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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einzelzylinderregelung bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, deren Abgase durch mindestens eine Abgasführung zusammengeführt werden und deren Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis über mindestens ein Kraftstoffzumesssystem, angesteuert über eine Steuer-/Regeleinheit, durch mindestens einen Regelkreis zur Einstellung eines Lambda-Wertes auf Basis des Signals mindestens einer Abgassonde, die in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Zusammenführung des Abgases und vor mindestens einem Katalysator der Abgasführungen angeordnet ist, eingestellt wird, und die Brennkraftmaschine einen Mechanismus aufweist, der es erlaubt, bei einem Lastwechsel ein oder mehrere der Zylinder zu deaktivieren, wobei modellhaft der Einfluss des Abgases der einzelnen Zylinder auf die Abgassonden bestimmt wird.
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Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine werden die Zylinder häufig in zwei Zylinderbänken angeordnet. Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird sämtlichen Zylindern über ein gemeinsames Ansaugrohr zugeführt. Dort kann eine Luftmengenmesseinrichtung vorgesehen sein, mit dem die über das Ansaugrohr angesaugte Luftmasse messbar ist. Ausgangsseitig sind an die beiden Zylinderbänke separate Abgasführungen angeschlossen. Jedem dieser Abgasführungen ist ein Abgassensor zugeordnet, der zur Messung der Zusammensetzung des Abgases vorgesehen ist. Bei einem Benzin-Motor sind beide Abgassensoren üblicherweise als Lambdasonde realisiert.
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In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der in den Abgasführungen der beiden Zylinderbänke angeordneten Lambdasonden werden von einem Steuergerät die in die beiden Zylinderbänke einzuspritzenden Kraftstoffmengen jeweils separat berechnet, wobei in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der beiden Lambdasonden jeweils ein Regelfaktor berechnet wird, der die Einspritzung von Kraftstoff in die jeweils zugehörige Zylinderbank beeinflusst. Dieser Regelfaktor wird üblicherweise mit Hilfe eines so genannten Lambda-Reglers erzeugt, wobei jedem der beiden Zylinderbänke jeweils ein separater Lambda-Regler zugeordnet ist.
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Die
DE 100 38 974 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei der eine Mehrzahl von Zylindern in zwei Zylinderbänke angeordnet sind, bei der jeder der beiden Zylinderbänke ein Sensor zur Ermittlung der Zusammensetzung des Abgases zugeordnet ist, und bei dem in Abhängigkeit von den beiden Sensoren erzeugten Ausgangssignalen ein Regelfaktor für jede der beiden Zylinderbänke ermittelt wird, mit dem die in die beiden Zylinderbänke einzuspritzende Kraftstoffmasse beeinflusst wird. Dabei ist vorgesehen, dass die beiden Regelfaktoren der beiden Zylinderbänke miteinander verglichen werden, und dass in Abhängigkeit von den beiden Regelfaktoren zwischen einem zylinderbankunabhängigen Fehler und einem zylinderbankabhängigen Fehler unterschieden wird.
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Aus der
DE 102 13 657 A1 ist ein weiteres Verfahren der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem eine Größe aus dem ersten Regelkreis das Signal der ersten Abgassonde der ersten Abgasführung ist. Dabei wird auf der Basis dieses Signals das Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis der zweiten Gruppe von Zylindern durch den weiteren Regelkreis eingestellt, wobei dem weiteren Regelkreis zusätzlich ein Signal zugeführt wird, welches auf dem Signal einer Abgassonde basiert, die hinter dem Katalysator der weiteren Abgasführung angeordnet ist.
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Bei den oben genannten Verfahrensbeispielen wird das Abgas mehrer Zylinder in einer gemeinsamen Abgasführung zusammengeführt, so dass die dort befindliche Abgassonde lediglich ein Abgasgemisch detektieren kann. Zur Schätzung der Gemischzusammensetzung der einzelnen Zylinder bei derartigen Anordnungen ist es im Hinblick auf das Ausregeln etwaiger Gemischunterschiede zwischen den einzelnen Zylindern erforderlich, Abgasmodelle zu Hilfe zu nehmen, mit denen der Einfluss des Abgases einzelner Zylinder auf die Abgassonde geschätzt bzw. ermittelt werden kann. Durch Invertierung derartiger Modelle kann aus dem Lambdasondensignal der Lambdawert des Abgases für jeden einzelnen Zylinder während der Verbrennung bestimmt werden.
