective cylinder into harmless substances.
  • catalytic converters are used to convert the carbon monoxide, hydrocarbon and nitrogen oxides in un ⁇ harmful substances.
  • DE 10 2005 009 101 B3 known to detect a measurement signal of an exhaust gas probe at a predetermined sampling crankshaft angle relative to a reference position of the piston of the respective cylinder and to assign the respective cylinder.
  • Means in each case of a regulator a regulator value for influencing the air / fuel ratio in the respective cylinder is determined from ⁇ dependent on the detected measurement signal for the respective cylinder.
  • predetermined first conditions including a first temperature range of a temperature representative of a temperature of the respective one of injection valve, and include that a quasi-stationary operating state, a first adaptation value is determined depending on the controller value.
  • a second adaptation value is determined depending on the controller value.
  • a correction value for influencing the air / fuel ratio in the respective cylinder is determined as a function of the first and / or second adaptation value as a function of the temperature which is representative of the temperature of the respective injection valve.
  • Air / fuel ratios are to be minimized to a mean air / fuel ratio.
  • a measurement signal, arranged in an exhaust gas tract exhaust gas probe which is characteristic of the air / fuel ratio in each cylinder is obtained at a predetermined crank angle detected in a Be ⁇ zugsposition of the piston of the respective cylinder and associated with the respective cylinders.
  • the predetermined crankshaft angle is adjusted depending on an instability criterion of the controller.
  • an electronic control device for controlling the internal combustion engine in a motor vehicle with a LaufUnruhearsaku and with a Einspritzmengenkorrekturiser wherein a defined group of cylinders is associated with a lambda probe.
  • the injection quantity correction unit is configured such that the injection quantity of a to be examined cylinder of the group defined by a an irregular running difference value to ⁇ parent differential adjustment in direction is lean adjustable and the injection quantity of at least one of the remaining cylinders which are assigned to the same oxygen sensor is rich adjusted accordingly to give so that a total of a predetermined lambda value of this group, preferably a lambda value of becomes ⁇ least nearly 1, is reached.
  • the Einspritzmengenkorrek- turü is further configured such that a cylinder-specific differential adjustment for each cylinder of the group defined is adjustable in this way and that cylinder-specific correction values are determined by the zy ⁇ relieving individual differential adjustment values are set in relation to each other.
  • the object on which the invention is based is to provide a method and a device for operating an internal combustion engine, which enables a particularly reliable operation of the internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for operating an internal combustion ⁇ machine having a plurality of cylinders, which respective injectors are assigned for metering fuel, and an exhaust gas probe, which is arranged in an exhaust tract and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the respective cylinder and a crankshaft angle sensor whose measurement signal is representative of a crankshaft angle of a crankshaft.
  • an exhaust gas probe which is arranged in an exhaust tract and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the respective cylinder and a crankshaft angle sensor whose measurement signal is representative of a crankshaft angle of a crankshaft.
  • a forced excitation with which a predetermined air / fuel ratio to be set is excited, is specified cylinder segment synchronously, such that the respective individual cylinders during successive cycles either with one by the forced excitation in comparison to the be preset to be adjusted air / fuel ratio enriched or emaciated mixture.
  • Air / fuel ratio, the respective injection ⁇ valves are controlled.
  • a cylinder segment is the fraction that corresponds to the total crankshaft angle of a working cycle divided by the number of cylinders of the internal combustion engine.
  • a cylinder segment in a four-cycle internal combustion engine with four cylinders is 180 ° crankshaft angle long.
  • the forced excitation is predetermined such that the period of the forced excitation corresponds to a current time duration of one half of the number of cylinder segments per cylinder bank. In this way it can just as easily be ensured that the each cylinder is reliably applied during the diagnosis with each of the almost same air / fuel ratio of the mixture.
  • the period duration and / or the amplitude of the forced excitation during the diagnosis is set as a function of a maximum oxygen storage capacity of the catalytic converter. In this way, it is easy to make a contribution to keeping the pollutant emissions as low as possible during the diagnosis.
  • the diagnosis comprises a running-trouble-based, cylinder-specific diagnosis with regard to pollutant emissions.
  • the diagnosis comprises a cylinder-specific lambda control.
  • the diagnosis comprises carrying out the cylinder-specific lambda control, for example, a component-based diagnosis can also take place. For example, it is possible to detect a faulty injection valve which has, for example, a coked nozzle needle or also deposits on the injection valve, which lead to a deterioration of the injection.
