VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DES KRAFTSTOFF-LUFT-VERHÄLTNISSES EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.

[0002] Es ist allgemein bekannt, dass die korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und die Umweltverträglichkeit einer Verbrennungskraftmaschine von großer Bedeutung ist. Zur korrekten Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses werden allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung und Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eingesetzt, welche auf den Einsatz von so genannten Lambdasonden aufbauen.

[0003] Gemäß dem nachveröffentlichten Dokument WO 2008/135312 A1 (EP 2 156 039 A1) werden zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zwei Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine mit unterschiedlichen Kraftstoffanteilen beaufschlagt. Die dadurch resultierenden Laufunruhewerte werden für beide Zylinder individuell ermittelt und in Abhängigkeit dieser Laufunruhewerte, insbesondere aus der Differenz der beiden, das Verbrennungslambda bestimmt. Um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen, schlägt dieses Dokument weiterhin vor, die Kraftstoffanteile der beiden Zylinder entgegengesetzt zur ersten Messung zu verändern und sodann erneut die daraus resultierenden Laufunruhewerte und aus diesen einen weiteren Zwischenwert Wert für das Verbrennungslambda zu ermitteln. Der endgültige Wert für das Verbrennungslambda ergibt sich aus dem arithmetischen Mittel der beiden zuvor ermittelten Lambda-Zwischenwerte.

[0004] US 2004/193360 A1 beschreibt ein Verfahren zum Katalysatorheizen, wobei die Verbrennungskraftmaschine mit regelmäßigen Mager-Fett-Intervallen gefahren wird. Um hieraus resultierende unerwünschte Drehzahlschwankungen zu unterdrücken, wird eine normierte Drehzahlvarianz ausgewertet, mit einem abgespeicherten Sollverlauf korreliert, um einen Korrekturwert für den Zündwinkel zu bestimmen.

[0005] Vorbekannt aus der DE 102 52 423 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird das Problem dargestellt, dass während einer nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine folgenden Phase, die Lambdasonden noch nicht betriebsbereit sind. Eine korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ist jedoch gerade während dieser Phase hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit einer Verbrennungskraftmaschine von großer Bedeutung. Es wird daher vorgeschlagen, nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine bis zur Betriebsbereitschaft der Lambdasonden, eine Adaption des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auf der Grundlage eines Vergleiches zwischen einem Ist- und einem Soll-Laufunruhewert durchzuführen. Ergibt dieser Vergleich eine Abweichung, wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis korrigiert bis der Ist- und der Soll-Laufunruhewert übereinstimmen. Zur Vermeidung einer unzulässigen Korrektur des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses sind einstellbare obere und untere Grenzen vorgesehen.

[0006] US5915359 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luftverhältnisses einer Verbrennungskraftmachine, wobei einem individuellen Zylinder unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zugemessen werden. Das Kraftstoff-Luftverhältnis wird durch die Benutzung eines neuroriales Netzwerks in Abhängigkeit der Drehzahtschwankzungen bestimmt.

[0007] Es ist jedoch bei diesem Verfahren von Nachteil, dass ohne eine betriebsbereite Lambdasonde nicht ohne weiteres festgestellt werden kann, woraus sich eine Abweichung zwischen dem Ist- und dem Soll-Laufunruhewert ergibt, also ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnisses nicht schon zuviel oder vielleicht noch zu wenig angereichert ist. Das heißt, es ist nicht eindeutig; ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der eine zu starke Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt oder ob die Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Laufgrenze betrieben wird, bei der eine zu geringe Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zu erhöhten Ist-Laufunruhewerten führt. Eine Aussage darüber ist nur durch das Anfahren der oberen beziehungsweise unteren einstellbaren Grenzen möglich. Mit anderen Worten sind mittels dieses Verfahrens in den genannten Grenzen bestenfalls relative Aussagen möglich. Es ist weiterhin von Nachteil, dass die genannten Grenzen Sicherheiten aufweisen müssen, da während der Entwicklung einer Verbrennungskraftmaschine das Verhalten einzelner Entwicklungsexemplare auf eine gesamte Serie übertragen werden muss.

