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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Nullmengenkalibrierung von mittels Injektoren zugemessenem Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
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Stand der Technik
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In modernen Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen werden zur Verbesserung der Gemischaufbereitung die mittels Injektoren in Verbrennungsräume eingespritzten Kraftstoffmengen in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt, welche zeitlich nah angeordnet sind und bspw. aus einer oder mehreren vor einer Haupteinspritzung applizierten Voreinspritzung(en) bestehen. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Teileinspritzungen wird dabei durch die Pausenzeit zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden elektrischen Ansteuerimpulsen der Injektoren, durch einen Kurbelwellenwinkel oder durch eine Kombination dieser beiden Größen definiert. So werden in Common-Rail-Dieseleinspritzsystemen vor oder nach einer Haupteinspritzung sogenannte Teileinspritzungen mit relativ kleinen Kraftstoffmengen vorgenommen.
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Die genannte Haupteinspritzung wird auf der Basis einer Momentenanforderung berechnet, wobei die Einspritzmengen von genannten Teileinspritzungen (Voroder Nacheinspritzungen) möglichst gering sein müssen, um Emissionsnachteile zu vermeiden. Andererseits müssen die Einspritzmengen groß genug sein, damit unter Berücksichtigung aller Toleranzquellen stets die für den entsprechenden Verbrennungsprozess notwendige Mindestmenge abgesetzt wird. Diese Mindestmengen erfordern eine präzise Zumessung der jeweiligen Einspritzmengen, wobei eine wesentliche Toleranzquelle für die Mengengenauigkeit eine sogenannte Drift des jeweiligen Injektors ist. Daher sind Funktionen notwendig, die noch im Betrieb der Brennkraftmaschine eine Kalibrierung der Teileinspritzmengen vorzunehmen ermöglichen.
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So ist die sogenannte „Nullmengenkalibrierung“ (NMK) bzw. „Zero Fuel Calibration“ (ZFC) bekannt geworden, bei der in Einspritzpausen, z. B. im Schub, durch kurzzeitige Ansteuerung der Injektoren mit wachsender Ansteuerdauer gemessen wird, ab wann sich eine Kleinst-Einspritzung auf das Drehmoment des Motors auswirkt. Die ZFC funktioniert allerdings prinzipbedingt nur im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine.
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Ferner geht aus
DE 10 2008 043 165 eine genannte Nullmengenkalibrierung hervor, die auch im Leerlauf bzw. bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine durchgeführt wird und als „Nullmengenkalibrierung im Leerlauf“ bzw. „Zero Fuel in Low-idle“ (ZFL) bezeichnet wird. Dabei werden an einem Zylinder abwechselnd eine Einfacheinspritzung, d. h. eine Haupteinspritzung sowie eine Vor- und eine Haupteinspritzung abgesetzt. Die Ansteuerdauer der Voreinspritzung wird dabei solange verändert, bis eine Wirkung auf bestimmte Frequenzen des Drehzahlsignals zu Null wird. Dabei wird die erste Voreinspritzung alternierend abgeschaltet.
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Die genannte Funktion ZFL ist nur zeitweilig in Leerlaufphasen aktiv. Um Emissionen zu verringern, ist es zudem erforderlich, genannte Piloteinspritzungen (d.h. Vor- oder Nacheinspritzungen) regelmäßig erneut zu kalibrieren. Hierzu sind in zeitlichen Abständen sogenannte Adaptionsphasen bzw. „Lernphasen“ vorgesehen, in denen das Einspritzsystem geänderten Randbedingungen, bspw. durch den Verschleiß einzelner Komponenten, angepasst wird. Darüber hinaus wird die Implementierung einer solchen Korrektur- bzw. Lernfunktion für Piloteinspritzungen durch die für den Leerlaufbetrieb notwendige Haupteinspritzung erheblich erschwert.