  • the air / fuel ratio of the cylinder to be analyzed is gradually increasingly adjusted toward lean, with the respective other cylinders a corresponding compensation is carried out by appropriately entge ⁇ adjusted adjustment of the air / fuel ratio.
  • ⁇ Nisses is preferably carried out until a running value has reached a pre-given threshold or ⁇ exceeded.
  • the diagnosis can then take place, for example, via the adjusted adjustment signal for the respective cylinder, which for example can also be representative of an offset injection quantity, and comparing this with a reference value, for example the average value of the respective cylinders when performing the diagnosis for the individual cylinder corresponds. With a correspondingly high deviation, such as over 25%, it is then possible to conclude that an emission-relevant error has occurred and appropriate measures can be initiated.
  • Figure 2 is a flowchart of a program for operating the
  • FIG. 3 shows a diagram in which a predetermined forced-to-set air / fuel ratio to be set is plotted over time.
  • FIG. 1 An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 preferably comprises a throttle valve 11, furthermore a collector 12 and an intake manifold 13 which leads to a cylinder ZI via an intake passage is guided in the engine block 2.
  • the engine block 2 further comprises a crankshaft 21, which is coupled via a connecting rod 25 with a piston 24 of the cylinder ZI.
  • the cylinder head 3 includes a valve gear with a gas ⁇ inlet valve 30, a gas outlet 31, and valve actuators 32, 33.
  • the cylinder head 3 further comprises an injection valve 34 and a spark plug 35.
  • the injector 34 may be arranged in the intake tract. 1
  • the exhaust tract 4 comprises an exhaust gas catalyst 40, which is preferably designed as a three-way catalyst.
  • a control device 6 is provided, which is assigned to sensors which detect different measured variables and determine the measured values of the measured variable. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables.
  • the control device 6 controls depending on at least one of the operating variables, the actuators associated with the internal combustion engine, and to which respective actuators are associated, by generating actuating signals for the actuators.
  • the control device 6 may also be referred to as a device for operating the internal combustion engine.
  • the sensors are a pedal position sensor 71 which detects the position of an accelerator pedal 7, an air mass meter 14 which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 11, a temperature sensor 15 which detects an intake air temperature, a pressure sensor 16 which detects the intake manifold pressure
  • Crankshaft angle sensor 22 which detects a crankshaft angle, which is then assigned a rotational speed N, a rotational ⁇ moment sensor 23 which detects a torque of the crankshaft 21, a camshaft angle sensor 36 a, which detects a camshaft angle and an exhaust gas probe 41, which a residual oxygen content of the exhaust gas detected and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the cylinder ZI during the combustion of the air / fuel mixture.
  • the exhaust gas probe 41 is preferably designed as a linear lambda probe and thus generates a measurement signal that is proportional to this over a wide relevant range of the air / fuel ratio.
  • any subset of said sensors may be present or additional sensors may also be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 11, the gas inlet and gas outlet valves 30, 31, the injection valve 34 or the spark plug 35.
  • each exhaust bank on cylinders which can also be referred to as a cylinder bank, is assigned in each case an exhaust gas line of the exhaust gas tract 4 and the respective exhaust gas line is assigned an exhaust gas probe 41 correspondingly.
  • the control device 6 preferably comprises a computing unit and a memory for storing data and programs.
  • a program for operating the internal combustion engine is stored in the control device 6, which can be processed during operation in the arithmetic unit and which is designed to perform a cylinder-specific diagnosis when it meets at least one predetermined condition be ⁇ gue pollutant emissions.
  • the program is started, for example, in a step Sl ( Figure 2), for example, in a timely manner to a start of the internal combustion engine.
  • a predetermined condition is met.
  • the predetermined condition can be met, for example, if a quasi-stationary operating state is present and / or a predetermined time has elapsed since the last time the condition was fulfilled and / or a predefined route has been traveled since the last time the condition was fulfilled.
  • step S3 is carried out again, if appropriate after a predetermined waiting period. If, on the other hand, the condition of step S3 is satisfied, then in a step S5, a forced excitation is initiated, with which a predetermined value to be set can be set
  • Air / fuel ratio is excited, given cylinder segment synchronously. This is done in such a way that the respective individual cylinders are acted upon during successive working cycles either with in each case a mixture enriched or emptied by the forced excitation in comparison with the predetermined air / fuel ratio to be set.
