EP1409865A1 - Verfahren zum zylinderindividuellen abgleich der einspirtzmenge bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zum zylinderindividuellen abgleich der einspirtzmenge bei brennkraftmaschinen

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EP1409865A1
EP1409865A1 EP02754210A EP02754210A EP1409865A1 EP 1409865 A1 EP1409865 A1 EP 1409865A1 EP 02754210 A EP02754210 A EP 02754210A EP 02754210 A EP02754210 A EP 02754210A EP 1409865 A1 EP1409865 A1 EP 1409865A1
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EP
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internal combustion
determined
lambda
combustion engine
test plan
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Christian Preussner
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Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D41/2477—Methods of calibrating or learning characterised by the method used for learning

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, in which fuel is injected into the cylinders of the internal combustion engine, in which the amount of fuel to be injected into the individual cylinders is compared, and in which a lambda value is determined in the exhaust pipe of the internal combustion engine ,
  • the invention further relates to an internal combustion engine suitable for carrying out this method.
  • the air-fuel mixture in order to minimize pollutants in the catalytic aftertreatment of exhaust gases with the aid of a regulated three-way catalytic converter, the air-fuel mixture must have a certain mass ratio. This ratio is indicated by the so-called air ratio lambda and can be determined by a lambda probe located in the exhaust pipe.
  • Improved processes provide for a temporal assignment of the exhaust gases flowing through the exhaust pipe and their lambda values to the individual cylinders.
  • a cylinder-specific regulation of the injection quantity is possible with a single lambda probe, but the measurement accuracy is impaired by mixing effects and turbulence of temporally successive exhaust gas quantities from different cylinders in the exhaust pipe.
  • This object is achieved by a method for cylinder-specific adjustment of the injection quantity in internal combustion engines according to claim 1 and by an internal combustion engine according to claim 11.
  • the method according to claim 1 uses a method from statistical test planning in order to determine the influence of the egg spray quantities metered to the individual cylinders on the air ratio measured in the exhaust pipe and averaged over all cylinders.
  • the injection quantities specified by a control unit are changed step by step according to an orthogonal test plan. After each step of the test plan, the lambda value in the exhaust pipe, which results from the change in the injection quantity, is recorded, and these values are used to individually determine a correction value for the injection quantity for each cylinder after the test plan has ended.
  • correction values are used for subsequent injection processes to adjust the injection quantities individually for each cylinder, so that the optimum air / fuel mixture is always set in each cylinder.
  • the main advantage of the method according to the invention is that the optimum injection quantity for each cylinder of the internal combustion engine can be determined using a single lambda probe.
  • the independent variables correspond to the injection quantities individually assigned to each cylinder, so that the mathematical model delivers lambda as a function of the injection quantities of the individual cylinders, whereby Coefficients of the polynomial represent a weighting of the influence of the injection quantities of the cylinders.
  • coefficients can e.g. can be determined from the values recorded in the context of the orthogonal test plan. It is also possible to estimate coefficients or to determine them through plausibility considerations.
  • the injection quantities calculated with the model generally give way. from the injection quantities specified by the control unit. This difference is based essentially on different combustion conditions and tolerances in the valve control or in the valves of the individual cylinders and forms the correction value for comparing the injection quantity.
  • Another significant advantage is the ability to use injectors with much wider tolerances.
  • the adjustment method according to the invention also enables greatly differing flow characteristics of different injectors, a corresponding comparison of the injection quantities of the individual cylinders, whereby the optimal lambda value for exhaust gas aftertreatment can be set.
  • the proposed method is also suitable for reducing the production costs of corresponding injection systems while at the same time improving the emission behavior by using cheaper injection valves with larger tolerances and the influences of these tolerances on the lambda value being eliminated by the method according to the invention.
  • the adjustment method according to the invention has the advantage of not having to run during the entire operating time of the internal combustion engine or of the control device regulating it. This results in savings in the cycle time of the processor means of the control device, which can be used elsewhere.
  • An advantageous development of the method according to the invention consists in storing the determined correction values in the control unit and calling them up the next time the vehicle is started. It is possible to do this at regular intervals, e.g. during maintenance of the vehicle, to carry out a new adjustment and to make the newly determined correction values available for further vehicle operation.