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Zudem beruht die Funktion ZFL wesentlich auf der Auswertung eines Ansteuerdauerkennfeldes, welches bei davon abweichendem Verhalten eines Injektors zu entsprechenden Fehlern in den Ergebnissen der ZFL führen kann. Auch stellt sich die Applikation der ZFL sehr zeitaufwendig dar, da der Einfluss einer Mengenwelle mit einem zu kalibrierenden Kennfeld abgeglichen werden muss. Die Bestimmung eines solchen Kennfeldes erfolgt zudem projektspezifisch und erfordert etwa einen Tag dauernde Messungen an einem Motorprüfstand.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik bei einer genannten ZFL-Funktion einer hier betroffenen Nullmengenkalibrierung (NMK), d.h. im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, Nacheinspritzungen mit veränderlicher Ansteuerdauer durchzuführen, und zwar bis zum Einsetzen einer Reaktion bzw. Änderung eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Drehzahlerhöhung, welche zum Erkennen einer Nullmenge dient. Eine etwa erfasste Drehzahländerung kann dabei mit einem empirisch vorgebbaren Schwellenwert verglichen werden, wobei die ZFL-Funktion erst bei Überschreiten bzw. Unterschreiten des Schwellenwertes aktiviert wird.
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Die Nacheinspritzungen können entweder mit einer schrittweise vergrößerten Ansteuerdauer oder mit einer schrittweise verkleinerten Ansteuerdauer durchgeführt werden, und zwar in beiden Ausgestaltungen jeweils bis zum genannten Einsetzen einer Reaktion bzw. Änderung eines Drehzahlsignals der Brennkraftmaschine, d.h. einer Drehzahlerhöhung oder einer Drehzahlverminderung bzw. Drehzahlverringerung.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ansteuerdauer der wenigstens einen Nacheinspritzung nur bei jeder n-ten Einspritzung schrittweise vergrößert oder verkleinert wird. Dies bedeutet, es wird zwischen einer Zumessung mit veränderter Nacheinspritzung und einer nicht veränderter Nacheinspritzung umgeschaltet. Diese Umschaltung bewirkt eine Anregung mit einer bestimmten Frequenz. Die Reaktion des Drehzahlsignals erfolgt ebenfalls mit derselben Frequenz. Dadurch kann diese leichter erkannt und von möglichen Störsignalen unterschieden werden.
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Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass die erfasste Drehzahländerung mit einem vorgebbaren Schwellenwert der Abweichung von einem vorgegebenen Nominalwert der Drehzahl verglichen wird und dass die Nullmengenkalibrierung im Fall einer erfassten Drehzahlerhöhung bei Überschreiten eines entsprechenden oberen Schwellenwertes durchgeführt wird und im Fall einer erfassten Drehzahlverminderung bei Unterschreiten eines entsprechenden unteren Schwellenwertes durchgeführt wird.
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Die Erfindung schlägt zudem eine entsprechende ZFL-Lernfunktion vor, bei der anhand erfasster Werte einer genannten Änderung des Drehzahlsignals ein Lernprozess zum Erlernen eines geeigneten bzw. optimalen Korrekturwertes für eine der ZFL entsprechende Nullmengenkalibrierung durchgeführt wird. Eine solche Lernfunktion ist in einem Steuergerät, z.B. einem Motorsteuergerät, mit relativ geringem Aufwand und Kosten implementierbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung der wenigstens einen Haupteinspritzung und/oder wenigstens einer zusätzlichen Voreinspritzung bei der Veränderung der Ansteuerdauer einer Nacheinspritzung nicht verändert wird. Alternativ oder zusätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass die Ansteuerung der wenigstens einen Haupteinspritzung und/oder wenigstens einer zusätzlichen Voreinspritzung mittels eines Leerlaufreglers bzw. entsprechend den Anforderungen eines Leerlaufreglers erfolgt, damit der Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichst wenig oder gar nicht beeinflusst wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Voreinspritzung(en), welche zusätzlich zu einer den Leerlauf aufrechterhaltenden Haupteinspritzung appliziert werden, nicht verändert wird (werden) oder dass die genannten Nacheinspritzungen auch bei einer Haupteinspritzung, bei welcher keine Voreinspritzung(en) appliziert werden, durchgeführt werden.
