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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst mindestens zwei
Zylinder, die je einen Brennraum umfassen. In den Zylindern ist
je ein axial beweglicher Kolben angeordnet, der mit einer Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine gekoppelt ist.
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Bei
einer Brennkraftmaschine kann ein niedriger Kraftstoffverbrauch
bei geringen Schadstoffemissionen durch Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vor einem Verbrennungsprozess in einem Brennraum der Brennkraftmaschine
erzielt werden. Die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vor dem Verbrennungsprozess kann beispielsweise mittels einer Lambdasonde
durchgeführt
werden, die in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnet
ist. Abhängig
von einem Messsignal der Lambdasonde, das repräsentativ ist für einen
Restsauerstoffgehalt eines Abgases der Brennkraftmaschine, kann das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
in dem Brennraum vor dem Verbrennungsprozess ermittelt werden. Damit die
Lambdasonde den Restsauerstoffgehalt einzelner Abgaspakete aus den
einzelnen Zylindern voneinander unterscheiden kann, muss ein ausreichend großer Luftmassenstrom
durch die Brennkraftmaschine vorhanden sein. Der ausreichend große Luftmassenstrom
ist beispielsweise im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine gegeben.
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In
der
DE 10 2005
012 835 A1 ist eine Verbrennungsdiagnosevorrichtung einer
Brennkraftmaschine offenbart. Die Verbrennungsdiagnosevorrichtung
weist eine Auswerteeinheit zur Verknüpfung von Informationen aus
einer Laufunruheerfassung und einer Auswertung von Lambdasondensignalen
auf. Zur Auswertung der Laufunruheerfassung wird ein Segmentzeitdifferenzverfahren
angewendet.
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In
der
EP 0 992 665 81 ist
ein Verfahren zur Kompensation des Einflusses unterschiedlicher
Luftfüllmengen
offenbart. Segmentzeiten der Zylinder einer Brennkraftmaschine werden
bestimmt. Zumindest die Segmentzeit des Zylinders, die die größte Abweichung
von einer durchschnittlichen Segmentzeit der Zylinder besitzt, wird
durch eine Änderung der
Einspritzmenge im Sinne einer Verkleinerung der Abweichung angepasst.
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In
der
DE 197 06 126
A1 ist ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine
im Bereich einer Magergrenze offenbart. Zum Einstellen eines Luftverhältnisses
auf einen Sollwert in der Nähe
einer vorgegebenen Magerverbrennungsgrenze werden Schwankungszustände der
Verbrennung über
zylinderindividuelle Laufunruhewerte erfasst und daraus aktuelle
Werte für
ein Streuungsmaß abgeleitet,
die ein Maß für eine Entfernung
der tatsächlichen
Magerverbrennungsgrenze darstellen.
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In
der
DE 198 28 279
A1 ist eine Gleichstellung der zylinderindividuellen Drehmomentbeiträge beim
mehrzylindrigen Verbrennungsmotor offenbart. Segmentzeiten werden
bestimmt, die den einzelnen Zylindern zugeordnet sind. Aus den Segmentzeiten werden
zylinderindividuelle Laufunruhewerte berechnet.
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In
der
DE 10 2006 037 752
83 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine offenbart. Zu jeweils vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln
bezogen auf eine Bezugsposition des jeweiligen Kolbens des jeweiligen
Zylinders erfolgt eine Zuordnung eines in diesem Zeitpunkt jeweils
aktuell erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das aus einem Messsignal
einer Abgassonde abgeleitet ist, zu dem jeweiligen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
jeweiligen Zylinders und das so als erfasstes zylinderindividuelles
Luft/Kraftstoff-Verhältnis zugeordnet
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die ein präzises Erkennen
einer zylinderindividuellen Ungleichverteilung eines Luft/Kraftstoff- Verhältnisses
und ein einfaches Erkennen von Verbrennungsaussetzern ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst
mindestens zwei Zylinder. Die Zylinder umfassen je einen Brennraum.
In den Zylindern ist je ein axial beweglicher Kolben angeordnet,
der mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist. Zu jedem Zylinder wird eine
zylinderindividuelle Segmentzeit der Kurbelwelle ermittelt. Abhängig von
einem Vergleich der ermittelten zylinderindividuellen Segmentzeiten
wird auf eine Ungleichverteilung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vor Verbrennungsprozessen in den Brennräumen erkannt. Im Zuge des Vergleichs
wird eine Segmentzeitdifferenz zwischen den zylinderindividuellen
Segmentzeiten ermittelt. Auf die Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
wird erkannt, wenn die Segmentzeitdifferenz größer als ein vorgegebener erster
Schwellenwert ist. Auf einen Verbrennungsaussetzer wird erkannt,
wenn die Segmentzeitdifferenz größer als
ein vorgegebener zweiter Schwellenwert ist, der größer als
der erste Schwellenwert ist.