  • the periodic determination of the correction values during driving is also conceivable, as a result of which the system can also react to short-term changes in the properties of the injection valves, such as, for example, contamination of a nozzle, and adapt the injection quantities individually to the new situation.
  • a comparison already carried out by the manufacturer immediately after the manufacture of the motor vehicle is particularly expedient.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that a broadband lambda probe is used which allows the lambda value to be continuously recorded in an interval of 0.7 ⁇ lambda ⁇ 4.
  • a further, very particularly advantageous development of the method according to the invention provides for the use of a so-called jump probe, a lambda probe with a characteristic curve jump.
  • a so-called jump probe a lambda probe with a characteristic curve jump.
  • Another variant of the method according to the invention provides that the order of a regression polynomial on which the orthogonal test plan is based is chosen as a function of lambda.
  • the desired value of lambda cannot be set with sufficient accuracy after a matching process with a regression polynomial of lower order, it is possible to choose a regression polynomial to improve the accuracy of the matching method.
  • the computer program is special Executable on a microprocessor and suitable for executing the method according to the invention.
  • the invention is thus implemented by the computer program, so that this computer program represents the invention in the same way as the method for the execution of which the computer program is suitable.
  • the computer program can be stored on an electrical storage medium, for example on a flash memory or a read-only memory.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of an internal combustion engine according to the invention
  • Figure 2 shows a flow diagram of a preferred one
  • FIG. 1 an internal combustion engine 1 of a motor vehicle is shown, in which a piston 2 in one Cylinder 3 is reciprocable.
  • the cylinder 3 is provided with a combustion chamber 4 which is delimited, among other things, by the piston 2, an inlet valve 5 and an outlet valve 6.
  • An intake pipe 7 is coupled to the inlet valve 5 and an exhaust pipe 8 is coupled to the exhaust valve 6.
  • an injection valve 9 and a spark plug 10 protrude into the combustion chamber 4. It is also possible to arrange the injection valve 9 in the intake pipe 7.
  • Fuel can be injected into the combustion chamber 4 via the injection valve 9.
  • the fuel in the combustion chamber 4 can be ignited with the spark plug 10.
  • a rotatable throttle valve 11 is accommodated, via which air can be fed to the intake pipe 7.
  • the amount of air supplied is dependent on the angular position of the throttle valve 11.
  • the exhaust ports of the individual cylinders 3 converge in front of the catalytic converter 12 and form the exhaust pipe 8, in which a lambda probe 13 is attached.
  • the catalytic converter 12 is used to clean the exhaust gases resulting from the combustion of the fuel, and the lambda probe 13 detects the air-fuel ratio in the exhaust pipe 8.
  • a control unit 15 is of input signals 16 acted upon, the operating variables of the internal combustion engine 1 measured by means of sensors.
  • the control unit 15 is connected to an air mass sensor, a speed sensor and the lambda sensor 13.
  • the control unit 15 is connected to an accelerator pedal sensor which generates a signal which indicates the position of an accelerator pedal which can be actuated by a driver and thus the requested torque.
  • the control unit 15 generates output signals 17 with which the behavior of the internal combustion engine 1 can be influenced via actuators or actuators.
  • the control unit 15 is connected to the injection valve 9, the spark plug 10 and the throttle valve 11 and the like and generates the signals required to control them.
  • control device 15 is provided to control and / or regulate the operating variables of the internal combustion engine 1.
  • the fuel mass injected into the combustion chamber 4 by the injection valve 9 is controlled and / or regulated by the control unit 15, in particular with regard to low fuel consumption and / or low pollutant development.
  • the control unit 15 is provided with a microprocessor, which has stored a computer program in a storage medium, in particular in a flash memory, which is suitable for carrying out the control and / or regulation mentioned.
  • FIG. 2 shows a flowchart of a preferred embodiment of the method according to the invention for cylinder-specific adjustment of the injection quantity in an internal combustion engine, which contains three method steps a), b), c).
  • Process step a) of FIG. 2 includes the processing of an orthogonal test plan, of which the The first four steps a1 to a4 are shown by way of example in the table in FIG. 3.
  • the purpose of the orthogonal test plan is to determine an analytical relationship between the lambda value in the exhaust pipe 8 and the injection quantities of the individual cylinders 3 in as few steps as possible.
