DE102011102652A1 - Method and control devices for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor (208) mit mindestens einem Zylinder (501–504). Bei dem Verfahren wird ein erster Ionenstrom (301–303) für den Zylinder (501–504) erfasst, während der Verbrennungsmotor (208) mit einem ersten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, und ein zweiter Ionenstrom (301–303) für den Zylinder (501–504) erfasst, während der Verbrennungsmotor (208) mit einem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch sind unterschiedlich. Aus dem ersten und zweiten Ionenstrom (301–303) des Zylinders (501–504) wird eine Ionenstromdifferenz für den Zylinder (501–504) bestimmt.The present invention relates to a method for an internal combustion engine (208) with at least one cylinder (501-504). In the method, a first ion current (301-303) for the cylinder (501-504) is detected while the internal combustion engine (208) is operated with a first air-fuel mixture, and a second ion current (301-303) for the cylinder ( 501-504) detected while the internal combustion engine (208) is operated with a second air-fuel mixture. The first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture are different. An ion current difference for the cylinder (501-504) is determined from the first and second ion currents (301-303) of the cylinder (501-504).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Verfahren zur Erkennung und Korrektur von Zylinderungleichverteilungen im Luft-Kraftstoffgemisch, sowie entsprechende Steuervorrichtungen.The present invention relates to methods for an internal combustion engine, in particular to methods for detecting and correcting cylinder unequal distributions in the air-fuel mixture, and to corresponding control devices.

Im Rahmen einer sauberen und effizienten Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor von Fahrzeugen, beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, wird eine sogenannte Zylindergleichstellung angestrebt. Unter der Zylindergleichstellung fällt beispielsweise, dass jeder Zylinder einen gleichen Leistungsbeitrag zur Gesamtleistung des Motors beiträgt und darüber hinaus in jedem Zylinder bei gleichen Betriebsbedingungen der Verbrennungsvorgang möglichst gleich ist. Eine Kenngröße ist dabei der Lambda-Wert eines jeden Zylinders. Bei Ottomotoren wird üblicherweise ein Lambda-Wert von näherungsweise 1 angestrebt und über eine oder mehrere Lambda-Sonden im Abgastrakt des Motors über eine entsprechende Luft-Kraftstoff-Gemischeinstellung eingestellt. Auch wenn im Abgastrakt im Wesentlichen der Wert Lambda gleich 1 erreicht wird, können die einzelnen Zylinder systembedingt oder aufgrund von Fertigungstoleranzen der Einspritzventile unterschiedliche Lambdawerte ungleich 1 aufweisen. Dies kann zu einer Verschlechterung von Emissionswerten, einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs oder einer Laufunruhe führen. Weiterhin kann es aufgrund gesetzlicher Anforderungen, beispielsweise gemäß dem Kalifornischen On-Board-Diagnose-Gesetz (OBD-Gesetz) erforderlich sein, eine derartige Lambda-Ungleichverteilung zwischen den einzelnen Zylindern zu erkennen. In dem Stand der Technik sind daher verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung von ungleich eingestellten Zylindern bekannt.As part of a clean and efficient combustion of fuel in an internal combustion engine of vehicles, such as passenger cars or trucks, a so-called cylinder equalization is sought. For example, cylinder equalization means that each cylinder contributes the same power contribution to the overall performance of the engine and, moreover, that the combustion process in each cylinder is as similar as possible under the same operating conditions. One parameter is the lambda value of each cylinder. In gasoline engines, a lambda value of approximately 1 is usually desired and set via one or more lambda probes in the exhaust gas tract of the engine via a corresponding air-fuel mixture setting. Even if the lambda value is essentially equal to 1 in the exhaust tract, the individual cylinders may have different lambda values not equal to 1 due to the system or due to manufacturing tolerances of the injection valves. This can lead to a deterioration of emission values, an increase in fuel consumption or a rough running. Furthermore, due to legal requirements, such as the California On-Board Diagnostic Act (OBD Law), it may be necessary to detect such a lambda unequal distribution between the individual cylinders. In the prior art, therefore, various methods and devices for detecting unequal set cylinders are known.

Die DE 2 944 834 A1 betrifft ein Verfahren zur Regelung der Luftzahl Lambda bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Aus den Brennräumen der Brennkraftmaschine austretende Gasbestandteile werden durch eine in unmittelbarer Nähe eines Auslassventils der Brennkraftmaschine angeordnete Ionenstromsonde in Form eines Ionenstroms erfasst. Der Ionenstrom dient als Regelgröße in einer Regeleinrichtung, welche die Zusammensetzung des Betriebsgemisches bezüglich der Luftzahl beeinflusst. Der Ionenstrom wird überein Arbeitsspiel integriert bzw. gemittelt, weil die auftretende Nachverbrennung zu sehr unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils ihr Maximum hat und auch über den Verlauf eines Arbeitsspiels stark wechselnde Anstiege der Reaktionen und der resultierenden Ionenströme aufweist.The DE 2 944 834 A1 relates to a method for controlling the air ratio lambda in a self-igniting internal combustion engine. Gas constituents emerging from the combustion chambers of the internal combustion engine are detected in the form of an ion current by an ion current probe arranged in the immediate vicinity of an exhaust valve of the internal combustion engine. The ion current serves as a control variable in a control device which influences the composition of the operating mixture with respect to the air ratio. The ionic current is integrated or averaged over a working cycle because the afterburning occurring has its maximum at very different points in time and also has strongly changing increases in the reactions and the resulting ion currents over the course of a working cycle.

Die DE 101 15 902 C1 betrifft ein Lambda-Zylindergleichstellungsverfahren zur Lambda-Gleichstellung bei einer auf Lambda gleich 1 geregelten, einen Katalysator im Abgastrakt aufweisende Mehrzylinder-Brennkraftmaschine. Bei dem Verfahren wird fortlaufend im Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromabwärts des Katalysators ein Abgasparameter erfasst, der ein lokales Minimum zeigt, wenn die Verbrennung in allen Zylindern bei Lambda gleich 1 erfolgt. Die Kraftstoffversorgung bei jeweils zwei Zylindern wird durch gleichzeitige Anreicherung des Gemisches für den einen und Abmagerung für den anderen Zylinder vertrimmt, wobei die Vertrimmung so gewählt ist, dass das zusammengeführte Abgas beider Zylinder einem Abgas einer Verbrennung von gemittelt Lambda gleich 1 entspricht und die Vertrimmung so eingestellt wird, dass der Abgasparameter minimiert wird. Der Abgasparameter kann beispielsweise die Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur oder eine NOx-Konzentration umfassen.The DE 101 15 902 C1 relates to a lambda cylinder equalization method for lambda equalization with a lambda equal to 1 regulated, a catalyst in the exhaust system having multi-cylinder internal combustion engine. In the method, an exhaust gas parameter is continuously detected in the exhaust tract of the internal combustion engine downstream of the catalytic converter, which shows a local minimum when the combustion in all cylinders takes place at lambda equal to 1. The fuel supply at each two cylinders is depressed by simultaneous enrichment of the mixture for the one and emaciation for the other cylinder, wherein the trimming is selected so that the combined exhaust of both cylinders corresponds to an exhaust gas of averaged Lambda combustion equal to 1 and the trimming so is set, that the exhaust gas parameter is minimized. The exhaust parameter may include, for example, the exhaust gas temperature or the catalyst temperature or a NO x concentration.

