EP1409865B1 - Verfahren zum zylinderindividuellen abgleich der einspirtzmenge bei brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1409865B1
EP1409865B1 EP02754210A EP02754210A EP1409865B1 EP 1409865 B1 EP1409865 B1 EP 1409865B1 EP 02754210 A EP02754210 A EP 02754210A EP 02754210 A EP02754210 A EP 02754210A EP 1409865 B1 EP1409865 B1 EP 1409865B1
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EP
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internal combustion
lambda
combustion engine
control unit
determined
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Rudiger Deibert
Christian Preussner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, in which Fuel injected into the cylinders of the internal combustion engine in which the injected into the individual cylinders Amount of fuel is adjusted, and at which a lambda value In the exhaust pipe of the internal combustion engine is determined. Further relates to the invention a for carrying out this method suitable control device for an internal combustion engine.
  • the method according to claim 1 uses a method from the statistical experimental design to the influence of Injected quantities attributed to the individual cylinders the measured in the exhaust pipe, averaged over all cylinders Air ratio to determine.
  • the essential advantage of the method according to the invention is that using a single Lambda probe the optimal injection quantity for each cylinder the internal combustion engine can be determined.
  • the independent variables correspond to each cylinder individually metered injection quantities, so that the mathematical model lambda as a function of Injection quantities of the individual cylinder supplies, where Coefficients of the polynomial a weighting of influence reflect the injection quantities of the cylinders.
  • coefficients may e.g. from the under the orthogonal experimental design become. It is also possible to estimate coefficients or determined by plausibility considerations.
  • the injection quantities calculated with the model differ i.a. from the injection quantities given by the control unit from. This difference is essentially based on different combustion conditions and tolerances in the valve control or in the valves of the single cylinder and forms the correction value for Adjustment of injection quantity.
  • Another significant advantage is the ability to Injectors with much larger tolerances too use.
  • the balancing method according to the invention also allows for strongly different flow characteristics different injection valves a corresponding Adjustment of the injection quantities of the individual cylinders, whereby the optimum lambda value for an exhaust gas aftertreatment can be adjusted.
  • the proposed method is also suitable, the Cost of manufacturing corresponding injection systems at simultaneous improvement of emission behavior too reduce by using cheaper injectors with used larger tolerances and the influences of this Tolerances on the lambda value by the inventive Procedures are eliminated.
  • the invention has Matching method the advantage, not throughout the whole Operating time of the internal combustion engine or the regulating them To run control unit. This results Savings in the cycle time of the processor means of the Controller that can be used elsewhere.
  • the method consists in the determined correction values in Control unit to save and this at the next Call vehicle start. This makes it possible to work in regular intervals such as e.g. in the maintenance of the Vehicle, make a new adjustment, and the new determined correction values for further vehicle operation to provide.
  • the periodic determination of the correction values in Driving is also possible, which makes the system too on short-term changes in the properties of the Injectors, such as e.g. Contamination of a nozzle react and the injection quantities cylinder individually new situation.
  • 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 in one Interval of 0.7 ⁇ lambda ⁇ 4 continuous to value to capture.
  • Another, particularly advantageous embodiment of inventive method provides the use of a so-called.
  • Jump probe a lambda probe with characteristic jump before.
  • Another variant of the method according to the invention sees before that the order of an orthogonal design underlying regression polynomial depending on lambda is selected. If after a calibration process with a regression polynomial of lesser order the desired one Value of lambda can not be regulated with sufficient accuracy can, it is possible in this embodiment, a Regression polynomial of higher order to choose the Accuracy of the matching process to improve.
  • the inventive method in the form of a Computer program for a control unit Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, is provided.
  • the computer program is particular executable on a microprocessor and to execute the inventive method suitable.
  • the invention realized by the computer program, so this computer program in the same way the Invention represents as the method to its execution the computer program is suitable.
  • the computer program can be stored on an electrical storage medium be, for example on a flash memory or a Read-only memory.