  • a quadratic regression function is formed using a polynomial approach, which lambda should model as a function of the injection quantities.
  • a step ai consists in changing the injection quantities for the four cylinders 3 in accordance with the diagram ZI, Z2, Z3, Z4 shown in FIG. 3. Thereafter, the lambda value L_ai which is set as a result of this change is recorded.
  • the change in the injection quantity is symbolized by '+' or '-', with '+' an increase in the injection quantity of the corresponding cylinder 3 by z. B. 4% and '-' describes a decrease by the same value.
  • the value specified for the normal operation of the internal combustion engine 1 by the control unit 15 is to be used as the initial value for this change in the injection quantity.
  • the first three cylinders in step a1 from FIG. 3 are charged with an injection quantity of only 96%, while the fourth cylinder receives 104%.
  • the associated lambda value L_al is determined to be 1.03, for example. This leads to the following equation:
  • the N + l equations of the above Type the coefficients bi, bij, bii of the regression polynomial can be determined.
  • Method step c) of FIG. 2 provides for a comparison of the injection quantity specified by the control unit 15 for each cylinder 3 using the correction values.
  • This adjustment makes it possible to use more economical injection valves with far greater tolerances, since even extreme deviations in the properties of an injection valve can be compensated for by correcting the respective injection quantity.
  • the accuracy of the adjustment can be further increased by choosing a higher order regression polynomial.
  • the order of the regression polynomial is selected depending on the control behavior of the lambda controller.
  • the injection quantity In order to determine lambda with such a jump probe, the injection quantity must be increased, for example, starting from a first lambda value in so-called lean operation (lambda> 1) until the next lambda jump occurs, i.e. until the change from lambda> 1 to lambda ⁇ 1 takes place.
  • the necessary increase in the injection quantity is a measure of the first lambda value.
  • correction values determined in method step b) of FIG. 2 of the adjustment method according to the invention are stored in the control unit 15 and can be called up when the motor vehicle is started and used to correct the injection quantities.
  • the correction values can e.g. be stored in an EEPROM memory, which is often used for storing operating variables in control units.
  • the adjustment process can be carried out for the first time directly after the production of the motor vehicle; it is also possible to carry out the adjustment process periodically while driving or during maintenance in order to take short-term changes in the injection system into account when adjusting.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zylinderindividuellen Abgleichen der Einspritzmenge bei Brennkraftmaschinen sowie eine Brennkraftmaschine, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann. Die Wirkung der einem orthogonalen Versuchsplan folgenden gezielten Veränderung der von der Motorsteuerung vorgegebenen Einspritzmenge je Zylinder auf die Luftzahl lambda wird analysiert und erlaubt die Aufstellung eines Regresssionspolynoms zur Ermittlung hinsichtlich einer optimalen Verbrennung zylinderindividuell einstellbarer Korrekturen der Einspritzmenge.

Description

Verfahren zum zylinderindividuellen Abcrleich der Einspritzmenge bei Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraf fahrzeugs, bei dem Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, bei dem die in die einzelnen Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge abgeglichen wird, und bei dem ein lambda-Wert im Abgasrohr der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine .
Es ist bekannt, dass zur Schadstoff inimierung bei der katalytischen Nachbehandlung von Abgasen mit Hilfe eines geregelten Dreiwegekatalysators das Luft-Kraftstoff-Gemisch ein bestimmtes Massenverhältnis aufweisen muss. Dieses Verhältnis wird durch die sogenannte Luftzahl lambda angegeben und kann durch eine im Abgasrohr befindliche Lambdasonde ermittelt werden.
Bekannte Verfahren führen die Messwerte der Lambdasonde einem Regelkreis zu, der während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Einspritzmengen der einzelnen Zylinder in Abhängigkeit des lambda-Werts regelt. Bei einer einzelnen im Abgasrohr befindlichen Lambdasonde liegt dieser Regelung allerdings nur der über die einzelnen Zylinder gemittelte lambda-Wert zugrunde.
Gemischuncerschiede in den einzelnen Zylindern, die sich trotz gleicher Einspritzmenge bzw. gleichen Vorgabewerten eines Steuergeräts für die Einspritzmengen aufgrund von Bauteiltoleranzen und Alterungseffekten ergeben, können nicht erfasst und hinsichtlich der Bemessung der zylinderindividuellen Binspritzmenge ebenfalls nicht berücksichtigt werden.