Aufgabe

[0008] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, unabhängig von der Betriebsbereitschaft von Lambdasonden, einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bereitzustellen.

Lösung

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

[0010] Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, aufeinanderfolgenden Arbeitstakten eines individuellen Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zuzumessen, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei in Abhängigkeit dieses charakteristischen Musters des Verlaufs der Drehzahl ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird. Mit anderen Worten werden den einzelnen Arbeitstakten und somit dem Verlauf der Drehzahl gezielt Störgrößen aufgeschaltet. Erfindungsgemäß werden weiterhin Kenngrößen dieses charakteristischen Musters gebildet und in Relation zu dem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine gesetzt. Eine mögliche Kenngröße des charakteristischen Musters ist die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere wird erfindungsgemäß der Zusammenhang genutzt, dass bei einer Verbrennungskraftmaschine eine Änderung des Anteils an Kraftstoff eines Arbeitstaktes mit einer Änderung des Drehmomentes und eine Änderung des Drehmomentes wiederum mit einer Änderung der Drehzahl verbunden ist. Der Einfluss des charakteristischen Musters beziehungsweise der Kenngröße Laufunruhe auf das Drehmoment wird weiterhin erfindungsgemäß in Relation zu dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesetzt. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß der Zusammenhang genutzt, dass eine Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses mit einer Änderung des Drehmomentes einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.

[0011] Durch das erfindungsgemäße Verfahren steht vorteilhaft auch dann ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bereit, Wenn eine Lambdasonde nicht betriebsbereit ist. Im Vergleich zum Stand der Technik ist es des Weiteren nicht erforderlich, sicherheitsbehaftete Grenzen anzufahren, sondern es kann unmittelbar auf einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugegriffen werden. Auf diese Weise ist unmittelbar nach dem Start einer Verbrennungskraftmaschine eine korrekte Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses möglich. In der Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine ergeben sich daher hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit Vorteile. Insbesondere ist es möglich, nach der Neubetankung eines Fahrzeuges mit einem Kraftstoff, der im Vergleich zu dem vorherigen Kraftstoff abweichende Eigenschaften aufweist, beispielsweise die Neubetankung mit einem ethanolhaltigen Kraftstoff, nach einer Betankung mit herkömmlichen Ottokraftstoff, eine unzulässige Abweichung zwischen dem Soll- und dem Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu vermeiden, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, auch ohne Bereitschaft der Lambdasonde, schnell, einfach und prozesssicher das Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis bestimmt werden kann und eine Ausregelung auf ein Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis möglich ist.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorteilhaft mittels einer vorhandenen Vorrichtung zur Steuerung und Regelung der Verbrennungskraftmaschine als Computerprogramm ausgeführt werden und ist daher leicht umsetzbar.

[0013] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiel

[0014] Gemäß Figur 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2 dargestellt. Den Zylindern 2 wird mittels Einspritzventilen 3 Kraftstoff zugeführt. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Ansaugleitung 4 sowie eine Abgasleitung 5. Darüber hinaus ist ein Sensor 6 zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und ein Sensor 7 zur Bestimmung der Füllung der Verbrennungskraftmaschine 1 vorgesehen. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst bevorzugt eine nicht gezeigte Fremdzündungsanlage. Die Verbrennungskraftmaschine 1 kann jedoch genauso in einem so genannten Selbstzündungsmodus betrieben werden. Gemäß dem Stand der Technik sind alle genannten Sensoren und Aktoren von einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Steuerung und Regelung verbunden.