  • the injection valves 34 are driven depending on the forced-to-be-adjusted air / fuel ratio.
  • the amplitude of the forced excitation is preferably specified or adjusted as a function of the emission or catalyst-specific properties. Thus, the amplitude and, if appropriate, the period duration of the forced excitation during the diagnosis is set as a function of a maximum oxygen storage capacity of the catalytic converter 40.
  • Diagnosis may include, for example, a laufunru- heba catalyzed cylinder-specific diagnostics with respect to harmful substances ⁇ missions. However, it may alternatively or additionally also comprise a cylinder-specific lambda control and be carried out, for example, as a function of an adaptation value determined by means of the cylinder-specific lambda control.
  • the respective influence of the forced excitation on the air / fuel ratio in the respective cylinder is taken into account.
  • Forced excitation to be considered for actual deviation.
  • a +/- 3% forced excitation for example, a 2.5% deviation in the measurement signal of the exhaust probe 41 lead.
  • she has therefore not one of indeterminate and particularly distort ⁇ nant influence on the diagnosis.
  • a step S9 it is checked whether the diagnosis is completed. If this is not the case, then the processing is continued gege ⁇ appropriate, after the predetermined waiting period again in step S9. If the diagnosis has been completed, then, following the step S9, the forced energization is switched over again in a step Sil to a nominal forced excitation, which is predetermined outside of the operation with the diagnosis and which can be predetermined, for example, with a fixed preset period duration.
  • an exemplary profile ZWA_V of the forced excitation is plotted over the time t.
  • the respective cylinder segment durations represented by SEO, SEI, SE2 and SE3 are plotted over time.
  • a constant speed is present, so that over the illustrated period of time, the period of the forced excitation does not change.
  • this can change in reality when the speed changes as the

Abstract

Innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs einer Brennkraftmaschine wird bei Erfüllung zumindest einer vorgegebenen Bedingung eine zylinderindividuelle Diagnose bezüglich Schadstoffemissionen durchgeführt. Während des Durchführens der zylinderindividuellen Diagnose wird eine Zwangsanregung, mit der ein vorgegebenes einzustellendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeregt wird, zylindersegmentsynchron vorgegeben. Dies erfolgt derart, dass die jeweiligen einzelnen Zylinder während aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen entweder mit jeweils einem durch die Zwangsanregung im Vergleich zu dem vorgegebenen einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefetteten oder abgemagerten Gemisch beaufschlagt werden. Abhängig von dem zwangsangeregten einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis werden die jeweiligen Einspritzventile angesteuert.

Description

DIAGNOSEVERFAHREN UND -VORRICHTUNG UM BETREIBEN EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweilige Einspritzventile zugeordnet sind zum Zumessen von Kraftstoff, und einer Abgassonde, die in einem Abgastrakt an¬ geordnet ist und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder und einem Kurbelwellenwinkelsensor, dessen Messsignal repräsentativ ist für einen Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle.
Im Rahmen strenger gesetzlicher Vorschriften bezüglich der von Kraftfahrzeugen emittierten Schadstoffemissionen ist eine wichtige Maßnahme Schadstoffemissionen gering zu halten, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Eine weitere Maßnahme ist auch in Brennkraftmaschinen Abgasnachbe¬ handlungssysteme einzusetzen, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Stickoxide in un¬ schädliche Stoffe umwandeln.
Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schad¬ stoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch den Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
Insbesondere in Zusammenhang mit einer zunehmend sehr motornahen Anordnung der Abgaskatalysatoren und auch im Hinblick auf entsprechend spezielle gesetzliche Vorschriften in einzelnen Ländern ist auch eine zylinderindividuelle präzise Einstellung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zunehmend wichtig, da die einzelnen Abgaspakete sich aufgrund der kurzen Mischstrecke nur relativ schlecht vermischen.
Zunehmend strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der Emission von limitierten Schadstoffen machen es erforderlich, eine geringe Toleranz im Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen den einzelnen Zylindern zuzulassen. Eine große Ungleichverteilung und ein Verzicht auf eine Kompensation führt zu deutlicher Emis¬ sionsverschlechterung oder sogar zu spürbaren
Fahrbarkeitsproblemen . Des Weiteren gibt es gesetzliche Vorschriften, die zylinderselektive Ungleichverteilung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die zur Überschreitung von vorgegebenen Emissionsgrenzwerten führt, bezogen auf die Fahrzeugflotte der jeweiligen Hersteller schrittweise in einem zunehmenden Anteil der jeweiligen Fahrzeuge zu detektieren.
