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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine mit elektrisch betätigbaren Ventilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei allgemein bekannten Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine mit elektrisch betätigbaren Ventilen werden von einer Motorsteuerung dem Betriebszustand angepasste Kraftstoffeinspritzmengen-Signale, Einspritzzeitpunkt-Signale und Ventilöffnungszeiten-Signale vorgegeben. Das Kraftstoffeinspritzmengen-Signal gibt an, wieviel Gesamtkraftstoff in einen Zylinder während eines Arbeitszyklus eingespritzt werden soll. Das Einspritzzeitpunkt-Signal gibt an, zu welchem Zeitpunkt der Kraftstoff eingespritzt werden soll. Um die richtige Kraftstoffmenge in den Zylinder einspritzen zu können, muss das Steuergerät zusätzlich in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Ventils die Ventilöffnungszeiten, also die Dauer der Ventilöffnung vorgeben, wobei die Durchflussmenge von verschiedenen Betriebsparametern der Otto-Brennkraftmaschine beeinflusst wird.
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Damit die Otto-Brennkraftmaschine optimal betrieben werden kann, ist eine hohe Genauigkeit der jeweiligen Kraftstoffeinspritzmengen erforderlich, was wiederum eine hohe Genauigkeit der Ventilöffnungszeiten erfordert. Da die Durchflussmenge bspw. aufgrund der Alterung der Ventile oder deren üblicher Toleranzen sich verändern oder variieren kann, ist eine ständige Adaption des Zusammenhangs zwischen der vorgegebenen Kraftstoffmenge und den Ventilöffnungszeiten notwendig.
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Um die hohe Genauigkeit gewährleisten zu können, sind verschiedene Verfahren bekannt.
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So offenbart die
DE 103 05 523 A1 ein Verfahren zur Nullmengenkalibrierung. Hierbei wird bei hinreichend stationären Betriebsbedingungen zu den im jeweils vorliegenden Betriebspunkt ohnehin getätigten Ansteuerungen bzw. Einspritzungen eine weitere Ansteuerung hinzugefügt und das Erfolgen einer korrespondierenden zusätzlichen Einspritzung erfasst. Die zusätzliche Ansteuerung wird zunächst mit einer relativ kurzen Ansteuerdauer durchgeführt, bei der noch keine Einspritzung erfolgt. Die Ansteuerdauer wird solange erhöht, bis eine Momentenerhöhung detektiert wird, anhand derer ermittelt werden kann, ab welcher Ansteuerdauer eine tatsächliche Einspritzung erfolgt. Auf dieser Basis kann das Kraftstoffeinspritzsystem anschließend kalibriert werden.
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Die
DE 101 33 555 A1 offenbart ein Verfahren zum zylinderindividuellen Abgleich der Einspritzmenge bei Brennkraftmaschinen, bei dem vorgegebene Einspritzmengen einem orthogonalen Versuchsplan folgend für die einzelnen Zylinder verändert werden, und nach jedem Schritt des Versuchsplans der Lambdawert im Abgas ermittelt wird. Nach Ablauf des Versuchsplans werden aus den ermittelten Lambdawerten Korrekturwerte für die Einspritzmengen jedes Zylinders bestimmt und diese zum Abgleich der vorgegebenen Einspritzmengen herangezogen.
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Des Weiteren ist bekannt, dass gerade bei sehr kleinen Kraftstoffeinspritzmengen eine genaue Dosierung sehr schwierig ist. Derart kleine Kraftstoffeinspritzmengen sind jedoch bei bestimmten Motorbetriebszuständen im Hinblick auf Emissionen, Laufruhe und Ölverdünnung notwendig. Hierbei wird die notwendige vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge in mehrere kleine bzw. eine größere und eine sehr kleine Kraftstoffeinspritzmenge aufgeteilt. Die kleine Kraftstoffeinspritzmenge muss dabei sehr genau dosierbar sein.
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Aus der
DE 103 43 759 A1 ist bereits ein Verfahren zur Bestimmung einer Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer berechneten Referenzeinspritzmenge eines Kraftstoffsystems mit folgenden Schritten bekannt:
Ermitteln einer zur Aufrechterhaltung eines konstanten Betriebspunktes erforderlichen ersten Einspritzmenge einer Einfacheinspritzung,
Ermitteln einer zur Aufrechterhaltung des konstanten Betriebspunktes erforderliche zweiten Gesamteinspritzmenge einer Mehrfacheinspritzung Ermittlung einer Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von der berechneten Referenzeinspritzmenge durch Vergleich der ersten Einspritzmenge mit der zweiten Gesamteinspritzmenge,
wobei als Indikator für die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge das Verhalten des Drehzahlreglers verwendet wird.