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So wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 101 31179 A1 ein Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoff/Luftverhältnisses in einzelnen Zylindern (Einzelzylinder-Lambda) eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern vorgestellt, deren Abgase sich in einem gemeinsamen Abgasleitungssystem vermischen. Aus dem Signal einer Abgassonde, deren Einbauort in dem gemeinsamen Abgasleitungssystem liegt, lässt sich mit Hilfe eines invertierbaren Modells für die Durchmischung der Abgase an dem Einbauort der Abgassonde das Kraftstoff/Luftverhältnisses in einzelnen Zylindern bestimmen. Kennzeichnend ist dabei, dass bei der Bestimmung der Einzelzylinder-Lambdawerte aus dem mit Hilfe des invertierten Modells ausgewerteten Signal der einen Abgassonde die Drehwinkelposition der Abgassonde an ihrem Einbauort berücksichtigt wird.
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Die Patentschrift
DE 197 37 840 C2 beschreibt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungs-/Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern und einem Abgassystem, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungs-/Regelungssystem folgende Merkmale umfasst:
- • Ein im Abgassystem angeordnetes Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der von der Mehrzahl von Zylindern emittierten Abgasen nach deren Zusammenfluss,
- • Überwachungsmittel zum Überwachen eines internen Betriebszustands des Abgassystems mittels eines Modells, welches ein Verhalten des Abgassystems wiedergibt und
- • Betriebsmittel zum Durchführen einer Regelung einer der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge in Antwort auf das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittels unter Verwendung einer Rekursionsformeltyp-Regeleinheit, derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches einem Sollwert angenähert wird, wobei die Rekursionsformeltyp-Regeleinheit Parametereinstellmittel zum Einstellen von Adaptivparametern zur Verwendung in der Regelung aufweist.
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Kennzeichnend ist bei diesem System,
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- • Dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungs-/Regelungssystem ferner zylinderweise Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel umfasst zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem jeweiligen Zylinder zugeführten Gemisches auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittels unter Verwendung der Überwachungsmittel,
- • Dass die Regelungsmittel zylinderweise die dem jeweiligen Zylinder zuzuführende Kraftstoffmenge auf der Grundlage des für diesen Zylinder abgeschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses regeln und dass die Parametereinstellmittel die Adaptivparameter für jeden der Zylinder auf Grundlage des durch die zylinderweise Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätzmittel geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse einstellen.
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Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die zudem in unterschiedlichen Zylinderbänken zusammengefasst sein können, kann es im Teillastbetrieb, bei dem zur Kraftstoffeinsparung ein Teil der Zylinder deaktiviert werden kann, vorkommen, dass die Verwendung der Abgasmodelle in diesem Betriebszustand die Gemischgleichstellung nicht hinreichend genau einstellen können.
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Die
DE 695 07 060 T2 offenbart ein System zum Schätzen des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein System zur hochgenauen Schätzung von Luft/Kraftstoffverhältnissen in den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, dass eine verbesserte Gemischgleichstellung zwischen den noch aktiven Zylindern im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass im Fall der Deaktivierung mindestens eines der Zylinder von einem Modell für den Betrieb aller Zylinder auf ein Modell gewechselt wird, welches nur die Zylinder berücksichtigt, die noch aktiviert sind. Dies ist im Hinblick auf die Änderung der Strömungsverhältnisse im Krümmer von Vorteil, die sich zwangsweise ergeben, wenn ein Teil der Zylinder für den Teillastbetrieb deaktiviert werden, da diese Zylinder nicht mehr am Gaswechsel teilnehmen. Das Modell für den Vollmotorbetrieb würde ansonsten im Teillast- oder Teilmotorbetrieb zu einer Verfälschung bei der Gemischgleichstellung der noch aktiven Zylinder führen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme deutlich verbessert. Zusätzlich kann im Teilmotorbetrieb eine abgaskritische Verstimmung mit höherer Genauigkeit und größerer Sicherheit erkannt werden.
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Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass durch Invertierung der Modelle aus dem Signal der Abgassonde jeweils die Lambdawerte des Abgases für jeden der noch aktiven Zylinder bestimmt werden. Damit können im Teilmotorbetrieb die Lambdawerte des Abgases der noch aktiven Zylinder mit höherer Genauigkeit bestimmt werden, was eine verbesserte Lambda-Regelung ermöglicht, um den oder die nachfolgenden Katalysatoren in der gemeinsamen Abgasführung auch im Teilmotorbetrieb optimal betreiben zu können.
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Werden aus den Lambdawerten des Abgases der noch aktiven Zylinder Korrekturwerte für eine Zylindergleichstellung der noch aktiven Zylinder berechnet, kann unter Berücksichtigung dieser Korrekturwerte eine wesentlich präzisere Lambdaregelung und damit auch eine verbesserte Zylindergleichstellung erzielt werden.
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Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Korrekturwerte für die Zylindergleichstellung bei einem Teilmotorbetrieb und die Korrekturwerte für die Zylindergleichstellung bei einem Vollmotorbetrieb der Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Speicherbereichen einer Motorsteuerung abgelegt werden. Dies ermöglicht auch die Verwendung der Korrekturwerte innerhalb Betriebsbereichen, in denen keine Gleichstellung möglich ist.