[0015] In Figur 2 ist ein Beispiel für eine mögliche Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für einen ersten Betriebspunkt einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer niedrigen Last dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge ohne eine Anregung. Die durchgezogene Linie zeigt hingegen die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Anregung, das heißt, es erfolgt erfindungsgemäß für aufeinanderfolgende Arbeitsspiele die Zumessung unterschiedlicher Anteile an Kraftstoff zu einem Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1, beispielsweise zu Zylinder 1. Die erste Einspritzung A weist demzufolge zunächst einen größeren Anteil und dann einen kleineren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die zweite Einspritzung B weist dem hingegen erst einen kleineren Anteil und dann einen größeren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die dritte Einspritzung C und die vierte Einspritzung D weisen weder erhöhte noch erniedrigte Anteile an Kraftstoff auf. Diese verschiedenen Anregungen dienen vorteilhaft der Mittelung und Vermeidung von Störeffekten. Parametrierbar ist neben der Amplitude auch die Dauer der jeweiligen Anregung.

[0016] In Figur 3 ist ein Beispiel für eine weitere mögliche Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für einen weiteren Betriebspunkt einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer hohen Last dargestellt. Die Amplitude der Anregung ist kleiner als bei dem Betriebspunkt mit niedriger Last und die Dauer der Anregung ist gleich. Die gestrichelte Linie zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge ohne eine Anregung. Die durchgezogene Linie zeigt hingegen die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer Anregung, das heißt, es erfolgt erfindungsgemäß für aufeinanderfolgende Arbeitsspiele die Zumessung unterschiedlicher Anteile an Kraftstoff einem Zylinder 2 der Verbrennunkungskraftmaschine 1, beispielsweise zu Zylindern 1. Die erste Einspritzung A weist demzufolge zunächst einen kleineren Anteil und dann einen größeren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die zweite Einspritzung B weist dem hingegen erst einen größeren Anteil und dann einen kleineren Anteil an Kraftstoff auf, so dass die Kraftstoffmenge ohne eine Anregung wieder eingenommen wird. Die dritte Einspritzung C und die vierte Einspritzung D weisen weder erhöhte noch erniedrigte Anteile an Kraftstoff auf.

[0017] Gemäß Figur 2 und 3 wird ferner deutlich, dass es zweckmäßig sein kann, bei geringer Last der Verbrennungskraftmaschine größere und bei größerer Last der Verbrennungskraftmaschine kleinere Amplituden der Anregung vorzusehen.

[0018] Außerdem wird gemäß Figur 2 und 3 deutlich, dass erfindungsgemäß unterschiedlich parametrierbare Folgen von Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge, die das KraftstoffLuftgemisch in vorgegebener Weise anreichern oder abmagern, vorgesehen werden können. Gemäß Figur 2 erfolgt bei der ersten Einspritzung A zuerst eine Erhöhung des Anteils an Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung B eine Erniedrigung des Anteils an Kraftstoff und gemäß Figur 3 zuerst eine Erniedrigung des Anteils an Kraftstoff und bei der zweiten Einspritzung B eine Erhöhung des Anteils an Kraftstoff.

[0019] Grundsätzlich kann erfindungsgemäß sowohl gemäß Figur 2 oder Figur 3 verfahren werden, wenn der Sollwert für das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis einen Wert aufweist, der kleiner oder größer als 1,0 ist.

[0020] Gemäß den Figuren 2a und 2b sind weiterhin die Anregungen des Drehzahlverlaufes der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß Figur 2 über der Zeit dargestellt. Gemäß Figur 2a wird deutlich, däss die erste Einspritzung A mit einem erhöhten Anteil an Kraftstoff derart zu eirier Anregung des Verlaufes der Drehzahl führt, dass die Drehzahl sinkt. Da der Sollwert für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für dieses Beispiel einen Wert aufweist, der kleiner als 1,0 ist, erfolgt durch die erste Einspritzung A eine weitere Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine weitere Destabilisierung der Verbrennung. Dem hingegen führt die zweite Einspritzung B mit einem erniedrigten Anteil an Kraftstoff zu einer Steigerung der Drehzahl, da eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine Stabilisierung der Verbrennung erfolgt. Gemäß Figur 2b wird deutlich, dass die erste Einspritzung A mit einem erhöhten Anteil an Kraftstoff derart zu einer Anregung des Verlaufes der Drehzahl führt, dass die Drehzahl steigt. Da der Sollwert für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für dieses Beispiel einen Wert aufweist, der größer als 1,0 ist, erfolgt durch die erste Einspritzung A eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit eine Stabilisierung der Verbrennung. Dem hingegen führt die zweite Einspritzung B mit einem erniedrigten Anteil an Kraftstoff zu einer weiteren Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und somit zu einer weiteren Destabilisierung der Verbrennung und somit zur Senkung der Drehzahl.

