DE102013227023A1

DE102013227023A1 - Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013227023A1
Application number: DE102013227023.2A
Authority: DE
Inventors: Holger Jessen; Roman Meyer; Wolfgang Tiebel; Thomas FEDERLEIN; Christian Brinkmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US20140358403A1; US9546608B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem zu prüfende Zylinder bezüglich der Gemischzusammensetzung von zugemessenem Kraftstoff vertrimmt werden, wobei die Zylindergleichstellung auf der Grundlage einer durch die Vertrimmung bewirkten Laufunruhe oder Laufunruheänderung der Brennkraftmachine erfolgt, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung in einem Referenzzustand der Brennkraftmaschine erfasst wird, dass die bei einer aufeinanderfolgenden Vertrimmung der zu prüfenden Zylinder erfassten Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen erfasst werden, und dass die im Referenzzustand und bei den Vertrimmungen erfassten Laufunruhewerte verglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung abläuft, sowie ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Stand der Technik
Bei einer lambdageregelten Brennkraftmaschine, z.B. einem Ottomotor mit einem Drei-Wege-Abgaskatalysator und einer Lambdasonde, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis im Homogenbetrieb durch die Lambdaregelung derart eingeregelt, dass der Lambda-Mittelwert der Gemischzusammensetzung für alle Zylinder den Wert Lambda = 1.0 beträgt und so einen abgasarmen Betrieb gewährleistet.
Aufgrund von Zumesstoleranzen bei der z.B. mittels Injektoren oder Einspritzventilen erfolgenden Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine sowie aufgrund von durch Systemtoleranzen bedingten zylinderindividuellen Unterschieden in der Gemischzusammensetzung, d.h. der Zylinderbefüllung mit Kraftstoff und Luft, kommt es zu einer Ungleichverteilung der Lambdawerte einzelner Zylinder, obwohl der Mittelwert für alle Zylinder den gewünschten Lambdawert 1.0 annimmt. So kann z.B. bei einem Vierzylindermotor Lambda (Zyl.1) = 1.1, Lambda (Zyl.2) = 0.9, Lambda (Zyl.3) = 1.2 und Lambda (Zyl.4) = 0.8 gegeben sein, was insgesamt einem Mittelwert von Lambda = 1.0 entspricht.
Dieses Ungleichgewicht zwischen den einzelnen Zylindern führt zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs sowie zu einer Erhöhung von Abgasemissionen. Die in vielen Ländern gültige Emissionsgesetzgebung schreibt daher diesem Ungleichgewicht entgegenwirkende bzw. verhindernde Abgasdiagnose- bzw. Regelungsstrategien vor.
Aus der DE 195 27 218 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem eine mögliche Ungleichverteilung von Zylinder-Lambdawerten aus einer erfassten Laufunruhe der Brennkraftmaschine, d.h. der Veränderung des Motormoments nach einer sprunghaften Abmagerung, abgeleitet wird. Dort liegt der technische Effekt zugrunde, dass zwischen der Gemischzusammensetzung und einer aus der Verbrennung resultierenden Kurbelwellenbeschleunigung ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Zylinderindividuelle Lambdaunterschiede einzelner Zylinder werden dadurch angepasst, dass die Zylinder nacheinander abgemagert werden und aus der erfassten Laufunruheänderung ein zylinderindividuelles Merkmal zur Vertrimmung des jeweiligen Zylinders abgeleitet wird. Durch die gleichzeitige Anfettung der nicht-abgemagerten Zylinder wird zudem sichergestellt, dass der Mittelwert von Lambda für alle Zylinder konstant bei 1.0 liegt.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt gemäß einer ersten Ausgestaltung der Ansatz zugrunde, bei einer genannten zylinderindividuellen Abmagerung zur Erkennung einer Laufunruheänderung für alle zu prüfenden Zylinder nur einen Referenzzustand anzunehmen und die Ermittlung einer zylinderindividuellen Ungleichverteilung von Lambda anhand eines Vergleichs der für die einzelnen Zylinder sukzessive bzw. nacheinander erfassten Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen mit der bei diesem einzigen Referenzzustand sich ergebenden Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung durchzuführen.