Zum Zwecke einer zylinderindividuell präzisen Einstellung des jeweiligen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den jeweiligen Brennräumen der jeweiligen Zylinder ist es aus der
DE 10 2005 009 101 B3 bekannt, zu einem vorgegebenen Abtast-Kurbelwellenwinkel bezogen auf eine Bezugsposition des Kolbens des jeweiligen Zylinders ein Messsignal einer Abgassonde zu erfassen und dem jeweiligen Zylinder zuzuordnen. Mittels jeweils eines Reglers wird ein Reglerwert zum Beeinflussen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder ab¬ hängig von dem für den jeweiligen Zylinder erfassten Messsignal ermittelt. Bei einem Erfülltsein vorgegebener erster Bedingungen, die einen ersten Temperaturbereich einer Temperatur einschließen, die repräsentativ ist für eine Temperatur des jeweiligen Ein- spritzventils , und die einschließen, dass ein quasi stationärer Betriebszustand vorliegt, wird ein erster Adaptionswert abhängig von dem Reglerwert ermittelt.
Bei einem Erfülltsein vorgegebener zweiter Bedingungen, die einen vorgegebenen zweiten Temperaturbereich der Temperatur einschließen, die repräsentativ ist für die Temperatur des jeweiligen Einspritzventils, und die einschließen, dass ein quasi stati¬ onärer Betriebszustand vorliegt, wird ein zweiter Adaptionswert abhängig von dem Reglerwert ermittelt.
Ein Korrekturwert zum Beeinflussen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder wird abhängig von dem ersten und/oder zweiten Adaptionswert abhängig von der Temperatur ermittelt, die repräsentativ ist für die Temperatur des jeweiligen Einspritzventils .
Aus der DE 10 2004 004 291 B3 ist es bekannt, eine zylinderindividuelle Lambdaregelung einzusetzen, mittels der die einzelnen Abweichungen der jeweiligen zylinderindividuellen
Luft/Kraftstoff-Verhältnisse zu einem mittleren Luft/Kraftstoff- Verhältnis minimiert werden sollen. Ein Messsignal einer in einem Abgastrakt angeordneten Abgassonde, das charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder, wird zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel bezogen auf eine Be¬ zugsposition des Kolbens des jeweiligen Zylinders erfasst und dem jeweiligen Zylinder zugeordnet. Mittels des zylinderindividu¬ ellen Lambda-Reglers wird eine Stellgröße zum Beeinflussen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder ab¬ hängig von dem für den jeweiligen Zylinder erzeugten Messsignal erzeugt. Der vorgegebene Kurbelwellenwinkel wird abhängig von einem Instabilitätskriterium des Reglers angepasst. Aus der DE 10 2006 026 390 AI ist eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einer LaufUnruheermittlungseinheit und mit einer Einspritzmengenkorrektureinheit bekannt, wobei eine de- finierte Gruppe von Zylindern einer Lambdasonde zugeordnet ist. Die Einspritzmengenkorrektureinheit ist derart ausgestaltet, dass die Einspritzmenge eines zu untersuchenden Zylinders der definierten Gruppe um einen einem Laufunruhedifferenzwert zu¬ geordneten Differenzverstellwert in Richtung mager verstellbar ist und die Einspritzmenge mindestens eines der übrigen Zylinder, die derselben Lambdasonde zugeordnet sind, entsprechend in Richtung fett verstellbar ist, sodass insgesamt ein vorgegebener Lambdawert dieser Gruppe, vorzugsweise ein Lambdawert von zu¬ mindest nahezu 1, erreicht wird. Die Einspritzmengenkorrek- tureinheit ist ferner derart ausgestaltet, dass auf diese Weise ein zylinderindividueller Differenzverstellwert für jeden Zylinder der definierten Gruppe einstellbar ist und dass zylinderindividuelle Korrekturwerte bestimmbar sind, indem die zy¬ linderindividuellen Differenzverstellwerte zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die einen be- sonders zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraft¬ maschine mit mehreren Zylindern, denen jeweilige Einspritzventile zugeordnet sind zum Zumessen von Kraftstoff, und einer Abgassonde, die in einem Abgastrakt angeordnet ist und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder und einem Kurbelwellenwinkelsensor, dessen Messsignal repräsentativ ist für einen Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle. Innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine wird bei Erfüllung zumindest einer vorge¬ gebenen Bedingung eine zylinderindividuelle Diagnose bezüglich Schadstoffemissionen durchgeführt. Die vorgegebene Bedingung kann beispielsweise bei einem vorgegeben quasi stationären Betriebszustand und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer oder auch Fahrstrecke erfüllt sein.