Die DE 10 2004 041 230 A1 betrifft eine Zylindergleichstellung mittels Ionenstrommessung. Bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern und mindestens einem Abgassammler bilden Zylinder, die einem gleichen Abgassammler zugeordnet sind, eine Zylindergruppe. Für ein Zeitintervall werden maximale Zylinderdrücke in einem einzelnen Zylinder mittels Ionenstrommessung ermittelt und die zylinderspezifischen Mittelwerte der maximalen Drücke gebildet. Aus den zylinderspezifischen Mittelwerten jeder Zylindergruppe werden durch Mittelung zylindergruppenspezifische Mittelwerte gebildet. Jeder der zylinderspezifischen Mittelwerte wird mit dem zugehörigen zylindergruppenspezifischen Mittelwert verglichen und in Abhängigkeit dieser Vergleiche mindestens ein Zylinder identifiziert, welcher in seinem Betriebsverhalten zu beeinflussen ist.The DE 10 2004 041 230 A1 relates to a cylinder equalization by means of ion current measurement. In an internal combustion engine having a plurality of cylinders and at least one exhaust gas collector, cylinders assigned to a same exhaust gas collector form a cylinder group. For a time interval maximum cylinder pressures in a single cylinder are determined by means of ion current measurement and the cylinder-specific average values of the maximum pressures are formed. From the cylinder-specific average values of each cylinder group, cylinder-group-specific average values are formed by averaging. Each of the cylinder-specific average values is compared with the associated cylinder-group-specific mean value and, depending on these comparisons, at least one cylinder is identified which is to be influenced in its operating behavior.

Aus der DE 10 2007 030 527 A1 ist ein Verfahren zur Zylindergleichstellung bei einer aufgeladenen fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Zusammenhang zwischen der Vertrimmung eines Zylinders und der Laufruhe des Zylinders ermittelt und auf Basis dieses Zusammenhangs auf die Abweichung der Gemischzusammensetzung der Zylinder untereinander geschlossen und schließlich auf Basis der Abweichungen die Gemischzusammensetzung jedes Zylinders korrigiert.From the DE 10 2007 030 527 A1 is a method for cylinder equalization in a supercharged spark-ignition internal combustion engine known. In the method, a relationship between the balance of a cylinder and the smoothness of the cylinder is determined and based on this relationship on the deviation of the mixture composition of the cylinder with each other and finally corrected based on the deviations of the mixture composition of each cylinder.

Die DE 10 2009 026 839 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem die Zylinder durch eine Auswertung der Laufruhe bei zylinderindividueller Abmagerung des Gemischs gleichgestellt werden.The DE 10 2009 026 839 A1 relates to a method for operating an internal combustion engine, in which the cylinders are equated by an evaluation of smoothness in cylinder-individual leaning of the mixture.

Schließlich stellt die DE 199 16 204 C1 ein Verfahren zur Verbrennungskenngrößenbestimmung einer Brennkraftmaschine bereit. Bei dem Verfahren wird während aufeinanderfolgender Arbeitsspiele jeweils eine Ionenstromkurve durch einen Ionenstromsonde gemessen. Aus den aufeinanderfolgend gemessenen Ionenstromkurven wird eine verbrennungskenngrößenspezifische Ionenstromkenngröße und aus dieser die Verbrennungskenngröße bestimmt, Insbesondere kann mit diesem Verfahren als Verbrennungskenngröße das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, d. h. der Lambda-Wert des im Brennraum zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs und die Abgasrückführrate ermittelt werden. Durch Messung des Ionenstroms an einer Zündkerze in jedem einzelnen Zylinder kann die momentane Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs bestimmt werden. Dazu kann der Lambda-Wert aus der Steigung der Flanke des ersten Ionenstrommaximums im Rahmen einer Ionenstromanalyse bestimmt werden.Finally, the DE 199 16 204 C1 a method for Verbrennungskenngrößenbestimmung an internal combustion engine ready. In the method, an ion current curve is measured by an ion current probe during successive cycles. From the With this method, the combustion / combustion ratio, ie the lambda value of the air / fuel mixture to be combusted in the combustion chamber and the exhaust gas recirculation rate, can be determined. By measuring the ion current at a spark plug in each individual cylinder, the instantaneous composition of the air-fuel mixture can be determined. For this purpose, the lambda value can be determined from the slope of the flank of the first ion current maximum in the course of an ion current analysis.

Eine Diagnose einer Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch (Lambda) auf der Grundlage eines Ionenstromsignals ist jedoch sehr empfindlich gegenüber Querabhängigkeiten und unerwünschten Nebeneffekten. Eine Querabhängigkeit zwischen den einzelnen Zylindern kann insbesondere durch eine Variation des Restgases aufgrund einer Veränderung von Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile auftreten. Auch bei Motoren mit mehreren Zylindergruppen in V- oder W-Anordnung und asymmetrischer Zündfolge ist eine genaue Bestimmung des Luft-Kraftstoffgemischs einzelner Zylinder problematisch. Darüber hinaus können beispielsweise unterschiedliche Kraftstoffqualitäten als weitere unerwünschte Nebeneffekte eine Diagnose einer Zylinderungleichverteilung auf der Grundlage eines Ionenstromsignals negativ beeinflussen.However, a diagnosis of cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture (lambda) based on an ion current signal is very sensitive to lateral dependencies and unwanted side effects. A transverse dependence between the individual cylinders can occur, in particular, as a result of a variation of the residual gas due to a change in the timing of the intake and exhaust valves. Even with engines with several groups of cylinders in V or W arrangement and asymmetric firing order accurate determination of the air-fuel mixture of individual cylinders is problematic. In addition, for example, different fuel qualities, as further undesirable side effects, may negatively affect a diagnosis of cylinder unevenness based on an ion current signal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, verbesserte Verfahren zur Bestimmung und Korrektur einer Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to provide improved methods for determining and correcting a cylinder inequality distribution in the air-fuel mixture.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 17 und ein Fahrzeug nach Anspruch 19 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.According to the present invention, this object is achieved by a method for an internal combustion engine according to claim 1, a method for an internal combustion engine according to claim 14, a control device for an internal combustion engine according to claim 16, a control device for an internal combustion engine according to claim 17 and a vehicle according to claim 19 , The dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt. Bei dem Verfahren wir ein erster Ionenstrom für den Zylinder erfasst, während der Verbrennungsmotor mit einem ersten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Weiterhin wird ein zweiter Ionenstrom für den mindestens einen Zylinder erfasst, während der Verbrennungsmotor mit einem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch sind unterschiedlich. In Abhängigkeit von dem ersten Ionenstrom und dem zweiten Ionenstrom wird für den Zylinder eine Ionenstromdifferenz bestimmt. Das Verändern des Luft-Kraftstoffgemischs im Betrieb des Verbrennungsmotors wird auch als Kraftstoffvertrimmung bezeichnet. Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren wird daher eine Veränderung des Ionenstroms in Abhängigkeit der Kraftstoffvertrimmung bestimmt. Die Ionenstromdifferenz kann für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors individuell bestimmt werden. Die Ionenstromdifferenz, welche aufgrund der Kraftstoffvertrimmung auftritt, ist im Wesentlichen unabhängig von dem Absolutwert des Ionenstroms. Dadurch können die oben genannten Querabhängigkeiten und Nebeneffekte, welche im Wesentlichen den Absolutwert des Ionenstroms beeinflussen, wirksam eliminiert werden. Eine Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch zwischen mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors kann somit in Abhängigkeit von den Ionenstromdifferenzen der mehreren Zylinder bestimmt werden, indem der Verbrennungsmotor zunächst mit dem ersten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, wobei der erste Ionenstrom für jeden der Zylinder erfasst wird, und danach mit dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, wobei der zweite Ionenstrom für jeden Zylinder bestimmt wird. Da alle Zylinder mit dergleichen Kraftstoffvertrimmung betrieben wurden, zeigen unterschiedliche Ionenstromdifferenzen entsprechende Zylinderungleichverteilungen an. Bei gleichgestellten Zylindern sind die Ionenstromdifferenzen der einzelnen Zylinder bei gleicher Kraftstoffvertrimmung im Wesentlichen gleich, unabhängig von Querabhängigkeiten und der Kraftstoffqualität.According to the present invention, a method for an internal combustion engine having at least one cylinder is provided. In the method, a first ionic current is detected for the cylinder while the internal combustion engine is operating with a first air-fuel mixture. Furthermore, a second ion current for the at least one cylinder is detected, while the internal combustion engine is operated with a second air-fuel mixture. The first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture are different. Depending on the first ion current and the second ion current, an ion current difference is determined for the cylinder. Changing the air-fuel mixture during operation of the internal combustion engine is also referred to as fuel trim. With the method described above, therefore, a change in the ionic current as a function of the fuel trim is determined. The ion current difference can be determined individually for each cylinder of the internal combustion engine. The ion current difference that occurs due to fuel trim is substantially independent of the absolute value of the ion current. Thereby, the above-mentioned lateral dependencies and side effects, which substantially affect the absolute value of the ion current, can be effectively eliminated. A cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture between a plurality of cylinders of the internal combustion engine may thus be determined in dependence on the ionic flow differences of the plurality of cylinders by first operating the internal combustion engine with the first air-fuel mixture, detecting the first ionic current for each of the cylinders, and thereafter is operated with the second air-fuel mixture, wherein the second ionic current is determined for each cylinder. Since all cylinders were operated with the same fuel trim, different ion current differences indicate corresponding cylinder inequalities. For equivalent cylinders, the ion current differences of the individual cylinders are substantially the same with the same fuel trim, regardless of lateral dependencies and fuel quality.