[0021] Die durch die Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge erfindungsgemäß erzwungene Anregung des Verlaufes der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 kann durch die Kenngröße Laufunruhe beschrieben werden. Die Laufunruhe kann, wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, durch einen Bezug der aktuellen Drehzahlanteile einzelner Arbeitsspiele der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine 1 auf vergangene Drehzahlanteile einzelner Arbeitsspiele dieser Zylinder bezogen werden. Insbesondere ist es bekannt, so genannte Segmentzeiten aufeinanderfolgender Arbeitsspiele zueinander in das Verhältnis zu setzen. Ein Segment entspricht dabei einem Kurbelwinkelbereich von 720 Grad geteilt durch die Anzahl der Zylinder. Für eine Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine beträgt ein Segment folglich 180 Grad. Resultat ist dabei ein so genannter Laufunruhewert. Es erfolgt nun bevorzugt eine Auswahl der Amplitude der Anregung innerhalb der Grenzen der Signalauflösung für die Laufunruhe und einer zulässigen maximalen Anregung, so dass die Amplitude umgekehrt proportional zum Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Eine solche Auswahl erfolgt beispielsweise über last- und drehzahlabhängige Kennfelder. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Auswahl der Amplitude der Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit des zu erwartenden Drehmomentes, beispielsweise repräsentiert durch die Last oder Füllung, die Drehzahl, Stellparameter wie Nockenwellenverstellung und Sollwerten für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und dem Zündzeitpunkt, durchzuführen.

[0022] Die Laufunruhe jedes Zylinders wird über einzelne Arbeitsspiele gemittelt, beispielsweise kann ein schleppendes Mittel oder eine arithmetische Mittelung nach einer Vorlaufzeit verwendet werden. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, die während der erfindungsgemäßen Anregung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 gemessenen Laufunruhewerte um die Laufunruhewerte zu korrigieren, die in dem jeweiligen Betriebspunkt ohne Anregung der Drehzahl beziehungsweise gezielte zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses vorliegen. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, Korrekturen der Laufunruhewerte hinsichtlich Drehzahländerungen vorzunehmen, die durch eine dynamische Fahrweise bedingt sind. Auch Fehler, die durch den Sensor 6 zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und das damit zusammenwirkende Geberrad bedingt sind, können mit berücksichtigt werden.

[0023] Erfindungsgemäß wird mit Abschluss eines Musters der gezielten zylinderindividuellen Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses die gemittelte Laufunruhe ausgewertet und auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine normiert. Alternativ können die Normierungsparameter betriebspunktspezifisch in Kennfeldern erfasst werden. Die nunmehr bereitstehende normierte Laufunruhe wird für den zu Grunde liegenden Drehzahl-Last-Betriebspunkt über Kennfelder in das zugehörige Kraftstoff-Luft-Verhältnis umgerechnet. Es ist erfindungsgemäß weiterhin möglich, dieses Kraftstoff-Luft-Verhältnis über verschiedene Anregungs- oder Vertrimmungsmuster zu mitteln, um Störeffekte zu vermeiden.