Während des Durchführens der zylinderindividuellen Diagnose wird eine Zwangsanregung, mit der ein vorgegebenes einzustellendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeregt wird, zylindersegmentsyn- chron vorgegeben und zwar derart, dass die jeweiligen einzelnen Zylinder während aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen entweder mit jeweils einem durch die Zwangsanregung im Vergleich zu dem vorgegebenen einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefetteten oder abgemagerten Gemisch beaufschlagt werden. Abhängig von dem zwangsangeregten einzustellenden
Luft/Kraftstoff- Verhältnis werden die jeweiligen Einspritz¬ ventile angesteuert.
Ein Zylindersegment ist derjenige Anteil, der dem gesamten Kurbelwellenwinkel eines Arbeitsspiels dividiert durch die Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht. So ist ein Zylindersegment bei einer Viertaktbrennkraftmaschine mit vier Zylindern 180° Kurbelwellenwinkel lang.
Durch dieses Vorgehen werden insbesondere gegebenenfalls un¬ erwünschte Einflüsse durch die Regeldynamik der zur Oxidation und Reduktion des Abgaskatalysators notwendigen Zwangsanregung auf das Diagnoseergebnis gering gehalten. So kann beispielsweise im Falle einer zylinderindividuellen Lambdaregelungs-basierten Diagnose der Einfluss der Zwangsanregung, deren Periodendauer unabhängig von der jeweiligen Dauer des jeweiligen Zylindersegments appliziert ist, zufällig einen Zylinder in eine fette oder auch magere Richtung ziehen und so die Aussagekraft des jeweiligen Diagnoseergebnisse in Frage stellen. Ein korres¬ pondierender Effekt kann entsprechend einem Drehmomentunterschied zwischen den Zylindern hervorrufen und so das Ergebnis einer laufunruhebasierten Diagnose verzerren.
Durch das zylindersegmentsynchrone Vorgeben der Zwangsanregung derart, dass die jeweiligen einzelnen Zylinder während aufei¬ nanderfolgenden Arbeitsspielen entweder mit jeweils durch die Zwangsanregung im Vergleich zu dem vorgegebenen einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefetteten oder abgemagerten Ge¬ misch beaufschlagt werden, können solche unerwünschten Einflüsse eliminiert oder zumindest nahezu eliminiert werden und somit die Güte der Diagnose sehr positiv beeinflusst werden.
Gemäß einer Ausgestaltung wird während der Diagnose die
Zwangsanregung derart vorgegeben, dass die Periodendauer der Zwangsanregung einer aktuellen Zeitdauer von zwei Zylindersegmenten entspricht. Auf diese Weise kann auf einfache Art sichergestellt werden, dass der jeweilige Zylinder während der Diagnose jeweils im Wesentlichen mit dem gleichen Luft/Kraft¬ stoff-Verhältnis beaufschlagt wird und dies dann somit im Rahmen der Diagnose berücksichtigt werden kann bezogen auf den j eweiligen Zylinder .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird während der Diagnose die Zwangsanregung derart vorgegeben, dass die Periodendauer der Zwangsanregung einer aktuellen Zeitdauer von einer Hälfte der Anzahl an Zylindersegmenten pro Zylinderbank entspricht. Auf diese Weise kann ebenso einfach sichergestellt werden, dass der jeweilige Zylinder während der Diagnose zuverlässig mit jeweils dem nahezu gleichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches beaufschlagt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Periodendauer und/oder die Amplitude der Zwangsanregung während der Diagnose abhängig von einer maximalen SauerstoffSpeicherkapazität des Abgaskatalysators eingestellt. Auf diese Weise kann einfach ein Beitrag dazu geleistet werden, dass auch während der Diagnose die Schadstoffemissionen möglichst gering gehalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Diagnose eine laufunruhebasierte zylinderindividuelle Diagnose bezüglich Schadstoffemissionen .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Diagnose eine zylinderindividuelle Lambdaregelung .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Durch das Durchführen der laufunruhebasierten zylinderindividuellen Diagnose bezüglich Schadstoffemissionen kann frühzeitig ein Überschreiten von Schadstoffemissionen, insbesondere über einen zulässigen Bereich, erkannt werden. Wenn die Diagnose das Durchführen der zylinderindividuellen Lambdaregelung umfasst, kann beispielsweise auch eine komponentenbasierte Diagnose erfolgen. So ist beispielsweise ein Erkennen eines fehlerhaften Einspritzventils ermöglicht, das beispielsweise eine verkokte Düsennadel oder auch Ablagerung an dem Einspritzventil aufweist, die zur Verschlechterung der Einspritzung führen.