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Die genannte erste Variante hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass aufgrund der weiterhin bestehenden Voreinspritzung(en) die Geräuschentwicklung bei der Verbrennung verringert wird und auch im normalen Leerlaufbetrieb eine Mengenkorrektur mit hoher Güte ermöglicht wird. Darüber hinaus ergibt sich kein Fehler durch das im Stand der Technik erforderliche Vorbefüllen einer Steuerkammer sowie durch eine dadurch etwa hervorgerufene Kraftstoff-Mengenwelle.
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Die genannte zweite Variante (d.h. eine Haupteinspritzung ohne Voreinspritzung(en)) hat gegenüber dem Stand der Technik ebenfalls den genannten Vorteil, dass sich kein Fehler durch das Vorbefüllen einer Steuerkammer sowie durch eine daraus resultierende Mengenwelle ergibt. Zusätzlich ist diese Variante bei relativ geringen Leerlaufmengen mit relativ hoher Korrekturgüte ausführbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, im Leerlauf der Brennkraftmaschine durchzuführende Nullmengenkalibrierung. Das Verfahren ist unabhängig vom jeweiligen Aufbau des Antriebsstrangs eines hier betroffenen Kraftfahrzeugs, erfordert keine Auswertung eines genannten Ansteuerdauerkennfeldes oder eines genannten zu kalibrierenden Kennfeldes, ist auch bei im Leerlauf vorliegenden relativ geringen Einspritzmengen einsetzbar und ist im Falle eines Common-Rail-Systems unabhängig vom Kraftstoffdruck (Raildruck).
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Dennoch ist das vorgeschlagene Verfahren gegenüber dem Stand der Technik sowohl robuster und genauer, da die Stabilität des Verfahrens z.B. nicht von im Ansteuerdauerkennfeld etwa vorliegenden Fehlern abhängt. Da zudem keine Kalibrierung eines genannten, zu kalibrierenden Kennfeldes erforderlich ist, ergibt sich eine erheblich Zeitersparnis bei der Applikation. Darüber hinaus erfordert das Verfahren keine Vorbefüllung eines Injektors, wodurch insbesondere auch keine Mengenwelle erzeugt wird, welche eine Auswirkung auf die Haupteinspritzung und damit auf die Genauigkeit der Korrekturfunktion haben könnte.
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Die Erfindung kann insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem mit driftbehafteten Injektoren zur Anwendung kommen, sofern diese Injektoren kein Plateau in der Charakteristik der Ansteuerdauer aufweisen. Es ist hierbei anzumerken, dass eine hier betroffene ZFL-Funktion einer genannten ZFC-Funktion insbesondere bei Kraftfahrzeugen vorzuziehen ist, bei denen kein oder nur ein geringer für die Durchführung einer ZFC-Lernfunktion notwendiger Schub vorhanden ist, z.B. bei Offroad-Fahrzeugen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um ein hier betroffenes Kraftstoffzumesssystem bzw. eine entsprechende Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch zeitliche Einspritzverläufe und resultierende Drehzahlverläufe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt schematisch zeitliche Einspritzverläufe und resultierende Drehzahlverläufe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In den 1a und 1b sind im jeweils oberen Teil schematisch bei einem einzelnen Zylinder bzw. bei einem ersten oder weiteren Zylinder einer Anzahl von Zylindern durchgeführte Einspritzungen 100 sowie durch die Einspritzungen 100 verursachte 105 Änderungen eines Drehzahlverlaufs 125, und zwar vorliegend ein von einem oberen Nominalwert 130 abweichendes Differenzsignal ∆n, dargestellt.
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Bei den Einspritzungen 100 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Haupteinspritzung 115, 115‘ und eine zeitlich vor der Haupteinspritzung 115, 115‘ erfolgende Voreinspritzung 110, 110‘. Zusätzlich zu diesen beiden Einspritzungen 115, 115‘, 110, 110‘ wird eine Nacheinspritzung 120, 120‘ mit von einem empirischen Startwert ausgehend sukzessive oder stetig vergrößerter Ansteuerdauer 120‘ und damit entsprechend ansteigender Einspritzmenge in den Brennraum des jeweiligen Zylinders durchgeführt.