Verbesserte Verfahren sehen eine zeitliche Zuordnung der das Abgasrohr durchströmenden Abgase und deren lambda- Werten zu den einzelnen Zylindern vor. Prinzipiell ist damit eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzmenge mit einer einzelnen Lambdasonde möglich, jedoch wird die Messgenauigkeit durch Vermischungseffekte und Verwirbelungen zeitlich direkt aufeinanderfolgender Abgasmengen unterschiedlicher Zylinder im Abgasrohr beeinträchtigt .
Lösungen, bei denen jedem Zylinder eine Lambdasonde zugeordnet wird, sind technisch sehr aufwendig.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum zylinderindividuellen Abgleichen der Einspritzmenge bei Brennkraftmaschinen mit einer im Abgasrohr angeordneten Lambdasonde bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum zylinderindividuellen Abgleichen der Einspritzmenge bei Brennkraftmaschinen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 11 gelöst. Das Verfahren nach Anspruch 1 bedient sich einer Methode aus der statistischen Versuchsplanung, um den Einfluss der den einzelnen Zylindern zugemessenen Eihspritzmengen auf die im Abgasrohr gemessene, über alle Zylinder gemittelte Luftzahl zu ermitteln.
Dabei werden die von einem Steuergerät vorgegebenen Einspritzmengen einem orthogonalen Versuchsplan folgend schrittweise zylinderindividuell verändert. Nach jedem Schritt des Versuchsplans wird der lambda-Wert im Abgasrohr, der sich in Folge der Veränderung der Einspritzmenge ergibt, erfasst, und mit diesen erfassten Werten wird nach Ablauf des Versuchsplans für j-eden Zylinder ein Korrekturwert für die Einspritzmenge individuell ermittelt.
Diese Korrekturwerte werden für nachfolgende Einspritzvorgänge zum Abgleich der Einspritzmengen zylinderindividuell verwendet, so dass sich in jedem Zylinder stets das optimale Luft-Kraftstoff-Gemisch einstellt .
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass unter Verwendung einer einzigen Lambdasonde die optimale Einspritzmenge für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt werden kann.
Dies wird durch eine mathematische Modellierung des lambda- Werts erreicht. Dazu wird mittels eines Polynomansatzes für die abhängige Variable lambda der Einfluss mehrerer unabhängiger Variablen auf den Wert von lambda bestimmt.
Die unabhängigen Variablen entsprechen den jedem Zylinder individuell zugemessenen Einspritzmengen, so dass das mathematische Modell lambda als Funktion der Einspritzmengen der einzelnen Zylinder liefert, wobei Koeffizienten des Polynoms eine Gewichtung des Einflusses der Einspritzmengen der Zylinder wiedergeben.
Diese Koeffizienten können z.B. aus den im Rahmen des orthogonalen Versuchsplans erfassten Werten ermittelt werden. Es ist auch möglich, Koeffizienten zu schätzen oder durch Plausibilitätsbetrachtungen festzulegen.
Je nach Grad des für den Ansatz gewählten Polynoms können auch Wechselwirkungen zwischen Einspritzmengen mehrerer Zylinder ermittelt werden.
Ein auf diese Weise gewonnenes mathematisches Modell für lambda erlaubt unter Verwendung einer Sollwertvorgabe für lambda, wie z.B. lambda = 1, und Lösung der sich ergebenden Gleichung die Berechnung der Einspritzmengen für jeden Zylinder, bei denen sich der angegebene Sollwert einstellt.
Die mit dem Modell berechneten Einspritzmengen weichen i.a. von den durch das Steuergerät vorgegebenen Einspritzmengen ab. Diese Differenz beruht im Wesentlichen auf unterschiedlichen Verbrennungsbedingungen sowie Toleranzen in der Ventilansteuerung bzw. bei den Ventilen der einzelnen Zylinder und bildet den Korrekturwert zum Abgleich der Einspritzmenge.
Ein weiterer bedeutender Vorteil ist die Möglichkeit, Einspritzventile mit weitaus größeren Toleranzen zu verwenden .
In herkömmlichen Einspritzsystemεn sind die Anforderungen an. die Durchflusstoleranz bei Einspritzventilen sehr hoch, was zu entsprechenden Ausschussmengen bei deren Herstellung führt .