Im Rahmen der laufunruhebasierten, zylinderindividuellen Diagnose erfolgt beispielsweise ein aktives Verstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den jeweiligen Zylindern. So wird beispielsweise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des gerade zu analysierenden Zylinder schrittweise immer stärker in Richtung mager verstellt, wobei bei den jeweiligen anderen Zylindern eine entsprechende Kompensation erfolgt durch entsprechend entge¬ gengesetztes Verstellen des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses. Ein derartiges Verändern des jeweiligen Luft/Kraftstoff-Verhält¬ nisses erfolgt bevorzugt, bis ein Laufunruhewert einen vorge¬ gebenen Schwellenwert erreicht oder überschritten hat.
Die Diagnose kann dann beispielsweise erfolgen über das zu diesem Zeitpunkt verstellte Stellsignal für den jeweiligen Zylinder, das beispielsweise auch repräsentativ sein kann für eine verstellte Einspritzmenge, und Vergleichen dieses/dieser mit einem Referenzwert, der beispielsweise dem Mittelwert der jeweiligen Zylinder beim Durchführen der Diagnose für die einzelnen Zylinder entspricht. Bei entsprechend hoher Abweichung, wie beispielsweise über 25 %, kann dann auf einen emissionsrelevanten Fehler geschlossen werden und es können entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der
Brennkraftmaschine und
Figur 3 ein Diagramm, in dem ein vorgegebenes einzustellendes zwangsangeregtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis über die Zeit aufgetragen ist.
Elemente gleicher Konstruktion und/oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichn Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 11, ferner einen Sammler 12 und ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder ZI über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit einem Kolben 24 des Zylinders ZI gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gas¬ einlassventil 30, einem Gasauslassventil 31 und Ventilantrieben 32, 33. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze 35. Alternativ kann das Einspritzventil 34 auch in dem Ansaugtrakt 1 angeordnet sein.
Der Abgastrakt 4 umfasst einen Abgaskatalysator 40, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Eine Steuervorrichtung 6 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 6 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen die Stellglieder, die der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, und denen jeweils entsprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stellsignalen für die Stellantriebe an.
Die Steuervorrichtung 6 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet sein. Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 71, welcher die Stellung eines Fahrpedals 7 erfasst, ein Luftmassenmesser 14, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 11 erfasst, ein Temperatursensor 15, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Drucksensor 16, welcher den Saugrohrdruck erfasst, ein
Kurbelwellenwinkelsensor 22, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird, ein Dreh¬ momentsensor 23, welcher ein Drehmoment der Kurbelwelle 21 erfasst, ein Nockenwellenwinkelsensor 36a, welcher einen No- ckenwellenwinkel erfasst und eine Abgassonde 41, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in dem Zylinder ZI bei der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Die Abgassonde 41 ist bevorzugt als lineare Lambdasonde aus- gebildet und erzeugt so über einen weiten relevanten Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ein zu diesem proportionales Messsignal .
Je nach Ausgestaltung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 11, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 30, 31, das Einspritzventil 34 oder die Zündkerze 35.
Neben dem Zylinder ZI sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder zugeordnet sind. Bevorzugt ist jeder Abgasbank an Zylindern, die auch als Zylinderbank bezeichnet werden kann, jeweils ein Abgasstrang des Abgastraktes 4 zugeordnet und dem jeweiligen Abgasstrang jeweils eine Abgassonde 41 entsprechend zugeordnet. Die Steuervorrichtung 6 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit und einen Speicher zum Abspeichern von Daten und Programmen. Zum Betreiben der Brennkraftmaschine ist in der Steuervorrichtung 6 ein Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine gespeichert, das während des Betriebs in der Recheneinheit abgearbeitet werden kann und das dazu ausgebildet ist, bei Erfüllung zumindest einer vorgegebenen Bedingung eine zylinderindividuelle Diagnose be¬ züglich Schadstoffemissionen durchzuführen. Das Programm wird beispielsweise in einem Schritt Sl (Figur 2) gestartet, und zwar beispielsweise zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine.