Es ist ferner hervorzuheben, dass gemäß der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer durch Anfettung gebildeten Referenzphase (genannter „Referenzzustand“) erfasste Laufunruhe- bzw. Laufunruheänderungswerte mit in einer sequentiell anschließenden Abmagerungsphase erfassten Laufunruhe- bzw. Laufunruheänderungswerten verglichen werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung erfolgt dieser Vergleich während einer sogenannten „kompensatorischen Anfettungsphase“, in der die Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung eines oder mehrerer Zylinder erfasst wird, wobei jeweils mindestens ein anderer Zylinder abgemagert wird. Vorzugsweise werden dabei jeweils zwei Zylinder paarweise bzw. wechselseitig abgemagert und angefettet und es werden die Laufunruhewerte beider Zylinder in beiden Zuständen erfasst, und zwar bevorzugt im Wesentlichen gleichzeitig. Die Laufunruhedifferenz zwischen den Zuständen Fettbetrieb und Magerbetrieb lässt sich für die genannten beiden (paarweisen) Zylinder durch einfache Differenzbildung ermitteln. Durch diese Maßnahme wird die erforderliche Zeitdauer für einen gesamten Funktionsdurchlauf bzw. für eine Diagnose-Sequenz (sämtlicher Zylinder) erheblich verkürzt, da für den gesamten Ablauf jeder Zylinder nur einmal abgemagert werden muss, während die gemäß der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorangestellte, in der Regel gleichlange Anfettungsphase zur Referenzbildung entfallen kann. Im Falle einer Brennkraftmaschine mit gerader Anzahl an Zylindern reduziert sich gegenüber dem Stand der Technik bzw. gegenüber der genannten ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zeitdauer für einen Funktionsdurchlauf. Im Falle einer ungeraden Anzahl an Zylindern kann mit einer komplexeren Vorsteuerung der kompensatorischen Anfettung die Dauer eines vollständigen Diagnosedurchlaufs gegenüber dem Stand der Technik ebenfalls reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Laufunruhewerte aller kompensatorisch angefetteten Zylinder erfasst und zur Bestimmung einer Lambda-Ungleichverteilung der Zylinder herangezogen bzw. ausgewertet werden, d.h. nicht nur die Laufunruhewerte der Zylinder, die wie beschrieben paarweise bzw. wechselseitig abgemagert bzw. angefettet werden.
Es ist hervorzuheben, dass die genannte Abmagerung zur Erkennung einer Laufunruheänderung nur bevorzugt ist und die Erkennung durch zylinderindividuelle Vertrimmung, d.h. Abmagerung, Anfettung, oder eine Kombination aus diesen, erfolgen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine gegenüber dem Stand der Technik erhebliche Beschleunigung sowie Erhöhung der Robustheit bei der Erkennung einer zylinderindividuellen Ungleichverteilung von Lambda, insbesondere auch gegenüber Toleranzen bei der Serienfertigung von abgasrelevanten Komponenten einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung kann insbesondere bei Ottomotoren mit einer katalytischen Abgasnachbehandlung und einer entsprechenden Lambdasonden-Regelung zur Anwendung kommen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei unterschiedlichen Lambda-Regelkonzepten mit den hierin beschriebenen Vorteilen angewendet werden. Das Verfahren ist zudem bei der von der Gesetzgebung geforderten Erkennung einer hier betroffenen Zylinderungleichverteilung in Standard-Betriebssituationen gemäß „FTP“ (Federal Test Procedure) oder „UDC“ (Urban Driving Cycles) möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen Messzyklus zur Bestimmung der Lambda-Ungleichförmigkeit gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen entsprechend der 1 schematisierten Messzyklus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt einen entsprechenden Messzyklus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt einen entsprechenden Messzyklus gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
6 zeigt einen entsprechend der 1 schematisierten Messzyklus gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar für den Fall einer dreizylindrigen Brennkraftmaschine.
7 zeigt einen der 6 entsprechenden Messzyklus gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In der 1 ist ein an vorliegend vier Zylindern n = 1 – 4 durchgeführter Messzyklus bzw. Prüfzyklus „Pr.Zyl.n“ dargestellt, wobei über der y-Achse der jeweilige Vertrimmungsfaktor „V.factor“ aufgetragen ist. Wie an sich bekannt, wird jeder Zylinder n, ausgehend von jedem Zylinder individuell zugeordneten Referenzzuständen „Rz.Zyl.n“, in einen gegenüber dem jeweiligen Referenzzustand abgemagerten Zustand „agZ.Zyl.n“ versetzt. Dabei wird jeweils die Differenz der im abgemagerten Zustand sich ergebenden Laufunruhe mit der im jeweiligen Referenzzustand vorliegenden Laufunruhe gebildet und aus den so ermittelten vorliegend vier Differenzwerten auf die (zylinderindividuelle) Ungleichförmigkeit der Lambdawerte geschlossen. Bei den vorliegend angenommenen vier Zylindern sind daher insgesamt acht Einzelmessungen erforderlich.