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Weiter ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2006 019 894 B3 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und einer Abgassonde im Abgastrakt bekannt, wobei zur Ermittlung eines Korrekturwertes für ein Einspritzsignal eines Zylinders in einem ersten Betriebszustand das Zumessen von Kraftstoff in mehreren ersten Zumessimpulsen mit gleicher Pulscharakteristik während eines Arbeitsspiels eines Zylinders gesteuert wird und in die übrigen Zylinder das Zumessen von Kraftstoff mittels mindestens eines zweiten Zumessimpulses unterschiedlicher Pulscharakteristik im Vergleich zu den ersten Zumessimpulsen während eines Arbeitsspiels gesteuert wird. Die Anzahl und Pulscharakteristik der ersten Zumessimpulse wird dabei so vorgegeben, dass aufgrund einer angenommenen Charakteristik der Einspritzventile die gleiche Kraftstoffmasse zugemessen werden soll, wie mit dem zweiten Zumessimpuls. In Abhängigkeit vom Signal der Abgassonde wird anschließend ein entsprechender Korrekturwert ermittelt.
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Zum weiteren Stand der Technik wird noch auf die
DE 197 00 711 A1 und die
EP 1 375 888 A2 hingewiesen, bei denen zur Bewertung der Einspritzung von kleinen Kraftstoffmengen in Mehrfacheinspritzungen bzw. zur Ermittlung von Totzeiten in der Ansteuerung von Einspritzventilen als Indikatoren das erzeugte Drehmoment ausgewertet wird.
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Der Vollständigkeit halber wird auch noch die
DE 38 00 176 A1 genannt, aus der eine Steuereinrichtung bekannt ist, mit der sehr günstige Abgaswerte erzielt werden können. Diese Steuereinrichtung weist einen Vorsteuerzeitgeber, einen Individualspeicher und eine Verknüpfungseinrichtung auf, wobei der Individualspeicher den einzelnen Zylindern zugeordnete Individualwerte speichert und die Verknüpfungseinheit diese Individualwerte mit einer vom Vorsteuerzeitgeber bereitgestellten Vorsteuerzeit derart verknüpft, dass sich für jede Einspritzeinrichtung jeweils eine solche Steuerzeit ergibt, dass die für jeden Zylinder einzeln durch eine Lambda-Sonde im Abgas gemessenen Lambda-Werte für alle Zylinder im Wesentlichen gleich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe die oben genannten kleinen Kraftstoffeinspritzmengen möglichst genau dosiert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es wird davon ausgegangen, dass im Einfacheinspritzbetrieb die Kraftstoffeinspritzmenge für einen Arbeitszyklus in einem einzigen Einspritzvorgang zu einem von der Motorsteuerung vorgegebenen Einspritzzeitpunkt in die Zylinder eingespritzt wird. Im Unterschied dazu wird im Mehrfacheinspritzbetrieb die Kraftstoffeinspritzmenge für einen Arbeitszyklus in einer Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Teileinspritzvorgängen zu den von der Motorsteuerung jeweils vorgegebenen Einspritzzeitpunkten in die Zylinder eingespritzt.
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Um die kleinen Kraftstoffeinspritzmengen im Mehrfacheinspritzbetrieb möglichst genau dosieren zu können, müssen die Ventilöffnungszeiten-Signale für die einzelnen elektrisch betätigbaren Ventile, bspw. Magnetventile oder piezoelektrische Ventile, bereits vor einer notwendigen Umschaltung vom Einfacheinspritzbetrieb in einen Mehrfacheinspritzbetrieb derart korrigiert werden, dass sichergestellt ist, dass gleich zu Beginn des Mehrfacheinspritzbetriebes der Otto-Brennkraftmaschine die von der Motorsteuerung vorgegebenen kleinen Kraftstoffeinspritzmengen tatsächlich in die Zylinder eingespritzt werden.
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Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, dass bei gleich bleibendem Betriebspunkt und gleicher vorgegebener Kraftstoffeinspritzmenge bzw. Kraftstoffeinspritzgesamtmenge für jeden Zylinder das ermittelte Signal einer Lambdasonde und somit auch das Signal eines Lambdareglers unabhängig von der Betriebsart, also unabhängig davon, ob die Otto-Brennkraftmaschine im Einfacheinspritzbetrieb mit einer einzelnen Einspritzung in den Zylinder oder im Mehrfacheinspritzbetrieb betrieben wird, nahezu identisch sein muss.