In einem Schritt S3 wird geprüft, ob eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Die vorgegebene Bedingung kann beispielsweise erfüllt sein, wenn ein quasi stationärer Betriebszustand vorliegt und/oder eine vorgegebene Zeitdauer seit dem letztmaligen Erfülltsein der Bedingung vergangen ist und/oder eine vorgegebene Fahrstrecke seit dem letztmaligen Erfülltsein der Bedingung zurückgelegt worden ist.
Ist die Bedingung des Schrittes S3 nicht erfüllt, so wird, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer, der Schritt S3 erneut durchgeführt. Ist die Bedingung des Schrittes S3 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S5 eine Zwangs¬ anregung, mit der ein vorgegebenes einzustellendes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeregt wird, zylindersegmentsyn- chron vorgegeben. Dies erfolgt derart, dass die jeweiligen einzelnen Zylinder während aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen entweder mit jeweils einem durch die Zwangsanregung im Vergleich zu dem vorgegebenen einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefetteten oder abgemagerten Gemisch beaufschlagt werden. Die Einspritzventile 34 werden abhängig von dem zwangsangeregten einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angesteuert. Die Amplitude der Zwangsanregung wird bevorzugt in Abhängigkeit der emissions- oder katalysatoraspezifischen Eigenschaften vorgegeben oder auch angepasst. So wird die Amplitude aber gegebenenfalls auch die Periodendauer der Zwangsanregung während der Diagnose abhängig von einer maximalen SauerstoffSpeicherkapazität des Abgaskatalysators 40 eingestellt.
In einem Schritt S7 wird die Diagnose dann aktiviert und somit durchgeführt. Die Diagnose kann beispielsweise eine laufunru- hebasierte zylinderindividuelle Diagnose bezüglich Schad¬ stoffemissionen umfassen. Sie kann alternativ oder zusätzlich jedoch auch eine zylinderindividuelle Lambdaregelung umfassen und beispielsweise abhängig von einem mittels der abhängig von der zylinderindividuellen Lambdaregelung ermittelten Adaptionswert durchgeführt werden.
Bei der Diagnose wird der jeweilige Einfluss der Zwangsanregung auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder berücksichtigt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Gaslaufzeiten der jeweiligen Abgaspakete abhängig von Sondenposition und/oder Last und/oder Drehzahl berücksichtigt werden bei dem erwarteten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Dies kann besonders einfach durch entsprechende vorgegebene Kennfelder mit der entsprechenden Anzahl an Eingangsgrößen entsprechend der zuvor genannten Größen realisiert werden.
Darüber hinaus kann vorteilhaft auch eine Korrelation zwischen einer induzierten Stimulation, hervorgerufen durch die
Zwangsanregung, zur tatsächlichen Abweichung berücksichtigt werden. So kann beispielsweise eine +/- 3 %-ige Zwangsanregung beispielsweise einer 2,5 %-igen Abweichung bei dem Messsignal der Abgassonde 41 führen. Auf diese Weise wird somit insbesondere der Einfluss der Zwangsanregung bei der Diagnose berücksichtigt. Sie hat somit nicht einen unbestimmbaren und insbesondere verfäl¬ schenden Einfluss auf die Diagnose.
Darüber hinaus kann auch durch das weiter stattfindende Anregen mittels der Zwangsanregung während der Diagnose eine möglichst geringe Schadstoffemission erzielt und auch eine negative Be¬ einflussung des Abgaskatalysators 40 vermieden werden.
In einem Schritt S9 wird geprüft, ob die Diagnose abgeschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung, gege¬ benenfalls nach der vorgegebenen Wartezeitdauer erneut in dem Schritt S9 fortgesetzt. Ist die Diagnose abgeschlossen, so wird im Anschluss an den Schritt S9 die Zwangsanregung in einem Schritt Sil wieder auf eine nominale Zwangsanregung umgeschaltet, die außerhalb des Betriebs mit der Diagnose vorgegeben ist und die beispielsweise mit einer festen vorgegebenen Periodendauer vorgegeben sein kann.