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Dies
ermöglicht,
besonders präzise
die zylinderindividuelle Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zu erkennen, insbesondere ohne Lambdasonde und/oder im unteren Teillastbereich der
Brennkraftmaschine. Die zylinderindividuelle Segmentzeit der Kurbelwelle
ist repräsentativ
für eine
Winkelgeschwindigkeit, mit der die Kurbelwelle einen vorgegebenen
Kurbelwellenwinkel und somit ein vorgegebenes Kurbelwellensegment überschreitet.
Die Kurbelwellensegmente sind jeweils den einzelnen Zylindern zugeordnet.
Falls ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in mehreren Zylindern der Brennkraft maschine
gleichzeitig gezündet
wird, kann die Segmentzeit mittels Druckmessungen in den einzelnen
Zylindern ermittelt werden. Das Vergleichen der Segmentzeiten kann
auch als Ermittlung einer Laufunruhe bezeichnet werden.
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Abhängig von
dem Erkennen der Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zylinderindividuell
geregelt werden, beispielsweise durch Anpassen zylinderindividueller
Kraftstoffmassen, die den entsprechenden Zylindern für die entsprechenden
Verbrennungsprozesse zugemessen werden. Ferner kann die zylinderindividuelle
Regelung permanent abhängig
von der Ermittlung und dem Vergleich der Segmentzeiten durchgeführt werden.
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Das
Ermitteln der Segmentzeitdifferenz und das Vorsehen des vorgegebenen
ersten Schwellenwerts ermöglicht
einfach, den Vergleich durchzuführen
und abhängig
von dem Vergleich auf die zylinderindividuelle Ungleichverteilung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zu erkennen. Der erste Schwellenwert kann durch eine Auflösung eines
Sensors zum Ermitteln der zylinderindividuellen Segmentzeit vorgegeben
sein. Alternativ dazu kann der erste Schwellenwert durch eine Schadstoffemissionsgrenze
vorgegeben sein, die ab einer durch den ersten Schwellenwert vorgegebenen
Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschritten wird.
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Das
Vorsehen des vorgegebenen zweiten Schwellenwerts ermöglicht einfach
zusätzlich
die Erkennung des Verbrennungsaussetzers.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nur dann auf die zylinderindividuelle
Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
oder den Verbrennungsaussetzer erkannt, wenn der entsprechende Betriebsfehler
mit einer vorgegebenen Häufigkeit auftritt.
Dies trägt
dazu bei, einen unnötigen
Fehlereintrag zu vermeiden. Dies kann auch als Entprellvorgang bezeichnet
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine,
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2 ein
Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine,
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3 ein
Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen
Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt
eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein
Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen
Einlasskanal in einen Brennraum des Motorblocks 2 geführt ist.
Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8,
welche über
eine Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des Zylinders Z1
gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine umfasst neben dem Zylinder
Z1 mindestens einen weiteren Zylinder Z2, bevorzugt jedoch weitere
Zylinder Z3, Z4, sie kann aber auch jede beliebige größere Anzahl von
Zylindern Z1–Z4
umfassen. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug
angeordnet.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb 14, 15,
der mit einem Gaseinlassventil 12 bzw. einem Gasauslassventil 13 gekoppelt
ist. Der Ventiltrieb 14, 15 umfasst mindestens
eine Nockenwelle, die mit der Kurbelwelle 8 gekoppelt ist.
Ferner sind in dem Zylinderkopf 3 bevorzugt ein Einspritzventil 18 und,
falls die Brennkraftmaschine keine Diesel-Brennkraftmaschine ist, eine Zündkerze 19 angeordnet.
Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet
sein. In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet,
der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.
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Eine
Steuereinrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 25 ermittelt
abhängig
von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 25 kann
auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine und/oder
als Motorsteuerung bezeichnet werden.
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Die
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26,
der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst,
ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der
Drosselklappe 5 erfasst, ein Temperatursensor 32,
der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Drosselklappenstellungssensor 30,
der einen Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34,
der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36,
der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der
Brennkraftmaschine zugeordnet wird.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das
Einspritzventil 18 und/oder die Zündkerze 19.
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Auf
einem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ist vorzugsweise
ein erstes Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine gespeichert. Das
erste Programm dient dazu, eine Laufunruhe der Brennkraftmaschine
zu erkennen und abhängig
von der Laufunruhe auf eine Ungleichverteilung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
auf die einzelnen Zylinder Z1–Z4
zu erkennen.
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Das
erste Programm wird vorzugsweise in einem Schritt S1 gestartet,
in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
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In
einem Schritt S2 werden die Segmentzeiten der Zylinder Z1–Z4 ermittelt.