Wie aus der 2 zu ersehen, wird bei dem erfindungsgemäßen Messzyklus zunächst ein für alle zu prüfenden Zylinder gemeinsamer Referenzpunkt „Rz.“ angefahren und anschließend alle Zylinder nacheinander, d.h. ohne die in der 1 gezeigten Unterbrechungen, in den abgemagerten Zustand versetzt. Die Bildung der jeweiligen Differenzbeträge zwischen der Laufunruhe im abgemagerten und im Referenzzustand erfolgt hier für alle Zylinder auf der Grundlage der zu Beginn des Messzyklus‘ im gemeinsamen Referenzpunkt ermittelten Laufunruhe.
Es ist anzumerken, dass die erfassten Laufunruhewerte vor ihrer Weiterverarbeitung noch einer Filterung unterzogen werden können, um bevorzugt Artefakte wie z.B. Spitzenwerte (Peakwerte), welche das Ergebnis verfälschen würden, herauszufiltern.
Durch den gemeinsamen Laufunruhe-Referenzpunkt lässt sich demnach die Zeitdauer für einen gesamten Messzyklus bei einem Vierzylinder-Motor gegenüber dem Stand der Technik auf 5/8 der ursprünglichen Zeit reduzieren.
Die genannten Werte der Laufunruhe können z.B. durch ein Verfahren ermittelt werden, wie es in DE 100 01 274 A1 anhand eines Verfahrens zur Verbrennungsaussetzererkennung und Zylindergleichstellung bei Verbrennungsmotoren mit Klopfregelung beschrieben ist.
Die Erkennung von zylinderindividuellen Lambdafehlern basiert auf einer Umrechnung der erfassten Laufunruheänderung in einen entsprechenden Lambdafehler. Diese Umrechnung beruht auf Kennfeldern, die aus der Laufunruheänderung und einer weiteren typischen Motorgröße (z.B. Drehzahl) als Eingangsgrößen einen Lambdafehler adressieren bzw. korrelieren. Dieses Kennfeld wird vor Serienproduktion der entsprechenden Fahrzeugkomponenten bestimmt und kann daher durch Serientoleranzen sowie alterungs- bzw. betriebsbedingten Verschleiß abweichen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden genannte toleranz- bzw. betriebsbedingten Abweichungen dadurch kompensiert, dass nach erfolgtem Mess- bzw. Prüfzyklus die Summe der sich ergebenden Adaptionswerte für eine vollständige Zylinderbank dahingehend ausgewertet werden, ob die Summe der Adaptionswerte der Zylinderbank neutral ist, d.h. null ergibt. Diese Forderung ergibt sich aus der nachfolgend beschriebenen „Lambda-Neutralität“. Weicht diese Summe vom Wert 0 ab, wird geschlossen, dass es zu genannten Abweichungen gekommen ist. Zur Kompensation dieser Abweichungen wird das zuvor genannte Korrelationskennfeld um die Abweichung des Mittelwerts korrigiert.
Eine vorbeschriebene Korrektur des Korrelationskennfeldes sollte jedoch nur dann durchgeführt werden, wenn die Drehzahl und/oder die Last der Brennkraftmaschine während des vorangegangenen Prüfzyklus‘ innerhalb vorgegebener Schwellenwerte konstant waren. Ist diese Konstanz nicht gegeben, wird daher die Korrektur des Kennfeldes nicht vorgenommen. Um darüber hinaus zu verhindern, dass das Kennfeld durch statistische Streuung der zugrundeliegenden Messdaten nicht zu sehr, d.h. in ungerechtfertigtem Maße, verändert wird, kann die Größe einer möglichen Korrektur des Korrelationskennfeldes mittels Gewichtungsfaktoren oder dergleichen gefiltert bzw. beschränkt werden.
Auf der Grundlage von erkannten zylinderindividuellen Lambdafehlern werden geeignete Korrekturfaktoren für die Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder ermittelt, wobei die Umrechnung anhand weiterer Kennfelder erfolgen kann. Diese weiteren Kennfelder werden bevorzugt im Vorfeld, und zwar im Rahmen einer Applikationsphase an einem Motorprüfstand, ermittelt.
Eine zusätzliche Beschleunigung bei der Berechnung von Differenzbeträgen zwischen der Laufunruhe im abgemagerten Zustand und im Referenzzustand kann erreicht werden, wenn die Differenz der Laufunruhe aus dem Referenzzustand bei Prüfung des sequentiell vorangestellten Zylinders und der anschließenden Laufunruhe bei Abmagerung des sequentiell folgenden Zylinders berechnet wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die ermittelten Werte der Laufunruheänderung nach Abmagerung des geprüften Zylinder in ein weiteres Kennfeld (z.B. ein Array) abgelegt, und zwar in Abhängigkeit von den jeweils zugrundeliegenden Werten von Drehzahl und Last. Im Falle von Arraypunkten, welche noch nicht mit den genannten Daten belegt sind, kann die Ermittlung von Laufunruhewerten z.B. mittels Interpolation aus in der Umgebung dieses Arraypunkts vorliegenden Daten erfolgen. Durch diese Maßnahme wird daher die Robustheit des Verfahrens insbesondere gegenüber dynamischen Änderungen des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine erhöht, da mittels des weiteren Kennfelds die bereits ermittelten Ergebnisse für einzelne Zylinder bei solchen Betriebspunktänderungen nicht verworfen werden müssen, da entsprechende Werte der Laufruheänderung aus dem dritten Kennfeld z.B. mittels Interpolation zwischen bereits vorliegenden Kennfelddaten berechnet werden können.