Anhand der Figur 3 ist ein beispielhafter Verlauf ZWA_V der Zwangsanregung beispielhaft über die Zeit t aufgetragen. Ebenso sind in der Figur 3 die jeweiligen Zylindersegmentdauern repräsentiert durch SEO, SEI, SE2 und SE3 aufgetragen über die Zeit. Dabei ist in diesem Fall eine konstante Drehzahl vorhanden, sodass sich über die dargestellte Zeitdauer die Periodendauer der Zwangsanregung nicht ändert. Allerdings kann sich dies in der Realität ändern, wenn sich die Drehzahl ändert, da die
Zwangsanregung zylindersegmentsynchron während der Diagnose vorgegeben ist. Aus der Figur 3 ist ferner ersichtlich, dass für den jeweiligen Zylinder jeweils auch in aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen die Zwangsanregung in gleicher Weise das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beeinflusst .

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (ZI bis Z4), denen jeweilige Ein- spritzventile (34) zugeordnet sind zum Zumessen von
Kraftstoff, und einer Abgassonde (41), die in einem Ab¬ gastrakt (40) angeordnet ist und deren Messsignal cha¬ rakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (ZI bis Z4), und einem Kurbelwellen- winkelsensor (22), dessen Messsignal repräsentativ ist für einen Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle (21), bei dem - innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs der
Brennkraftmaschine bei Erfüllung zumindest einer vorge¬ gebenen Bedingung eine zylinderindividuelle Diagnose be¬ züglich Schadstoffemissionen durchgeführt wird, wobei während des Durchführens der zylinderindividuellen Diagnose eine Zwangsanregung, mit der ein vorgegebenes einzustel¬ lendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeregt wird, zylin- dersegmentsynchron vorgegeben wird und zwar derart, dass die jeweiligen einzelnen Zylinder während aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen entweder mit jeweils einem durch die
Zwangsanregung im Vergleich zu dem vorgegebenen einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefetteten oder abgemagerten Gemisch beaufschlagt werden, wobei abhängig von dem zwangsangeregten einzustellenden Luft/Kraftstoff- Verhältnis die jeweiligen Einspritzventile (34) angesteuert werden .
Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem während der Diagnose die Zwangsanregung derart vorgegeben wird, dass die Periodendauer der Zwangsanregung einer aktuellen Zeitdauer von zwei Zylindersegmenten entspricht . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem während der Diagnose die Zwangsanregung derart vorgegeben wird, dass die Periodendauer der Zwangsanregung einer aktuellen Zeitdauer von einer Hälfte der Anzahl an Zylindersegmenten pro Zylinderbank entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die Periodendauer und/oder Amplitude der Zwangsanregung während der Diagnose abhängig von einer maximalen SauerstoffSpeicherkapazität eines Abgaskatalysators (40) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die Diagnose eine laufunruhebasierte zylinderin¬ dividuelle Diagnose bezüglich Schadstoffemissionen umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die Diagnose eine zylinderindividuelle Lambdare- gelung umfasst.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (ZI bis Z4), denen jeweilige Ein- spritzventile (34) zugeordnet sind zum Zumessen von
Kraftstoff, und einer Abgassonde (41), die in einem Ab¬ gastrakt (40) angeordnet ist und deren Messsignal cha¬ rakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder (ZI bis Z4), und einem Kurbelwellen- winkelsensor (22), dessen Messsignal repräsentativ ist für einen Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle (21), wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass
- innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs der
Brennkraftmaschine bei Erfüllung zumindest einer vorge¬ gebenen Bedingung eine zylinderindividuelle Diagnose be- züglich Schadstoffemissionen durchgeführt wird, wobei während des Durchführens der zylinderindividuellen Diagnose eine Zwangsanregung, mit der ein vorgegebenes einzustel¬ lendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeregt wird, zylin- dersegmentsynchron vorgegeben wird und zwar derart, dass die jeweiligen einzelnen Zylinder während aufeinanderfolgenden Arbeitsspielen entweder mit jeweils einem durch die
Zwangsanregung im Vergleich zu dem vorgegebenen einzustellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefetteten oder abgemagerten Gemisch beaufschlagt werden, wobei abhängig von dem zwangsangeregten einzustellenden Luft/Kraftstoff- Verhältnis die jeweiligen Einspritzventile (34) angesteuert werden .
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