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Die übrigen bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine beispielsweise drei Zylinder werden weiterhin mit einem üblichen Einspritzmuster bzw. einer entsprechenden Ansteuerdauer betrieben, z.B. mit einer den 1a und 1b entsprechenden Haupt- und Voreinspritzung. Insbesondere werden auch die beiden Einspritzungen 115, 115‘, 110, 110‘ in dem nachfolgend beschriebenen Prozess nicht verändert, da mittels derer ein während dieses Prozesses möglichst stabiler Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine aufrechterhalten werden soll.
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Im jeweils unteren Teil der beiden 1a und 1b sind die genannten Drehzahlverläufe der Brennkraftmaschine, als Reaktion auf die sich ändernde Einspritzmenge aufgrund der Nacheinspritzung 120, 120‘, und zwar über einen Verbrennungszyklus bzw. eine vollständige Umdrehung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, schematisch dargestellt. So ist in 1a die Einspritzmenge der Nacheinspritzung 120 noch nicht ausreichend, um das Drehzahlsignal 125 zu verändern, wohingegen die Einspritzmenge der zeitlich verlängerten Nacheinspritzung 120‘ in 1b bereits ausreichend ist, um die gezeigte Veränderung des Drehzahlsignals, nämlich eine Drehzahlerhöhung 135, zu bewirken.
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Die in 1b erfasste Drehzahlerhöhung 135 wird nun in an sich bekannter Weise zur Durchführung einer Nullmengenkalibrierung (NMK) eingesetzt.
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In den 2a und 2b sind den 1a und 1b für ein zweites Ausführungsbeispiel entsprechende schematische Darstellungen von Einspritzungen 200 und entsprechenden 205 Reaktionen eines Drehzahlsignals bzw. vorliegend wiederum eines von einem oberen Nominalwert 225 abweichenden Drehzahldifferenzsignals 220 gezeigt.
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Auch hier ist im jeweils oberen Teil der beiden 2a und 2b schematisch eine bei einem einzelnen Zylinder bzw. bei einem ersten oder weiteren Zylinder einer Anzahl von Zylindern durchgeführte Haupteinspritzung 210, 210‘ dargestellt, jedoch im Unterschied zu 1 ohne eine zeitlich vor der Haupteinspritzung 210, 210‘ erfolgende Voreinspritzung, dargestellt. Wiederum werden die übrigen Zylinder weiterhin mit einem üblichen Einspritzmuster bzw. einer entsprechenden Ansteuerdauer betrieben. Entsprechend wird hier die Haupteinspritzung 210, 210‘ in dem nachfolgend beschriebenen Prozess aus den genannten Gründen nicht verändert.
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Zusätzlich zur Haupteinspritzung 210, 210‘ wird wiederum eine Nacheinspritzung 215, 215‘ durchgeführt, die wiederum mit von einem empirischen Startwert ausgehend sukzessive oder stetig vergrößerter Ansteuerdauer 215‘ und damit entsprechend ansteigender Einspritzmenge in den Brennraum des jeweiligen Zylinders erfolgt.
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Auch hier ist im jeweils unteren Teil der beiden 2a und 2b der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine, als Reaktion auf die sich ändernde Einspritzmenge, über einen Verbrennungszyklus der Brennkraftmaschine gezeigt. So ist in 2a die Einspritzmenge der Nacheinspritzung 215 wiederum noch nicht ausreichend, um das Drehzahlsignal 220 zu verändern. In 2b ist die Einspritzmenge der zeitlich verlängerten Nacheinspritzung 215‘ jedoch bereits ausreichend, um die gezeigte Veränderung des Drehzahlsignals, nämlich eine Drehzahlerhöhung 230, zu bewirken.