Das erfindungsgemäße Abgleichverfahren ermöglicht auch bei stark unterschiedlichen Durchflusseigenschaf en verschiedener Einspritzventile einen entsprechenden Abgleich der Einspritzmengen der einzelnen Zylinder, wodurch der für eine Abgasnachbehandlung optimale lambda- Wert eingestellt: werden kann.
Somit ist das vorgeschlagene Verfahren auch geeignet, die Herstellungskosten entsprechender Einspritzsysteme bei gleichzeitiger Verbesserung des E issionsverhaltens zu reduzieren, indem kostengünstigere Einspritzventile mit größeren Toleranzen verwendet und die Einflüsse dieser Toleranzen auf den lambda-Wert durch das erfindungsge äße Verfahren eliminiert werden.
Darüberhinaus besitzt das erfindungsgemäße Abgleichverfahren den Vorteil, nicht während der gesamten Betriebszeit der Brennkraftmaschine bzw. des sie regelnden Steuergeräts ablaufen zu müssen. Dadurch ergeben sich Einsparungen in der Zykluszeit der Prozessormittel des Steuergeräts, die anderweitig verwendet werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die ermittelten Korrekturwerte im Steuergerät zu speichern und diese beim nächsten Fahrzeugstart abzurufen. Damit ist es möglich, in regelmäßigen Zeitabständen wie z.B. bei der Wartung des Fahrzeugs, einen neuen Abgleich vorzunehmen, und die neu ermittelten Korrekturwerte für den weiteren Fahrzeugbetrieb zur Verfügung zu stellen.
Die periodische Ermittlung der Korrekturwerte im Fahrbetrieb ist ebenfalls denkbar, wodurch das System auch auf kurzfristige Änderungen der Eigenschaften der Einspritzventile, wie z.B. Verschmutzung einer Düse reagieren und die Einspritzmengen zylinderindividuell der neuen Situation anpassen kann. Besonders zweckmäßig ist ein bereits beim Hersteller unmittelbar nach der Fertigung des Kraftfahrzeugs durchgeführter Abgleich.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitband-Lambdasonde verwendet wird, die es gestattet, den lambda-Wert in einem Intervall von 0,7 < lambda < 4 wertekontinuierlich zu erfassen.
Eine weitere, ganz besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht den Einsatz einer sog. Sprungsonde, einer Lambdasonde mit Kennliniensprung vor. Bei der Verwendung dieses kostengünstigen Sondentyps rrvuss eine Veränderung des lambda-Werts in Folge einer Veränderung der Einspritzmenge indirekt z.B. aus der Regelabweichung eines lambda-Reglers bestimmt werden, weil die Sprungsonde nur einen Kennliniensprung bei lambda = 1 aufweist, d.h. im Gegensatz zur Breitband-Lambdasonde keine wertekontinuierliche Erfassung von lambda zulässt .
Eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Ordnung eines dem orthogonalen Versuchsplan zugrunde liegenden Regressionspolynoms in Abhängigkeit von lambda gewählt wird. Falls nach einem Abgleichvorgang mit einem Regressionspolynom geringerer Ordnung der gewünschte Wert von lambda nicht hinreichend genau eingeregelt werden kann, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, ein Regressionspolynom höherer Ordnung zu wählen, um die Genauigkeit des Abgleichverfahrens zu verbessern.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Computerprogramms, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist das Computerprogramm insbesondere auf einem Mikroprozessor ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. In diesem Fall wird also die Erfindung durch das Computerprogramm realisiert, sodass dieses Computerprogramm in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Das Computerprogramm kann auf einem elektrischen Speichermedium abgespeichert sein, beispielsweise auf einem Flash-Memory oder einem Read-Only-Memory .
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ,
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 3 zeigt einen Teil eines orthogonalen Versuchsplans mit vier Einflussgrößen.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, der unter anderem durch den Kolben 2, ein Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6 begrenzt is . Mit dem Einlassventil 5 ist ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslassventil 6 ist ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
Im Bereich des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6 ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den Brennraum 4. Es ist auch möglich, das Einspritzventil 9 im Ansaugrohr 7 anzuordenen.
Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.