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Aufgrund dieser Erkenntnis zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine, bei dem zur Gemischbildung die vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge mittels elektrisch betätigbarer Ventile in die Zylinder eingespritzt wird, dadurch aus, dass für jede einem Lambdaregler zugeordnete Zylinderbank ein Korrekturverfahren zum Korrigieren der Ventilöffnungszeiten-Signale, insbesondere der Ventilöffnungszeiten-Signale für kleine Kraftstoffeinspritzmengen, mit folgenden Schritten durchgeführt wird:
Im Ausgangspunkt wird die Brennkraftmaschine in einem herkömmlichen Einfacheinspritzbetrieb, vorteilhafterweise einem sog. Homogenbetrieb in einem bestimmten Betriebspunkt, bspw. im Leerlauf betrieben. Der während eines bzw. des letzten Arbeitszyklus in diesem Betrieb ermittelte Verlauf des Lambdareglersignals wird gespeichert, damit er für das erfindungsgemäße Verfahren in späteren Verfahrensschritten zu Verfügung steht.
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Anschließend wird im nächsten Arbeitszyklus bei gleichem Betriebspunkt der Otto-Brennkraftmaschine in genau einen Zylinder der Zylinderbank die entsprechend der im letzten Arbeitszyklus im Einfacheinspritzbetrieb vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge gemäß den im Mehrfacheinspritzbetrieb vorgegebenen Einspritzzeitpunkten und Ventilöffnungszeiten eingespritzt. Dies bedeutet, dass in genau einen Zylinder die vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge bereits in mehreren kleinen Kraftstoffmengen eingespritzt wird.
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Im gleichen Arbeitszyklus der Otto-Brennkraftmaschine wird in die übrigen Zylinder der Zylinderbank die die entsprechend der im letzten Arbeitszyklus im Einfacheinspritzbetrieb vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge gemäß den im Einfacheinspritzbetrieb vorgegebenen Einspritzzeitpunkten und Ventilöffnungszeiten eingespritzt, d. h. bei diesen Zylindern wird die Einspritzung bzw. die Art und Weise der Einspritzung zum letzten Arbeitszyklus der Otto-Brennkraftmaschine nicht verändert.
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Im nächsten Schritt wird der für diesen Arbeitszyklus der Otto-Brennkraftmaschine der aktuelle Verlauf des Lambdareglersignals der Zylinderbank ermittelt und anschließend mit dem gespeicherten Verlauf des Lambdareglersignals verglichen.
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Zeigt der aktuelle Verlauf des Lambdareglersignals im Vergleich zum gespeicherten Verlauf des Lambdareglersignals einen Sprung auf, lässt sich erkennen, dass sich die tatsächlich einzuspritzende Kraftstoffeinspritzmenge beim Übergang vom Einfacheinspritz- in den Mehrfacheinspritzbetrieb dieses einen Zylinders geändert hat. In Abhängigkeit von gespeicherten Verlauf des Lambdareglersignals und dem aktuell ermittelten Verlauf des Lambdareglersignals, insbesondere von der Differenz des aktuell ermittelten Verlaufs des Lambdareglersignals zum gespeicherten Verlauf des Lambdareglersignals wird das Ventilöffnungszeiten-Signal für den im Mehrfacheinspritzbetrieb befüllten Zylinder korrigiert.
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Die Korrektur des Ventilöffnungszeiten-Signals für den im Mehrfacheinspritzbetrieb befüllten Zylinder erfolgt vorteilhafterweise derart, dass bei einem nächsten Arbeitszyklus bei gleicher Einspritzstrategie der aktuell ermittelte Verlauf des Lambdareglersignals dem gespeicherter Verlauf des Lambdareglersignals entspricht.
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Die Korrektur bzw. der ermittelte Korrekturwert für das Ventilöffnungszeiten-Signal für eine in diesem Betriebspunkt vorgegebene kleine einzuspritzende Kraftstoffeirispritzmenge im Mehrfacheinspritzbetrieb kann vorteilhafterweise für andere Kraftstoffeinspritzmengen gewichtet übernommen werden. So wird der Korrekturwert für die kleine Kraftstoffeinspritzmenge, bei der sie ermittelt wurde, zu 100% für die Korrektur herangezogen. Wird jedoch bei späterem Betrieb der Otto-Brennkraftmaschine eine Mehrfacheinspritzung mit größeren Kraftstoffeinspritzmengen und dementsprechend längeren Ventilöffnungszeiten vorgenommen, so wird die Korrektur bzw. der Korrekturwert nur anteilig berücksichtigt. Werden zum Beispiel bei der Korrekturermittlung gemäß diesem Verfahren anstelle von 1 × 9 mg, 3 × 3 mg Kraftstoff eingespritzt und muss diese Kraftstoffmenge um 10% korrigiert werden, so wird diese Korrektur immer dann verwendet, wenn im normalen Betrieb der Otto-Brennkraftmaschine eine Kraftstoffmenge von 3 mg abgegeben werden soll. Soll eine Kraftstoffmenge von 6 mg eingespritzt werden, so wird nur eine geringere Korrektur, bspw. nur eine Korrektur um 5% vorgenommen. Bei einer Kraftstoffeinspritzmenge von 9 mg würde keine Korrektur mehr vorgenommen werden.