  • an internal combustion engine 1 is a Motor vehicle shown, in which a piston 2 in a Cylinder 3 is reciprocable.
  • the cylinder 3 is with a combustion chamber 4 provided, inter alia, by the Piston 2, an intake valve 5 and an exhaust valve. 6 is limited.
  • an intake valve 5 is an intake pipe. 7 and an exhaust pipe 8 is coupled to the exhaust valve 6.
  • Fuel can flow into the combustion chamber via the injection valve 9 4 are injected. With the spark plug 10, the Fuel in the combustion chamber 4 are ignited.
  • the intake pipe 7 In the intake pipe 7 is a rotatable throttle valve 11th accommodated, via the intake pipe 7 air supplied is.
  • the amount of air supplied depends on the Angular position of the throttle valve 11.
  • the exhaust ports of the individual cylinder 3 run together in front of the catalyst 12 and form the exhaust pipe 8, in which a lambda probe 13th is appropriate.
  • the catalyst 12 is used to clean the by the combustion of the fuel resulting exhaust gases and the lambda probe 13 detects the air-fuel ratio in the exhaust pipe 8.
  • a controller 15 is of input signals 16 applied, measured by sensors operating variables represent the internal combustion engine 1. For example, that is Control unit 15 with an air mass sensor, a Speed sensor and the lambda probe 13 connected. Of Further, the control unit 15 with an accelerator pedal sensor connected, which generates a signal indicating the position of a operated by a driver accelerator pedal and thus the indicates requested torque. The control unit 15 generates Output signals 17, with which via actuators or actuators the behavior of the internal combustion engine 1 can be influenced can. For example, the control unit 15 with the Injector 9, the spark plug 10 and the throttle valve 11 and the like connected to and generates the Activation required signals.
  • the controller 15 is provided to the Control operating variables of the internal combustion engine 1 and / or to regulate.
  • the injection valve 9 in the combustion chamber 4 injected fuel mass of the Control unit 15, in particular with regard to a small Fuel consumption and / or a low Controlled pollutant development and / or regulated.
  • the control unit 15 with a Microprocessor in a storage medium, especially in a flash memory a computer program stored, which is suitable to the said To perform control and / or regulation.
  • Fig. 2 is a flow chart of a preferred Embodiment of the method according to the invention for Individual adjustment of the injection quantity with cylinder an internal combustion engine, the three Method steps a), b), c) contains.
  • the method step a) of FIG. 2 comprises the Processing of an orthogonal design, of which the first four steps a1 to a4 by way of example in the table of Fig. 3 are shown.
  • the purpose of the orthogonal design is to be as possible a few steps an analytical relationship between the Lambda value in the exhaust pipe 8 and the injection quantities of to determine individual cylinder 3.
  • lambda (Z1, Z2, Z3, Z4) b0 + b1 * Z1 + b2 * Z2 + b3 * Z3 + b4 * Z4 + b11 * Z1 * Z1 + b12 * Z1 * Z2 + b13 * Z1 * Z3 + b14 * Z1 * Z4 + ....
  • a step ai is to set the injection quantities for the four cylinders 3 to the scheme shown in Fig. 3 Z1, Z2, Z3, Change Z4 following. After that it will be in succession this change adjusting lambda value L_ai detected.
  • the change in injection quantity is indicated by '+' or '-' symbolizes, where '+' an increase in the injection quantity of the corresponding cylinder 3 by e.g. 4% and '-' one Reduction by the same value describes.
  • initial value for this change in the injection quantity is the respective for the normal operation of the internal combustion engine 1 of the Control unit 15 to use predetermined value.
  • step a1 of FIG. 3 the first three cylinders are charged with an injection quantity of only 96%, while the fourth cylinder receives 104%.
  • N + 1 equations of the above mentioned Can deliver the kind Coefficients bi, bij, bii of the regression polynomial be determined.