Insbesondere werden eine erste Segmentzeit N_ZYL_1 des ersten Zylinder
Z1 und eine zweite Segmentzeit N_ZYL_2 des zweiten Zylinders Z2
ermittelt. Ferner werden gegebenenfalls für die weiteren Zylinder Z1–Z4 die
entsprechenden Segmentzeiten ermittelt. Zum Ermitteln der Segmentzeiten
kann beispielsweise der Messwert des Kurbelwellenwinkelsensors 36 herangezogen
werden. Alternativ oder zusätzlich
kann ein Druck in den entsprechenden Zylindern Z1–Z4 ermittelt
werden und abhängig
von dem Druck auf die Laufunruhe, insbesondere die entsprechende
Segmentzeit geschlossen werden.
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Die
Kurbelwelle 8 ist radial in mehrere Segmente unterteilt.
Jedem der Zylinder Z1–Z4
ist genau eines der Segmente zugeteilt. Die Segmentzeit, ist die
Zeit, die eines der Segmente benötigt,
um an einem ortsfesten Körper,
beispielsweise dem Kurbelwellenwinkelsensor 36 vorüber zu ziehen.
Die Segmentzeit ist somit repräsentativ
für eine
zylinderindividuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine.
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In
einem Schritt S3 wird eine Segmentzeitdifferenz N_DIF oder mehrere
Segmentzeitdifferenzen N_DIF abhängig
von den Segmentzeiten der Zylinder Z1–Z4 ermittelt. Falls lediglich
zwei Zylinder Z1, Z2 vorhanden sind, so kann die Segmentzeitdifferenz N_DIF
einfach durch Subtraktion der ersten Segmentzeit N_ZYL_1 von der
zweiten Segmentzeit N_ZYL_2 und durch Betragsbildung des Ergebnisses ermittelt
werden. Falls mehrere Zylinder Z1–Z4 vorhanden sind, so kann
beispielsweise ein Durchschnittswert der Segmentzeiten ermittelt
werden und die Segmentzeitdifferenz N_DIF kann dann für jeden der
Zylinder Z1–Z4
als Differenz der einzelnen Segmentzeiten von dem gebildeten Mittelwert
ermittelt werden.
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In
einem Schritt S4 wird überprüft, ob die Segmentzeitdifferenz
N_DIF größer als
ein vorgegebener erster Schwellenwert THD_1 ist. Der erste Schwellenwert
THD_1 kann beispielsweise durch eine Laufunruhe-Erkennungsgrenze,
die beispielsweise durch die Sensibilität der verwendeten Sensoren
vorgegeben ist, vorgegeben werden. Alternativ dazu kann der erste
Schwellenwert THD_1 durch eine Schadstoffemissionsgrenze vorgegeben
werden, die ab dem ersten Schwellenwert THD_1 überschritten wird. Ist die
Bedingung des Schritts S4 erfüllt,
so wird die Bearbeitung in einem Schritt S5 fortgesetzt. Ist die
Bedingung des Schritts S4 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung
in einem Schritt S6 fortgesetzt.
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In
dem Schritt S5 wird eine erste Fehlermeldung ERROR_1 erzeugt, die
repräsentativ
dafür ist, dass
in einem der Zylinder Z1–Z4
im Vergleich zu den anderen Zylindern Z1–Z4 eine Ungleichverteilung des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vorliegt, und zwar in dem Zylinder Z1–Z4 dessen Segmentzeitdifferenz N_DIF
größer als
der erste Schwellenwert THD_1 ist. Abhängig von der ersten Fehlermeldung
ERROR_1 kann dann eine zylinderindividuelle Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vorgenommen werden. Beispielsweise kann zylinderindividuell das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeglichen
werden, indem ein Offset einer zylinderindividuellen Einspritzmasse
angeglichen wird, so dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse
in den einzelnen Zylindern Z1–Z4 zumindest
näherungsweise
gleich sind. Alternativ dazu kann ohne Erzeugen der ersten Fehlermeldung ERROR_1
die zylinderindividuelle Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vorgenommen werden.
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In
dem Schritt S6 kann das erste Programm beendet werden. Vorzugsweise
wird jedoch das erste Programm regelmäßig während des Betriebs der Brennkraftmaschine
abgearbeitet.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist auf dem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ein
zweites Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine gespeichert.
Das zweite Programm dient gemäß dem ersten
Programm dazu, die Laufunruhe der Brennkraft maschine zu erkennen
und abhängig
von der Laufunruhe auf die Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zu erkennen. Zusätzlich
dient das zweite Programm dazu, Verbrennungsaussetzer in den Zylindern
Z1–Z4
zu erkennen.
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Das
zweite Programm wird vorzugsweise in einem Schritt S7 gestartet,
in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
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Die
Schritte S8 bis S10 des zweiten Programms können gemäß den Schritten S2 bis S4 des ersten
Programms abgearbeitet werden.