Dementsprechend kann gemäß einer Ausführungsform eine Einspritzmenge für einen jeweiligen Zylinder der mehreren Zylinder des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Ionenstromdifferenzen der mehreren Zylinder derart eingestellt werden, dass ein Unterschied zwischen den Ionenstromdifferenzen der mehreren Zylinder verringert wird. Dadurch wird eine robuste Korrektur der Einspritzmenge und somit eine robuste Zylindergleichstellung auf der Grundlage einer Ionenstrommessung erreicht.Accordingly, according to an embodiment, an injection amount for each cylinder of the plurality of cylinders of the internal combustion engine may be adjusted depending on the ion current differences of the plurality of cylinders so as to reduce a difference between the ion current differences of the plurality of cylinders. This achieves a robust correction of the injection quantity and thus a robust cylinder equalization on the basis of an ion current measurement.

Der Ionenstrom kann beispielsweise im Brennraum des jeweiligen Zylinders erfasst werden, insbesondere mittels einer in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders angeordneten Zündkerze. Der Ionenstrom kann beispielsweise in einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich erfasst werden, beispielsweise in einem Kurbelwellenwinkelbereich von –20° bis +30° in Bezug auf den oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders. Um die Ionenstrommessung unabhängig von dem Zündfunken der Zündkerze zu erfassen, sollte der Kurbelwellenwinkelbereich derart gewählt werden, dass der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders nicht in dem Kurbelwellenwinkelbereich enthalten ist. Ein Kurbelwellenwinkelbereich vom Zündzeitpunkt bis +30° in Bezug auf den oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders umfasst einen Arbeitsbereich des Zylinders, in welchem der Ionenstrom eine charakteristische Aussage über das zu verbrennende Luft-Kraftstoffgemisch anzeigt. Daher ist dieser Kurbelwellenwinkelbereich besonders geeignet.The ion current can be detected, for example, in the combustion chamber of the respective cylinder, in particular by means of a spark plug arranged in the combustion chamber of the respective cylinder. The ion current can be detected, for example, in a predetermined crankshaft angle range, for example in a crankshaft angle range of -20 ° to + 30 ° with respect to the top dead center of the respective cylinder. In order to detect the ion current measurement independently of the spark of the spark plug, the crankshaft angle range should be selected such that the ignition timing of the respective cylinder is not included in the crankshaft angle range. A crankshaft angle range from the ignition point to + 30 ° with respect to the Top dead center of the respective cylinder comprises a working range of the cylinder, in which the ion current indicates a characteristic statement about the air-fuel mixture to be combusted. Therefore, this crankshaft angle range is particularly suitable.

Gemäß einer Ausführungsform werden der erste und/oder zweite Ionenstrom folgendermaßen erfasst: Über dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich, beispielsweise vom Zündzeitpunkt bis +30° in Bezug auf den oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders, wird ein Ionenstromverlauf erfasst und über den Kurbelwellenwinkel integriert. Der erfasste Ionenstrom stellt somit das Integral des Ionenstromverlaufs über dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich dar. Da sich der Verlauf des Ionenstromsignals über dem Kurbelwellenwinkel in Abhängigkeit einer normalen, mageren und fetten Verbrennung erheblich unterscheiden kann, kann durch die Bildung des Ionenstromintegrals über dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich ein charakteristischer Wert des Ionenstromsignals bestimmt werden, welcher unabhängig von dem tatsächlichen Ionenstromsignalverlauf und somit unabhängig von der Art der Verbrennung (normal, mager oder fett) ist. Darüber hinaus können durch die Integration des Ionenstromverlaufs Schwankungen im Ionenstromverlauf aufgrund von Messfehlern ausgeglichen werden.According to one embodiment, the first and / or second ion current are detected as follows: Over the predetermined crankshaft angle range, for example from the ignition point to + 30 ° with respect to the top dead center of the respective cylinder, an ion current profile is detected and integrated over the crankshaft angle. The detected ionic current thus represents the integral of the ionic current profile over the predetermined crankshaft angle range. Since the course of the ionic current signal over the crankshaft angle may differ considerably as a function of normal, lean and rich combustion, the formation of the ion current integral over the predetermined crankshaft angle range may have a characteristic value of the ion current signal, which is independent of the actual ion current waveform and thus independent of the type of combustion (normal, lean or rich). In addition, due to the integration of the ion current profile, fluctuations in the ion current profile due to measurement errors can be compensated.

Weiterhin können mehrere Ionenstromverläufe bei mehreren Arbeitsspielen des jeweiligen Zylinders erfasst werden und ein Mittelwertionenstromverlauf durch Mitteln der mehreren Ionenstromverläufe gebildet werden, welcher dann über den Kurbelwellenwinkel integriert wird, um einen Ionenstromwert zu bestimmen. Durch das Mitteln der Ionenstromverläufe über mehrere Arbeitsspiele des jeweiligen Zylinders können Messungenauigkeiten und punktuell auftretende Störungen ausgemittelt werden, so dass der integrierte Ionenstrom einen zuverlässigen charakteristischen Wert des Zylinders darstellt.Furthermore, multiple ion current waveforms can be acquired at multiple cycles of the respective cylinder and an average ion current waveform formed by averaging the multiple ion current waveforms, which is then integrated over the crankshaft angle to determine an ion current value. By averaging the ion current profiles over several working cycles of the respective cylinder, measurement inaccuracies and punctually occurring disturbances can be averaged out so that the integrated ion current represents a reliable characteristic value of the cylinder.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können für jeden Zylinder mehrere zweite Ionenströme bei unterschiedlichen zweiten Luft-Kraftstoffgemischen erfasst werden. Somit können mehrere zweite Ionenströme bei unterschiedlicher Kraftstoffvertrimmung bestimmt werden und ein Zusammenhang zwischen der Kraftstoffvertrimmung und den zweiten Ionenströmen bestimmt werden. Aus dem Verlauf des Zusammenhangs zwischen den zweiten Ionenströmen und der Kraftstoffvertrimmung kann ein Bereich des Luft-Kraftstoffgemischs bestimmt werden, in welchem eine Kraftstoffvertrimmung eine charakteristische Änderung des Ionenstroms bewirkt. Dieser Bereich ist üblicherweise in der Nähe von Lambda gleich 1 und daher für die Zylindergleichstellung besonders geeignet.According to a further embodiment, a plurality of second ion streams may be detected at different second air-fuel mixtures for each cylinder. Thus, a plurality of second ion streams can be determined with different fuel trim and a relationship between the fuel trim and the second ion streams can be determined. From the course of the relationship between the second ion currents and the fuel trim, a region of the air-fuel mixture can be determined in which a fuel trim causes a characteristic change in the ion current. This range is usually close to 1 in lambda and therefore particularly suitable for cylinder equalization.

Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch durch unterschiedliche Kraftstoffmengen. Beispielsweise kann die Kraftstoffmenge in dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch in einem Bereich von –40% bis +40% gegenüber der Kraftstoffmenge des ersten Luft-Kraftstoffgemischs verändert werden. Durch eine Veränderung der Kraftstoffmenge in dem vorgenannten Bereich kann der Verbrennungsmotor in einem Bereich betrieben, welcher sowohl eine magere Verbrennung als auch eine fette Verbrennung umfasst. Somit können Lambda-Werte von unter und über 1 zuverlässig angefahren werden. Trotzdem bleibt ein zuverlässiger Betrieb des Verbrennungsmotors in diesem Bereich gewährleistet, so dass das Verfahren im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt werden kann, ohne dass unangenehme Auswirkungen auf den Betrieb des Verbrennungsmotors und somit auf den Betrieb eines Fahrzeugs, in welchem der Verbrennungsmotor untergebracht ist, auftreten können.According to one embodiment, the first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture differ by different amounts of fuel. For example, the amount of fuel in the second air-fuel mixture may be varied in a range of -40% to + 40% relative to the amount of fuel of the first air-fuel mixture. By changing the fuel amount in the aforementioned range, the engine can be operated in a range including both lean and rich combustion. Thus lambda values of below and above 1 can be approached reliably. Nevertheless, a reliable operation of the internal combustion engine is ensured in this area, so that the method can be carried out during operation of the internal combustion engine without unpleasant effects on the operation of the internal combustion engine and thus on the operation of a vehicle in which the internal combustion engine is housed occur can.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor sprunghaft zwischen eifern Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoffgemisch und einem Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch umgestellt. Sprunghaft bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise zunächst für jeden Zylinder der erste Ionenstrom bei einem Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoffgemisch bestimmt wird und dann bei der nächsten Füllung eines Zylinders der Verbrennungsmotor mit dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Durch den sprunghaften Wechsel zwischen dem ersten und zweiten Luft-Kraftstoffgemisch findet auch eine sprunghafte Änderung der Ionenstromdifferenz statt. Da sich die übrigen Parameter des Fahrzeugs, wie z. B. Frischlufttemperatur, Ladedruck eines Turboladers, Motortemperatur oder Sauerstoffgehalt nicht oder nur geringfügig ändern, können Randbedingungen beim Bestimmen der Ionenstromdifferenz im Wesentlichen konstant gehalten werden.According to a further embodiment, the internal combustion engine is switched abruptly between an operation with the first air-fuel mixture and an operation with the second air-fuel mixture. In this context, jumpy means that, for example, the first ion current is first determined for each cylinder during operation with the first air-fuel mixture, and then the internal combustion engine is operated with the second air-fuel mixture during the next filling of a cylinder. The sudden change between the first and second air-fuel mixture also causes a sudden change in the ionic current difference. Since the other parameters of the vehicle, such. B. fresh air temperature, boost pressure of a turbocharger, engine temperature or oxygen content is not or only slightly change, boundary conditions when determining the ionic current difference can be kept substantially constant.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt, bei welchem ein Ionenstrom für jeden Zylinder von mindestens zwei Zylindern der mehreren Zylinder während eines Betriebs des Verbrennungsmotors erfasst wird. In Abhängigkeit von den erfassten Ionenströmen der mindestens zwei Zylinder wird ein Ionenstrommittelwert bestimmt. Für jeden der mindestens zwei Zylinder wird eine Abweichung des Ionenstroms von dem Ionenstrommittelwert bestimmt und eine Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch zwischen den mindestens zwei Zylindern in Abhängigkeit von den Abweichungen der mindestens zwei Zylinder untereinander bestimmt. Da der Ionenstrom im Wesentlichen von der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoffgemischs in dem jeweiligen Zylinder abhängt, kann eine Zylinderungleichverteilung, insbesondere eine Lambda-Ungleichverteilung, mit einfachen Mitteln aus den Ionenströmen bestimmt werden. Die Ionenströme können insbesondere, wie zuvor beschrieben wurde, aus einer Integration eines jeweiligen Ionenstromverlaufs oder einer Integration mehrerer gemittelter Ionenstromverläufe bestimmt werden.According to the present invention, there is further provided a method for a multi-cylinder engine in which an ion flow for each cylinder is detected by at least two cylinders of the plurality of cylinders during operation of the internal combustion engine. Depending on the detected ion currents of the at least two cylinders, an ion current average is determined. For each of the at least two cylinders, a deviation of the ionic current from the average ionic current value is determined and a cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture between the at least two cylinders is determined as a function of the deviations of the at least two cylinders. Since the ionic current depends essentially on the composition of the air-fuel mixture in the respective cylinder, A cylinder inequality distribution, in particular a lambda inequality distribution, can be determined from the ionic currents with simple means. In particular, as described above, the ion currents can be determined from an integration of a respective ion current profile or an integration of a plurality of averaged ion current profiles.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch, welche nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt wurde, als On-Board-Diagnose-Information bereitgestellt werden. Diese On-Board-Diagnose-Information. (OBD-Information) kann beispielsweise in einem Speicher einer Motorsteuerung zur Dokumentation der Überwachung der Lambda-Ungleichverteilung gespeichert werden und, beim Überschreiten einer vorbestimmten Zylinderungleichverteilung, dazu verwendet werden, beispielsweise eine Kontrollleuchte im Fahrzeug anzusteuern.According to a further embodiment, the cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture, which has been determined according to one of the methods described above, can be provided as on-board diagnostic information. This on-board diagnostic information. (OBD information) can be stored, for example, in a memory of an engine control to document the monitoring of the lambda unequal distribution and, when exceeding a predetermined cylinder inequality, used to control, for example, a warning light in the vehicle.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bereitgestellt. Der Verbrennungsmotor weist in dem mindestens einen Zylinder ein Ionenstromerfassungsmittel auf. Die Steuervorrichtung ist mit dem Ionenstromerfassungsmittel koppelbar und ausgestaltet, einen ersten Ionenstrom für den mindestens einen Zylinder zu erfassen, während der Verbrennungsmotor mit einem ersten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Weiterhin ist die Steuervorrichtung ausgestaltet, einen zweiten Ionenstrom für den mindestens einen Zylinder zu erfassen, während der Verbrennungsmotor mit einem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird. Das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch sind unterschiedlich. Aus dem ersten Ionenstrom und dem zweiten Ionenstrom des Zylinders bestimmt die Steuervorrichtung eine Ionenstromdifferenz für den Zylinder. Die Steuervorrichtung ist somit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet und umfasst daher auch die zuvor beschriebenen Vorteile.According to the present invention, there is further provided a control apparatus for an internal combustion engine having at least one cylinder. The internal combustion engine has an ion current detection means in the at least one cylinder. The controller is coupleable to the ion current sensing means and configured to sense a first ion current for the at least one cylinder while operating the internal combustion engine with a first air-fuel mixture. Furthermore, the control device is configured to detect a second ion current for the at least one cylinder while the internal combustion engine is operated with a second air-fuel mixture. The first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture are different. From the first ion current and the second ion current of the cylinder, the controller determines an ion current difference for the cylinder. The control device is therefore suitable for carrying out the method described above and therefore also comprises the advantages described above.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine weitere Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bereitgestellt. In jedem von mindestens zwei Zylindern der mehreren Zylinder des Verbrennungsmotors ist ein Ionenstromerfassungsmittel angeordnet. Die Steuervorrichtung ist mit den Ionenstromerfassungsmitteln koppelbar und erfasst für jeden Zylinder der mindestens zwei Zylinder einen Ionenstrom während eines Betriebs des Verbrennungsmotors. In Abhängigkeit von den erfassten Ionenströmen der mindestens zwei Zylinder bestimmt die Steuervorrichtung einen Ionenstrommittelwert. Weiterhin bestimmt die Steuervorrichtung für jeden der mindestens zwei Zylinder eine Abweichung des Ionenstroms des jeweiligen Zylinders von dem Ionenstrommittelwert und bestimmt in Abhängigkeit von den jeweiligen Abweichungen eine Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch zwischen den mindestens zwei Zylindern. Die Steuervorrichtung ist somit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet und umfasst daher auch die zuvor beschriebenen Vorteile.According to the present invention, there is provided another control device for a multi-cylinder internal combustion engine. In each of at least two cylinders of the plurality of cylinders of the internal combustion engine, an ion current detecting means is arranged. The control device can be coupled to the ion current detection means and detects, for each cylinder of the at least two cylinders, an ion current during operation of the internal combustion engine. Depending on the detected ion currents of the at least two cylinders, the control device determines an average ion current value. Furthermore, for each of the at least two cylinders, the control device determines a deviation of the ion current of the respective cylinder from the average ionic current value and, depending on the respective deviations, determines an in-cylinder distribution in the air-fuel mixture between the at least two cylinders. The control device is therefore suitable for carrying out the method described above and therefore also comprises the advantages described above.

Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen Verbrennungsmotor und eine der zuvor beschriebenen Steuervorrichtungen umfasst. Der Verbrennungsmotor umfasst mindestens einen Zylinder, in welchem ein Ionenstromerfassungsmittel angeordnet ist.Finally, according to the present invention, a vehicle is provided which comprises an internal combustion engine and one of the previously described control devices. The internal combustion engine comprises at least one cylinder in which an ion current detection means is arranged.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben werden.The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

1 zeigt Ionenstromintegralwerte verschiedener Zylinder eines Verbrennungsmotors bei Variation der Einlassventilansteuerung. 1 shows ion current integral values of various cylinders of an internal combustion engine with variation of the intake valve drive.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Zylindergleichstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a flow chart for cylinder equalization according to an embodiment of the present invention.

3 zeigt Ionenstromsignalverläufe bei Variation einer Einspritzmenge. 3 shows ion current waveforms with variation of an injection amount.

4 zeigt Ionenstromintegralwerte in Abhängigkeit einer Kraftstoffvertrimmung. 4 shows ion current integral values as a function of fuel trim.

5 zeigt ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows a vehicle according to an embodiment of the present invention.

Zur Bestimmung und Diagnose einer Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch, einer sogenannten Lambda-Ungleichverteilung, zwischen den einzelnen Zylindern kann beispielsweise ein Ionenstromsignal verwendet werden, welches beispielsweise an den Elektroden einer Zündkerze in einem jeden Zylinder des Verbrennungsmotors bestimmt wird. Eine derartige Diagnose kann beispielsweise aufgrund von gesetzlichen Anforderungen, wie z. B. dem Kalifornischen On-Board-Diagnose-Gesetz (OBD-Gesetz) erforderlich sein. Zur Bestimmung des Ionenstromsignals kann das Ionenstromsignal über einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich als Ionenstromsignalverlauf erfasst werden und über den vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich integriert werden. Dadurch kann ein charakteristischer Ionenstromwert gewonnen werden. Insbesondere bei Motoren mit einer Vielzahl von Zylindern in beispielsweise einer V- oder W-Anordnung und asymmetrischer Zündfolge oder bei Motoren mit veränderlicher Ventilsteuerung werden jedoch sowohl das Ionenstromsignal als auch das integrierte Ionenstromsignal von Querabhängigkeiten, welche beispielsweise aus unterschiedlichen Restgasmengen resultieren, beeinflusst. Darüber hinaus kann eine Kraftstoffqualität das Ionenstromsignal als auch das integrierte Ionenstromsignal beeinflussen. 1 zeigt beispielsweise eine Veränderung eines integrierten Ionenstromsignals aufgrund einer Veränderung eines Einlassventilnockenwellenwinkels für verschiedene Zylinder eines Verbrennungsmotors. In dem in 1 gezeigten Diagramm sind die integrierten Ionenstromsignale (int. Ionenstromsig.) für verschiedene Zylinder (Zyl.) bei verschiedenen Nockenwellenwinkeln, zu denen die entsprechenden Einlassventile geöffnet werden, dargestellt. Insbesondere durch Querabhängigkeiten zwischen den Zylindern in Bezug auf das Restgas unterscheiden sich die integrierten Ionenstromsignale der einzelnen Zylinder erheblich. Daher ist eine Betrachtung der Absolutwerte der integrierten Ionenstromsignale für eine Erkennung einer Lambda-Ungleichverteilung ungeeignet.To determine and diagnose a cylinder inequality distribution in the air-fuel mixture, a so-called lambda inequality, between the individual cylinders, for example, an ion current signal can be used, which is for example determined at the electrodes of a spark plug in each cylinder of the internal combustion engine. Such a diagnosis may, for example, due to legal requirements, such. For example, the California On-Board Diagnostic Act (OBD) may be required. In order to determine the ion current signal, the ion current signal can be detected over a predetermined crankshaft angle range as an ion current signal profile and integrated over the predetermined crankshaft angle range. As a result, a characteristic ion current value can be obtained. However, especially in engines having a plurality of cylinders in, for example, a V or W arrangement and asymmetric firing order or variable valve timing motors, both the ion current signal and the integrated ion current signal will become dependent on transverse dependencies different amounts of residual gas result, influenced. In addition, fuel quality may affect the ion current signal as well as the integrated ion current signal. 1 For example, FIG. 12 shows a change in an integrated ion current signal due to a change in intake camshaft angle for various cylinders of an internal combustion engine. In the in 1 The diagram shows the integrated ion current signals (int. ion current) for different cylinders (cyl.) at different camshaft angles to which the respective inlet valves are opened. In particular, due to transverse dependencies between the cylinders with respect to the residual gas, the integrated ion current signals of the individual cylinders differ considerably. Therefore, consideration of the absolute values of the integrated ion current signals is unsuitable for detection of lambda inequality.