Um zu erreichen, dass das dritte Kennfeld möglichst schnell mit Daten gefüllt wird, ist gemäß einer Abwandlung des eben beschriebenen Ausführungsbeispiels vorgesehen, dass diejenigen Zylinder für die Freigabe des Abmagerungsschritts priorisiert werden, für die bisher noch keine Laufruheänderungen infolge der Abmagerung erfasst wurden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Korrekturwerte für alle Zylinder als Mittelwerte aus mehreren in vorhergehenden Abmagerungsphasen gewonnenen Laufunruheänderungen bzw. Adaptionswerten gebildet. Durch eine anschließende Mittelwertkorrektur wird sichergestellt, dass die so berechneten Korrekturfaktoren keine Veränderung des (globalen) Lambda-Mittelwerts für alle Zylinder (sog. „(Summen-)Lambda-Neutralität“) bewirken.
Bei einigen Lambdaregelkonzepten kann es vorkommen, dass z.B. zur Konditionierung des Katalysators ein genannter globaler Lambda-Sollwert während eines Magersprungs oder nach einem bereits erfolgten Magersprung verändert wird. Bei dem vorliegenden Prüfverfahren kann daher in solchen Fällen vorgesehen sein, dass die Ausgangsgröße (d.h. der genannte Sollwert) der Lambdaregelung während des Messzyklus‘ erfasst wird und eine etwa vorliegende Veränderung dieser Größe bei dem Magersprung berücksichtigt wird. So kann z.B. im Fall, dass die Ausgangsgröße der Lambdaregelung bei Prüfung des ersten Zylinders um 5% nach mager verändert wird, der vorliegende Adaptionswert des Messzyklus‘ entsprechend um 5% erhöht wird, um diese Veränderung auszugleichen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel beruht auf der Erkenntnis, dass Magerfehler, d.h. durch zu geringe Zumessmengen in einen Zylinder verursachte Lambdaabweichungen, bereits bei relativ geringen Abweichungen zu einem erheblichen Emissionsanstieg führen, wohingegen Fettfehler, d.h. durch zu große Zumessmengen verursachte Lambdaabweichungen, erst ab relativ großen Abweichungen überhaupt emissionsrelevant werden.
Diese Asymmetrie kann dazu führen, dass ein großer Fettfehler durch die genannte globale Korrektur des Lambdareglers (Lambda-Neutralität) zu einem Magerfehler auf den übrigen Zylindern führen kann. So kann z.B. die Situation eintreten, dass Zylinder 1 einen Fettfehler von 40% aufweist, d.h. dem Zylinder 1 wird 40% zu viel Kraftstoffmenge zugemessen. Aufgrund der Lambda-Neutralität führt dies zu einer Verschiebung des globalen Lambdawerts, welche bei einem 4-Zylindermotor von dem Lambdaregler durch eine Magerverschiebung aller Zylinder um jeweils 10% kompensiert wird. Im Anschluss an diese Korrektur beträgt der Mengenfehler bei Zylinder 1 +30% und bei den übrigen Zylindern jeweils –10%. Eine Zylindergleichstellung gemäß dem Stand der Technik würde daher an Zylinder 1 eine Mengenkorrektur von –30% und an den Zylindern 2–4 jeweils eine Mengenkorrektur von +10% vornehmen.