In dem Ansaugrohr 7 ist eine drehbare Drosselklappe 11 untergebracht, über die dem Ansaugrohr 7 Luft zuführbar ist. Die Menge der zugeführten Luft ist abhängig von der Winkelstellung der Drosselklappe 11. Die Abgasstutzen der einzelnen Zylinder 3 laufen vor dem Katalysator 12 zusammen und bilden das Abgasrohr 8, in dem eine Lambdasonde 13 angebracht ist. Der Katalysator 12 dient der Reinigung der durch die Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden Abgase und die Lambdasonde 13 erfasst das Luft-Kraftstoff- Verhältnis im Abgasrohr 8.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird Kraftstoff über die Einspritzventile 9 der einzelnen Zylinder 3 in die zugehörigen Brennräume 4 eingespritzt. Mit Hilfe der Zündkerzen 10 werden Verbrennungen in den Brennräumen 3 erzeugt, durch die die Kolben 2 in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden. Diese Bewegungen werden auf eine nicht-dargestellte Kurbelwelle übertragen und üben auf diese ein Drehmoment aus .
Ein Steuergerät 15 ist von Eingangssignalen 16 beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brεnnkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 15 mit einem Luftmassensensor, einem Drehzahlsεnsor und der Lambdasonde 13 verbunden. Des Weiteren ist das Steuergerät 15 mit einem Fahrpedalsensor verbunden, der ein Signal erzeugt, das die Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Fahrpedals und damit das angeforderte Drehmoment angibt. Das Steuergerät 15 erzeugt Ausgangssignale 17, mit denen über Aktoren bzw. Stellern das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann. Beispielsweise ist das Steuergerät 15 mit dem Einspritzventil 9, der Zündkerze 10 und der Drosselklappe 11 und dergleichen verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale.
Unter anderem ist das Steuergerät 15 dazu vorgesehen, die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise wird die von dem Einspritzventil 9 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse von dem Steuergerät 15 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 15 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere in einem Flash-Memory ein Computerprogramm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen.
In der Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum zylinderindividuellen Abgleichen der Einspritzmenge bei einer Brennkraftmaschine dargestellt, das drei Verfahrensschritte a) , b) , c) enthält.
Der Verfahrensschritt a) der Figur 2 umfasst die Abarbeitung eines orthogonalen Versuchsplans , von dem die ersten vier Schritte al bis a4 beispielhaft in der Tabelle der Fig. 3 abgebildet sind.
Der gesamte Versuchsplan weist N Schritte (nicht gezeigt) auf und beinhaltet entsprechend der Zylinderzahl einer beispielhaft gewählten vierzylindrigen Brennkraftmaschine 1 vier Einflussgrößen ZI bis Z4 , die jeweils auf eine zugehörige Ausgangsgröße L_ai (i=l, .. , N) wirken.
Die Einflussgröße Zk (k=l, .., 4) bezeichnet die Einspritzmenge des Zylinders k, d.h. die Kraftstoffmenge, die dem Zylinder k im Rahmen des Versuchsplans zugemessen wird .
Die Ausgangsgröße L_ai entspricht dem über eine hinreichend lange Zeit gemittelten, von einer Lambdasonde 13 im 7Λbgasrohr 8 gemessenen lambda-Wert des Schrittes i (i=l, .. , N) des orthogonalen Versuchsplans .
Zweck des orthogonalen Versuchsplans ist es, in möglichst wenigen Schritten eine analytische Beziehung zwischen dem lambda-Wert im Abgasrohr 8 und den Einspritzmengen der einzelnen Zylinder 3 zu -ermitteln.
Dazu wird eine quadratische Regressionsfunktion unter Verwendung eines Polynomansatzes gebildet, die lambda als Funktion der Einspritzmengen modellieren soll..
Ein Teil eines quadratischen Regressionspolynoms für den lambda-Wert im Abgasrohr 8 als Funktion der Einspritzmengen der vier Zylinder 3 ist nachstehend aufgeführt, wobei zwecks Übersichtlichkeit von den Termen höherer Ordnung nur diejenigen dargestellt sind, die den Faktor ZI enthalten.
lambda (ZI, Z2 , Z3, Z4) = bO + bl*Zl + b2*Z2 + b3*Z3 + b4 Z4 + bll*Zl*Zl + bl2*Zl*Z2 + bl3*Zl*Z3 + bl4*Zl*Z4 + .... um die unbekannten Koeffizienten bi (i=0, .., N) , bij (i, j=l, .., N, i<j) und bii (i=l, .. , N) bestimmen zu können, müssen N+l Schritte des Versuchsplans durchgeführt werden.