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Ein Spezialfall sieht bei einem Teilmotorbetrieb vor, dass die Hälfte der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine deaktiviert wird (→ Halbmotorbetrieb).
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In einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Modelle für den Einfluss des Abgases der einzelnen Zylinder und die Invertierung der Modelle zur Bestimmung der Einzel-Lambdawerte der Zylinder für den Vollmotorbetrieb und den Teilmotorbetrieb in der Steuer-/Regeleinheit als Software und /oder Hardware ausgeführt und diese zumindest teilweise in einer übergeordneten Motorsteuerung integriert werden. Damit können besonders einfach Software-Updates realisiert werden. Die Modelle können zudem in Kennlinienfeldern hinterlegt sein, womit auch sehr komplexe Krümmermodelle sowie die entsprechende Invertierung, beispielsweise in Form von rekursiven Regeleinheiten zur Bestimmung der Einzelzylinder-Lambdawerte realisiert werden. Die erforderlichen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine können dabei zur Berechnung aus bereits verfügbaren Speicherbereichen der Steuer-/Regeleinheit bzw. der übergeordneten Motorsteuerung verwendet werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken als Anwendungsbeispiel des Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt beispielhaft ein technisches Umfeld, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren abläuft.
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Dargestellt sind die Hauptkomponenten einer als Achtzylinder-Motor ausgeführten Brennkraftmaschine 1. Als Hauptkomponenten weist die Brennkraftmaschine 1 einen Motorblock 10 mit einer Zylinderbank 111 und einer Zylinderbank 2 12 auf, wobei innerhalb der Zylinderbank 111 vier Zylinder 11.1 ... 11.4 und innerhalb der Zylinderbank 2 12 weitere vier Zylinder 12.1 ... 12.4 zusammengefasst sind. Die Zylinderbänke 1 und 2 11, 12 werden eingangsseitig mit einem Luft-/Kraftstoffgemisch versorgt, wobei die angesaugte Luft mittels einer Luftmengenmesseinrichtung 100 bestimmt werden kann. Die Menge der von den Zylindern 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 angesaugten Luft wird durch ein Luftmengenstellglied 110, beispielsweise eine Drosselklappe, gesteuert. Die Luftmengenmesseinrichtung 100 und das Luftmengenstellglied 110 sind dabei über Signalleitungen mit einer Steuer-/Regeleinheit 120 verbunden.
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Das Abgas der vier Zylinder 11.1 ... 11.4 der Zylinderbank 111 und das Abgas der vier Zylinder 12.1 ... 12.4 wird jeweils in einer Abgasführung 20, die der ersten Zylinderbank 111 zugeordnet ist, und in einer Abgasführung 50, die der zweiten Zylinderbank 2 12 zugeordnet ist, zusammengefasst. Zur Erfassung des Verhältnisses von Kraftstoff und Luft dient in jeder der Abgasführungen 20, 50 jeweils eine Abgassonde 30, 60, die im Idealfall als stetig messende Lambda-Sonde oder als 2-Punkt-Sonde bzw. Sprungsonde ausgeführt ist. In Strömungsrichtung nachfolgend sind Katalysatoren 40 bzw. 70 in den Abgasführungen 20, 50 angeordnet. Im gezeigten Beispiel wird als so genannte Y-Zusammenführung das Abgas aus den Abgasführungen 20, 50 in eine gemeinsame Abgasführung 80 zusammengeführt, in der sich ein weiterer Katalysator 90 befindet.
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In weiteren Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass insbesondere bei 8- oder 12-Zylinder-Motoren mehr als zwei Abgasführungen 20, 50 vorhanden sind.
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Die Abgassonden 30, 60, welche über Signalleitungen ebenfalls mit dem Steuer-/Regeleinheit 120 verbunden sind, bilden mit den, der Zylinderbänken 11, 12 zugeordneten Kraftstoffzumesssystemen 13, 14 und der Steuer-/Regeleinheit 120 jeweils einen Regelkreis, mit denen sich ein Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Abgasführungen 20, 50 derart einstellen lassen, dass die nachfolgenden Katalysatoren 40, 70, 90 in einem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden können. Die Steuer-/Regeleinheit 120 berechnet aus gemessenen Betriebsparametern, wenigstens aus angesaugter Luftmenge und Drehzahl, ein Maß für die Füllung der einzelnen Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 mit Luft und bildet dazu Einspritzimpulsbreiten zur Ansteuerung von zylinderindividuellen Einspritzventilen innerhalb der Kraftstoffzumesssysteme 13, 14. Die Einspritzventile der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 können den Kraftstoff beispielsweise vor die Einlassventile der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 oder aber auch direkt in die Brennräume der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 einspritzen. Durch das Signal der Abgassonden 30, 60 kann die Kraftstoffzumessung überprüft und ggf. von der Steuer-/Regeleinheit 120 korrigiert werden.