Aufgrund der Lambda-Neutralität ist zudem eine Unterscheidung von Fett- oder Magerfehlern einzelner Zylinder prinzipiell nicht möglich. So führt bei einem Vierzylinder ein nur bei zwei Zylindern vorliegender 30%-iger Fettfehler aufgrund des Eingriffs des Lambdareglers zu gleichen Adaptions- bzw. Korrekturwerten wie ein 30%-iger Magerfehler auf ebenfalls zwei Zylindern. Um eine genannte Unterscheidung treffen zu können, werden daher die vom Lambdaregler gelieferten Eingriffsdaten detaillierter ausgewertet. Im oben genannten Fall eines 30%-igen Fettfehlers auf Zylinder 1 und 2 wird der Lambdaregler eine Magervertrimmung aller Zylinder vornehmen. Nach Eingriff des Lambdareglers wird Zylinder 1 und 2 eine 15% Fettvertrimmung, Zylinder 3 und 4 eine 15%ige Magervertrimmung haben, die durch das beschriebene Adaptionsverfahren entsprechend kompensiert werden. Die Erfindung sieht nun vor, nicht die Adaptionswerte alleine mit den Fehlerschwellen zu vergleichen, sondern die Summe aus Adaptionswerten und Lambdareglerkorrektur. Im genannten Beispiel würden damit bei Zylinder 1 und 2 die Adaptionswerte von 15% und die Korrektur des Lambdareglers von 15% einen Summenfehler von 30% ergeben, während bei Zylinder 3 und 4 die Summe aus Lambdaregler und Adaptionswert 0% beträgt.
Eine Erkennung von Magerfehlern ist systembedingt nur mit relativ großer Ungenauigkeit möglich. Durch die in der 4 dargestellte Kombination von Fett- und Magersprüngen wird diese Ungenauigkeit behoben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird zunächst ein Messzyklus mit (vorbeschriebenen) Magersprüngen durchgeführt. Stellt sich wie in dem vorliegenden Beispiel heraus, dass bei einem Zylinder Verdacht auf einen zu mageren Lambdawert besteht, wird anschließend für die gleiche Zylinderbank ein weiterer Messzyklus gestartet „Start.Mz“, bei dem allerdings ein Fettsprung erfolgt, d.h. die zu prüfenden Zylinder werden sequentiell durch einen Fettsprung vertrimmt und die daraus resultierende Laufunruheänderung nach dem oben beschriebenen Verfahren ausgewertet.
In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms dargestellt. Nach dem Start 500 der gezeigten Routine wird zunächst der genannte Referenzzustand angefahren 505. Nachdem sich der Referenzzustand eingestellt hat, wird die Drehzahl und/oder die Last der Brennkraftmaschine erfasst 510. Die erfassten Werte der Drehzahl und/oder der Last werden sodann mit einem Schwellenwert verglichen 515. Ist der Schwellenwert für wenigstens eine der beiden Größen überschritten, d.h. durch das Anfahren des Referenzzustandes hat sich eine für die Erfassung einer aussagekräftigen Laufunruheänderung zu große Drehzahländerung und/oder zu große Laständerung der Brennkraftmaschine eingestellt, wird wieder zu Schritt 505 zurückgesprungen und ein von dem vorhergehenden Referenzpunkt abweichender Referenzpunkt angefahren, um zu vermeiden, dass der Schwellenwert in Schritt 515 erneut überschritten wird. Durch diesen Rücksprung wird der Messzyklus und die damit verbundenen Abmagerungsschritte abgebrochen bzw. nicht durchgeführt.
Wie auch aus der 3 zu ersehen, kann anstelle des Neubeginns der gesamten Routine auch vorgesehen sein, den genannten Vergleich der Drehzahländerung mit dem wenigstens einen Schwellenwert „S“, d.h. ein Vergleich gemäß der Beziehung ∆n > S, auch während eines Messzyklus‘ durchzuführen, wobei in dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nur der den Zylinder 3 betreffende Prüfschritt abgebrochen wird und danach ein neuer Referenzzustand angefahren wird, um an diesem geänderten Referenzpunkt die Abmagerung des Zylinders 3 erneut auszuführen.
Ergibt die Prüfung 515, dass der oder die Schwellenwerte nicht überschritten wurden, wird in Schritt 520 die Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung gemäß der vorbeschriebenen Methode erfasst. Der im Referenzzustand erfasste Wert der Laufunruhe/-änderung wird gespeichert 525, um für die nachfolgenden Berechnungsschritte zur Verfügung zu stehen.
In den nachfolgenden, durch die gestrichelte Linie 580 abgegrenzten Verfahrensschritten erfolgt die beschriebene Abmagerung der einzelnen Zylinder. Es ist anzumerken, dass anstelle der nachfolgend beschriebenen Abmagerungsschritte auch Anfettungsschritte oder eine oben genannte Kombination aus Abmagerungs- und Anfettungsschritten erfolgen kann.
In Schritt 530 wird zunächst ein den jeweils zu prüfenden Zylinder bezeichnender Zähler auf den Startwert n = 1 gesetzt. Für den Zylinder n wird eine vorbeschriebene Abmagerung durchgeführt 535 und nach erfolgter Abmagerung gemäß Schritt 540 die sich dabei ergebende Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung erfasst. Der so erfasste Wert der Laufunruhe wird gespeichert 545 und in Schritt 550 der Zählerwert gemäß n = n + 1 erhöht. Sofern der erhöhte Zählerwert kleiner gleich der Anzahl der zu prüfenden Zylinder ist, wird zu Schritt 535 zurückgesprungen und für den nun vorliegenden Zylinder n entsprechend eine Abmagerung vorgenommen. Danach wird für den vorliegenden Zylinder entsprechend den Schritten 540 bis 550 verfahren.