Ein Schritt ai besteht darin, die Einspritzmengen für die vier Zylinder 3 dem in Fig. 3 gezeigten Schema ZI, Z2 , Z3 , Z4 folgend zu verändern. Danach wird der sieh in Folge dieser Veränderung einstellende lambda-Wert L_ai erfasst .
Die Veränderung der Einspritzmenge wird durch '+' bzw. '-' symbolisiert, wobei '+' eine Erhöhung der Einspritzmenge des entsprechenden Zylinders 3 um z . B . 4% und '-' eine Verringerung um denselben Wert beschreibt. Als Ausgangswert für diese Veränderung der Einspritzmenge ist jeweils der für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 von dem Steuergerät 15 vorgegebene Wert zu verwenden.
Beispielsweise werden die ersten drei Zylinder in Schritt al aus Fig. 3 mit einer Einspritzmenge von lediglich 96% beschickt, während der vierte Zylinder 104% erhält. Der zugehörige lambda-Wert L_al wird beispielsweise zu 1,03 ermittelt. Dies führt auf folgende Gleichung:
L_al = 103% = bO + bl*9δ% + b2*96% + b3*9G%+ b4*104% + 0(Z*Z)
Der Übersicht halber sind die Terme der Ordnung Z*Z zu dem Summanden 0(Z*Z) zusammengef sst .
Bei einer hinreichend großen Zahl N+l an Versuchsschritten, die N+l Gleichungen der o.g. Art liefern, können die Koeffizienten bi, bij, bii des Regressionspolynoms ermittelt werden.
Üblicherweise können sogar mehrere Koeffizienten, insbesondere Koeffizienten der Terme höherer Ordnung, vernachlässigt werden, wodurch der Rechenaufwand verringert wird, d.h. dass nicht alle N Versuchsschritte zur Ermittlung der Koeffizienten durchgeführt werden müssen.
Unter Kenntnis der Koeffizienten des Regressionspolynoms lambda (ZI, Z2 , Z3 , Z4) können in dem Verfahrensschritt b) der Fig. 2 des erfindungsgemäßen Abgleichverfahrens Korrekturwerte für die Einspritzmenge jedes Zylinders 3 ermittelt werden. Diese Korrekturwerte entsprechen der Differenz aus den als Lösung der Gleichung lambda (ZI, Z2 , Z3 , Z4) = 1 ermittelten Einspritzmengen und den von dem Steuergerät 15 vorgegebenen Einspritzmengen.
Verfahrensschritt c) der Fig. 2 sieht für jeden Zylinder 3 einen Abgleich der vom Steuergerät 15 vorgegebenen Einspritzmenge unter Verwendung der Korrekturwerte vor.
Durch diesen Abgleich ist es möglich, kostengünstigere Ξinspritzventile mit weitaus größeren Toleranzen zu verwenden, da auch extreme Abweichungen der Eigenschaften eines Einspritzventils über die Korrektur der jeweiligen Einspritzmenge ausgeglichen werden können.
Die Genauigkeit des Abgleichs kann noch gesteigert werden, indem ein Regressionspolynom höherer Ordnung gewählt wird. Außerdem erfolgt die Auswahl der Ordnung des Regressionspolynoms in Abhängigkeit des Regelungsverhaltens des lambda-Reglers .
Die Messung des lambda-Werts erfolgt mit einer Breitband- Lambdasonde 13, die eine wertekontinuierliche Erfassung von lambda in einem Intervall zwischen lambda = 0,7 und lambda = 4 erlaubt.
Die Messung des lambda-Werts kann auch mit einer Sprungsonde erfolgen, deren Kennlinie einen Sprung bei lambda = 1 aufweist. Sie erlaubt keine wertekontinuierliche Erfassung von lambda, sondern nur die Erfassung des Übergangs von lambda <= 0 zu lambda > 0 und umgekehrt .