[0024] In Figur 4 ist die Änderung des sogenannten inneren motorischen Wirkungsgrades des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gezeigt und wie diese mit dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis und der Amplitude der zylinderindividuellen Anregung beziehungsweise der Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses skaliert. Erfindungsgemäß wird der Zusammenhang genutzt, dass das Produkt aus der Änderung des Wirkungsgrads des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem so genannten inneren Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 proportional zu der erzwungenen Laufunruhe ist. Das innere Drehmoment beschreibt dabei das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1, das aus der Verbrennung des Kraftstoffes resultiert. Der Wert des inneren Drehmomentes ist folglich größer als der Wert des effektiven Drehmomentes, das an der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 abgegriffen werden kann, da das effektive Drehmoment den Drehmomentanteil berücksichtigt, der sich aus unvermeidbaren Verlusten einer Verbrennungskraftmaschine 1 ergibt. Wird beispielsweise der ersten Einspritzung A ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, vergrößert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 mit dem sich ergebenden Drehzahlabfall, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu fett ist, um korrekt zu verbrennen, wie in den Figuren 2 und 2a beschrieben. Durch die Normierung der Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der normierten Laufunruhe ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugeordnet werden. Wird im weiteren Verlauf der erfindungsgemäßen Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer zweiten Einspritzung B ein niedrigerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verändert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 zu Werten, die einen Drehzahlanstieg repräsentieren, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entgegen der Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu fett ist, um korrekt zu verbrennen. Vielmehr wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung eines größeren Moments einer Verbrennungskraftmaschine 1 verschoben, nämlich in Richtung eines Wertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses von 0,9, bei dem erfahrungsgemäß eine Verbrennungskraftmaschine bei sonst gleichen Betriebsparametern besonders stabil läuft und ein Maximum an Drehmoment bereitstellt. Mit anderen Worten ist es dadurch, dass bei der ersten Einspritzung A mehr und bei der zweiten Einspritzung B weniger Kraftstoff einem oder mehreren Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 1 zugemessen wird, erfindungsgemäß vorteilhaft möglich zu bestimmen, in welchem Bereich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1 liegt. Gemäß Figur 4 kann quasi die Einspritzung A als Startpunkt und die Einspritzung B als Endpunkt eines Vektors aufgefasst werden. Insbesondere beinhaltet die Richtung dieses Vektors die wesentliche Information, ob sich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Bereich von kleiner 0,9 und somit im steigenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlichen, Kraftstoff-Luft-Verhältnis gemäß Figur 4 befindet oder im Bereich von größer 0,9 und somit im fallenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlich Kraftstoff-Luft-Verhältnis gemäß Figur 4 befindet. Erfolgen nun weiterhin eine oder mehrere Einspritzungen C und D ohne eine Änderung eines Vorgabewertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, also ohne dass eine Anregung der Drehzahl zu erwarten ist, dann ergeben sich quasi Stützpunkte auf dem Vektor. Zwischen der Einspritzung A als Startpunkt und der Einspritzung B als Endpunkt liegt nun das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches als absoluter Wert einer weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.

[0025] Analog kann eine Bestimmung des tatsächlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses gemäß Figur 5. erfolgen. Wird beispielsweise der ersten Einspritzung A ein größerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verändert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 zu Werten, die einen Drehzahlanstieg repräsentieren, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entgegen der Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu mager ist, um korrekt zu verbrennen. Durch die Normierung der Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 kann der normierten Laufunruhe ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugeordnet werden. Wird im weiteren Verlauf der erfindungsgemäßen Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer zweiten Einspritzung B ein kleinerer Anteil an Kraftstoff zugemessen, als es einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses entspricht, also erfolgt gezielt zylinderindividuell eine Abmagerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, vergrößert sich die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 1 entsprechend des Drehzahlabfalls, da das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Richtung der Laufgrenze verschoben wird, bei der das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu mager ist, um korrekt zu verbrennen. Gemäß Figur 5 kann ebenfalls die Einspritzung A als Startpunkt und die Einspritzung B als Endpunkt eines Vektors aufgefasst werden. Wieder kann der Richtung dieses Vektors die wesentliche Information entnommen werden, wo sich das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis befindet, nämlich im Bereich von größer 0,9 und somit im fallenden Teil des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Wirkungsgrad des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und dem tatsächlich Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Erfolgen nun weiterhin eine oder mehrere Einspritzungen C und D ohne eine Änderung eines Vorgabewertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, also ohne dass eine Anregung der Drehzahl zu erwarten ist, dann ergeben sich wieder Stützpunkte auf dem Vektor. Zwischen der Einspritzung A als Startpunkt und der Einspritzung B als Endpunkt liegt nun das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis, welches gemäß Figur 5 einfach abgelesen werden kann, beziehungsweise einer weiteren Verarbeitung als absoluter Wert zur Verfügung steht.