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Bei derartigen Anordnungen wird üblicherweise der Einfluss des Abgases der einzelnen Zylinder 11.1 ... 11.4 bzw.12.1 ... 12.4 auf das Abgas nach der Zusammenführung in den Abgasführungen 20 bzw. 50 modellhaft bestimmt, wobei in komplexen Algorithmen die Gewichtsfaktoren der einzelnen Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 am Gesamt-Lambdawert in den Abgasführungen 20 bzw. 50 errechnet werden. Mit Hilfe eines so genannten Krümmermodells, welches den Einfluss des Abgases einzelner Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 auf die Abgassonden 30, 60 beschreibt, kann der Lambdawert in den jeweiligen Zylindern 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 geschätzt werden. Eingangsgrößen eines solchen Modells sind ein mit ausreichender Auflösung abgetastetes Lambdasondensignal und der ermittelte Betriebspunkt, im Allgemeinen die Last und die Drehzahl. Durch das Krümmermodell ist ein zeitlicher Zusammenhang zwischen dem Ausstoßzeitpunkt des Abgases und dem Detektieren dieses Abgases mit der Abgassonde 30 bzw. 60 bekannt. Durch Invertieren des Modells kann aus dem Lambdasondensignal der Abgassonde 30 bzw. 60 der Lambdawert in den einzelnen Zylindern geschätzt werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf das Ausregeln von Gemischunterschieden zwischen den einzelnen Zylindern von Interesse, um nachfolgende Katalysatoren 40 bzw. 70, 90 in der Abgasführung 20 bzw. 50 optimal zu betreiben, oder bei Erkennung einer abgaskritischen Verstimmung zwischen den Zylindern 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 einen Fehler anzuzeigen.
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Mehrzylindrischen Brennkraftmaschine 1 mit einer Zylinderzahl > 4, insbesondere 6- oder 8-Zylinder-Motoren, sind mit einem Mechanismus versehen, der es erlaubt, bei einem Lastwechsel ein oder mehrere der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 zu deaktivieren, um beispielsweise im Teillastbetrieb den Kraftstoffbedarf zu minimieren. Im gezeigten Beispiel befindet sich die Brennkraftmaschine 1 im Teillastbetrieb, bei der der Zylinder 3 11.2 und der Zylinder 5 11.3 der Zylinderbank 111 sowie der Zylinder 2 12.1 und der Zylinder 8 12.4 der Zylinderbank 2 12 deaktiviert sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass im Fall der Deaktivierung mindestens eines der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 von einem Modell für den Betrieb aller Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 auf ein Modell gewechselt wird, welches nur die Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 berücksichtigt, die noch aktiviert sind. Durch Invertierung der Modelle aus dem Signal der Abgassonde 30, 60 können jeweils die Lambdawerte des Abgases für jeden der noch aktiven Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 bestimmt werden.
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Aus den Lambdawerten des Abgases der noch aktiven Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 werden in bevorzugter Verfahrensvariante Korrekturwerte für eine Zylindergleichstellung der noch aktiven Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 berechnet, wobei die Korrekturwerte für die Zylindergleichstellung bei einem Teilmotorbetrieb und die Korrekturwerte für die Zylindergleichstellung bei einem Vollmotorbetrieb der Brennkraftmaschine 1 in unterschiedlichen Speicherbereichen, beispielsweise in unterschiedlichen RAM-Bereichen, einer Motorsteuerung oder innerhalb der Steuer-/Regeleinheit 120 abgelegt werden.
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Ein Spezialfall sieht für den Teillastbetrieb vor, dass bei dem Teilmotorbetrieb die Hälfte der Anzahl der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 der Brennkraftmaschine 1 deaktiviert wird.
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In einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Modelle für den Einfluss des Abgases der einzelnen Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 und die Invertierung der Modelle zur Bestimmung der Einzel-Lambdawerte der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 für den Vollmotorbetrieb und den Teilmotorbetrieb in der Steuer-/Regeleinheit 120 als Software und /oder Hardware ausgeführt und diese zumindest teilweise in einer übergeordneten Motorsteuerung integriert werden.
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Mit dem beschriebenen Verfahren und der gezeigten Vorrichtung können im Teillastbetrieb, bei denen ein Teil der Zylinder 11.1 ... 11.4, 12.1 ... 12.4 deaktiviert sind, eine Gleichstellung des Kraft/Luft-Gemisches optimal durchgeführt und/oder eine abgaskritische Verstimmung erkannt werden.