Ergibt Schritt 550, dass sämtliche Zylinder bereits geprüft wurden, werden gemäß Schritt 555 Differenzwerte der in Schritt 545 gespeicherten Laufunruhewerte für alle Zylinder mit dem in Schritt 525 gespeicherten Laufunruhe-Referenzwert gebildet. In Schritt 560 wird auf der Grundlage dieser Differenzwerte gemäß der oben beschriebenen Methode ein Wert für das Lambda-Ungleichgewicht berechnet.
Die 6 und 7 zeigen entsprechend der 1 schematisierte Messzyklen bei einer dreizylindrigen Brennkraftmaschine, gemäß einem vierten und einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dem in 6 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel werden die drei Zylinder „Zyl.1“, „Zyl.2“ und „Zyl.3“, ausgehend von einem unvertrimmten Zustand mit dem Wert Lambda = 1,0, aufeinanderfolgend bzw. sequentiell, und zwar vorliegend in drei Vertrimmungsphasen, jeweils gleichzeitig gegenüber dem Lambdawert von 1,0 vertrimmt, und zwar jeweils mit einem Vertrimmungsfaktor „V.factor“, so dass der in der jeweiligen Vertrimmungsphase insgesamt resultierende Lambdawert im Wesentlichen den Wert 1,0 ergibt. So werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der ersten der drei Vertrimmungsphasen die beiden Zylinder „Zyl.2“ und „Zyl.3“ auf den im Wesentlichen gleichen Lambdawert 0,92 angefettet (bzw. vertrimmt), wohingegen der Zylinder „Zyl.1“ auf einen Lambdawert von etwa 1,16 abgemagert wird. Die arithmetische Summe der genannten drei Lambdawerte ergibt im Wesentlichen den gewünschten Lambdawert von 1,0.
In der zweiten Vertrimmungsphase werden die beiden Zylinder „Zyl.1“ und „Zyl.3“ wiederum auf den im Wesentlichen gleichen Lambdawert 0,92 angefettet, wohingegen der Zylinder „Zyl.2“ wiederum auf den Lambdawert von etwa 1,16 abgemagert wird. In der dritten Vertrimmungsphase werden die beiden Zylinder „Zyl.1“ und „Zyl.2“ wiederum auf den im Wesentlichen gleichen Lambdawert 0,92 angefettet, wohingegen der Zylinder „Zyl.3“ wiederum auf den Lambdawert von etwa 1,16 abgemagert wird.
Anstatt einer Voranfettung erfolgt die Erfassung von Laufunruhewerten sowie die Berechnung einer gemittelten Laufunruhe eines bestimmten Zylinders vorliegend in Phasen einer kompensierenden, anfettenden Lambda-Vertrimmung, wobei wenigstens einer der übrigen Zylinder abgemagert wird. Der Wegfall der Notwendigkeit einer Voranfettung, im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 bis 4, ist aufgrund der weiteren Vereinfachung des Messverfahrens an sich bereits vorteilhaft.
Es ist hervorzuheben, dass die Zylinderzahl sowie die genannten Lambdawerte nur beispielhaft sind und daher auch andere Werte annehmen können, sofern die oben genannten Bedingungen, z.B. den resultierenden Lambdawert von im Wesentlichen gleich 1,0 betreffend, erfüllt sind. Auch ist hervorzuheben, dass eine Implementierung in einer Brennkraftmaschine mit einer geraden Anzahl an Zylindern weitere Vorteile bietet, da dann jeweils zwei Zylinder (d.h. paarweise) wechselseitig erst abgemagert bzw. im Wesentlichen zeitgleich angefettet werden können und danach angefettet bzw. im Wesentlichen zeitgleich abgemagert werden können. Diese Vorteile ergeben sich auch bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen wie z.B. achtzylindrigen Brennkraftmaschinen mit z.B. zwei Zylinderbänken.
Ferner ist hervorzuheben, dass ist das beschriebene Verfahren, d.h. die entsprechenden Anfettungs- bzw. Abmagerungsschritte, und die sich daraus ergebenden Vorteile, unabhängig von der Zylinderanzahl sind. Voraussetzung ist lediglich die Applizierbarkeit einer beschriebenen Vertrimmung mit unterschiedlichen Lambdawerten für die Abmagerung und die Anfettung. Die jeweils nicht betrachteten Zylinder, d.h. bei einer dreizylindrigen Brennkraftmaschine der dritte Zylinder oder bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine der vierte Zylinder, werden dabei kompensatorisch so vertrimmt, dass die Summe der Lambdawerte im Wesentlichen bzw. möglichst den Wert 1 ergibt.