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Wie bereits eingangs erwähnt, wird diese Korrektur bzw. Adaption benötigt, da es bei bestimmten Betriebszuständen der Otto-Brennkraftmaschine von Vorteil ist, wenn die notwendige Kraftstoffeinspritzmenge in mehrere kleine bzw. in eine größere und eine sehr kleine Kraftstoffeinspritzmenge aufgeteilt wird. Die Vorteile ergeben sich vor allem Im Hinblick auf die Emissionen, die Laufruhe und die Ölverdünnung der Brennkraftmaschine.
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Vorteilhafterweise können Betriebsparameter, die für die Ermittlung der Ventilöffnungszeiten-Signale erforderlich sind, während dieses Korrekturverfahrens derart verändert werden, dass sie den Anforderungen im Mehrfacheinspritzbetrieb entsprechen. So liegt der einzuspritzende Kraftstoff im Leerlauf bzw. im Einfacheinspritzbetrieb mit einem wesentlich geringeren Druck an den Ventilen an als im Mehrfacheinspritzbetrieb. Um dies bei der Korrektur des Ventilöffnungszeiten-Signals für den Mehrfacheinspritzbetrieb berücksichtigen zu können, kann der Betriebsparameter, der für den Druck verantwortlich ist, derart verändert werden, dass sich während des beschriebenen Verfahrens ein Druck an den Ventilen einstellt, der dem Druck während eines Mehrfacheinspritzbetriebs entspricht.
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Vorteilhafterweise werden die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens für jeden Zylinder der Zylinderbank wiederholt. Somit kann das Ventilöffnungszeiten-Signal für jeden Zylinder individuell korrigiert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die
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1 einen Vereinfachten Aufbau einer Otto-Brennkraftmaschine mit 6 Zylindern und
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2 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine Otto-Brennkraftmaschine BK mit 6 Zylindern Z1 bis Z6 dargestellt, wobei die Zylinder Z1, Z3 und Z5 eine erste Zylinderbank ZB1 und die Zylinder Z2, Z4 und Z6 eine zweite Zylinderbank ZB2 bilden. Die erforderliche Kraftstoffmenge wird jedem der Zylinder Z1 bis Z6 mittels eines piezoelektrischen Ventils V1 bis V6 zugeführt. Die piezoelektrischen Ventile V1 bis V6 werden von einem Motorsteuergerät MS angesteuert. Das Motorsteuergerät MS ermittelt aus verschiedenen Eingangssignalen s, I1 und I2 für jeden Zylinder Kraftstoffeinspritzmengen-Signale m, Einspritzzeitpunkt-Signale t und Ventilöffnungszeiten-Signale dt.
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Im Einfacheinspritzbetrieb wird die Kraftstoffeinspritzmenge m für einen Arbeitszyklus in einem einzigen Einspritzvorgang zu einem von der Motorsteuerung vorgegebenen Einspritzzeitpunkt t eingespritzt. Im Unterschied dazu wird im Mehrfacheinspritzbetrieb die Kraftstoffeinspritzmenge m für einen Arbeitszyklus in einer Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden Teileinspritzvorgängen zu den von der Motorsteuerung jeweils vorgegebenen Einspritzzeitpunkten t eingespritzt, d. h. hier werden mehrere Einspritzzeitpunkt-Signale t pro Arbeitszyklus und pro Zylinder erzeugt.
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Schließlich ist jeder Zylinderbank ZB1 bzw. ZB2 jeweils ein Lambdaregler L1 bzw. L2 zugeordnet, der zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses benötigt wird. Der Regler wertet das Signal einer Lambdasonde aus, welche den aktuellen Lambdawert im Abgas ermittelt. In Abhängigkeit von diesem Lambdawert und einem vorgegebenen Lambdawert regelt der Lambdaregler das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Aussenden eines Lambdareglersignals I1 bzw. I2.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur der Ventilöffnungszeiten-Signale wird anhand der 2 näher erläutert. Insbesondere ist die Korrektur des Ventilöffnungszeiten-Signals für das Ventil V1 bzw. den Zylinder Z1 der ersten Zylinderbank ZB1 dargestellt.