  • Process step c) of FIG. 2 provides for each cylinder 3 an adjustment of the predetermined by the control unit 15 Injection quantity using the correction values.
  • the accuracy of the adjustment can be increased even more, by choosing a higher-order regression polynomial.
  • the necessary increase in the injection quantity is a measure for the first lambda value.
  • correction values may be e.g. in an EEPROM memory which are often used to store Operating variables used in control units.
  • An initial implementation of the matching procedure can be direct done after the production of the motor vehicle; It is also possible, the adjustment process periodically while driving or perform maintenance at short notice Consider changes in the injection system during adjustment to be able to.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, 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 ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.
Ein derartiges Verfahren und ein derartiges Steuergerät sind aus der DE 199 03 721 C1 bekannt.
Weiterhin ist bekannt, dass zur Schadstoffminimierung 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.
Gemischunterschiede 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 Einspritzmenge 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 gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Steuergerät 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 Einspritzmengen 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 jeden 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 Einspritzsystemen 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 Durchflusseigenschaften 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 Emissionsverhaltens zu reduzieren, indem kostengünstigere Einspritzventile mit größeren Toleranzen verwendet und die Einflüsse dieser Toleranzen auf den lambda-Wert durch das erfindungsgemäße 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 muss 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 ist. 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-KraftstoffVerhältnis 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 Brennkraftmaschine 1 darstellen. Beispielsweise ist das Steuergerät 15 mit einem Luftmassensensor, einem Drehzahlsensor 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 a1 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 Z1 bis Z4, die jeweils auf eine zugehörige Ausgangsgröße L_ai (i=1, .., N) wirken.
Die Einflussgröße Zk (k=1, .., 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 Abgasrohr 8 gemessenen 1ambda-Wert des Schrittes i (i=1, .., 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 Z1 enthalten. lambda(Z1, Z2, Z3, Z4) = b0 + b1*Z1 + b2*Z2 + b3*Z3 + b4*Z4 + b11*Z1*Z1 + b12*Z1*Z2 + b13*Z1*Z3 + b14*Z1*Z4 + ....
Um die unbekannten Koeffizienten bi (i=0, .., N), bij (i, j=1, .., N, i<j) und bii (i=1, .., N) bestimmen zu können, müssen N+1 Schritte des Versuchsplans durchgeführt werden.
Ein Schritt ai besteht darin, die Einspritzmengen für die vier Zylinder 3 dem in Fig. 3 gezeigten Schema Z1, Z2, Z3, Z4 folgend zu verändern. Danach wird der sich 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 a1 aus Fig. 3 mit einer Einspritzmenge von lediglich 96% beschickt, während der vierte Zylinder 104% erhält. Der zugehörige lambda-Wert L_a1 wird beispielsweise zu 1,03 ermittelt. Dies führt auf folgende Gleichung: L_a1 = 103% = b0 + b1*96% + b2*96% + b3*96%+ b4*104% + O(Z*Z)
Der Übersicht halber sind die Terme der Ordnung Z*Z zu dem Summanden O(Z*Z) zusammengefasst.
Bei einer hinreichend großen Zahl N+1 an Versuchsschritten, die N+1 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(Z1, 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(Z1, 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 Einspritzventile 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 Kraftfahrzeugs 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 (11)

  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) über mehrere Schritte hinweg verändert werden und nach jedem Schritt des Versuchsplans der über eine hinreichend lange Zeit und eine Mehrzahl von Einspritzungen gemittelte lambda-Wert des jeweiligen Schrittes 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 Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitband-Lambdasonde (13) verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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, programmiert zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Computer-Programm nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch seine Speicherung auf einem Speicherelement, insbesondere einem Flash-Memory.
  10. Steuergerät (15) für eine Brennkraftmaschine (1) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, hergerichtet zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  11. Steuergerät (15) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch seine Verwendung in einer Brennkraftmaschine (1) insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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