Um lambda mit einer solchen Sprungsonde zu ermitteln, muss beispielsweise von einem ersten lambda-Wert im sogenannten Magerbetrieb (lambda > 1) ausgehend die Einspritzmenge solange erhöht werden, bis der nächste lambda-Sprung auftritt, d.h. bis der Wechsel von lambda > 1 nach lambda < 1 stattfindet.
Die dafür nötige Erhöhung der Einspritzmenge ist ein Maß für den ersten lambda-Wert.
Die in Verfahrensschritt b) der Fig. 2 des erfindungsgemäßen Abgleichverfahrens bestimmten Korrekturwerte werden im Steuergerät 15 gespeichert und können bei dem Start des Kraftf hrzeugs abgerufen und zur Korrektur der Einspritzmengen verwendet werden.
Die Korrekturwerte können z.B. in einem EEPROM-Speicher abgelegt werden, der häufig zur Speicherung von Betriebsgrößen bei Steuergeräten eingesetzt wird.
Eine erste Durchführung des Abgleichverfahrens kann direkt nach der Fertigung des Kraftfahrzeugs erfolgen; es ist auch möglich, das Abgleichverfahren periodisch im Fahrbetrieb oder bei der Wartung durchzuführen, um kurzfristige Änderungen im Einspritzsystem beim Abgleich berücksichtigen zu können.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff in die Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) eingespritzt wird, bei dem die in die einzelnen Zylinder (3) einzuspritzende Kraftstoffmenge abgeglichen wird, und bei dem ein lambda-Wert im Abgasrohr (8) der Brennkraftmaschine ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) von einem Steuergerät (15) vorgegebene Einspritzmengen einem orthogonalen Versuchsplan folgend für die einzelnen Zylinder (3) verändert werden und nach jedem Schritt des Versuchsplans der lambda-Wert des Abgases ermittelt wird, b) nach Ablauf des Versuchsplans aus den ermittelten lambda-Werten Korrekturwerte für die Einspritzmengen jedes Zylinders (3) bestimmt werden, und dass c) die Korrekturwerte zum Abgleich der von dem Steuergerät (15) vorgegebenen Einspritzmengen herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte im Steuergerät (15) gespeichert, beim Start des Kraftfahrzeugs abgerufen und für den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte direkt nach der Fertigung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte periodisch im Fahrbetrieb ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitband-Lambdasonde (13) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sprungsonde (13) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ordnung eines dem orthogonalen Versuchsplan zugrunde liegenden Regressionspolynoms in Abhängigkeit des lambda-Werts gewählt wird.
8. Computerprogramm für ein Steuergerät (15) einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist.
9. Computerprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem elektrischen Speichermedium, insbesondere auf einem Flash- Memory oder einem Read-Only-Memory abgespeichert ist.
10. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftf hrzeugs, wobei Kraftstoff in die Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (l) einspritzbar ist, wobei die in die einzelnen Zylinder (3) einzuspritzende Kraftstoffmenge abgleichbar ist, und wobei ein lambda-Wert im Abgasrohr (8) der Brennkraftmaschine (1) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät (15) vorgegebene Einspritzmengen einem orthogonalen Versuchsplan folgend veränderbar sind, dass nach jedem Schritt des Versuchsplans der lambda-Wert des Abgases ermittelbar ist, dass nach Ablauf des Versuchsplans aus den ermittelten lambda-Werten Korrekturwerte für die Einspritzmengen jedes Zylinders (3) bestimmbar sind, und dass die Korrekturwerte zum Abgleich der von dem Steuergerät (15) vorgegebenen Einspritzmengen heranziehbar sind.
11. Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei Kraftstoff in die Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) einspritzbar ist, wobei die in die einzelnen Zylinder (3) einzuspritzende Kraftstoffmenge abgleichbar ist, und wobei ein lambda-Wert im Abgasrohr (8) der Brennkraftmaschine ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Steuergerät (15) vorgegebene Einspritzmengen einem orthogonalen Versuchsplan folgend veränderbar sind, dass nach jedem Schritt des Versuchsplans der lambda-Wert des Abgases ermittelbar ist, dass nach "Ablauf des Versuchsplans aus den ermittelten lambda-Werten Korrekturwerte für die Einspritzmengen jedes Zylinders (3) bestimmbar sind, und dass die Korrekturwerte zum Abgleich der von dem Steuergerät (15) vorgegebenen Einspritzmengen heranziehbar sind.
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