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Bei der in 3 gezeigten Routine wird zunächst ein bestimmter i-ter Zylinder der Brennkraftmaschine ausgewählt 300. Für diesen i-ten Zylinder werden die nachfolgend beschriebenen Prozessschritte 305–340 ausgeführt und nach Abschluss dieser Prozessschritte ein nächster Zylinder ausgewählt 300, an dem diese Prozessschritte erneut ausgeführt werden. Auf diese Weise werden sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine sequenziell abgearbeitet.
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In Schritt 305 wird geprüft, ob die Brennkraftmaschine derzeit im Leerlauf betrieben wird. Erst wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird mit den nachfolgenden Schritten weiterverfahren, da der nachfolgende Prozess den Leerlaufbetrieb voraussetzt. In Schritt 310 wird zunächst eine für einen stabilen Leerlaufbetrieb erforderliche Haupteinspritzung und ggf. Voreinspritzung durchgeführt. Es ist hervorzuheben, dass diese Haupteinspritzung und ggf. Voreinspritzung in dem nachfolgend beschriebenen Prozessablauf möglichst nicht verändert wird.
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In Schritt 315 wird nun zusätzlich zu der (den) genannten Einspritzung(en) eine Nacheinspritzung durchgeführt. Diese Nacheinspritzung erfolgt zu Beginn mit einem empirisch vorgebbaren Startwert 320 der Ansteuerdauer des/der jeweiligen Injektors/en. Im nachfolgenden Schritt 325 wird nun geprüft, ob die genannten Einspritzungen, insbesondere die zusätzliche Nacheinspritzung 315, eine Veränderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine bewirkt. Ein entsprechender, momentaner Drehzahlwert kann bekanntermaßen z.B. von einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine abgerufen werden.
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Ergibt diese Prüfung 325, z.B. durch einen Vergleich mit einem empirisch vorgebbaren Schwellenwert der Abweichung von einem vorgegebenen Nominalwert der Drehzahl, dass keine solche Änderung vorliegt, wird an den Anfang der Routine zu Schritt 305 zurückgesprungen und die Schritte 305–325 erneut ausgeführt. Bei jeder Neuausführung der Schritte 305–325 wird in Schritt 315 die Ansteuerdauer, gegenüber dem genannten Startwert 320 bzw. dem jeweils vorherigen Wert, sukzessive um einen empirisch vorgebbaren Zeitschritt erhöht.
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Ergibt die Prüfung 325 allerdings, dass eine z.B. einen empirisch vorgebbaren Schwellenwert übersteigende Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorliegt, dann wird im nachfolgenden Schritt 330 in an sich bekannter Weise eine Nullmengenkalibrierung (NMK) durchgeführt. Die bei der NMK sich ergebenden Korrekturwerte können in einem optional weiteren Schritt 335 einem Lernverfahren unterzogen werden, mittels dessen die Korrekturwerte bekanntermaßen weiter optimiert bzw. verbessert werden können.
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Nach Abschluss der genannten Prozessschritte wird wieder ganz an den Anfang der Routine zu Schritt 300 zurückgesprungen 340 und ein nächster Zylinder ausgewählt 300, für den dann die beschriebenen Prozessschritte 305–340 erneut ausgeführt werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nacheinspritzung nur bei jeder n-ten Einspritzung verändert wird. Dabei ist n eine natürliche Zahl größer 1. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Nacheinspritzung nur bei jeder 2-ten Einspritzung verändert wird. Dadurch wird eine bestimmte Schwingung des Signals mit einer bestimmten Frequenz angeregt. Dies bedeutet, dass die Nacheinspritzung bei einem Zylinder verändert und beim nächsten Einspritzzyklus in diesen Zylinder wieder die ursprüngliche Einspritzmenge zugeführt wird. Dadurch wird die Erkennung einer erfolgten Veränderung der eingespritzten Menge erleichtert. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Drehzahlsignal einer FFT-Analyse unterzogen wird und nur die angeregten Frequenzanteile und Phaseninformationen ausgewertet wird.
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Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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