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Ist
die Bedingung des Schritts S10 erfüllt, so wird die Bearbeitung
in einem Schritt S11 und einem Schritt S15 fortgesetzt.
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In
dem Schritt S11 wird überprüft, ob die Segmentzeitdifferenz
N_DIF größer als
ein vorgegebener zweiter Schwellenwert THD_2 ist. Der vorgegebene
zweite Schwellenwert THD_2 ist größer als der vorgegebene erste
Schwellenwert THD_1. Ein Überschreiten
des vorgegebenen zweiten Schwellenwerts THD_2 ist repräsentativ
dafür,
dass ein Verbrennungsaussetzer in einem der Zylinder Z1–Z4 vorliegt,
und zwar in dem Zylinder Z1–Z4
dessen Segmentzeitdifferenz N_DIF größer als der zweite Schwellenwert
THD_2 ist. Ist die Bedingung des Schritts S11 nicht erfüllt, so
wird der Schritt S8 erneut abgearbeitet. Ist die Bedingung des Schritts
S11 erfüllt,
so wird vorzugsweise ein Schritt S12 abgearbeitet.
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In
dem Schritt S12 wird ein Entprellzähler EPZ um eine Einheit erhöht.
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In
einem Schritt S13 wird geprüft,
ob der Entprellzähler
EPZ größer als
ein vorgegebener vierter Schwellenwert THD_4 ist. Ist die Bedingung
des Schritts S13 nicht erfüllt,
so wird die Bearbeitung in dem Schritt S8 fortgesetzt. Ist die Bedingung
des Schritts S13 erfüllt,
so wird die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt. Die Schritte
S12 und S13 können
auch als Entprellvorgang bezeichnet werden und dienen dazu, dass
nicht bei einem einzelnen Verbrennungsaussetzer sofort ein Fehlereintrag
vorgenommen wird und/oder eine Fehlermeldung erzeugt wird.
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In
dem Schritt S14 wird eine zweite Fehlermeldung ERROR_2 erzeugt,
die repräsentativ
dafür ist,
dass der Verbrennungsaussetzer in einem der Zylinder Z1–Z4 vorliegt.
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In
dem Schritt S15 wird überprüft, ob die Segmentzeitdifferenz
N_DIF größer als
ein vorgegebener dritter Schwellenwert THD_3 ist. In diesem Zusammenhang
entspricht der erste Schwellenwert THD_1 der Laufunruhe-Erkennungsgrenze,
die vorzugsweise von der Sensibilität der Sensoren zum Erkennen
der Laufunruhe abhängt,
insbesondere von der Sensibilität
der Sensoren zum Ermitteln der Segmentzeiten. Der vorgegebene dritte
Schwellenwert THD_3 entspricht dann der Schadstoffemissionsgrenze.
Ist die Bedingung des Schritts S15 nicht erfüllt, so wird erneut der Schritt
S8 abgearbeitet. Ist die Bedingung des Schritts S15 erfüllt, so
wird die Bearbeitung in einem Schritt S16 fortgesetzt.
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In
dem Schritt S16 wird ein Entprellzähler EPZ um eine Einheit erhöht.
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In
einem Schritt S17 wird geprüft,
ob der Entprellzähler
EPZ größer als
ein vorgegebener fünfter Schwellenwert
THD_5 ist. Ist die Bedingung des Schritts S17 erfüllt, so
wird die Bearbeitung in einem Schritt S18 fortgesetzt. Ist die Bedingung
des Schritts 17 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung
erneut in dem Schritt S8 fortgesetzt. Der Entprellzähler EPZ
der Schritte S16 und S17 entspricht nicht dem Entprellzähler EPZ
der Schritte S12 und S13. Die Schritte S16 und S17 können auch
als Entprellvorgang bezeichnet werden und dienen dazu, dass nicht
schon bei einer einmaligen Ungleichverteilung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
ein Fehlereintrag vorgenommen wird und/oder eine Fehlermeldung erzeugt wird.
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In
dem Schritt S18 wird die erste Fehlermeldung ERROR_1 gemäß dem Schritt
S5 des ersten Programms erzeugt. Abhängig von der ersten Fehlermeldung
ERROR_1 kann dann beispielsweise die zylinderindividuelle Regelung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
vorgenommen werden. Alternativ dazu kann die zylinderindividuelle
Regelung auch direkt in dem Schritt S18 aktiviert werden unabhängig von dem
Erzeugen der ersten Fehlermeldung ERROR_1. Ferner kann die zylinderindividuelle
Regelung permanent abhängig
von der Ermittlung und dem Vergleich der Segmentzeiten durchgeführt werden.
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In
dem Schritt S19 kann das zweite Programm beendet werden. Vorzugsweise
wird jedoch das zweite Programm regelmäßig während des Betriebs der Brennkraftmaschine
abgearbeitet.