[0026] In Figur 6 ist weiterhin ein Blockdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. In dem Block E werden die Betriebsbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine 1 definiert, das heißt, es erfolgt eine Bestimmung, ob das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden soll oder nicht. Soll das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert werden, wird ein geeignetes Signal von Block E über die Verbindung an Block F übermittelt. Ferner ist Block E mit Block J zum Zweck der Übertragung von Signalen, betreffend die Anforderung der Auswertung der Laufunruhe und der Bestimmung des absoluten Wertes des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, verbunden. In Block F erfolgt eine Berechnung der zylinderindividuellen Gemischanregung. Der Multiplikationsstelle G werden die Parameter der in Block F bestimmten zylinderindividuellen Gemischanregung zugeführt. Außerdem werden der Multiplikationsstelle G die Parameter der Regelung und/oder Adaption der Vorsteuerung beziehungsweise der Vorgabe eines Sollwertes des Kräftstoff-Luft-Verhältnisses aus Block K zugeführt. Mittels der Multiplikationsstelle G werden die Parameter aus Block F und K miteinander in Beziehung gesetzt, so dass erfindungsgemäß eine Änderung der Einspritzmenge aufeinanderfolgender Arbeitsspiele erfolgt. Aus der Multiplikationsstelle G wird ein Sollwert für eine Kraftstoffeinspitzmenge an Block H ausgegeben. Block H stellt dabei die Komponenten der Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine 1 dar, wie die Einspritzventile 3. Durch den Pfeil H' ist die Antwort beziehungsweise die Reaktion der Verbrennungskraftmaschine 1 auf die zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luftgemisches angedeutet. In Block I erfolgt eine Auswertung der durch die zylinderindividuelle Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auftretende Laufunruhe und in Block J die Umrechnung der Laufunruhe in einen absoluten Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses. Der Block J ist ferner mit Block K verbunden, so dass der absolute Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Regelung und/oder Adaption der Vorsteuerung zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.

Bezugszeichen

[0027] 

1

Verbrennungskraftmaschine

2

Zylinder

3

Einspritzventil

4

Ansaugleitung

5

Abgasleitung

6

Sensor zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels

7

Sensor zur Bestimmung der Füllung

A

erste Einspritzung

B

zweite Einspritzung

C

dritte Einspritzung

D

vierte Einspritzung

E

Block zur Definition der Betriebsbedingungen

F

Block zur Berechnung der zylinderindividuellen Gemischanregung

G

Multiplikationsstelle

H

Block

H'

Antwort, Reaktion der Verbrennungskraftmaschine 1

I

Block zur Auswertung der Laufunruhe

J

Block zur Umrechnung der Laufunruhe

K

Block mit Parametern der Vorsteuerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses

Ansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem oder mehreren Zylindern (2), wobei den Zylindern (2) mittels Einspritzventilen (3) Kraftstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgenden Arbeitstakten eines individuellen Zylinders (2) der Verbrennungskraftmaschine (1) unterschiedliche Anteile an Kraftstoff zugemessen werden, so dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbel- oder Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (1) angeregt wird und dem Verlauf der Drehzahl ein charakteristisches Muster aufgeprägt wird, wobei in Abhängigkeit dieses charakteristischen Musters des Verlaufes der Drehzahl ein absoluter Wert des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Kenngröße des charakteristischen Musters des Verlaufes der Drehzahl gebildet und in Relation zu dem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (1) gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kenngröße des charakteristischen Musters die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine (1) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Einfluss des charakteristischen Musters oder der Kenngröße Laufunruhe auf das Drehmoment in Relation zu dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis gesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kenngröße Laufunruhe auf die Amplitude der Anregung und das erwartete Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (1) normiert wird und die normierte Laufunruhe über Kennfelder in das zugehöriger Kraftstoff-Luft-Verhältnis umgerechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Laufunruhe über einzelne Arbeitsspiele gemittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Korrekturen der Laufunruhewerte hinsichtlich Drehzahländerungen vorgenommen werden, die durch eine dynamische Fahrweise bedingt sind, und Fehler, die durch einen Sensor (6) zur Bestimmung des aktuellen Kurbelwinkels und ein damit zusammenwirkendes Geberrad bedingt sind, berücksichtigt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Parametrierung einer zylinderindividuellen Anregung/Vertrimmung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für verschiedene Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine (1) in Abhängigkeit des Belastungszustandes der Verbrennungskraftmaschine (1) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei geringer Belastung der Verbrennungskraftmaschine (1) größere und bei größerer Belastung der Verbrennungskraftmaschine (1) kleinere Amplituden der Anregung vorgesehen sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei unterschiedlich parametrierbare Folgen von Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge, die das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in vorgegebener Weise anreichern oder abmagern, vorgesehen sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dem individuellen Zylinder (2) gegenüber einer Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in einer ersten Einspritzung ein höherer Kraftstoffanteil und in einer darauffolgenden zweiten Einspritzung ein niedrigerer Kraftstoffanteil zugemessen wird oder gegenüber der Sollwertvorgabe in einer ersten Einspritzung ein niedrigerer Kraftstoffanteil und in einer darauffolgenden zweiten Einspritzung ein höherer Kraftstoffanteil zugemessen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei dem individuellen Zylinder (2) im Anschluss an die zweite Einspritzung in zumindest einer Einspritzung ein Kraftstoffanteil entsprechend der Sollwertvorgabe des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zugemessen wird.

Claims

1. Method for determining the fuel-to-air ratio of an internal combustion engine (1) with one or more cylinders (2), wherein fuel is fed to the cylinders (2) by means of injection valves (3), characterized in that different proportions of fuel are metered to successive working cycles of an individual cylinder (2) of the internal combustion engine (1), with the result that the profile of the rotational speed of the crankshaft or camshaft of the internal combustion engine (1) is excited, and a characteristic pattern is impressed on the profile of the rotational speed, wherein an absolute value of the fuel-to-air ratio is determined as a function of this characteristic pattern of the profile of the rotational speed.

2. Method according to Claim 1, wherein a characteristic variable of the characteristic pattern of the profile of the rotational speed is formed and is placed in relation to the torque of the internal combustion engine (1).

3. Method according to Claim 2, wherein the characteristic variable of the characteristic pattern is the unsmoothed running of the internal combustion engine (1).

4. Method according to Claim 1 or 3, wherein a ratio is formed between the influence of the characteristic pattern or the characteristic variable and the torque in relation to the fuel-to-air ratio.

5. Method according to Claim 3 or 4, wherein the characteristic variable of the unsmoothed running is standardized to the amplitude of the excitation, and the anticipated torque of the internal combustion engine (1), and the standardized unsmoothed running is converted into the associated fuel-to-air ratio by means of characteristic diagrams.

6. Method according to one of Claims 3 to 5, wherein the unsmoothed running is averaged over individual operating cycles.

7. Method according to one of Claims 3 to 6, wherein the corrections of the unsmoothed running values are made with respect to changes in rotation speed which are caused by dynamic driving style, and errors which are caused by a sensor (6) for determining the current crank angle and by a signal generator which interacts with said sensor (6) are taken into account.

8. Method according to one of Claims 1 to 7, wherein a parametrization of a cylinder-specific excitation/detuning of the fuel-to-air ratio is carried out on a cylinder-specific basis for various operating points of the internal combustion engine (1) as a function of the state of load of the internal combustion engine (1).

9. Method according to Claim 8, wherein in the case of low loading of the internal combustion engine (1) relatively high amplitudes of the excitation are provided, and in the case of relatively high loading of the internal combustion engine (1) relatively low amplitudes of the excitation are provided.

10. Method according to one of Claims 1 to 8, wherein differently parameterizable sequences of changes in the fuel injection quantity, which changes make the fuel-to-air ratio richer or leaner in a predefined fashion, are provided.