2 zeigt daher Verfahrensschritte eines verbesserten Verfahrens 200 zur Bestimmung einer Lambda-Ungleichverteilung. In einem ersten Schritt 201 werden für jeden Zylinder in einem drehzahlsynchronen Messraster Ionenstromsignale gemessen. Weiterhin werden zusätzliche Motorinformationen, beispielsweise ein Zündwinkel, von beispielsweise einer Motorelektronik eingelesen. Im Schritt 202 werden die Ionenstromsignale für jeden Zylinder in einem definierten Kurbelwellenwinkelfenster, welcher zündwinkelabhängig sein kann, integriert. 3 zeigt beispielhaft drei Ionenstromsignale 301, 302 und 303, welche in einem Zylinder bei unterschiedlichen Verbrennungen auftreten können. Die Kurve 301 zeigt beispielsweise den Verlauf des Ionenstromsignals bei einer normalen Verbrennung, d. h. bei einer Verbrennung mit näherungsweise Lambda gleich 1, wohingegen die Kurve 302 eine Verbrennung mit einem fetten Gemisch, d. h. mit einem erhöhten Kraftstoffanteil, und die Kurve 303 eine magere Verbrennung, d. h. eine Verbrennung mit einem verminderten Kraftstoffanteil, zeigt. Zur Bestimmung des Ionenstromintegralwerts werden die entsprechenden Ionenkurven 301–303 über dem Kurbelwellenwinkel, welcher in 3 auf der x-Achse gezeigt ist, integriert. Da der Ionenstrom beispielsweise mit Hilfe einer Zündkerze in dem entsprechenden Zylinder des Verbrennungsmotors erfasst werden kann, wird der Integrationsbereich derart gewählt, dass der Einfluss des Zündfunkens nicht in den Integrationsbereich fällt. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der Einfluss des Zündfunkens im Bereich von –20° bis näherungsweise –16° deutlich zu erkennen. Daher wird der Ionenstrom beispielsweise im Bereich von –16° bis näherungsweise +28° bezogen auf den oberen Totpunkt des entsprechenden Zylinders integriert. Der Integrationsbereich ist in 3 durch den Pfeil 304 gekennzeichnet. 2 shows therefore process steps of an improved method 200 for determining a lambda inequality distribution. In a first step 201 For each cylinder, ion current signals are measured in a speed-synchronous measuring grid. Furthermore, additional engine information, for example, an ignition angle, read by, for example, an engine electronics. In step 202 The ion current signals are integrated for each cylinder in a defined crankshaft angle window, which can be ignition angle dependent. 3 shows by way of example three ion current signals 301 . 302 and 303 which can occur in a cylinder at different burns. The curve 301 For example, Fig. 1 shows the course of the ion current signal in a normal combustion, that is, in a combustion with approximately lambda equal to 1, whereas the curve 302 a combustion with a rich mixture, ie with an increased proportion of fuel, and the curve 303 a lean burn, ie a combustion with a reduced fuel content shows. To determine the ion current integral value, the corresponding ion curves 301 - 303 above the crankshaft angle, which in 3 is shown integrated on the x-axis. Since the ion current can be detected, for example, by means of a spark plug in the corresponding cylinder of the internal combustion engine, the integration range is selected such that the influence of the spark does not fall within the integration range. In the in 3 In the example shown, the influence of the spark in the range of -20 ° to approximately -16 ° can be clearly seen. Therefore, the ion current is integrated, for example, in the range of -16 ° to approximately + 28 ° with respect to the top dead center of the corresponding cylinder. The integration area is in 3 through the arrow 304 characterized.

Die zylinderselektiven Integralwerte werden über eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitsspielen gemittelt und ergeben einen ersten Ionenstromwert, einen sogenannten Referenzwert (Schritt 203). Die Ionenstromsignale für die jeweiligen Referenzwerte der jeweiligen Zylinder werden vor einer Vertrimmung der Kraftstoffmenge erfasst, d. h., die Referenzwerte sind gemittelte Ionenstromintegralwerte bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem ersten Luft-Kraftstoffgemisch. Im Schritt 204 wird die Kraftstoffmenge für alle Zylinder vertrimmt, d. h. der Verbrennungsmotor wird nachfolgend mit einem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben, welches unterschiedlich zu dem ersten Luft-Kraftstoffgemisch ist. Das zweite Luft-Kraftstoffgemisch kann beispielsweise ein fetteres oder ein magereres Luft-Kraftstoffgemisch sein. im Schritt 205 werden aus entsprechend erfassten Ionenstromsignalen beim Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch für jeden Zylinder jeweils ein mittlerer Ionenstromintegralwert über eine definierte Anzahl von Arbeitsspielen bestimmt. Somit wird für jeden Zylinder ein zweiter gemittelter Ionenstromintegralwert bestimmt, ein sogenannter Vertrimmwert.The cylinder-selective integral values are averaged over a predetermined number of cycles and yield a first ion current value, a so-called reference value (step 203 ). The ion current signals for the respective reference values of the respective cylinders are detected before trimming the amount of fuel, that is, the reference values are average ion current integral values when the internal combustion engine is operating with a first air-fuel mixture. In step 204 the fuel quantity is adjusted for all cylinders, ie the internal combustion engine is subsequently operated with a second air-fuel mixture, which is different from the first air-fuel mixture. The second air-fuel mixture may be, for example, a richer or a leaner air-fuel mixture. in step 205 be determined from correspondingly detected ion current signals during operation with the second air-fuel mixture for each cylinder a mean ion current integral value over a defined number of cycles. Thus, for each cylinder a second average ion current integral value is determined, a so-called trimming value.

4 zeigt beispielhaft die Auswirkung der Kraftstoffvertrimmung auf den integrierten Ionenstrom. Auf der x-Achse des in 4 gezeigten Diagramms ist die Kraftstoffvertrimmung in Prozent aufgetragen. Eine negative Kraftstoffvertrimmung gibt eine entsprechende Verringerung des Kraftstoffanteils in dem Luft-Kraftstoffgemisch an und eine positive Kraftstoffvertrimmung eine Erhöhung des Kraftstoffanteils in dem Luft-Kraftstoffgemisch. Auf der y-Achse ist der integrierte Ionenstrom über alle Zylinder gemittelt aufgetragen (Graph 401). Zusätzlich wurde der Ionenstrom für die Kraftstoffvertrimmung von 0% auf 0 normiert. Die bei den Kraftstoffvertrimmungen –30%, –25%, –15%, –5%, 10%, 20% und 30% dargestellten Bereiche 402–408 zeigen eine Bandbreite der integrierten Ionenströme der einzelnen Zylinder bei den entsprechenden Kraftstoffvertrimmungen an. So variiert der integrierte Ionenstrom bei einer Kraftstoffvertrimmung von beispielsweise –30% zwischen den einzelnen Zylindern eines Verbrennungsmotors im Bereich von näherungsweise –7,5 bis –9,5. Diese Bandbreite resultiert aus den oben genannten Querabhängigkeiten zwischen den Zylindern. Eine Änderung des Ionenstromintegrals ist jedoch charakteristisch für eine entsprechende Kraftstoffvertrimmung, d. h. für eine entsprechende Änderung der Kraftstoffmenge. Daher wird im Schritt 206 nicht der Absolutwert der integrierten Ionenströme betrachtet, sondern für jeden Zylinder eine Differenz aus Vertrimmwert minus Referenzwert gebildet. Da die Differenz unabhängig von den oben genannten Querabhängigkeiten ist, kann anhand der Differenzen der Ionenstromsignale eine Lambda-Ungleichstellung bestimmt werden. In 4 ist beispielsweise eine definierte Kraftstoffvertrimmung 409 zwischen –30% und –20% und eine entsprechende Änderung des Ionenstromintegrals 410 dargestellt. Da die Kraftstoffvertrimmung für alle Zylinder gleichermaßen durchgeführt wurde, kann aus unterschiedlichen Differenzen aus Vertrimmwert und Referenzwert der einzelnen Zylinder eine entsprechende Lambda-Ungleichverteilung der einzelnen Zylinder bestimmt werden. Diese Lambda-Ungleichverteilung kann beispielsweise als On-Board-Diagnose-Information in einer Motorsteuerung abgelegt werden oder über eine entsprechende Anzeige einem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt werden. 4 shows by way of example the effect of the fuel trim on the integrated ion current. On the x-axis of the in 4 The diagram shows the percentage of fuel added. Negative fuel trim indicates a corresponding decrease in fuel fraction in the air-fuel mixture and positive fuel trim indicates an increase in fuel fraction in the air-fuel mixture. On the y-axis, the integrated ion current is averaged over all cylinders (graph 401 ). In addition, the ion current for fuel trim was normalized from 0% to zero. The ranges given for the Fuel Sources -30%, -25%, -15%, -5%, 10%, 20% and 30% 402 - 408 indicate a range of integrated ion currents of the individual cylinders at the corresponding fuel trim. Thus, the integrated ion current varies at a fuel trim of, for example, -30% between the individual cylinders of an internal combustion engine in the range of approximately -7.5 to -9.5. This bandwidth results from the above-mentioned transverse dependencies between the cylinders. However, a change in the ion current integral is characteristic of a corresponding fuel trim, ie for a corresponding change in the amount of fuel. Therefore, in step 206 not considered the absolute value of the integrated ion currents, but formed for each cylinder a difference between trim value minus reference value. Since the difference is independent of the abovementioned transverse dependencies, a lambda inequality can be determined on the basis of the differences in the ion current signals. In 4 is for example a defined fuel trim 409 between -30% and -20% and a corresponding change in the ion current integral 410 shown. Since the fuel trim was performed equally for all cylinders, a corresponding lambda unequal distribution of the individual cylinders can be determined from different differences between the trim value and the reference value of the individual cylinders. This lambda unequal distribution can be stored, for example, as on-board diagnostic information in an engine control or displayed to a driver of the vehicle via a corresponding display.