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Das Verfahren beginnt im Ausgangsschritt 100. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Otto-Brennkraftmaschine im als Homogenbetrieb H ausgestalteten Einfacheinspritzbetrieb. Des Weiteren liegt ein bestimmter Betriebspunkt BP – bspw. Leerlauf – vor. In die Zylinder Z1 bis Z6 wird die vom Motorsteuergerät vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge m gemäß dem Einfacheinspritzbetrieb in einem einzigen Einspritzvorgang zu einem von der Motorsteuerung vorgegebenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt, also EEB(Z1–Z6) durchgeführt.
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Zum Start des Korrekturverfahrens wird im Schritt 200 der im Homogenbetrieb H gemäß Schritt 100 für den letzten Arbeitszyklus ermittelte Verlauf des Lambdareglersignals, also I1(t0) gespeichert. Im nächsten Schritt 300 wird bei gleichem Betriebspunkt BP, wie er im Schritt 100 vorliegt, in den Zylinder Z1 der ersten Zylinderbank ZB1 die vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge m gemäß den im Mehrfacheinspritzbetrieb vorgegebenen Einspritzzeitpunkten und Ventilöffnungszeiten eingespritzt, also MEB(Z1) durchgeführt.
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Im gleichen Arbeitszyklus der Otto-Brennkraftmaschine wird im Schritt 400 die Verfahrenshandlung EEB(Z3, Z5) vorgenommen. Hierbei wird in die übrigen Zylinder der Zylinderbank, also in die Zylinder Z3 und Z5 die vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge m gemäß den im Einfacheinspritzbetrieb vorgegebenen Einspritzzeitpunkten und Ventilöffnungszeiten eingespritzt.
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Im nächsten Schritt 500 wird der aktuelle Verlauf des Lambdareglersignals der ersten Zylinderbank ZB1 für diesen Arbeitszyklus der Otto-Brennkraftmaschine, also I1(t1), ermittelt. Im Schritt 600 wird der aktuelle Verlauf des Lambdareglersignals I1(t1) mit dem gespeicherten Verlauf des Lambdareglersignals I1(t0) verglichen. Hat sich die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge beim Übergang vom Einfacheinspritzbetrieb in den Mehrfacheinspritzbetrieb des Zylinders 1 geändert, da das piezoelektrische Ventil bei kleinen Mengen erhöhte Toleranzen aufweist, führt dies zu einem Sprung im Verlauf des Lambdareglersignals.
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Entspricht der Verlauf des aktuellen Lambdareglersignals I1(t1) also nicht dem Verlauf des gespeicherten Lambdareglersignals I1(t0), d. h. ist I1(t0) ≠ I1(t1), wird vom Schritt 600 in den Schritt 700 gesprungen, da sich die Kraftstoffeinspritzmenge bei der Mehrfacheinspritzung zur Kraftstoffeinspritzmenge im Einfacheinspritzbetrieb geändert hat und dies geändert werden muss. Im Schritt 700 wird in Abhängigkeit vom aktuell ermittelten Lambdareglersignal I1(t1) und dem gespeicherten Verlauf des Lambdareglersignals I1(t0) das Ventilöffnungszeiten-Signal dt für den im Mehrfacheinspritzbetrieb befüllten Zylinder Z1 bzw. das entsprechende Ventil V1 korrigiert, also die Verfahrenshandlung korr dt(I1(t0), I1(t1)) durchgeführt. Die Korrektur kann aus der auftretenden Mengenänderung, welche aus dem aktuellen Lambdareglersignal I1(t1) ermittelt werden kann, ermittelt werden.
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Entspricht jedoch der Verlauf des aktuellen Lambdareglersignals I1(t1) dem Verlauf des gespeicherten Lambdareglersignals I1(t0), d. h. ist I1(t0) = I1(t1) wird, vom Schritt 600 in den Schritt 800 gesprungen, welches das Ende des Korrekturverfahrens für diesen Zylinder Z1 bedeutet.
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Vom Schritt 700 und 800 kann das Verfahren für die übrigen Zylinder Z3 und Z5 entsprechend dem in 2 beschriebenen Verfahren in analoger Weise durchgeführt werden. Ebenso kann der gesamte Ablauf auch für die zweite Zylinderbank ZB2 der Otto-Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Die Korrektur der Ventilöffnungszeiten-Signale für die Zylinder können auch für beide Zylinderbänke ZB1 und ZB2 parallel durchgeführt werden, da sich die ermittelten Lambdareglersignale I1 bzw. I2 nicht gegenseitig beeinflussen.