11. Method according to one of Claims 1 to 10, wherein in a first injection a relatively high proportion of fuel and in a subsequent second injection a relatively low proportion of fuel are metered to the individual cylinder (2) compared to a setpoint value prescription of the fuel-to-air ratio, or in a first injection a relatively low proportion of fuel and in a subsequent second injection a relatively high proportion of fuel are metered to the individual cylinder (2) compared to the setpoint value prescription.

12. Method according to Claim 11, wherein subsequent to the second injection, a proportion of fuel corresponding to the setpoint value prescription of the fuel-to-air ratio is metered to the individual cylinder (2) in at least one injection.

Revendications

1. Procédé de détermination du rapport carburant/air d'une machine à combustion interne (1) comprenant un ou plusieurs cylindres (2), du carburant étant acheminé aux cylindres (2) au moyen d'injecteurs (3), caractérisé en ce que des parts de carburant différentes sont dosées aux cycles de travail successifs d'un cylindre (2) individuel de la machine à combustion interne (1), de sorte que le tracé de la vitesse de rotation du vilebrequin ou de l'arbre à cames de la machine à combustion interne (1) soit stimulé et qu'un modèle caractéristique soit imprimé au tracé de la vitesse de rotation, une valeur absolue du rapport carburant/air étant déterminée en fonction de ce modèle caractéristique du tracé de la vitesse de rotation.

2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel une grandeur caractéristique du modèle caractéristique du tracé de la vitesse de rotation est formée et mise en relation avec le couple de la machine à combustion interne (1).

3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel la grandeur caractéristique du modèle caractéristique est l'irrégularité de fonctionnement de la machine à combustion interne (1).

4. Procédé selon la revendication 1 ou 3, selon lequel l'influence du modèle caractéristique ou de la grandeur caractéristique irrégularité de fonctionnement sur le couple est mise en relation avec le rapport carburant/air.

5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, selon lequel la grandeur caractéristique irrégularité de fonctionnement est normalisée à l'amplitude de l'excitation et au couple attendu de la machine à combustion interne (1) et l'irrégularité de fonctionnement normalisée est convertie en le rapport carburant/air associé par le biais de diagrammes caractéristiques.

6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, selon lequel la moyenne de l'irrégularité de fonctionnement est calculée sur des exemples de travail individuels.

7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, selon lequel les corrections des valeurs de l'irrégularité de fonctionnement sont effectuées du point de vue des modifications de la vitesse de rotation qui sont dues à un mode de conduite dynamique, et les erreurs qui sont dues à un capteur (6) destiné à déterminer l'angle de vilebrequin actuel et à une roue de codeur qui coopère avec celui-ci sont prises en compte.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, selon lequel un paramétrage d'une excitation/compensation individuelle par cylindre du rapport carburant/air est effectué pour différents points de fonctionnement de la machine à combustion interne (1) en fonction de l'état de charge de la machine à combustion interne (1).

9. Procédé selon la revendication 8, selon lequel des amplitudes d'excitation plus grandes sont prévues en présence d'une faible charge de la machine à combustion interne (1) et plus petites en présence d'une charge plus élevée de la machine à combustion interne (1).

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, selon lequel il existe des séries différemment paramétrables de modifications de la quantité de carburant injectée, lesquelles enrichissent ou amaigrissent le rapport carburant/air d'une manière prédéfinie.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, selon lequel une part de carburant plus élevée par rapport à une consigne prédéfinie du rapport carburant/air est dosée au cylindre (2) individuel lors d'une première injection, puis une part de carburant plus faible est dosée lors d'une deuxième injection qui suit, ou alors une part de carburant plus faible est dosée lors d'une première injection par rapport à la consigne prédéfinie et une part de carburant plus élevée lors d'une deuxième injection qui suit.

12. Procédé selon la revendication 11, selon lequel une part de carburant conforme à la consigne prédéfinie du rapport carburant/air est dosée au cylindre (2) individuel lors d'au moins une injection à la fin de la deuxième injection.

Zeichnung