Im Schritt 207 kann auf der Grundlage der so festgestellten Lambda-Ungleichverteilung eine Korrektur der Einspritzmenge für jeden Zylinder durchgeführt werden und somit eine Gleichstellung des Lambda für alle Zylinder erreicht werden. Die Korrektur der Einspritzmengen bewirkt eine Lambda-Änderung der einzelnen Zylinder des Motors 208 und kann wie zuvor beschrieben mit den Schritten 201–206 erneut bestimmt werden.In step 207 For example, on the basis of the lambda unevenness distribution thus determined, a correction of the injection quantity for each cylinder can be carried out, and thus equality of the lambda for all cylinders can be achieved. The correction of the injection quantities causes a lambda change of the individual cylinders of the engine 208 and can be done as described above with the steps 201 - 206 be determined again.

5 zeigt ein Fahrzeug 500 mit einem Verbrennungsmotor 208 mit vier Zylindern 501–504. In jedem der vier Zylinder 501–504 ist jeweils eine Zündkerze 505–508 angeordnet, welche mit einer Steuervorrichtung 509 gekoppelt sind. Die Steuervorrichtung 509 ist in der Lage, mit Hilfe der Zündkerzen 505–508 in den Brennräumen der Zylinder 501–504 jeweils einen Ionenstrom zu erfassen. In Abhängigkeit der erfassten Ionenströme bestimmt die Steuervorrichtung 509, wie zuvor in Zusammenhang mit dem Ablaufdiagramm 200 der 2 beschrieben wurde, eine Lambda-Ungleichverteilung. Wenn die Lambda-Ungleichverteilung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, steuert die Steuervorrichtung 509 eine Kontrollleuchte 510 des Fahrzeugs 500 an, um dem Fahrer anzuzeigen, dass die Lambda-Ungleichverteilung den vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 509 eine (nicht gezeigte) Motorsteuerung des Verbrennungsmotors 208 derart ansteuern, dass eine Lambda-Gleichstellung erreicht wird, wie im Schritt 207 der 2 beschrieben wurde. 5 shows a vehicle 500 with an internal combustion engine 208 with four cylinders 501 - 504 , In each of the four cylinders 501 - 504 each is a spark plug 505 - 508 arranged, which with a control device 509 are coupled. The control device 509 is capable of using the spark plugs 505 - 508 in the combustion chambers of the cylinders 501 - 504 each to detect an ion current. Depending on the detected ion currents, the control device determines 509 as previously described in connection with the flowchart 200 of the 2 has been described, a lambda inequality. When the lambda unevenness distribution exceeds a predetermined threshold, the controller controls 509 a warning light 510 of the vehicle 500 to indicate to the driver that the lambda inequality has exceeded the predetermined threshold. In addition, the control device 509 a (not shown) engine control of the internal combustion engine 208 such that a lambda equalization is achieved, as in the step 207 of the 2 has been described.

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Claims (19)

Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, umfassend: – Erfassen eines ersten Ionenstroms (301–303) für den mindestens einen Zylinder (501–504), während der Verbrennungsmotor (208) mit einem ersten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, – Erfassen eines zweiten Ionenstroms (301–303) für den mindestens einen Zylinder (501–504), während der Verbrennungsmotor (208) mit einem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, wobei das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch verschieden sind, und – Bestimmen einer Ionenstromdifferenz für den mindestens einen Zylinder (501–504) aus dem ersten und zweiten Ionenstrom (301–303) des mindestens einen Zylinders (501–504).Method for an internal combustion engine with at least one cylinder, comprising: detecting a first ionic current ( 301 - 303 ) for the at least one cylinder ( 501 - 504 ), while the internal combustion engine ( 208 ) is operated with a first air-fuel mixture, - detecting a second ionic current ( 301 - 303 ) for the at least one cylinder ( 501 - 504 ), while the internal combustion engine ( 208 ) is operated with a second air-fuel mixture, wherein the first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture are different, and - determining an ion current difference for the at least one cylinder ( 501 - 504 ) from the first and second ionic streams ( 301 - 303 ) of the at least one cylinder ( 501 - 504 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (208) mehrere Zylinder (501–504) umfasst, wobei für jeden Zylinder von mindestens zwei Zylindern der mehreren Zylinder jeweils eine Ionenstromdifferenz aus dem ersten und zweiten Ionenstrom (301–303) des jeweiligen Zylinders (501–504) bestimmt wird, wobei das Verfahren ferner umfasst: – Bestimmen einer Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch zwischen den mindestens zwei Zylindern in Abhängigkeit von den Ionenstromdifferenzen der mindestens zwei Zylinder.Method according to claim 1, wherein the internal combustion engine ( 208 ) several cylinders ( 501 - 504 ), wherein for each cylinder of at least two cylinders of the plurality of cylinders, an ion current difference from the first and second ion streams ( 301 - 303 ) of the respective cylinder ( 501 - 504 ), wherein the method further comprises: determining a cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture between the at least two cylinders as a function of the ion current differences of the at least two cylinders. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verfahren ferner für jeden der mindestens zwei Zylinder umfasst: – Korrigieren einer Einspritzmenge für den jeweiligen Zylinder (501–504) in Abhängigkeit der Ionenstromdifferenzen der mindestens zwei Zylinder derart, dass ein Unterschied zwischen den Ionenstromdifferenzen der mindestens zwei Zylinder verringert wird.The method of claim 2, wherein the method further comprises for each of the at least two cylinders: - Correcting an injection quantity for the respective cylinder ( 501 - 504 ) as a function of the ion current differences of the at least two cylinders such that a difference between the ion current differences of the at least two cylinders is reduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite Ionenstrom (301–303) im Brennraum des jeweiligen Zylinders (501–504) erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the first and / or second ionic current ( 301 - 303 ) in the combustion chamber of the respective cylinder ( 501 - 504 ) is detected. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste und/oder zweite Ionenstrom (301–303) mittels einer in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders angeordneten Zündkerze (505–508) erfasst wird.Method according to claim 4, wherein the first and / or second ionic current ( 301 - 303 ) by means disposed in the combustion chamber of the respective cylinder spark plug ( 505 - 508 ) is detected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite Ionenstrom (301–303) in einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich (304) erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the first and / or second ionic current ( 301 - 303 ) in a predetermined crankshaft angle range ( 304 ) is detected. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der vorbestimmte Kurbelwellenwinkelbereich (304) einen Kurbelwellenwinkelbereich von –20° bis +30° in Bezug auf einen oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders umfasst.Method according to claim 6, wherein the predetermined crankshaft angle range ( 304 ) comprises a crankshaft angle range of -20 ° to + 30 ° with respect to a top dead center of the respective cylinder. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Erfassen des erste und/oder zweite Ionenstrom (301–303) umfasst: – Erfassen eines Ionenstromverlaufs über dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich (304), und – Integrieren des Ionenstromverlaufs über dem Kurbelwellenwinkelbereich (304).Method according to claim 6 or 7, wherein the detection of the first and / or second ion current ( 301 - 303 ) comprises: detecting an ionic current profile over the predetermined crankshaft angle range ( 304 ), and - integrating the ion current profile over the crankshaft angle range ( 304 ). Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Erfassens des Ionenstromverlaufs umfasst: – Erfassen mehrerer Ionenstromverläufe bei mehreren Arbeitsspielen des jeweiligen Zylinders, und – Bilden eines Mittelwertionenstromverlaufs durch Mitteln der mehreren Ionenstromverläufe.The method of claim 8, wherein the step of detecting the ionic current profile comprises: - Detecting multiple ion current profiles at several cycles of the respective cylinder, and Forming an average ion current waveform by averaging the plurality of ion current waveforms. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erfassens des zweiten Ionenstroms (301–303) für den jeweiligen Zylinder (501–504) umfasst: – Erfassen mehrerer zweiter Ionenströme mit unterschiedlichen zweiten Luft-Kraftstoffgemischen.Method according to one of the preceding claims, wherein the step of detecting the second ionic current ( 301 - 303 ) for the respective cylinder ( 501 - 504 ) comprises: detecting a plurality of second ion streams with different second air-fuel mixtures. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch unterschiedliche Kraftstoffmengen aufweisen.Method according to one of the preceding claims, wherein the first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture have different amounts of fuel. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kraftstoffmenge in dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch in einem Bereich von –40% bis +40% gegenüber der Kraftstoffmenge des ersten Luft Kraftstoffgemischs verändert ist.The method of claim 11, wherein the amount of fuel in the second air-fuel mixture is changed in a range of -40% to + 40% to the amount of fuel of the first air-fuel mixture. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (208) sprunghaft zwischen einem Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoffgemisch und einem Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch umgestellt wird,Method according to one of the preceding claims, wherein the internal combustion engine ( 208 ) is switched abruptly between operation with the first air-fuel mixture and operation with the second air-fuel mixture, Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei das Verfahren umfasst: – Erfassen eines Ionenstroms (301–303) für jeden Zylinder (501–504) von mindestens zwei Zylindern der mehreren Zylinder während eines Betriebs des Verbrennungsmotors, – Bestimmen eines Ionenstrommittelwerts (401) in Abhängigkeit von den erfassten Ionenströmen der mindestens zwei Zylinder, – für jeden der mindestens zwei Zylinder: Bestimmen einer Abweichung (402–408) des Ionenstroms von dem Ionenstrommittelwert (401), und – Bestimmen einer Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch zwischen den mindestens zwei Zylindern in Abhängigkeit von den Abweichungen (402–408) der mindestens zwei Zylinder.Method for a multi-cylinder internal combustion engine, the method comprising: - detecting an ionic current ( 301 - 303 ) for each cylinder ( 501 - 504 ) of at least two cylinders of the plurality of cylinders during operation of the internal combustion engine, - determining an average ionic current value ( 401 ) depending on the detected ion currents of the at least two cylinders, - for each of the at least two cylinders: determining a deviation ( 402 - 408 ) of the ionic current of the ionic current mean ( 401 ), and - determining a cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture between the at least two cylinders as a function of the deviations ( 402 - 408 ) of at least two cylinders. Verfahren nach Anspruch 2 oder 14, ferner umfassend: – Bereitstellen einer On-Board-Diagnose-Information in Abhängigkeit von der bestimmten Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch.The method of claim 2 or 14, further comprising: - Providing on-board diagnostic information as a function of the specific cylinder inequality distribution in the air-fuel mixture. Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei der Verbrennungsmotor (208) in dem mindestens einen Zylinder (501–504) ein Ionenstromerfassungsmittel (505–508) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (509) mit dem Ionenstromerfassungsmittel (505–508) koppelbar ist und ausgestaltet ist: – einen ersten Ionenstrom (301–303) für den mindestens einen Zylinder (501–504) zu erfassen, während der Verbrennungsmotor (208) mit einem ersten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, – einen zweiten Ionenstrom (301–303) für den mindestens einen Zylinder (501–504) zu erfassen, während der Verbrennungsmotor (208) mit einem zweiten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, wobei das erste Luft-Kraftstoffgemisch und das zweite Luft-Kraftstoffgemisch verschieden sind, und – eine Ionenstromdifferenz für den mindestens einen Zylinder (501–504) aus dem ersten und zweiten Ionenstrom (301–303) des mindestens einen Zylinders (501–504) zu bestimmen.Control device for an internal combustion engine with at least one cylinder, wherein the internal combustion engine ( 208 ) in the at least one cylinder ( 501 - 504 ) an ion current detection means ( 505 - 508 ), wherein the control device ( 509 ) with the ion current detecting means ( 505 - 508 ) and is configured: - a first ionic current ( 301 - 303 ) for the at least one cylinder ( 501 - 504 ) while the internal combustion engine ( 208 ) is operated with a first air-fuel mixture, - a second ionic current ( 301 - 303 ) for the at least one cylinder ( 501 - 504 ) while the internal combustion engine ( 208 ) is operated with a second air-fuel mixture, wherein the first air-fuel mixture and the second air-fuel mixture are different, and - an ion current difference for the at least one cylinder ( 501 - 504 ) from the first and second ionic streams ( 301 - 303 ) of the at least one cylinder ( 501 - 504 ). Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei der Verbrennungsmotor (208) in jedem Zylinder von mindestens zwei Zylindern der mehreren Zylinder (501–504) jeweils ein Ionenstromerfassungsmittel (505–508) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (509) mit den Ionenstromerfassungsmitteln (505–508) koppelbar ist und ausgestaltet ist: – für jeden Zylinder (501–504) der mindestens zwei Zylindern einen Ionenstrom (301–303) während eines Betriebs des Verbrennungsmotors (208) zu erfassen, – einen Ionenstrommittelwert (401) in Abhängigkeit von den erfassten Ionenströmen (301–303) der mindestens zwei Zylinder zu bestimmen, – für jeden der mindestens zwei Zylinder eine Abweichung (402–408) des Ionenstroms von dem Ionenstrommittelwert (401) zu bestimmen, und – eine Zylinderungleichverteilung im Luft-Kraftstoffgemisch zwischen den mindestens zwei Zylindern in Abhängigkeit von den Abweichungen der mindestens zwei Zylinder zu bestimmen.Control device for a multi-cylinder internal combustion engine, wherein the internal combustion engine ( 208 ) in each cylinder of at least two cylinders of the plurality of cylinders ( 501 - 504 ) each an ion current detecting means ( 505 - 508 ), wherein the control device ( 509 ) with the ion current detection means ( 505 - 508 ) is coupled and configured: - for each cylinder ( 501 - 504 ) of the at least two cylinders an ionic current ( 301 - 303 ) during operation of the internal combustion engine ( 208 ), - an average ionic current value ( 401 ) as a function of the detected ion currents ( 301 - 303 ) determine the at least two cylinders, - for each of the at least two cylinders a deviation ( 402 - 408 ) of the ionic current of the ionic current mean ( 401 ), and to determine a cylinder unevenness distribution in the air-fuel mixture between the at least two cylinders as a function of the deviations of the at least two cylinders. Steuervorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Steuervorrichtung (509) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–15 ausgestaltet ist.Control device according to claim 16 or 17, wherein the control device ( 509 ) is configured for carrying out the method according to one of claims 1-15. Fahrzeug, umfassend: – einen Verbrennungsmotor (208) mit mindestens einem Zylinder (501–504), wobei der Verbrennungsmotor (208) in dem mindestens einen Zylinder (501–504) ein Ionenstromerfassungsmittel (505–508), aufweist, und – eine Steuervorrichtung (509) nach einem der Ansprüche 16–18.Vehicle comprising: - an internal combustion engine ( 208 ) with at least one cylinder ( 501 - 504 ), wherein the internal combustion engine ( 208 ) in the at least one cylinder ( 501 - 504 ) an ion current detection means ( 505 - 508 ), and - a control device ( 509 ) according to any one of claims 16-18.
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