Bei dem in 7 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die drei Zylinder unterschiedlich vertrimmt. Wiederum ausgehend von einem unvertrimmten Zustand mit dem Wert Lambda = 1,0, werden die drei Zylinder „Zyl.1“, „Zyl.2“ und „Zyl.3“ aufeinanderfolgend bzw. sequentiell, und zwar wiederum in drei Vertrimmungsphasen, im Wesentlichen zeitgleich vertrimmt, und zwar wiederum mit einem Vertrimmungsfaktor „V.factor (fett)“ und „V.factor (mager)“, so dass der in der jeweiligen Vertrimmungsphase insgesamt resultierende Lambdawert im Wesentlichen den Wert 1,0 ergibt.
So werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der ersten der drei Vertrimmungsphasen die beiden Zylinder „Zyl.2“ und „Zyl.3“ angefettet, und zwar der Zylinder „Zyl.2“ auf einen Lambdawert von etwa V.factor (fett) 0,9. Dagegen wird der Zylinder „Zyl.1“ auf einen Lambdawert von etwa 1,15 abgemagert. Der Zylinder „Zyl.3“ wird kompensierend auf einen Lambdawert von etwa 0,95 angefettet. Die arithmetische Summe der genannten drei Lambdawerte ergibt auch hier im Wesentlichen den Lambdawert 1,0.
In der zweiten Vertrimmungsphase werden die beiden Zylinder „Zyl.1“ und „Zyl.3“ angefettet, und zwar der Zylinder „Zyl.1“ auf den Lambdawert von etwa 0,9 und der Zylinder „Zyl.3“ auf den Lambdawert von etwa 0,95. Dagegen wird der Zylinder „Zyl.2“ auf den Lambdawert von etwa 1,15 abgemagert. In der dritten Vertrimmungsphase werden die beiden Zylinder „Zyl.1“ und „Zyl.2“ angefettet, und zwar der Zylinder „Zyl.1“ auf den Lambdawert von etwa 0,9 und der Zylinder „Zyl.2“ auf den Lambdawert von etwa 0,95. Dagegen wird der Zylinder „Zyl.3“ auf den Lambdawert von etwa 1,15 abgemagert.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel erfolgt die Auswertung der Laufunruhe nicht nur für die abgemagerten Zylinder, sondern auch für die vorliegend unsymmetrisch (kompensatorisch) angefetteten Zylinder. Aus den Laufunruhewerten bei Abmagerung mit V.factor (mager) und Anfettung mit V.factor (fett) ergeben sich für die drei Zylinder die drei Laufunruheänderungswerte, welche ausgewertet werden können. Bei Berücksichtigung aller Anfettungs-/Abmagerungsphasen sämtlicher Zylinder ergeben sich hier nach dem Durchlauf der drei Vertrimmungsphasen sogar insgesamt neun verschiedene Laufunruhe- bzw. Laufunruheänderungswerte, welche ausgewertet werden können. Diese in einem zeitlich kurzen Messintervall erfassten relativ vielen Laufunruhewerte ermöglichen eine gegenüber dem Stand der Technik deutliche Verbesserung der Geschwindigkeit und der Robustheit des beschriebenen Verfahrens zur Lambdabasierten Zylindergleichstellung.
Bei einer Brennkraftmaschine mit gerader Zylinderzahl ist die sequentiell paarweise Vertrimmung von je zwei Zylindern insofern vorteilhaft, als nach Ablauf der Abmagerungs- und Anfettungsphase für das jeweilige Zylinderpaar die Differenzen der Laufunruhe zwischen Fett- und Magervertrimmung für die beiden Zylinder – unter sonst gleichen Bedingungen – bereits gebildet und ausgewertet werden können. Wenn im weiteren Zeitverlauf infolge nicht mehr erfüllter Randbedingungen die Diagnose unterbrochen werden muss, kann bei Wiederaufnahme der Diagnose auf die Vertrimmung des bereits ausgewerteten Zylinderpaars verzichtet werden, wodurch sich die Restdauer der Diagnose entsprechend verkürzt. Die Randbedingungen müssen also nur mindestens für die Dauer der sequenziellen Vertrimmung von zwei Zylindern unterbrechungsfrei erfüllt sein, um jeweils ein Teilergebnis für die Diagnose zu erzielen.
Es ist zudem anzumerken, dass die genannte paarweise Abmagerung und Anfettung den Vorteil hat, dass bereits nach Vertrimmung von nur zwei Zylindern ein Ergebnis vorliegt. Fallen dabei die genannten Randbedingungen hinsichtlich der Drehzahl und Last oder anderer Störgrößen weg, sind die dabei gemessenen Laufunruhewerte bereits auswertbar, da für jeden der beiden Zylinder die Laufunruhe im Fettzustand und im Magerzustand erfasst wurde. Da in diesem Anwendungsbeispiel keine Wiederholungsmessungen erforderlich sind, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in diesem Fall relativ schnell durchführen.
Durch das beschriebene Verfahren werden die bei den im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine erforderlichen Lastpunktwechseln gemäß dem Stand der Technik auftretenden Abbrüche bei der Erkennung wirksam vermieden, so dass die eingangs genannten Anforderungen an die Standard-Messzyklen gemäß FTP oder UDC erfüllt werden können.
Das beschriebene Verfahren kann entweder in Form eines Steuerprogramms in einem bestehenden Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine realisiert werden oder in Form einer entsprechenden Steuereinheit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19527218 A1 [0005]
DE 10001274 A1 [0026]

Claims

Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem zu prüfende Zylinder bezüglich der Gemischzusammensetzung von zugemessenem Kraftstoff vertrimmt werden, wobei die Zylindergleichstellung auf der Grundlage einer durch die Vertrimmung bewirkten Laufunruhe oder Laufunruheänderung der Brennkraftmachine erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufunruhe bzw. Laufunruheänderung in einem Referenzzustand der Brennkraftmaschine erfasst wird, dass die bei einer aufeinanderfolgenden Vertrimmung der zu prüfenden Zylinder erfassten Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen erfasst werden, und dass die im Referenzzustand und bei den Vertrimmungen erfassten Laufunruhewerte verglichen werden.
Verfahren zur Zylindergleichstellung einer lambdageregelten Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem zu prüfende Zylinder bezüglich der Gemischzusammensetzung von zugemessenem Kraftstoff vertrimmt werden, wobei die Zylindergleichstellung auf der Grundlage einer durch die Vertrimmung bewirkten Laufunruhe oder Laufunruheänderung der Brennkraftmachine erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Vertrimmungsphasen der Brennkraftmaschine, in denen wenigstens ein Zylinder angefettet und wenigstens ein weiterer Zylinder im Wesentlichen zeitgleich abgemagert wird, erfasste Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer kompensatorischen Anfettungsphase Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen wenigstens eines Zylinders erfasst werden, dass während der kompensatorischen Anfettungsphase wenigstens ein weiterer Zylinder so abgemagert wird, dass die während der kompensatorischen Anfettungsphase sich insgesamt ergebende Vertrimmung im Wesentlichen den Wert Null ergibt, und dass Laufunruheunterschiede zwischen den beiden Vertrimmungszuständen Fettbetrieb und Magerbetrieb der wenigstens zwei Zylinder jeweils durch Differenzbildung ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Zylinder im Wesentlichen zeitgleich wechselseitig abgemagert und angefettet werden und dass die Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen der wenigstens zwei Zylinder in den beiden Vertrimmungszuständen erfasst und ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufunruhen bzw. Laufunruheänderungen aller kompensatorisch angefetteten Zylinder erfasst und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Laufunruhewerte vor ihrer Weiterverarbeitung gefiltert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Laufunruhewerte mittels eines ersten Kennfeldes in einen Lambdafehler umgerechnet werden und die jeweiligen Zylinder entsprechend adaptiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob die Summe der an den Zylindern vorgenommenen Adaptionswerte im Wesentlichen den Wert Null ergibt und dass bei Vorliegen einer bestimmten Abweichung vom Wert Null das erste Kennfeld entsprechend korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur des ersten Kennfeldes nur dann durchgeführt wird, wenn die Drehzahl und/oder die Last der Brennkraftmaschine während der genannten Prüfung der Adaptionswerte im Wesentlichen konstant waren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus den berechneten Lambdafehlern geeignete Korrekturwerte für die Zumessung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an nacheinander geprüften Zylindern erfassten Laufunruhewerte verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erfasste Laufunruhewerte in einem weiteren Kennfeld abgelegt werden, wobei Felder des weiteren Kennfeldes, für die noch keine Laufunruhewerte vorliegen, mittels bereits vorliegender Laufunruhewerte interpoliert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Felder des weiteren Kennfeldes für Zylinder, für die bisher noch keine Laufunruhewerte vorliegen, bei der Erfassung von Laufunruhewerten priorisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionswerte als Mittelwerte aus aktuell und vorher gewonnenen Adaptionswerten gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionswerte unter Berücksichtigung eventueller Korrekturwerte des Lambdareglers berechnet werden.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.